材料成型金属学ch01-1位错理论

1.位错理论基础

1.1晶体缺陷概论晶体中的缺陷：原子排列偏离完整性的区域点缺陷－在三个方向上尺寸都很小线缺陷－在二个方向上尺寸很小面缺陷－在一个方向上尺寸很小点缺陷pointdefects空位vacancy间隙原子interstitialatom杂质原子impurityatomSchematicillustrationoftypesofdefectsinasingle-crystallattice:self-interstitial,vacancy,interstitial,andsubstitutional.ExtraatomMissingatomExtraatomForeignatomPointDefectsinaSingleCrystalLatticePointDefects点缺陷Substitutionalatom替换原子Self-interstitialatomInterstitialatom间隙原子Vacancy空位•Equilibriumconcentrationvarieswithtemperature!How?空位平衡浓度Boltzmann'sconstant

(1.38x10-23J/atomK)(8.62x10-5eV/atomK)ç÷NDN=exp-QDkTæèçöø÷No.ofdefectsNo.ofpotentialdefectsites.FormationenergyTemperatureEachlatticesiteisapotentialvacancysiteSelfDiffusionViaVacancyMechanism点缺陷对晶体性能的影响间隙原子－体积膨胀1~2个原子体积

空位－体积膨胀0.5个原子体积屈服强度↑对扩散、高温形变和热处理等过程均有重要影响

面缺陷planedefect小角度晶界lowanglegrainboundary大角度晶界highanglegrainboundary相界面interphaseboundary小角度晶界特点*θ<10°由位错构成*位错密度↑—位向差↑—晶格畸变↑—晶界能↑大角度晶界θ10°

小角度晶界类型（1）对称倾侧晶界相邻晶粒各转θ/2同号刃位错垂直排列（2）不对称倾侧晶界相互垂直的两组刃位错垂直排列LowAngleGrainBoundary－小角晶界SchematicAdaptedfromFig.4.7,Callister6e.

GRAINBOUNDARIES晶界晶界特点1）晶界—畸变—晶界能—向低能量状态转化—晶粒长大、晶界变直—晶界面积减小；2）阻碍位错运动—σb↑—细晶强化；3）位错、空位等缺陷多—晶界扩散速度高；4）晶界能量高、结构复杂—容易满足固态相变的条件——固态相变首先发生地；5）化学稳定性差—晶界容易受腐蚀；6）微量元素、杂质富集VariationinGrainBoundaryEnergyWithMisorientationforCopper.晶界能～角度相界面两个不同相之间的界面－共格界面－半共格界面－非共格界面弹性能与界面能？晶界处新晶粒晶界与亚晶界新晶粒与位错Laminarstructure片层状组织HighresolutionTEM

高分辨电子显微镜成百上千个原子单个原子排列ELECTRONMICROSCOPYJuanVillegas,Ph.D.thesis(UConnMSE)advancingtwin[001][110]Nickelalloy线缺陷linedefect刃型位错Edgedislocation螺型位错Screwdislocation

混合位错Mixeddislocation1.2位错概念的引入1934

解释实测的晶体临界切应力值与理论计算值相差千倍以上的问题理想晶体的临界切应力实际晶体的逐步滑移‑EffectofdislocationsinthelatticestructureunderstressIntheseriesofdiagrams,themovementofthedislocationallowsdeformationtooccurunderalowerstressthaninaperfectlattice1.3位错的原子模型及柏氏矢量EdgeDislocation刃型位错多余原子面EdgeDislocation刃型位错ScrewDislocation螺型位错

ScrewDislocation螺型位错MixedDislocation混合位错

ScrewDislocationEdgeDislocationMixedDislocation混合位错

柏氏矢量的确定（1）包含位错线做一封闭回路－柏氏回（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BURGER’SVECTOR柏氏矢量Edgedislocation:Burger’svectorperpendiculartodislocationlineScrewdislocation:Burger’svectorparalleltodislocationlineMixeddislocation:OrientationofBurger’svectorwithrespecttodislocationchangeswithpositionEdgedislocationScrewdislocationDislocationline:intopageDislocationlineBurger’svectorBurger’svector

特性（1）满足右螺旋规则时，柏氏矢量与柏氏回路路径无关－唯一性

（2）用柏氏回路求得的柏氏矢量为回路中包围的所有位错柏氏矢量的总和（矢量和）－可加性

（3）同一位错，柏氏矢量处处相同－同一性位错密度单位体积中位错的总长度：将位错线看作于垂直某一平面的直位错线位错的观察EtchingtoRevealDislocationMotionMovementofdislocationsinLiF.“A”aresessiledislocations&“B”areglissiledislocations.Whenastressisappliedtheglissiledislocationslides,hence,whenitisetchedagainitleavesanewtracewhereastheoldtracegetswider,butnotdeeper.Sessiledislocationsdonotmoveandtheetchpitsgetdeeperandwideronrepeatedetching.Dislocations