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1、第三节 位错的能量及交互作用,一位错的应变能,图4-27,下页,返回,单位长度刃、螺位错的应变能：,刃型位错：,螺型位错：,r0位错内部半径 r1位错在晶体中的影响范围,上页,下页,其中2r为周向长度，b为总的剪切变形量，为各点的切应变。,其中G为材料的切变模量。,螺型位错周围的切应力应为：,螺位错周围的切应变应为：,上页,下页,二位错线张力,T,R,上页,下页,平衡时，位错上的作用力与线张力在水平方向 上相等，即：,由此可知，保持位错线弯曲所需的切应力与曲率 半径成反比，这一关系式对位错运动及增殖有重 要意义。,上页,下页,三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用,1.位错的应力场,螺位错：,
2、上页,下页,螺位错周围的晶格应变是简单的纯剪切，而且应变具有径向对称性，其大小仅与离位错中心的距离r成反比，所以切应变与切应力可简单地表达为：,1）只有切应力而无正应力，所以无体积变化； 2）应力的大小与 成反比，与 成正比； 3）切应力是轴对称的； 4）应力场公式不是用于位错中心。,小结,上页,下页,刃位错,刃位错的应力场要复杂得多，由于插入一层半原子面，使滑移面上方的原子间距低于平衡间距，产生晶格的压缩应变，而滑移面下方则发生拉伸应变。压缩和拉伸正应变是刃位错周围的主要应变。,上页,下页,上页,下页,上页,下页,小结： 1）既有切应力，又有正应力，最大切应力 处于滑移面上； 2）应力的大小
3、与 成反比，与 成正比； 3）应力场对称于多余半原子面； 4）应力场是“上压下拉”。,上页,下页,2.位错与点缺陷的交互作用,柯氏气团：对位错起钉扎作用固溶强化,通过动画说明溶质原子的交互作用,当晶体内同时含有位错和点缺陷时，两者之间会发交互作用。,空位与位错也会发生交互作用，使位错发生攀移，这在高温下显得十分重要。,上页,下页,3.位错与其它位错的交互作用,“同号相斥，异号相吸”,r,r,F,F,F,F,b1,b2,b1,b2,图4-33 平衡螺型位错之间的交互作用力,上页,下页,四位错的合成与分解,位错反应的两个条件,几何条件：b前=b后，即反应前后位错在三维方向的矢量之和必须相等,能量条
4、件： b2前=b2后，即位错反应后应变能必须降低，这是反应进行的驱动力,上页,下页,上页,下页,判断位错反应能否进行,几何条件：,上页,下页,此反应满足几何与能量条件，故反 应成立。,能量条件：,上页,下页,实际晶体中位错的柏氏矢量,单位位错或全位错位错的 b 与连接点阵中最近邻两个原子 的点阵矢量相等,不全位错 b 小于点阵矢量的位错,上页,下页,扩展位错又两个不全位错，中间夹一层错的位错组态。,扩展位错宽度d,3.fcc中全位错的分解及扩展位错,上页,下页,上页,下页,上页,下页,面心立方晶 体全位错与 分位错的滑 移,上页,下页,小结,1)位错实际上并不是跟线，而是具有一定宽度的管道；,
5、2)位错线是晶体中已滑移区与未滑移区的边界；,3)位错线周围的点阵发生弹性畸变，其能量比其它地区高，并发生应力场，此应力场对晶体中的溶质原子或其它缺陷将发生交互作用，对金属和合金的性能将发生影响；,上页,下页,4)位错运动不能引起晶体结构的变化，只能引起晶体缺陷组态与分布的变化；,5)刃位错有一额外半原子面，位错线呈任意形状；螺型位错无额外半原子面，其位错线一定是直线；,6)位错的滑移面就是位错线与它的柏氏矢量构成的晶面，即滑移面；而一定晶体的滑移面，是指该晶体的原子,上页,下页,密排面，即易滑移面；位错的可滑移面不一定是晶体的易滑移面，当两个滑移面重合时，滑移才容易进行。,第四节 晶体中的界
6、面,晶体材料中存在很多界面，同一种相的晶粒与晶粒的边界，不同相之间的边界以及晶体的外表面等。晶面也是晶体缺陷，属面缺陷。,上页,下页,返回,一、晶界的结构与晶界能 根据晶界两侧晶粒位向差（角）的不同，可把晶界分为： 小角度晶界（10） 1、小角度晶界的结构 当晶界两侧的晶粒位向差很小时，晶界基本上由位错组成。最简单的是对称倾斜晶界，即晶界两侧的晶粒相对于晶界。,上页,下页,对称倾斜了一个小的角度。所有的小角度晶界均由位错组成，晶界上的位错密度随位向差增大而增加。,2、大角度晶界 当晶粒间的位向差增大到一定程度后，位错已难以协调相邻晶粒之间的位向差，所以位错模型不能适应大角度晶界。大角度晶界相当
7、于两晶粒之间的过,上页,下页,度层，是仅有23个原子厚度的薄层，原子排列相对无序，也比较稀疏些。 3、晶界能 晶界能：原子偏离了平衡位置，相对于晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部分能量。记作G。,上页,下页,G为切变模量，B为柏氏矢量，为泊松比，B为积分常数，取决与位错中心的错排能。,小角度晶界能,G =0(Bln）,式中0为材料常数 0= ，,上页,下页,金属界面的分类,外部表面：表面的结构、成分和性质均与晶体内部不同，表面能多以表面表示。,内在界面,晶界：位向不同的相邻晶粒间的界面,晶内的孪晶界：平均直径0.001mm，每个晶粒内相邻亚晶粒间界面。,上页,下页,晶内的亚晶界：晶体
8、中一部分原子以每一界面为共有面而与令一部分原子呈晶面对称排列时， 称为孪晶，孪晶之间的界面即为孪晶界。,晶内的层晶界：堆垛层错是一种典型的共格界面,晶内的相界：两相间的界面,上页,下页,结构,共格界面：两晶粒的原子在界面上完全相互匹配,半共格界面：界面两侧两相点阵结构相近而原子间距相差较大,外共格界面：两相原子在界面上无任何匹配关系,下页,后退,上页,下页,性质,界面能单位面积界面的自由焓r 大角度晶界的r小角度晶界的r 外共晶格界面的r半共晶格界面的r共晶格界面的r,上页,下页,本章思考题,1.各种晶体缺陷地异同? 2.晶体滑移与位错运动的关系? 3.位错的应变能? 4.位错与点缺陷的交互作用? 5.位错间的交互作用? 6.位错的分解与合成? 7.晶体中的界面?,上页,下页,返回本章首页,轻松一刻,返回目录,溶质原子与位错的交互作用,返回,
