第一章金属的晶体结构3

§1-3实际金属的晶体结构原子排列偏离规则排列的不完整性区域。点缺陷（pointdefect）——在三个方向上尺寸都很小线缺陷（linedefect）——在两个方向上尺寸很小面缺陷（interfacialdefect）——在一个方向上尺寸很小根据晶体缺陷的几何形态特征分为三种：理想晶体与实际晶体之间的不同点？晶体缺陷（crystalimperfection）——完美与否理想晶体——实际晶体的理想化三维空间无限延续，无边界严格按周期性规则排列，是完整的、无缺陷。原子在其平衡位置静止不动数量：1/1000原子数一、点缺陷——包括空位、间隙原子、置换原子局部点阵畸变原子热振动克服约束，迁移到新的位置空位、间隙原子、置换原子部分原子获得足够高的能量形成引起形成能量起伏空位分类肖脱基空位—原子迁移到表面—仅形成空位弗兰克尔空位—原子迁移到间隙中—形成空位-间隙对迁移到其它空位处（空位运动）晶格畸变：弹性畸变区（脱离平衡位置，形成畸变能）空位属于热平衡缺陷：空位的平衡浓度与温度有关。空位的位置不固定：运动、消失、形成的不断变化中空位（vacancy）极小；铜：近熔点10-5数量级复合空位两个以上的空位聚在一起形成的空位间隙原子和置换原子

（interstitialatom/substitionalatom）处于晶格间隙中的原子。间隙原子：置换原子：占据基体原子平衡位置的异类原子。属于热平衡缺陷；一定温度具有平衡浓度（溶解度或固溶度）引起晶格畸变，影响性能空位间隙原子小置换原子大置换原子原子偏离平衡位置（d0）,偏离最低能状态能量升高，原子振幅增大，影响性能一、点缺陷（空位、间隙原子、置换原子）

金属性能发生变化如屈服强度升高，电阻增大、体积膨胀二、线缺陷

dislocation线缺陷的发现位错逐排依次运动——塑变原子面整体滑移——塑变理论强度远大于实测值探求新理论——位错理论发现问题促使核心计算强度值实测值结果定义：在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。分类刃型位错（edgedislocation）螺型位错（screwdislocation）形成原因：多种如：塑性变形形成已滑移区和未滑移区的交界线二、线缺陷（一）刃型位错edgedislocation二、线缺陷形成畸变区多（或少了）半排原子面用┻（或┳）表示

刃位错正：上压下拉负：上拉下压（弹性应力场）

称为间隙原子和大置换原子在拉应力侧发生聚集，小置换原子聚集于压应力侧。造成位错受阻，金属强化（柯垂尔气团）二、线缺陷刃型位错的重要特征刃位错有一额外的半原子面位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃型位错则相反位错线与晶体滑移的方向垂直，位错线运动的方向垂直于位错线（二）螺型位错screwdislocation原子面部分错动一个原子间距螺位错

不吻合过渡区形成畸变区纯剪切应力区

形成

称作二、线缺陷二、线缺陷分类左螺型位错右螺型位错螺型位错的重要特征螺型位错没有额外的半原子面螺型位错是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既只有切应变，而无正应变。位错线与晶体滑移的方向平行，位错线运动的方向垂直于位错线（三）

柏氏矢量——反映位错区畸变的方向与程度（1）包含位错线做一封闭回路——柏氏回路（2）将同样的回路置于完整晶体中——不能闭合（3）补一矢量（终点指向起点）使回路闭合——柏氏矢量12345678910111234567891011刃位错柏氏矢量的求法二、线缺陷（1）包含位错线做一封闭回路——柏氏回路（2）将同样的回路置于完整晶体中——不能闭合（3）补一矢量（终点指向起点）使回路闭合——柏氏矢量121234123123411121234123123411螺位错柏氏矢量的求法二、线缺陷用柏氏矢量可以判断位错的类型二、线缺陷用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量大小用柏氏矢量可以表示晶体滑移方向一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的刃型位错和与之垂直的柏氏矢量所构成的晶面就是滑移面，刃型位错的滑移面只有一个；螺型位错与b平行，位错线和b构成的晶面无数，螺位错的滑移面不定，可在更多的面滑移。位错线垂直于b，刃型位错位错线平行于b，螺型位错滑移量大小等于b，滑移方向同b柏氏矢量特性混合位错二、线缺陷混合位错二、线缺陷由于位错是已滑移区和未滑移区的边界，所以位错线不能中止在晶体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。在晶体内部，位错线一定是封闭的或者自身封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网络。二、线缺陷位错密度二、线缺陷单位体积晶体中所有位错线的总长度穿过单位截面积的位错线数目m-2金属晶须退火态(105-108/cm2)

加工硬化态(1011-1012/cm2)

m-2三、面缺陷晶界孪晶界相界小角度晶界大角度晶界外表面内表面堆垛层错表面和自由界面（一）晶体表面晶体表面指金属与真空或气体等外部介质相接触的界面外部和内部原子的作用力不同导致晶格畸变。表面晶格畸变→能量升高→表面能单位面积升高的能量称表面能三、面缺陷影响表面能的主要因素外部介质的性质介质不同原子的相互作用力不同，表面能不同裸露晶面原子密度裸露面为密排面时，表面能最小晶体表面的曲率表面的曲率越大表面能越大三、面缺陷晶体的各向异性晶粒：组成晶体的结晶颗粒。单晶体：由一个晶粒构成。显示出各向异性。（由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同）多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体。一般金属都是多晶体，不显示各向异性，称伪等向性。构成多晶体的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性相互被抵消，显示出伪等向性。（二）晶界

boundary晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的晶界界面称为晶界三、面缺陷三、面缺陷1.小角度晶界（low-angleboundary）2.大角度晶界（high-angleboundary）——相邻晶粒的位相差大于10°情况复杂，尚不清楚；多晶体金属材料中的晶界大都属于大角度晶界——相邻晶粒的位相差小于10°；基本由位错线构成qD≈b/q（1）对称倾侧晶界相邻晶粒各转θ/2同号刃位错垂直排列1.小角度晶界（2）不对称倾侧晶界1.小角度晶界（3）扭转晶界两组螺位错构成1.小角度晶界

a√2扭转晶界形成1.小角度晶界扭转晶界1.小角度晶界——10°以上，一般在30°～40°2.大角度晶界（三）亚晶界（subgrainboundary）-位相差极小

三、面缺陷图

Al-Ni合金的亚晶粒(四)相界三、面缺陷分类相界点阵完全重合

—共格相界点阵基本重合——部分共格+位错

——半共格相界点阵完全不重合

——非共格相邻两相之间的界面晶界特点：1）晶界——畸变——晶界能