材料科学基础3-3位错的能量3-4课件

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2πr为周向长度，b为总的剪切变形量，γ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

TR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：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”rrFFFFb1b2b1b2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●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

晶体类型最密排方向单位位错不全位错fccbcchcp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。上页下页返回度层，是仅有2~3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γG。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。Gb4π(1–υ)小角度晶界能γG

=γ0θ(B–lnθ）式中γ0为材料常数

γ0=

，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