控制变形原理与应用基础-8-1.ppt

8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l晶体的塑性变形是永久剪切变形。从微观角度，变形仅有下述两晶体的塑性变形是永久剪切变形。从微观角度，变形仅有下述两晶体的塑性变形是永久剪切变形。从微观角度，变形仅有下述两晶体的塑性变形是永久剪切变形。从微观角度，变形仅有下述两种根源。种根源。种根源。种根源。变形是在应力下由物质定向扩散引起的，是没有位错介入的变形是在应力下由物质定向扩散引起的，是没有位错介入的变形是在应力下由物质定向扩散引起的，是没有位错介入的变形是在应力下由物质定向扩散引起的，是没有位错介入的NabarroNabarroNabarroNabarro-Herring-Herring-Herring-Herring蠕变。蠕变。蠕变。蠕变。变形由位错运动引起，我们主要感兴趣于这种情况。位错以变形由位错运动引起，我们主要感兴趣于这种情况。位错以变形由位错运动引起，我们主要感兴趣于这种情况。位错以变形由位错运动引起，我们主要感兴趣于这种情况。位错以保守和非保守两种方式运动，即滑移和攀移。在攀移时吸收保守和非保守两种方式运动，即滑移和攀移。在攀移时吸收保守和非保守两种方式运动，即滑移和攀移。在攀移时吸收保守和非保守两种方式运动，即滑移和攀移。在攀移时吸收或发射点缺陷，这些点缺陷通常是空位。无论滑移或攀移都或发射点缺陷，这些点缺陷通常是空位。无论滑移或攀移都或发射点缺陷，这些点缺陷通常是空位。无论滑移或攀移都或发射点缺陷，这些点缺陷通常是空位。无论滑移或攀移都使晶体产生体积不变的变形，在宏观变形使晶体产生体积不变的变形，在宏观变形使晶体产生体积不变的变形，在宏观变形使晶体产生体积不变的变形，在宏观变形 和位错移动之间和位错移动之间和位错移动之间和位错移动之间可以建立一个关系式。可以建立一个关系式。可以建立一个关系式。可以建立一个关系式。8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主L L L L、h h h h和和和和L L L L的正平行的正平行的正平行的正平行六面体形状的物质单元中含有柏矢量为六面体形状的物质单元中含有柏矢量为六面体形状的物质单元中含有柏矢量为六面体形状的物质单元中含有柏矢量为b b b b 的刃型位错。的刃型位错。的刃型位错。的刃型位错。l l当位错滑移经过距离当位错滑移经过距离当位错滑移经过距离当位错滑移经过距离 L L L L（或扫过面积（或扫过面积（或扫过面积（或扫过面积 A A A A）时，单元平均剪切变）时，单元平均剪切变）时，单元平均剪切变）时，单元平均剪切变形可由滑移几何求出。形可由滑移几何求出。形可由滑移几何求出。形可由滑移几何求出。l l如果物质单元中有如果物质单元中有如果物质单元中有如果物质单元中有N N N Nm m m m个长度为个长度为个长度为个长度为L L L L平行可动位错平行可动位错平行可动位错平行可动位错,当每一个位错在滑当每一个位错在滑当每一个位错在滑当每一个位错在滑移面上移动移面上移动移面上移动移面上移动 L L L L 时扫过面积时扫过面积时扫过面积时扫过面积 A A A A，采用简单的累加方法处理。采用简单的累加方法处理。采用简单的累加方法处理。采用简单的累加方法处理。l l在从理想化的示意情况转入一个含有非直线位错的实际晶体，在在从理想化的示意情况转入一个含有非直线位错的实际晶体，在在从理想化的示意情况转入一个含有非直线位错的实际晶体，在在从理想化的示意情况转入一个含有非直线位错的实际晶体，在许多滑移面上应该采用基元变形的平均值。许多滑移面上应该采用基元变形的平均值。许多滑移面上应该采用基元变形的平均值。许多滑移面上应该采用基元变形的平均值。l l变形速度为应变对时间的导数。变形速度为应变对时间的导数。变形速度为应变对时间的导数。变形速度为应变对时间的导数。8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形位错密度，位错密度，位错密度，位错密度，m mm m-2-2-2-2S S S S面上的位错根数，面上的位错根数，面上的位错根数，面上的位错根数，根根根根/m/m/m/m-2-2-2-28.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形物理模型物理模型物理模型物理模型8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l可动位错密度随时间急剧而迅速地变化。这便是在钉扎点可动位错密度随时间急剧而迅速地变化。这便是在钉扎点可动位错密度随时间急剧而迅速地变化。这便是在钉扎点可动位错密度随时间急剧而迅速地变化。这便是在钉扎点上的冻结位错突然释放时的情况，因此有大量的可动位错上的冻结位错突然释放时的情况，因此有大量的可动位错上的冻结位错突然释放时的情况，因此有大量的可动位错上的冻结位错突然释放时的情况，因此有大量的可动位错迅速地扫过距离迅速地扫过距离迅速地扫过距离迅速地扫过距离L L L L，这就是在拉伸曲线上引起锯齿的位错，这就是在拉伸曲线上引起锯齿的位错，这就是在拉伸曲线上引起锯齿的位错，这就是在拉伸曲线上引起锯齿的位错“雪崩雪崩雪崩雪崩”，变形速度由位错的产生来控制，式中的第一项，变形速度由位错的产生来控制，式中的第一项，变形速度由位错的产生来控制，式中的第一项，变形速度由位错的产生来控制，式中的第一项是最重要的（是最重要的（是最重要的（是最重要的（MeckingMeckingMeckingMecking，LuckeLuckeLuckeLucke，1970197019701970）。）。）。）。8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形可动位错迅速增加可动位错迅速增加可动位错迅速增加可动位错迅速增加8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l变形速度由位错的移动控制。即位错移动速度比产生速度小得多。变形速度由位错的移动控制。即位错移动速度比产生速度小得多。变形速度由位错的移动控制。即位错移动速度比产生速度小得多。变形速度由位错的移动控制。即位错移动速度比产生速度小得多。换句话说，在固体变形发生变化的时间换句话说，在固体变形发生变化的时间换句话说，在固体变形发生变化的时间换句话说，在固体变形发生变化的时间t t t t内可动位错密度为常内可动位错密度为常内可动位错密度为常内可动位错密度为常数。与第二项相比，式中的第一项可以忽略。数。与第二项相比，式中的第一项可以忽略。数。与第二项相比，式中的第一项可以忽略。数。与第二项相比，式中的第一项可以忽略。l l这种情况在高温变形时最为重要。此时变形速度与位错滑移速度这种情况在高温变形时最为重要。此时变形速度与位错滑移速度这种情况在高温变形时最为重要。此时变形速度与位错滑移速度这种情况在高温变形时最为重要。此时变形速度与位错滑移速度间的关系即为间的关系即为间的关系即为间的关系即为OrowanOrowanOrowanOrowan方程方程方程方程 。8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形滑移引起的变形位错的平均速度位错的平均速度位错的平均速度位错的平均速度8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主L L L L、h h h h 和和和和 L L L L 的正平行六面的正平行六面的正平行六面的正平行六面体形状的物质单元中含有柏矢量为体形状的物质单元中含有柏矢量为体形状的物质单元中含有柏矢量为体形状的物质单元中含有柏矢量为 b b b b 的刃型位错。并建立坐标系：的刃型位错。并建立坐标系：的刃型位错。并建立坐标系：的刃型位错。并建立坐标系：1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3，位错的出露点在，位错的出露点在，位错的出露点在，位错的出露点在 1 1 1 1 方向。方向。方向。方向。l l考虑通过吸收空位而攀移的位错考虑通过吸收空位而攀移的位错考虑通过吸收空位而攀移的位错考虑通过吸收空位而攀移的位错 ，当位错扫过整个单元时，一个原，当位错扫过整个单元时，一个原，当位错扫过整个单元时，一个原，当位错扫过整个单元时，一个原子面消失，该单元在子面消失，该单元在子面消失，该单元在子面消失，该单元在 3 3 3 3 方向经受一个伸长的负值。方向经受一个伸长的负值。方向经受一个伸长的负值。方向经受一个伸长的负值。l l但是由于位攀移是非保守的，此时必须导入第二个位错但是由于位攀移是非保守的，此时必须导入第二个位错但是由于位攀移是非保守的，此时必须导入第二个位错但是由于位攀移是非保守的，此时必须导入第二个位错 以提供第一以提供第一以提供第一以提供第一个位错攀移时需要的空位。该位错本身将通过增加附加半原子面的面积，个位错攀移时需要的空位。该位错本身将通过增加附加半原子面的面积，个位错攀移时需要的空位。该位错本身将通过增加附加半原子面的面积，个位错攀移时需要的空位。该位错本身将通过增加附加半原子面的面积，以与第一个位错相同的速度攀移。以与第一个位错相同的速度攀移。以与第一个位错相同的速度攀移。以与第一个位错相同的速度攀移。l l设在与位错设在与位错设在与位错设在与位错 与位错与位错与位错与位错 均扫过面积均扫过面积均扫过面积均扫过面积A A A A，则单元变形的变形可以作如，则单元变形的变形可以作如，则单元变形的变形可以作如，则单元变形的变形可以作如下描述。下描述。下描述。下描述。8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形攀移引起的变形整体表现为整体表现为整体表现为整体表现为 2 2 2 2 方向伸长方向伸长方向伸长方向伸长与滑移的效果相同与滑移的效果相同与滑移的效果相同与滑移的效果相同单元体仍为剪切变形单元体仍为剪切变形单元体仍为剪切变形单元体仍为剪切变形OrowanOrowanOrowanOrowan方程也适用于描述攀方程也适用于描述攀方程也适用于描述攀方程也适用于描述攀移引起的变形移引起的变形移引起的变形移引起的变形8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系小结小结小结小结第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l变形速度还可以写成另一种等价形式。变形速度还可以写成另一种等价形式。变形速度还可以写成另一种等价形式。变形速度还可以写成另一种等价形式。l l若在时间若在时间若在时间若在时间 内变形速度保持不变，则变形速度可以表示为内变形速度保持不变，则变形速度可以表示为内变形速度保持不变，则变形速度可以表示为内变形速度保持不变，则变形速度可以表示为位错某种运动频率的函数。位错某种运动频率的函数。位错某种运动频率的函数。位错某种运动频率的函数。第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述 基本变形的频率基本变形的频率基本变形的频率基本变形的频率变形过程变形过程变形过程变形过程中中中中的一的一的一的一个个个个基本变形基本变形基本变形基本变形l l每当单元体积内的一个位错扫过面积每当单元体积内的一个位错扫过面积每当单元体积内的一个位错扫过面积每当单元体积内的一个位错扫过面积A A A A时，物体产生一个时，物体产生一个时，物体产生一个时，物体产生一个“基本变形过程基本变形过程基本变形过程基本变形过程”。为该过程的频率。为该过程的频率。为该过程的频率。为该过程的频率。l l热激活思路的出发点热激活思路的出发点热激活思路的出发点热激活思路的出发点8.1 8.1 8.1 8.1 宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系宏观变形与位错运动的关系小结小结小结小结第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l lEyringEyringEyringEyring(1936)(1936)(1936)(1936)首先借助于现在常用于化学反应的绝对反应速度首先借助于现在常用于化学反应的绝对反应速度首先借助于现在常用于化学反应的绝对反应速度首先借助于现在常用于化学反应的绝对反应速度理论分析了热激活粘滞性流变。理论分析了热激活粘滞性流变。理论分析了热激活粘滞性流变。理论分析了热激活粘滞性流变。EyringEyringEyringEyring在文章中阐述了在文章中阐述了在文章中阐述了在文章中阐述了“滑移滑移滑移滑移”热激活理论的主要概念。热激活理论的主要概念。热激活理论的主要概念。热激活理论的主要概念。l lEyringEyringEyringEyring考虑了由相互之间可以滑移的相互平行的分子层构成的流考虑了由相互之间可以滑移的相互平行的分子层构成的流考虑了由相互之间可以滑移的相互平行的分子层构成的流考虑了由相互之间可以滑移的相互平行的分子层构成的流体的流动，假设运动（体的流动，假设运动（体的流动，假设运动（体的流动，假设运动（变形变形变形变形）是由各层分子从一个平衡位置过渡）是由各层分子从一个平衡位置过渡）是由各层分子从一个平衡位置过渡）是由各层分子从一个平衡位置过渡到另一个相邻平衡位置所引起。到另一个相邻平衡位置所引起。到另一个相邻平衡位置所引起。到另一个相邻平衡位置所引起。l l为了实现这一过渡，分子必须得到足以越过势垒的为了实现这一过渡，分子必须得到足以越过势垒的为了实现这一过渡，分子必须得到足以越过势垒的为了实现这一过渡，分子必须得到足以越过势垒的激活能激活能激活能激活能，这说，这说，这说，这说明为了通过，分子必须移动它的近邻分子并坠入相邻的洞（平衡明为了通过，分子必须移动它的近邻分子并坠入相邻的洞（平衡明为了通过，分子必须移动它的近邻分子并坠入相邻的洞（平衡明为了通过，分子必须移动它的近邻分子并坠入相邻的洞（平衡位置）。位置）。位置）。位置）。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 历史历史历史历史第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l lEyringEyringEyringEyring定义：定义：定义：定义：两个相邻分子层的垂直距离两个相邻分子层的垂直距离两个相邻分子层的垂直距离两个相邻分子层的垂直距离在运动方向分子平衡位置之间的平均距离在运动方向分子平衡位置之间的平均距离在运动方向分子平衡位置之间的平均距离在运动方向分子平衡位置之间的平均距离在运动方向分子间的平均距离在运动方向分子间的平均距离在运动方向分子间的平均距离在运动方向分子间的平均距离垂直于运动方向分子间的平均距离垂直于运动方向分子间的平均距离垂直于运动方向分子间的平均距离垂直于运动方向分子间的平均距离两个相邻分子层的速度差两个相邻分子层的速度差两个相邻分子层的速度差两个相邻分子层的速度差 为一层相对于另一层移动所需的每平方厘米的力为一层相对于另一层移动所需的每平方厘米的力为一层相对于另一层移动所需的每平方厘米的力为一层相对于另一层移动所需的每平方厘米的力粘度粘度粘度粘度8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 历史历史历史历史第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l如果两分子层在时间如果两分子层在时间如果两分子层在时间如果两分子层在时间 dtdtdtdt 内滑动的距离为内滑动的距离为内滑动的距离为内滑动的距离为 dxdxdxdx；l l相应的剪切变形为相应的剪切变形为相应的剪切变形为相应的剪切变形为 d d d d ；l l可以得到粘度的其它形式的表达式。可以得到粘度的其它形式的表达式。可以得到粘度的其它形式的表达式。可以得到粘度的其它形式的表达式。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 历史历史历史历史第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l一个分子在力的方向上每秒钟移动的次数可一个分子在力的方向上每秒钟移动的次数可一个分子在力的方向上每秒钟移动的次数可一个分子在力的方向上每秒钟移动的次数可表示反应速度（频率）；表示反应速度（频率）；表示反应速度（频率）；表示反应速度（频率）；l lk k k k1 1 1 1是没有外力时移动的绝对速度（频率）；是没有外力时移动的绝对速度（频率）；是没有外力时移动的绝对速度（频率）；是没有外力时移动的绝对速度（频率）；l lK K K Kf f f f 与与与与 K K K Kb b b b 分别表示在力的作用方向和反方向上的移动次数分别表示在力的作用方向和反方向上的移动次数分别表示在力的作用方向和反方向上的移动次数分别表示在力的作用方向和反方向上的移动次数（频率）（频率）（频率）（频率）；8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 历史历史历史历史作用在分子上的力作用在分子上的力作用在分子上的力作用在分子上的力一次移动作功最小的距离一次移动作功最小的距离一次移动作功最小的距离一次移动作功最小的距离第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l lK Kf f K Kb b层中每个分子的速度差即层速度差；由粘度定义式求出变形速度。层中每个分子的速度差即层速度差；由粘度定义式求出变形速度。层中每个分子的速度差即层速度差；由粘度定义式求出变形速度。层中每个分子的速度差即层速度差；由粘度定义式求出变形速度。l lsinhsinhsinhsinh项表明，当剪切应力增加时，粘滞性减小；对于牛顿粘滞性流变，项表明，当剪切应力增加时，粘滞性减小；对于牛顿粘滞性流变，项表明，当剪切应力增加时，粘滞性减小；对于牛顿粘滞性流变，项表明，当剪切应力增加时，粘滞性减小；对于牛顿粘滞性流变，sinhsinhsinhsinh项项项项约为约为约为约为1 1 1 1。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 历史历史历史历史第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l变形是由位错运动引起的，因此受控制位错运动的过程控制。而这些过程总是变形是由位错运动引起的，因此受控制位错运动的过程控制。而这些过程总是变形是由位错运动引起的，因此受控制位错运动的过程控制。而这些过程总是变形是由位错运动引起的，因此受控制位错运动的过程控制。而这些过程总是可以用位错在外应力、热起伏或者二者同时作用下越过障碍来分析可以用位错在外应力、热起伏或者二者同时作用下越过障碍来分析可以用位错在外应力、热起伏或者二者同时作用下越过障碍来分析可以用位错在外应力、热起伏或者二者同时作用下越过障碍来分析。l l如果变形只由一种过程控制，即只存在一种障碍，则变形速度如果变形只由一种过程控制，即只存在一种障碍，则变形速度如果变形只由一种过程控制，即只存在一种障碍，则变形速度如果变形只由一种过程控制，即只存在一种障碍，则变形速度可表示成可表示成可表示成可表示成8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系 基本变形的频率基本变形的频率基本变形的频率基本变形的频率变形过程变形过程变形过程变形过程中中中中的的的的一个一个一个一个基本变形基本变形基本变形基本变形8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述l l根据应力的大小，存在两种情况：根据应力的大小，存在两种情况：根据应力的大小，存在两种情况：根据应力的大小，存在两种情况：小应力情况小应力情况小应力情况小应力情况下，相应于位错可以回跳。位错越过障碍后停下，相应于位错可以回跳。位错越过障碍后停下，相应于位错可以回跳。位错越过障碍后停下，相应于位错可以回跳。位错越过障碍后停留在距离为留在距离为留在距离为留在距离为b b b b的邻近能谷里，直至获得足够的能量越过下的邻近能谷里，直至获得足够的能量越过下的邻近能谷里，直至获得足够的能量越过下的邻近能谷里，直至获得足够的能量越过下一个障碍，由此一个障碍，由此一个障碍，由此一个障碍，由此AAAAl lb b b b,l,l,l,l越过障碍的自由位错的长度。越过障碍的自由位错的长度。越过障碍的自由位错的长度。越过障碍的自由位错的长度。外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回跳。位错越过障碍后位于不稳定位置，在应力作用下迅速跳。位错越过障碍后位于不稳定位置，在应力作用下迅速跳。位错越过障碍后位于不稳定位置，在应力作用下迅速跳。位错越过障碍后位于不稳定位置，在应力作用下迅速移动，直至抵达另一个相距为移动，直至抵达另一个相距为移动，直至抵达另一个相距为移动，直至抵达另一个相距为L L L L的障碍前面。由此的障碍前面。由此的障碍前面。由此的障碍前面。由此ALlALlALlALl ，与绝对反应速度理论相一致。，与绝对反应速度理论相一致。，与绝对反应速度理论相一致。，与绝对反应速度理论相一致。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设小应力情况小应力情况小应力情况小应力情况越过障碍的试探频率越过障碍的试探频率越过障碍的试探频率越过障碍的试探频率小应力情况小应力情况小应力情况小应力情况下，相应于位错可以回跳，如扩散控制的位错攀移下，相应于位错可以回跳，如扩散控制的位错攀移下，相应于位错可以回跳，如扩散控制的位错攀移下，相应于位错可以回跳，如扩散控制的位错攀移引起的变形或者由割阶攀移控制的螺形位错开动。引起的变形或者由割阶攀移控制的螺形位错开动。引起的变形或者由割阶攀移控制的螺形位错开动。引起的变形或者由割阶攀移控制的螺形位错开动。当应力足够小时当应力足够小时当应力足够小时当应力足够小时，sinhsinhsinhsinh项可以线性化。项可以线性化。项可以线性化。项可以线性化。第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回跳。外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回跳。外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回跳。外应力很大，位错越过障碍后便远离之，因此位错不能回跳。相应于热激活越过林位错或局部障碍。相应于热激活越过林位错或局部障碍。相应于热激活越过林位错或局部障碍。相应于热激活越过林位错或局部障碍。位错滑移的热激活位错滑移的热激活位错滑移的热激活位错滑移的热激活受受受受 温度温度温度温度 T T T T 和和和和 外应力外应力外应力外应力 两个变量两个变量两个变量两个变量的控制，的控制，的控制，的控制，可将可将可将可将 分解为分解为分解为分解为内应力和有效应力内应力和有效应力内应力和有效应力内应力和有效应力两部分两部分两部分两部分。内应力以极大的波长进行空间波动，内应力场构成的位错移动内应力以极大的波长进行空间波动，内应力场构成的位错移动内应力以极大的波长进行空间波动，内应力场构成的位错移动内应力以极大的波长进行空间波动，内应力场构成的位错移动障碍可以借助于热起伏得以穿越。障碍可以借助于热起伏得以穿越。障碍可以借助于热起伏得以穿越。障碍可以借助于热起伏得以穿越。内应力场构成的位错移动障内应力场构成的位错移动障内应力场构成的位错移动障内应力场构成的位错移动障碍的非零平均值记为内应力碍的非零平均值记为内应力碍的非零平均值记为内应力碍的非零平均值记为内应力。外应力与内应力的差值记为有效应力。外应力与内应力的差值记为有效应力。外应力与内应力的差值记为有效应力。外应力与内应力的差值记为有效应力。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设大应力情况大应力情况大应力情况大应力情况第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述内应力是晶体中的缺陷主要是其余位错的全部长程应力在晶体各点的总和。内应内应力是晶体中的缺陷主要是其余位错的全部长程应力在晶体各点的总和。内应内应力是晶体中的缺陷主要是其余位错的全部长程应力在晶体各点的总和。内应内应力是晶体中的缺陷主要是其余位错的全部长程应力在晶体各点的总和。内应力仅仅通过弹性模量与温度相关，即力仅仅通过弹性模量与温度相关，即力仅仅通过弹性模量与温度相关，即力仅仅通过弹性模量与温度相关，即内应力与温度相关性很小内应力与温度相关性很小内应力与温度相关性很小内应力与温度相关性很小。外应力外应力外应力外应力 大于内应力后，位错越过障碍，移动一定距离后阻塞在新障碍前，达大于内应力后，位错越过障碍，移动一定距离后阻塞在新障碍前，达大于内应力后，位错越过障碍，移动一定距离后阻塞在新障碍前，达大于内应力后，位错越过障碍，移动一定距离后阻塞在新障碍前，达到一个稳定的平衡位置。新障碍作用于位错一个短程的到一个稳定的平衡位置。新障碍作用于位错一个短程的到一个稳定的平衡位置。新障碍作用于位错一个短程的到一个稳定的平衡位置。新障碍作用于位错一个短程的反向应力，构成位错运动反向应力，构成位错运动反向应力，构成位错运动反向应力，构成位错运动的势垒的势垒的势垒的势垒。8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设反向应力反向应力反向应力反向应力势垒势垒势垒势垒内应力内应力内应力内应力长程抗力长程抗力长程抗力长程抗力第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系内应力内应力内应力内应力长程抗力长程抗力长程抗力长程抗力“力一距离图力一距离图力一距离图力一距离图”。纵坐标为作用在长度为。纵坐标为作用在长度为。纵坐标为作用在长度为。纵坐标为作用在长度为l l l l的位错上的力的位错上的力的位错上的力的位错上的力F F F F；横坐标为位；横坐标为位；横坐标为位；横坐标为位错经过的距离错经过的距离错经过的距离错经过的距离 X X X X。在外应力在外应力在外应力在外应力作用下位错的稳定平衡位置取决于有效应力，有效应力通过作用下位错的稳定平衡位置取决于有效应力，有效应力通过作用下位错的稳定平衡位置取决于有效应力，有效应力通过作用下位错的稳定平衡位置取决于有效应力，有效应力通过降低势垒能量使位错越过障碍。降低势垒能量使位错越过障碍。降低势垒能量使位错越过障碍。降低势垒能量使位错越过障碍。山峰的面积代表越过障碍所需的能量。（山峰的面积代表越过障碍所需的能量。（山峰的面积代表越过障碍所需的能量。（山峰的面积代表越过障碍所需的能量。（I I I I）区区区区表示由有效应力表示由有效应力表示由有效应力表示由有效应力effeffeffeff提供提供提供提供的能量。（的能量。（的能量。（的能量。（）区区区区为热起伏提供的能量。为热起伏提供的能量。为热起伏提供的能量。为热起伏提供的能量。有效应力有效应力有效应力有效应力降低势垒降低势垒降低势垒降低势垒外应力外应力外应力外应力驱动能量驱动能量驱动能量驱动能量反向应反向应反向应反向应力力力力势垒势垒势垒势垒第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系若温度等于零度，越过障碍所需的应力若温度等于零度，越过障碍所需的应力若温度等于零度，越过障碍所需的应力若温度等于零度，越过障碍所需的应力=i i i iB B B B。设设设设TcTcTcTc为热起伏提供的能量至少等于山峰全部面积的温度，若温度大于为热起伏提供的能量至少等于山峰全部面积的温度，若温度大于为热起伏提供的能量至少等于山峰全部面积的温度，若温度大于为热起伏提供的能量至少等于山峰全部面积的温度，若温度大于TcTcTcTc，只要外应力，只要外应力，只要外应力，只要外应力=i i i i时位错便可越过障碍，这等于说山峰消失。时位错便可越过障碍，这等于说山峰消失。时位错便可越过障碍，这等于说山峰消失。时位错便可越过障碍，这等于说山峰消失。在这两种情况下，变形显然都不是热激活的。我们显然感兴趣于二者在这两种情况下，变形显然都不是热激活的。我们显然感兴趣于二者在这两种情况下，变形显然都不是热激活的。我们显然感兴趣于二者在这两种情况下，变形显然都不是热激活的。我们显然感兴趣于二者的中间状态，的中间状态，的中间状态，的中间状态，即即即即 i i =i i BB。8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设位错运动的热力学假设有效应力有效应力有效应力有效应力降低势垒降低势垒降低势垒降低势垒外应力外应力外应力外应力驱动能量驱动能量驱动能量驱动能量反向应力反向应力反向应力反向应力势垒势垒势垒势垒内应力内应力内应力内应力长程抗力长程抗力长程抗力长程抗力变形的热激活变形的热激活变形的热激活变形的热激活第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系对于已知应力和温度，位错每秒钟可越过对于已知应力和温度，位错每秒钟可越过对于已知应力和温度，位错每秒钟可越过对于已知应力和温度，位错每秒钟可越过次障碍的状态显然是热激活次障碍的状态显然是热激活次障碍的状态显然是热激活次障碍的状态显然是热激活的。热激活频率与变形速度的关系可用物理意义明确的关系式来表征。的。热激活频率与变形速度的关系可用物理意义明确的关系式来表征。的。热激活频率与变形速度的关系可用物理意义明确的关系式来表征。的。热激活频率与变形速度的关系可用物理意义明确的关系式来表征。8.2.3 8.2.3 8.2.3 8.2.3 热力学处理热力学处理热力学处理热力学处理A A A A激活面积：位错由初始状态激活面积：位错由初始状态激活面积：位错由初始状态激活面积：位错由初始状态至临界位置扫过的面积至临界位置扫过的面积至临界位置扫过的面积至临界位置扫过的面积 第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系l l选择有效应力作为热力学变量意味着选取由障碍周围的选择有效应力作为热力学变量意味着选取由障碍周围的选择有效应力作为热力学变量意味着选取由障碍周围的选择有效应力作为热力学变量意味着选取由障碍周围的小区域构成的局部系统作为系统；小区域构成的局部系统作为系统；小区域构成的局部系统作为系统；小区域构成的局部系统作为系统；l l选择外应力作为热力学变量意味着选取整个晶体作为热选择外应力作为热力学变量意味着选取整个晶体作为热选择外应力作为热力学变量意味着选取整个晶体作为热选择外应力作为热力学变量意味着选取整个晶体作为热力学系统；力学系统；力学系统；力学系统；l l例如选择整个晶体作为系统，将外应力作为变量，在系例如选择整个晶体作为系统，将外应力作为变量，在系例如选择整个晶体作为系统，将外应力作为变量，在系例如选择整个晶体作为系统，将外应力作为变量，在系统描述中有必要知道统描述中有必要知道统描述中有必要知道统描述中有必要知道i i i i。8.2.3 8.2.3 8.2.3 8.2.3 热力学处理热力学处理热力学处理热力学处理第八章、塑性变形物理机制概述第八章、塑性变形物理机制概述8.2 8.2 8.2 8.2 热激活体系热激活体系热激活体系热激活体系l l选择整个晶体作为系统，由此可以计算从激活过程发生选择整个晶体作为系统，由此可以计算从激活过程发生选择整个晶体作为系统，由此可以计算从激活过程发生选择整个晶体作为系统，由此可以计算从激活过程发生前的初始状态到作为该计算的终止状态的系统自由焓前的初始状态到作为该计算的终止状态的系统自由焓前的初始状态到作为该计算的终止状态的系统自由焓前的初始状态到作为该计算的终止状态的系统自由焓G G G G的变化。的变化。的变化。的变化。l lG G G G的变化称为激活自由焓，可以通过计算假想的由初的变化称为激活自由焓，可以通过计算假想的由初的变化称为激活自由焓，可以通过计算假想的由初的变化称为激活自由焓，可以通过计算假想的由初始状态至终止状态的移动而求得。始状态至终止状态的移动而求得。始状态至终止状态的移动而求得。始状