材料加工成型理论第一章-金属塑性变形的物理本质

1、第一章第一章 金属塑性变形的物理本质金属塑性变形的物理本质 塑性变形塑性变形是一种最常用的生产产品的工艺是一种最常用的生产产品的工艺方法，材料经过塑性成形，使其具有需要方法，材料经过塑性成形，使其具有需要的形状和性能，才能体现出它的价值。的形状和性能，才能体现出它的价值。 材料加工材料加工的目的就是两个；一是改变材料的目的就是两个；一是改变材料的的形状形状，另一个是改善其，另一个是改善其性能性能。 金属材料性能金属材料性能(使用性能和深加工性能使用性能和深加工性能)在使在使用条件一定时用条件一定时,是决定于是决定于成分和组织结构成分和组织结构。 材料的材料的化学成分化学成分一定时，其一定时，其

2、组织结构组织结构是由加工工是由加工工艺决定的艺决定的冷加工、热加工、热处理和形变热冷加工、热加工、热处理和形变热处理处理改变性能改变性能。 掌握了掌握了形变、形变和相变形变、形变和相变相结合过程中组织结构相结合过程中组织结构的变化规律，的变化规律，设计和优化加工工艺设计和优化加工工艺来获得来获得满足性满足性能要求能要求所需要的所需要的组织结构组织结构。 为了更充分发挥工艺改变组织结构的作用，可以为了更充分发挥工艺改变组织结构的作用，可以适当适当调整化学成分调整化学成分，获得更好的效果。，获得更好的效果。 因此，阐明因此，阐明塑性变形的物理本质、变形机理、塑塑性变形的物理本质、变形机理、塑性变形

3、时组织结构和性能变化的关系性变形时组织结构和性能变化的关系，为合理地，为合理地选择加工条件，保证塑性变形过程的进行提供理选择加工条件，保证塑性变形过程的进行提供理论基础。论基础。1.1 塑性变形机理塑性变形机理 塑性变形包括塑性变形包括晶内变形和晶间变形晶内变形和晶间变形。 晶内变形晶内变形通过各种位错运动而实现晶内的一通过各种位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的部分相对于另一部分的剪切运动剪切运动。 剪切运动有不同的机理，其中在常温下最基本的剪切运动有不同的机理，其中在常温下最基本的形式是形式是滑移、孪生滑移、孪生。 在在T0.5Tm 时，时， 可能出现可能出现晶间变形晶间变形。 变形

4、温度比晶体熔点低很多时，起控制作用的变变形温度比晶体熔点低很多时，起控制作用的变形机理是形机理是滑移和孪生滑移和孪生。 高温高温塑性变形时，塑性变形时，扩散机理扩散机理起重要作用。起重要作用。一、一、 滑移滑移 晶内变形晶内变形是晶体的一部分相对于另一部分的剪切是晶体的一部分相对于另一部分的剪切变形，都是通过位错运动来实现的，所以变形，都是通过位错运动来实现的，所以研究基研究基本的塑性变形机理就应研究相应的各种位错运动本的塑性变形机理就应研究相应的各种位错运动形式。形式。 位错要运动，虽然很容易，但也必须至少克服位错要运动，虽然很容易，但也必须至少克服点点阵阻力（派阵阻力（派-纳力）纳力）对它

5、的阻碍才能运动。对它的阻碍才能运动。1.点阵阻力点阵阻力 位错向前运动，必须越过一个能量最大值的位置，位错向前运动，必须越过一个能量最大值的位置，才能从才能从一个低能的稳定位置过渡到另一个低能的一个低能的稳定位置过渡到另一个低能的稳定位置稳定位置。为此，就需要对位错施加足够的力以。为此，就需要对位错施加足够的力以供克服这一能垒所需要的能量，这个能垒就称为供克服这一能垒所需要的能量，这个能垒就称为派尔斯垒派尔斯垒，克服这个能垒所需要的力就是，克服这个能垒所需要的力就是派派-纳力。纳力。 式中螺位错式中螺位错 刃位错刃位错)2exp(2kbakGp1k1k 派派-纳模型纳模型所给出的解仅仅在定性上

6、是正确的。从上面所给出的解仅仅在定性上是正确的。从上面的公式可得出：的公式可得出： （1）位错运动所需的）位错运动所需的派派-纳力纳力比晶体产生整体、刚性比晶体产生整体、刚性滑移所需要的滑移所需要的理论剪切屈服应力小许多倍理论剪切屈服应力小许多倍。 （2）柏氏矢量）柏氏矢量b值值越小越小，滑动面面间距，滑动面面间距a越大越大，则临界，则临界切应力切应力 就就越小越小。2Gmp （3）在其它条件相同时，刃型位错的活动性比）在其它条件相同时，刃型位错的活动性比螺型位错的活动性大。螺型位错的活动性大。 对对刃型位错刃型位错 对对螺型位错螺型位错 但体心立方晶体在低温下则是螺位错的活动性但体心立方晶体

7、在低温下则是螺位错的活动性较大。较大。Gp4105 .2Gp31042. 滑移系统滑移系统 面间距越大、柏氏矢量越小，则派面间距越大、柏氏矢量越小，则派-纳力越小。纳力越小。 单晶体和多晶体中滑移变形是沿着单晶体和多晶体中滑移变形是沿着密排面密排面（滑滑移面移面）和）和密排方向密排方向（滑移方向滑移方向）进行。）进行。 滑移系统滑移系统滑移面和位于其上的滑移方向构成。滑移面和位于其上的滑移方向构成。 面心立方晶体的滑移变形是沿着密排的八面体面心立方晶体的滑移变形是沿着密排的八面体平面平面 上的密排方向上的密排方向 进行的。进行的。111110 体心立方晶体的密排面是体心立方晶体的密排面是 ，滑

8、移总是沿着密，滑移总是沿着密排方向排方向 。 密排六方晶体中密排六方晶体中 面是密排面，面是密排面， 是密是密排方向。排方向。 滑移是金属的一部分相对于另一部分产生的剪切滑移是金属的一部分相对于另一部分产生的剪切运动，而相对剪切运动的距离是沿剪切方向，即运动，而相对剪切运动的距离是沿剪切方向，即滑移方向上滑移方向上原子间距的整数倍原子间距的整数倍，剪切运动后，剪切运动后并不并不破坏原子排列的规则，也不改变晶体的取向破坏原子排列的规则，也不改变晶体的取向。 110111000102113. 滑移时的临界分切应力滑移时的临界分切应力 滑移系只提供了滑移的可能性，产生滑移的驱动滑移系只提供了滑移的可

9、能性，产生滑移的驱动力是沿滑移面滑移方向上的分切应力。当达到某力是沿滑移面滑移方向上的分切应力。当达到某一临界值时，晶体开始滑移，该临界值是临界分一临界值时，晶体开始滑移，该临界值是临界分切应力。切应力。 临界分切应力是标志金属特性的物理量，其数值临界分切应力是标志金属特性的物理量，其数值的大小与金属的晶体结构、化学成分、变形温度的大小与金属的晶体结构、化学成分、变形温度、变形速度等有关。、变形速度等有关。 一定的金属在一定的变形温度和变形速度下，开一定的金属在一定的变形温度和变形速度下，开始产生滑移变形所需的临界切应力为常数。始产生滑移变形所需的临界切应力为常数。4. 滑移时晶体的转动滑移时

10、晶体的转动 在发生滑移变形的同时，往往伴随有晶体的转动在发生滑移变形的同时，往往伴随有晶体的转动。 压缩时晶面的转动与拉伸时相反。压缩时晶面的转动与拉伸时相反。 在塑性变形过程中，由于滑移使晶体的位向不断在塑性变形过程中，由于滑移使晶体的位向不断地改变，如果原来晶体的位向是处于软取向，经滑地改变，如果原来晶体的位向是处于软取向，经滑移和转动后，取向因子变小，变形抗力增大，使滑移和转动后，取向因子变小，变形抗力增大，使滑移变得困难，产生硬化效果，这种现象称为移变得困难，产生硬化效果，这种现象称为几何硬几何硬化化；反之，则成为；反之，则成为几何软化几何软化。 5. 滑移的基本类型滑移的基本类型 主

11、要有：主要有：单滑移、多滑移和交滑移单滑移、多滑移和交滑移 单滑移：仅有一组滑移系开动单滑移：仅有一组滑移系开动 多滑移：有多个滑移系开动多滑移：有多个滑移系开动 交滑移：当螺型位错滑移受阻时，它可以离开原交滑移：当螺型位错滑移受阻时，它可以离开原滑移面沿另一个晶面继续移动。但在另一晶面上滑滑移面沿另一个晶面继续移动。但在另一晶面上滑移时，仍保持原来的滑移方向与大小，为什么？移时，仍保持原来的滑移方向与大小，为什么？ 二、二、 孪生孪生 孪生也是一种常见的变形方式。通过变形形成的孪生也是一种常见的变形方式。通过变形形成的孪晶称为变形孪晶或机械孪晶。产生孪晶的过程孪晶称为变形孪晶或机械孪晶。产生

12、孪晶的过程称为孪生。孪生是塑性变形的基本机理之一。称为孪生。孪生是塑性变形的基本机理之一。 1. 孪生的特点孪生的特点 孪生是晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的孪生是晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶体学平面和方向产生的切变，该晶面就是孪生晶体学平面和方向产生的切变，该晶面就是孪生面，方向就是孪生方向。该切变有自身的特点。面，方向就是孪生方向。该切变有自身的特点。 孪生要改变晶体的取向。孪生要改变晶体的取向。 孪生形成方式主要有两种。孪生形成方式主要有两种。2. 孪生的几何学孪生的几何学 孪生变形机制具有保持其原来的晶体结构，又改孪生变形机制具有保持其原来的晶体结构，又改变其取向使同原来

13、的晶体保持对称的特点，就一变其取向使同原来的晶体保持对称的特点，就一定存在着一些特定的因素可以用来描述这些特点。定存在着一些特定的因素可以用来描述这些特点。这些因素就称为这些因素就称为孪生要素孪生要素。 孪生要素通常指的是孪生要素通常指的是孪生面或称第一不畸变面孪生面或称第一不畸变面K1、第二不畸变面第二不畸变面K2、孪生方向或称切变方向、孪生方向或称切变方向1 1、切、切变平面与变平面与K2的交线的交线 2 2 和孪生应变和孪生应变S 孪生孪生时原子的移动距离随着孪晶界面的距离加大时原子的移动距离随着孪晶界面的距离加大而加大。因而孪晶生长时，必然使周围的基体有而加大。因而孪晶生长时，必然使周

14、围的基体有很大的切应变，这就要求在它附近发生塑性变形很大的切应变，这就要求在它附近发生塑性变形（如滑移、不均匀塑性变形等）来（如滑移、不均匀塑性变形等）来协调协调孪晶切变。孪晶切变。如果晶体不能和孪生切变相协调时，就会出现如果晶体不能和孪生切变相协调时，就会出现裂裂缝缝。 由于由于孪生改变了晶体的取向孪生改变了晶体的取向，可使原来不易滑移，可使原来不易滑移的系统由于孪生引起晶体取向的改变而变得很容的系统由于孪生引起晶体取向的改变而变得很容易滑移了，因而易滑移了，因而促进滑移促进滑移，也就促进塑性变形能，也就促进塑性变形能进一步发展。所以孪生是一种不容忽视的，尤其进一步发展。所以孪生是一种不容忽

15、视的，尤其是在是在密排六方金属和体心立方金属密排六方金属和体心立方金属中显得更为重中显得更为重要。要。三、扩散塑性变形机理三、扩散塑性变形机理 当金属在高温塑性变形时，扩散起着重要的作用。当金属在高温塑性变形时，扩散起着重要的作用。 扩散的作用是双重的扩散的作用是双重的。一方面，它对剪切塑性变。一方面，它对剪切塑性变形机理可以有很大的影响；另一方面，扩散可以形机理可以有很大的影响；另一方面，扩散可以独立产生塑性流动。独立产生塑性流动。 扩散塑性变形扩散塑性变形机理包括机理包括扩散扩散-位错机理、溶质原子位错机理、溶质原子定向溶解机理、定向空位流机理定向溶解机理、定向空位流机理。 扩散扩散-位错

16、机理位错机理 当温度较高具有扩散条件时，扩散过程从几个方当温度较高具有扩散条件时，扩散过程从几个方面影响位错运动。面影响位错运动。 扩散对刃位错的攀移和螺位错的割阶运动产生影扩散对刃位错的攀移和螺位错的割阶运动产生影响。特别是对刃为错攀移速度的影响，在变形温响。特别是对刃为错攀移速度的影响，在变形温度超过度超过0.5Tm，变形物体承受中等或较高应力水，变形物体承受中等或较高应力水平时，是扩散平时，是扩散-位错机理控制着蠕变变形过程的机位错机理控制着蠕变变形过程的机理，也正是该机理的速度控制着蠕变速度理，也正是该机理的速度控制着蠕变速度位错位错蠕变机理。蠕变机理。 材料蠕变性能的变化反映了应变硬

17、化和软化之间材料蠕变性能的变化反映了应变硬化和软化之间的相互作用的不断变化。的相互作用的不断变化。 扩散时溶质原子气团对位错运动的限制作用，随扩散时溶质原子气团对位错运动的限制作用，随着温度的变化而不同。着温度的变化而不同。 在室温下，溶质原子的扩散速度很低，位错运动在室温下，溶质原子的扩散速度很低，位错运动速度受扩散速度的制约，位错被气团锚住了，在速度受扩散速度的制约，位错被气团锚住了，在大应力下出现了屈服效应现象。大应力下出现了屈服效应现象。 温度较高，中等扩散速度下，位错不能摆脱气团温度较高，中等扩散速度下，位错不能摆脱气团包围，就出现了动态应变时效，发生蓝脆。包围，就出现了动态应变时效

18、，发生蓝脆。 随着温度的升高，扩散可以减轻由溶质原子对位随着温度的升高，扩散可以减轻由溶质原子对位错钉扎而形成的气团对位错运动的限制作用。气错钉扎而形成的气团对位错运动的限制作用。气团的可动性增加了，材料的塑性得到改善。团的可动性增加了，材料的塑性得到改善。 溶质原子定向溶解机理溶质原子定向溶解机理 晶体没有受到力作用时，溶质原子在晶体中的分晶体没有受到力作用时，溶质原子在晶体中的分布是随机的、无序的。在受力作用时，这种随机布是随机的、无序的。在受力作用时，这种随机分布的情况就被破坏了，通过扩散，溶质原子产分布的情况就被破坏了，通过扩散，溶质原子产生优先聚集，在晶体点阵的不同方向上产生了溶生优

19、先聚集，在晶体点阵的不同方向上产生了溶解原子能力的差别，称为定向溶解。这种择优分解原子能力的差别，称为定向溶解。这种择优分布的固溶体不可避免地伴随着晶体点阵和整个试布的固溶体不可避免地伴随着晶体点阵和整个试样的变形，也就是产生了所谓的定向塑性变形。样的变形，也就是产生了所谓的定向塑性变形。 应力松弛和弹性后效现象就是这种机理作用的结应力松弛和弹性后效现象就是这种机理作用的结果。果。 在应力作用下，溶质原子产生定向溶解，去掉应在应力作用下，溶质原子产生定向溶解，去掉应力后，定向溶解状态又要消失，这种扩散引起的力后，定向溶解状态又要消失，这种扩散引起的原子流动是可逆的。原子流动是可逆的。 定向空位

20、流机理定向空位流机理 它是在一定的温度条件下，由于应力诱导作用使它是在一定的温度条件下，由于应力诱导作用使晶界产生空位的能量提高，造成空位在晶界上的晶界产生空位的能量提高，造成空位在晶界上的迁移。空位流就是原子流，只不过是原子流的方迁移。空位流就是原子流，只不过是原子流的方向和空位流的方向相反。定向空位流机理是由于向和空位流的方向相反。定向空位流机理是由于扩散引起的不可逆的塑性流动机理。扩散引起的不可逆的塑性流动机理。 此外，还有此外，还有晶间滑动机理晶间滑动机理 它是综合的变形机理，它和晶内滑移、扩散塑性它是综合的变形机理，它和晶内滑移、扩散塑性变形机理是相互协调的。对超塑性变形，大家的变形

21、机理是相互协调的。对超塑性变形，大家的观点认为是晶间滑动机理为控制机理。为改善材观点认为是晶间滑动机理为控制机理。为改善材料的超塑成形性，就是加强该种变形机理的作用，料的超塑成形性，就是加强该种变形机理的作用，细化晶粒就是采用的有效措施之一。细化晶粒就是采用的有效措施之一。 在确知了某种特定条件下的控制机理之后，就可在确知了某种特定条件下的控制机理之后，就可以根据不同的需要，设法改进材料来抑制或加强以根据不同的需要，设法改进材料来抑制或加强该种机制的作用，甚至改变控制变形机理的类型该种机制的作用，甚至改变控制变形机理的类型来满足生产和使用材料的要求。如高温承载部件来满足生产和使用材料的要求。如

22、高温承载部件中，在其工作条件下，定向扩散空位流机理，晶中，在其工作条件下，定向扩散空位流机理，晶界滑动机理可能是应变速率的控制机理。为了提界滑动机理可能是应变速率的控制机理。为了提高部件的使用寿命，应设法抑制应变（蠕变）速高部件的使用寿命，应设法抑制应变（蠕变）速率。措施之一就是粗化晶粒，减少空位流的源和率。措施之一就是粗化晶粒，减少空位流的源和壑，减少晶间滑动的途径。这是一种控制性机理壑，减少晶间滑动的途径。这是一种控制性机理发挥作用的情况。发挥作用的情况。1.2 金属的屈服强度金属的屈服强度 材料的组织结构与性能的关系是材料塑性变形结材料的组织结构与性能的关系是材料塑性变形结果的体现。果的

23、体现。 屈服强度屈服强度是金属各种性能中最重要的性能之一。是金属各种性能中最重要的性能之一。 从使用金属材料的角度来看，屈服强度为其上限从使用金属材料的角度来看，屈服强度为其上限应力。应力。 从压力加工的角度来讲，屈服强度是其下限应力。从压力加工的角度来讲，屈服强度是其下限应力。 金属的屈服强度是指金属抵抗塑性变形的抗力金属的屈服强度是指金属抵抗塑性变形的抗力。 定量地讲，它是指金属发生塑性变形时的临界应定量地讲，它是指金属发生塑性变形时的临界应力。金属抵抗塑性变形能力的大小显然与加载的力。金属抵抗塑性变形能力的大小显然与加载的应力状态有关，同时它是受变形温度、应变速率应力状态有关，同时它是受

24、变形温度、应变速率和变形量等外在实验条件和内在的成分、组织状和变形量等外在实验条件和内在的成分、组织状态的影响。态的影响。 但是，屈服强度作为金属材料的力学性能指标，但是，屈服强度作为金属材料的力学性能指标，专指的是在单向应力状态下和相应的变形温度、专指的是在单向应力状态下和相应的变形温度、应变速率和变形程度下，产生塑性变形所需要的应变速率和变形程度下，产生塑性变形所需要的单位变形力。单位变形力。一、理论屈服强度的估计一、理论屈服强度的估计 位错理论出现之前位错理论出现之前,认为晶体是理想排列的，认为晶体是理想排列的，而经典塑性变形理论对塑性变形的描述是：滑而经典塑性变形理论对塑性变形的描述是

25、：滑移是一部分晶体在滑移面上沿滑移方向，相对移是一部分晶体在滑移面上沿滑移方向，相对于另一部分晶体的于另一部分晶体的刚性整体式地切变刚性整体式地切变。 根据该理论可以估计出纯金属的理论屈服强度根据该理论可以估计出纯金属的理论屈服强度 一般金属晶体的理论屈服强度为一般金属晶体的理论屈服强度为103104MPa数量级。而实测纯金属单晶体大致为数量级。而实测纯金属单晶体大致为1MPa，理论值是实际值的理论值是实际值的1000倍以上，说明把滑移倍以上，说明把滑移过程看成是整体刚性的移动与实际相差较远。过程看成是整体刚性的移动与实际相差较远。2/Gm二、实际晶体屈服强度的构成二、实际晶体屈服强度的构成

26、金属的理论屈服强度来源于金属的原子间的结合金属的理论屈服强度来源于金属的原子间的结合力，它是金属原子间结合力大小的反映。而实际力，它是金属原子间结合力大小的反映。而实际晶体中存在各种晶体缺陷，如位错的存在，位错晶体中存在各种晶体缺陷，如位错的存在，位错易运动，因而不能充分发挥出原子间结合力的作易运动，因而不能充分发挥出原子间结合力的作用，所以金属实际屈服强度远低于理论值。用，所以金属实际屈服强度远低于理论值。 实际晶体的屈服强度取决于什么？塑性变形的实实际晶体的屈服强度取决于什么？塑性变形的实质？质？ 产生一定切变量的位错运动所需要的应力。产生一定切变量的位错运动所需要的应力。 屈服强度屈服强

27、度开动位错源所需的应力和位错在运动开动位错源所需的应力和位错在运动过程中遇到的各种阻力过程中遇到的各种阻力1. 开动位错源所必须克服的阻力开动位错源所必须克服的阻力 实际晶体中存在大量的位错，充分退火后，也实际晶体中存在大量的位错，充分退火后，也不会消失，它们构成稳定的网络分布，固定住不会消失，它们构成稳定的网络分布，固定住位错位错. 受力之后可能形成位错源。金属要变形，必须受力之后可能形成位错源。金属要变形，必须要求位错源工作。克服的位错源阻力为：要求位错源工作。克服的位错源阻力为： 这种抑制住位错源开动的阻力，也称为源硬化。这种抑制住位错源开动的阻力，也称为源硬化。LGbd/2. 点阵阻力

28、点阵阻力 派派-纳力纳力 其与位错宽度和晶体结构等因素有关。其与位错宽度和晶体结构等因素有关。 位错宽度越大，该阻力越小位错宽度越大，该阻力越小。该阻力对温度敏感，。该阻力对温度敏感，是一种是一种短程力短程力。对于位错宽度窄的体心立方晶体，。对于位错宽度窄的体心立方晶体，该阻力对屈服强度就有一定的左右作用。该阻力对屈服强度就有一定的左右作用。)2exp(2kbakGp)2exp(2bkGp3. 位错应力场对运动位错的阻力位错应力场对运动位错的阻力 在金属中存在着位错，在其周围的晶体空间就在金属中存在着位错，在其周围的晶体空间就一定存在着弹性应力场。位错源开动后，散发一定存在着弹性应力场。位错源

29、开动后，散发出来的位错环在其运动过程中，就会受到原有出来的位错环在其运动过程中，就会受到原有位错应力场的作用，阻碍它们运动，用位错应力场的作用，阻碍它们运动，用 来表来表示这种阻力。示这种阻力。 该阻力的作用范围很大（该阻力的作用范围很大（103104）个原子间距，）个原子间距，故称为故称为长程力长程力。温度对它的影响很小温度对它的影响很小，仅通过，仅通过切弹性模量随温度的变化而有一点间接影响。切弹性模量随温度的变化而有一点间接影响。G4. 位错切割穿过其滑移面的位错林所引起的阻力位错切割穿过其滑移面的位错林所引起的阻力 位错林是指那些穿过运动位错所在滑移面的位错林是指那些穿过运动位错所在滑移

30、面的位错。位错。切割林位错所引起的阻力用切割林位错所引起的阻力用 表示，表示，是一种是一种短程力。短程力。 热激活热激活对于克服这个阻力是有很大作用的。对于克服这个阻力是有很大作用的。 由于位错林的存在，必然存在应力场，林位由于位错林的存在，必然存在应力场，林位错的应力场对运动位错的阻力用错的应力场对运动位错的阻力用 表示，表示，该力是一种该力是一种长程力，它对温度不敏感。长程力，它对温度不敏感。ss5. 割阶运动所引起的阻力割阶运动所引起的阻力 割阶运动所引起的阻力也就是形成点缺陷割阶运动所引起的阻力也就是形成点缺陷引起的阻力。当带有割阶的位错滑移时，引起的阻力。当带有割阶的位错滑移时，如果

31、割阶做的是非保守运动，则运动过程如果割阶做的是非保守运动，则运动过程中其后形成一连串的点缺陷。形成这些点中其后形成一连串的点缺陷。形成这些点缺陷需要能量，这就相当于有反向的力阻缺陷需要能量，这就相当于有反向的力阻碍位错前进。形成这些点缺陷引起的阻力碍位错前进。形成这些点缺陷引起的阻力为：为：xbQdD2/ 以上几种阻力叠加就是实际晶体中位错运动时以上几种阻力叠加就是实际晶体中位错运动时所必须克服的阻力，也就是实际晶体的剪切屈所必须克服的阻力，也就是实际晶体的剪切屈服强度服强度 。 位错运动过程中遇到各种阻碍时引起的阻力，位错运动过程中遇到各种阻碍时引起的阻力，又称为摩擦阻力。又称为摩擦阻力。

32、和和 是是长程力长程力，对温度变，对温度变化不敏感，而其它几个阻力是化不敏感，而其它几个阻力是短程力短程力，对温度，对温度敏感。敏感。 在实际金属中，通过塑性加工、合金化、热处在实际金属中，通过塑性加工、合金化、热处理等工艺手段所引起的屈服强度的变化，主要理等工艺手段所引起的屈服强度的变化，主要是通过改变这些阻力来实现的。是通过改变这些阻力来实现的。Gsc1.3 位错基本知识的补充位错基本知识的补充一、位错受力的一般情况一、位错受力的一般情况 位错在应力场中受力的计算位错在应力场中受力的计算 当晶体的滑移面上作用一外加切应力当晶体的滑移面上作用一外加切应力 时，单位时，单位长度位错线上所受的力

33、长度位错线上所受的力 ，其大小为，其大小为 ，其方向，其方向始终垂直于位错线并指向位错线的运动方向。始终垂直于位错线并指向位错线的运动方向。 这是一种组态的作用力，它用来说明位错的运动这是一种组态的作用力，它用来说明位错的运动和位错的交互作用，而并不代表位错附近的原子和位错的交互作用，而并不代表位错附近的原子实际受力情况。实际受力情况。Fb2. 化学力化学力 晶体中由于非平衡浓度的空位或间隙原子的存在晶体中由于非平衡浓度的空位或间隙原子的存在，所引起的作用于位错上的力，称为，所引起的作用于位错上的力，称为化学力或渗化学力或渗透力透力，用，用 表示。表示。 化学力是怎样产生的？化学力是怎样产生的

34、？ 在一定的条件下，化学力可以表示如下：在一定的条件下，化学力可以表示如下：cF02ln1CCkTbyGFc3.映象力映象力 由映象位错所产生的力叫做映象力。由映象位错所产生的力叫做映象力。 为什么提出这个力？为什么提出这个力？ 这个力的计算如果用映象位错的概念就容易实现。这个力的计算如果用映象位错的概念就容易实现。 利用映象位错来讨论位错与自由表面之间的相互作利用映象位错来讨论位错与自由表面之间的相互作用。用。 对于滑移面上螺位错的映象力如下：对于滑移面上螺位错的映象力如下： 刃型位错也有映象力，但计算比较复杂。刃型位错也有映象力，但计算比较复杂。 如果讨论的问题不是自由表面而是内界面，同样

35、可如果讨论的问题不是自由表面而是内界面，同样可以用映象位错来解决。以用映象位错来解决。xbbi42二、面心立方金属的位错及其反应二、面心立方金属的位错及其反应 1. 汤普森四面体及其符号表示汤普森四面体及其符号表示 在面心立方晶胞中，把（在面心立方晶胞中，把（001）、（）、（010）及（）及（100）三个）三个面的面心及原点构成的一个四面体，即为汤普森四面体。面的面心及原点构成的一个四面体，即为汤普森四面体。 汤普森符号有以下规律：汤普森符号有以下规律： （1）由任意两个英文字母组成的汤普森符号，表示）由任意两个英文字母组成的汤普森符号，表示1/2型矢量，是型矢量，是全位错全位错； （2）当

36、英文字母和对应的希腊字母结合时，表示）当英文字母和对应的希腊字母结合时，表示1/3型矢量，为型矢量，为Frank位错；位错； （3）当一个英文字母和一个希腊字母组成的符号，表示）当一个英文字母和一个希腊字母组成的符号，表示1/6型矢量，是型矢量，是Shockley位错；位错； （4）由两个希腊字母组成的符号，表示）由两个希腊字母组成的符号，表示1/6矢量，矢量，为为压杆位错或梯杆位错。压杆位错或梯杆位错。 2. 面心立方晶体中的主要位错反应面心立方晶体中的主要位错反应 1）全位错反应）全位错反应 两个全位错可以生成另一个全位错，生成的全位错有的是两个全位错可以生成另一个全位错，生成的全位错有的是能滑动的，有的是不能滑动的。能滑动的，有的是不能滑动的。 2）一个全位错可分解为两个）一个全位错可分解为两个Shockley位错位错 Shockley位错可以是刃型位错、螺型位错或混合型位错位错可以是刃型位错、螺型位错或混合型位错，但它只能在滑移面上运动，运动时伴随着层错区的扩大，但它只能在滑移面上运动，运动时伴随着层错区的扩大或缩小。或缩小。 Shockley位错只限于在层错所在的面滑移，它的刃型位位错只限于在层错所在的面滑