1-9 位错的运动与交割.ppt

1.9 1.9 位错的运动与交割位错的运动与交割1.9.1 1.9.1 位错的运动位错的运动1.9.2 1.9.2 运动位错的交割运动位错的交割 1.9.1 1.9.1 位错的运动位错的运动1.刃型位错的滑移运动刃型位错的滑移运动刃型位错滑移的示意图刃型位错滑移的示意图（a）滑移时周围原子的位移；）滑移时周围原子的位移；（b）滑移过程）滑移过程 螺型位错滑移的示意图螺型位错滑移的示意图（a）原始位置；（）原始位置；（b）位错向左移动了一个原子间距；（）位错向左移动了一个原子间距；（c）滑移过程）滑移过程2.2.螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动 螺型位错运动时，当位错线沿滑移面滑过整个晶体时，同样会螺型位错运动时，当位错线沿滑移面滑过整个晶体时，同样会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量的台阶。在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量的台阶。在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直垂直垂直垂直。混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的右手法则，即以右手法则，即以右手法则，即以右手法则，即以拇指拇指代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量b b移动的那部分晶体移动的那部分晶体移动的那部分晶体移动的那部分晶体，食指食指食指食指代代代代表表表表位错线方向位错线方向位错线方向位错线方向，则，则，则，则中指中指就表示就表示就表示就表示位错线移动方向位错线移动方向，该混合位错在外加，该混合位错在外加，该混合位错在外加，该混合位错在外加切应力切应力切应力切应力 作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个b b大小的距离。大小的距离。大小的距离。大小的距离。混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程3.3.混合型位错的滑移运动混合型位错的滑移运动 不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏氏矢量的方向不同。不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏氏矢量的方向不同。不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏氏矢量的方向不同。不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏氏矢量的方向不同。刃刃型位错型位错的滑移方向与外加切应力的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量一致，正、负刃型位错方及柏氏矢量一致，正、负刃型位错方向相反；向相反；螺型位错螺型位错的滑移方向与外加切应力的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量垂直，左、右及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错方向相反；螺型位错方向相反；混合型位错混合型位错的滑移方向与外加切应力的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量及柏氏矢量成一定角度，晶体的滑移方向与外加切应力成一定角度，晶体的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量相一致。及柏氏矢量相一致。位错的滑移方向与外加切应力位错的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量的关系及柏氏矢量的关系（a）刃型位错；（）刃型位错；（b）螺型位错；（）螺型位错；（c）混合型位错）混合型位错 刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为称为称为称为攀移攀移攀移攀移。通常把多余。通常把多余。通常把多余。通常把多余半原子半原子半原子半原子面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移。刃型位错。刃型位错。刃型位错。刃型位错的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可通过物质迁移即原通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现子或空位的扩散来实现。螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错没有多余的半原子面，因此没有多余的半原子面，因此没有多余的半原子面，因此没有多余的半原子面，因此不不不不会发生攀移会发生攀移会发生攀移会发生攀移运动。运动。运动。运动。4 刃型位错的攀移运动刃型位错的攀移运动刃型位错的攀移运动示意图刃型位错的攀移运动示意图（a）未攀移的位错；（）未攀移的位错；（b）空位引起的正攀移；（）空位引起的正攀移；（c）间隙原子引起的负攀移）间隙原子引起的负攀移5.5.螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移 对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动为其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为面上去继续滑移，这一过程称为交滑移交滑移交滑移交滑移。如果交滑移后。如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为称为双交滑移双交滑移双交滑移双交滑移。螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移面心立方晶体中的双交滑移示意图面心立方晶体中的双交滑移示意图1.9.2 运动位错的交割 当一位错在某一滑移面上滑动时，会与穿过滑移面的其它位错交割。位错的交割对材料强化和点缺陷的产生材料强化和点缺陷的产生有重要影响。割阶割阶与扭折扭折当位错在滑移面上运动时，可能在某处遇到障碍，这样，有可能其中一部分线段首先进行滑移，若由此造成的曲折线段就在位错的滑移面时，称为“扭折扭折”。若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为“割阶割阶”。当然，扭折和割阶也可由位错之间交割而形成。割阶：割阶：刃型位错扭折扭折：螺型位错扭折扭折和割阶割阶：均为刃型位错n位错交割的过程：有两个相互垂直的刃位错位错交割的过程：有两个相互垂直的刃位错AB，CD。假。假定定CD不动，不动，AB扫过其滑移面，晶体上下两部分发生扫过其滑移面，晶体上下两部分发生b1的的切变。切变。CD被切成被切成Cm和和nD两段，并相对位移两段，并相对位移mn，整条位，整条位错线变为折线错线变为折线CmnD。mn不在原位错线的滑移面上，所以称为不在原位错线的滑移面上，所以称为割阶割阶。mn是一段新位错，其柏氏矢量与是一段新位错，其柏氏矢量与CD相同，也是刃相同，也是刃位错。位错。n刃位错与螺位错、螺位错与螺位错之间交刃位错与螺位错、螺位错与螺位错之间交割都要形成割阶，还可能形成难以运动的割都要形成割阶，还可能形成难以运动的固定割阶。固定割阶。n割阶的形成增加了位错线长度，要消耗一割阶的形成增加了位错线长度，要消耗一定的能量，因此交割对位错运动是一种阻定的能量，因此交割对位错运动是一种阻碍。增加变形困难，产生应变硬化。碍。增加变形困难，产生应变硬化。1 两个柏氏矢量互相垂直的刃型位错交割两个柏氏矢量互相垂直的刃型位错交割 柏氏矢量为柏氏矢量为b1的刃型位错的刃型位错XY和柏氏矢量为和柏氏矢量为b2的刃型位的刃型位错错AB分别位于两垂直的平面分别位于两垂直的平面PXY、PAB上，柏氏矢量上，柏氏矢量b1与与b2相互垂直。相互垂直。由于由于由于由于XYXY扫过的区域，其滑移面扫过的区域，其滑移面扫过的区域，其滑移面扫过的区域，其滑移面P PXYXY两侧的晶体将发生两侧的晶体将发生两侧的晶体将发生两侧的晶体将发生b b1 1距离的相距离的相距离的相距离的相对位移，因此对位移，因此对位移，因此对位移，因此交割后，在位错线交割后，在位错线AB上产生上产生PP小台阶。小台阶。PP的大小和的大小和方向取决于方向取决于b1。由于位错的柏氏矢量的守恒性，。由于位错的柏氏矢量的守恒性，PP的柏氏矢量仍为的柏氏矢量仍为b2，b2垂直于垂直于PP，因而，因而PP是刃型位错，且不在原位错线的滑移面上，是刃型位错，且不在原位错线的滑移面上，故是故是故是故是割阶割阶。位错。位错。位错。位错XYXY平行平行平行平行b b2 2，因此交割后不会在，因此交割后不会在，因此交割后不会在，因此交割后不会在XYXY上形成割阶。上形成割阶。上形成割阶。上形成割阶。XYXY向下运动与向下运动与向下运动与向下运动与ABAB交割交割交割交割 柏氏矢量为柏氏矢量为b1的刃型位错的刃型位错XY和柏氏矢量为和柏氏矢量为b2的刃型位错的刃型位错AB分别位于两垂直的平面分别位于两垂直的平面PXY、PAB上，柏氏矢量上，柏氏矢量b1与与b2相互平行相互平行。2 两个柏氏矢量互相平行的刃型位错交割两个柏氏矢量互相平行的刃型位错交割 交割后，在交割后，在交割后，在交割后，在ABAB位错线上出现一段平行于位错线上出现一段平行于位错线上出现一段平行于位错线上出现一段平行于b b1 1的的的的PPPP台阶，其大小和方台阶，其大小和方台阶，其大小和方台阶，其大小和方向与向与向与向与b b1 1相同；在相同；在相同；在相同；在XYXY位错线上也出现一段平行于位错线上也出现一段平行于位错线上也出现一段平行于位错线上也出现一段平行于b b2 2的的的的QQQQ台阶，其大台阶，其大台阶，其大台阶，其大小和方向与小和方向与小和方向与小和方向与b b2 2相同。但它们的滑移面和原位错的滑移面一致，故称为相同。但它们的滑移面和原位错的滑移面一致，故称为相同。但它们的滑移面和原位错的滑移面一致，故称为相同。但它们的滑移面和原位错的滑移面一致，故称为扭折扭折扭折扭折，属于螺型位错。在运动过程中，这种扭折在线张力的作用下，属于螺型位错。在运动过程中，这种扭折在线张力的作用下，属于螺型位错。在运动过程中，这种扭折在线张力的作用下，属于螺型位错。在运动过程中，这种扭折在线张力的作用下可能被拉直而消失。可能被拉直而消失。可能被拉直而消失。可能被拉直而消失。ABAB不动，不动，不动，不动，XYXY向右运动。向右运动。向右运动。向右运动。3 两个柏氏矢量垂直的刃型位错与螺型位错的交割两个柏氏矢量垂直的刃型位错与螺型位错的交割 为滑移面，为滑移面，AA为刃型位错，其柏氏矢量为为刃型位错，其柏氏矢量为b1，BB为螺型位错，其柏氏矢量为为螺型位错，其柏氏矢量为b2。交割后，在刃型位错交割后，在刃型位错交割后，在刃型位错交割后，在刃型位错AAAA上形成大小和方向与上形成大小和方向与上形成大小和方向与上形成大小和方向与b b2 2相同的割阶相同的割阶相同的割阶相同的割阶MMMM，其柏氏矢量为其柏氏矢量为其柏氏矢量为其柏氏矢量为b b1 1。同样，交割后在螺型位错。同样，交割后在螺型位错。同样，交割后在螺型位错。同样，交割后在螺型位错BBBB上也形成大小和方向上也形成大小和方向上也形成大小和方向上也形成大小和方向与与与与b b1 1相同的一段折线相同的一段折线相同的一段折线相同的一段折线NNNN，属于，属于，属于，属于刃型位错刃型位错刃型位错刃型位错；NNNN位于螺型位错位于螺型位错位于螺型位错位于螺型位错BBBB的滑的滑的滑的滑移面上，因此为移面上，因此为移面上，因此为移面上，因此为扭折扭折扭折扭折。BBBB不动，不动，不动，不动，AAAA向左运动向左运动向左运动向左运动1.9.3 带割阶位错的运动带割阶位错的运动 按割阶高度不同可分为小、中、大三种类型。按割阶高度不同可分为小、中、大三种类型。A 小割阶小割阶（小割阶的高度一般只有（小割阶的高度一般只有12个原子间距）个原子间距）带割阶的螺型位错的运动带割阶的螺型位错的运动 螺型位错在滑移面上与其他位错交割，在其位螺型位错在滑移面上与其他位错交割，在其位螺型位错在滑移面上与其他位错交割，在其位螺型位错在滑移面上与其他位错交割，在其位错线上产生许多割阶，异号割阶反向运动，相互错线上产生许多割阶，异号割阶反向运动，相互错线上产生许多割阶，异号割阶反向运动，相互错线上产生许多割阶，异号割阶反向运动，相互对消，最后只剩下同号割阶。同号割阶相互排斥，对消，最后只剩下同号割阶。同号割阶相互排斥，对消，最后只剩下同号割阶。同号割阶相互排斥，对消，最后只剩下同号割阶。同号割阶相互排斥，形成一定距离，最后在位错线上留下许多形成一定距离，最后在位错线上留下许多形成一定距离，最后在位错线上留下许多形成一定距离，最后在位错线上留下许多不可动不可动不可动不可动割阶割阶割阶割阶。当滑移面上受当滑移面上受当滑移面上受当滑移面上受切应力切应力切应力切应力作用时，由于不动割阶的阻碍作用，作用时，由于不动割阶的阻碍作用，作用时，由于不动割阶的阻碍作用，作用时，由于不动割阶的阻碍作用，螺型位错被割阶钉扎而发生螺型位错被割阶钉扎而发生螺型位错被割阶钉扎而发生螺型位错被割阶钉扎而发生弯曲。弯曲。弯曲。弯曲。只有增加滑移面上的切应力，才能克服弯曲位错线只有增加滑移面上的切应力，才能克服弯曲位错线只有增加滑移面上的切应力，才能克服弯曲位错线只有增加滑移面上的切应力，才能克服弯曲位错线的向心恢复力，使弯曲位错线继续向前扩展。当切应力的向心恢复力，使弯曲位错线继续向前扩展。当切应力的向心恢复力，使弯曲位错线继续向前扩展。当切应力的向心恢复力，使弯曲位错线继续向前扩展。当切应力增加到一定程度时，螺型位错便会拖着不动割阶向前一增加到一定程度时，螺型位错便会拖着不动割阶向前一增加到一定程度时，螺型位错便会拖着不动割阶向前一增加到一定程度时，螺型位错便会拖着不动割阶向前一起运动，但在割阶后面留下一串空位。起运动，但在割阶后面留下一串空位。起运动，但在割阶后面留下一串空位。起运动，但在割阶后面留下一串空位。B 中割阶（中割阶（几个到几个到几个到几个到2020个原子间距）个原子间距）个原子间距）个原子间距）位错不可能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的切应力大到一位错不可能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的切应力大到一位错不可能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的切应力大到一位错不可能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的切应力大到一定值时，位错自己向前滑移，位错与割阶连结点定值时，位错自己向前滑移，位错与割阶连结点定值时，位错自己向前滑移，位错与割阶连结点定值时，位错自己向前滑移，位错与割阶连结点OO、P P被拉长，形被拉长，形被拉长，形被拉长，形成两条符号相反的刃型位错线成两条符号相反的刃型位错线成两条符号相反的刃型位错线成两条符号相反的刃型位错线OOOO与与与与PPPP，称为，称为，称为，称为位错偶位错偶位错偶位错偶。位错偶达到。位错偶达到。位错偶达到。位错偶达到一定长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若干小一定长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若干小一定长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若干小一定长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若干小的位错环。原位错又恢复到带割阶的原来状态。的位错环。原位错又恢复到带割阶的原来状态。的位错环。原位错又恢复到带割阶的原来状态。的位错环。原位错又恢复到带割阶的原来状态。位错偶的形成过程位错偶的形成过程 对位错线的钉扎作用更明显。由于割阶较长，割阶两端的位错对位错线的钉扎作用更明显。由于割阶较长，割阶两端的位错对位错线的钉扎作用更明显。由于割阶较长，割阶两端的位错对位错线的钉扎作用更明显。由于割阶较长，割阶两端的位错相距较远，彼此间相互作用较小，在切应力作用下，它们可以在相距较远，彼此间相互作用较小，在切应力作用下，它们可以在相距较远，彼此间相互作用较小，在切应力作用下，它们可以在相距较远，彼此间相互作用较小，在切应力作用下，它们可以在各自的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动。各自的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动。各自的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动。各自的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动。C 大割阶（大割阶（2020个原子间距个原子间距个原子间距个原子间距以上）以上）以上）以上）大割阶的运动大割阶的运动