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文档简介
{广告传媒}材料科学基础多媒体二晶体缺陷缺陷和面缺陷Ⓒ点缺陷(pointDefect):②线缺陷(LineDefect):Ⓒ面缺陷(PlaceDefect):由于原子的热运动和能量起伏是某些原子具有较高的能量从而脱离了平衡位置,从而迁移到其它位置而形成“空位”或“。能量起伏:对金属进行加热、变形、结晶及高能离(二肖脱基空位(简称肖氏空位肖氏空位弗兰克尔空位(简称弗氏空位间隙原子可以是晶体同类原子(称自间隙原子,也可以是外来的(包括间隙溶质原子和置换溶质原子3-1二.点缺陷的平衡浓度缺陷是热力学稳定的缺陷-即在一定温度下及有一定数量的空位浓度(C。……空位数(n)与原子总数(N) 绝对温度(℃)ANTG=U-N△G=△U-T△SSf–Sc– 依据统计力学可知ω-微观组态数 Nn 可以写 将Ⓒ式代入Ⓒ式得△G=nUV–TnSf+TK[(N+n)Ln(N+n)-NLnN-Tnn<<N∴LnC-1=-∴C-由此可知:T↑C↑,三.点缺陷的特性以及对性能的影响点缺陷是热力学平衡缺陷,T↑C↑C↑бS空位聚集可以形成新的缺陷-3-2、3图3-2单晶体塑性变形时外形的变 图3-3理想晶体的滑移模移的微观过程又是怎样进行的那呢?如果晶体中的原子都是规则排为3000MPa,实际抗拉强度仅为1~10MPa,从而引起了人们对位错的时引入螺型位错;1947年柯垂尔(柯氏气团,因此解释了低碳钢的屈服现象;1950年弗兰克与瑞德 晶体中位错的基本类型为(screwdislocation刃型位错的形成:(模拟操作应力方向(F)滑移了一个原子间距而后胶合,于是在晶线(二.
3-5螺型位错的形成:(模拟操作3-6a)所示。(三).柏格斯矢量(简称柏氏矢量)与柏氏逥“b”b,称为位错的强度。1.柏氏矢量的确定(3-8柏氏矢量首先确定位错线的方向(一般有内向外为正向然后在完美晶体中作同样柏氏逥路(不闭合2.3-8b↑,3-9(c)、(d)混合型位错:柏氏矢量和位错线既不平行又不垂直时为3-9(e)所示。LⒸ“柏氏矢量的守恒性”
3-10b2,b3④如果各位错线的方向都朝向节点或都背离节点则b2证明:(反证法MQNP,方向由MP,如图所示。假设由两条位b2(b1≠b2)MQNP所包围的区域(
所以:b1=b2
MPNQ位错线,并按此方向标明箭头-再标b1(含箭头MN和b33-11图3-12柏氏矢量的坐 图3-13位错网(三)位错密度ρv-V–L-VA–m2nA退火态:ρS=1010~1012根/m2冷轧态:ρS=1015~1016根/m23-14刃型位错的滑移②刃型位错的可滑移面(b④位错扫除晶体在晶体表面(切应力方向)b方向产生大小b模的滑移螺型位错的滑移在切应力的作用下在滑移面上幷沿滑移方向(在切应力的作用下在滑移面上幷沿滑移方向(b螺型位错的可滑移面是:以b3-螺型位错的可滑移面是:以b④位错扫除晶体在晶体表面(切应力方向)b混合型位错的滑移ABCDC、D,C,DC、D(因为螺型位错线滑移方向垂直于切应力(二平行 2.Ⓒ空位运动到位错线下方,图3平行 2.刃型位 螺型位滑移和攀 只能滑位错线滑移方向⊥位错线,∥b和位错线滑移方向⊥位错线⊥b位错线攀移方向⊥位错线⊥半原线
易动性 易动性更 正应力引起攀移切应力引起滑移正应力只能引起滑移在讨论位错应🖂(1(2(3(一)固体中任意一点的应力可以分解为作用在单元体上的正应力分量和切应力分量。3-19脚码不相同的为切应力如σXX,σYY,σZZ,σXY,σYX,σXZ,σZX,σYZ,σZY3-19根据剪应力互等定理可6个为独🖂分量:3-20正应变-XX、YY、切应变-XY、YZ、有6个为独🖂分量:XX、YY、ZZ、XY、YZ、(二)圆柱坐标系中的应力分正应力分量-σZZ、σrr、因此:圆柱坐标系只有六个独🖂应力分量:σZZ、σrr、σθθ、σZθ、σzr、应变分量:εZZ、εrr、εθθ、εZθ、εzr、刃型位错的应🖂场(采用直角坐标系首先建🖂直角坐标系应🖂3-22其余为O即σXX=-A其中A=分析:如图3-23对称与半原子面(y轴)-(因为xσXX在y<0时(滑移面下方)则σXX>0,晶体受拉应力。σXX<0(y>0,xσXX<0)σYYX2>y2时,σYY>0(拉应力X2<y2时,σYY<0(压应力)X2=y2时,σYY=0(不受力)σXY=X>0X2>y2σYX>0xxσXY>0yyσYX<0xxX2<y2σXY<0-yyX2=y2σXY=σYX=0X<0X2>y2σYX<0xxσXY<0yyX2<y2σYX>0xxσXY>0-yyX2=y2σXY=σYX=0(或σYX))X=0σXY=σYX=0不受力在y=0时σXX=σYY=0说明滑移面上只有切应力分量没有正应螺型位错的应🖂场(采用柱坐标系Zb,切应变为其余为0εZZ=εrr=εθθ=εθr=εrθ=εzr=εrz=0分析:切应力分量σθZ-在经向平面上平行于Z方向应力分量。σZθ-在垂至于Z轴平面上垂至于半径方向上应力分量(切线方向σθZr有关,而与θ、Z即螺型位错的应🖂场σθZ与r成反比。当r→0时,σZθ=σθZ→∞。r→0r>2b(中心挖掉W总=W弹性+W圆柱中心而W圆柱中心较小(总能量的~)单位体积弹性应变能=(σrrεrr+σYYεYY+σZZεZZ+σXYεXY+σXZεXZ+σYZεYZ)对于螺型位错:σZθ=σθZ=,εZθ=εθZ=其余为=(σrrεrr+σθθεθθ+σzzεzz+σrθεrθ+σθzεθz+σrzεrz)-柱坐标系而对于螺型位错,=σε=(σθzεθz)其余为求dv大小:r0W混合=()混合W混合所以:W混合=Ln()(1-Cos2θ)
3-26当W混合为最小值时,Cos2θ则W混合=Ln()=WS-当W混合为最大值时,Cos2θ则W混合=Ln()=WE-WS<W混合<WE位错应变能W∝个Gb2即W=Gb2,所以|b|越小,W越低,位错易四.作用在位错线上的力(采用虚功法Dl,ABCD3-27 A,外力所作功为:W外力=力×距离=(A(b)W外力 W位错=W2.AA‘
1所以,dF=又因为作用在单位长度位错线上的力
13-28使单位长度曲线位错弯曲的外力 AA‘T’AA‘TAA‘段两端的切线方向如3-28。AA‘TT’3-28所以 AA‘T’应与使位错位错弯曲施加的F=所以,单位长度曲线位错弯曲的外力位错线向外弯曲,并且dF永远垂至于位错线。F,位错线向外(一)(0,0位错Ⅰ的应🖂FXFy切应力σYX正应力σXX使位错Ⅱ攀移如图所示。使位错Ⅱ攀移的正应力xFy-由位错Ⅰ的应🖂y
)X2>y2X2>y2若x>0,FX>0,位错Ⅱ受拉应力,如x<0,FX<0,位错Ⅱ受拉应力,如②区y=0,x≠0(同一滑移面那位错)X2X2<y2x>0,FX<0,如Ⓒ区x=0,y≠0,FX=0,不受力,但是稍微偏离此位置便受一返回平XX2=y2(或左)
③③
F
同号刃型位 最稳定(稳 态位于 并通过滑移面滑 位-位错
F(二)应力只有σθZ因此,位错Ⅰ的应🖂Ⅱ
3-32五.位错与点缺陷间的相互作用(刃型位错ac)c(一)点阵矢量-连接点阵中任意两点所得矢量在体心🖂n>1n=1单位位错2.nn<1(又叫不全位错(二)1.=(n=1②能量条件-W=Gb2因此面心🖂在面心🖂A所以面心🖂方结构中的单位位错为体心🖂在体心🖂C所以体心🖂方结构中的单位位错为图图 bcc的单位位2.面心🖂堆垛层错
图 fcc的单位位fcc{111},沿方向呈ABCABCABC………….或写成 堆垛产生层错后原子的堆垛为 堆垛沿同样方向滑移到C位置;C层原子滑移到A位置 滑移后:ABC(A)BCABC………面心🖂(1(1[1纸面为(1[112[112图 肖克莱部分位错及其的柏氏矢量(滑移型 (10)⊥(111 。于是在M点3-38肖克莱部分位错的柏氏矢量面后面后是产生堆垛层错。如图-39MB (111)(111)图 弗兰克部分位错及其柏氏矢量(抽出型距,滑移矢量为大小,所以其柏氏矢量为=<111>(111,因此是(三)位错分解的条件(判据):柏氏矢量守恒定律面心🖂bbb3-40面心立方结构(111)A(111)B=[10代替。即=能量条件-b12=,b22+b32=+=,所以>所以该位错反应[10]→2]+[11]2.扩展位错及其运动层错带的宽度3411)晶面上的扩展位错3-34Fd=时表面张力与斥力处于平衡状态。扩展位错。越大,d(Al越小,d(Ni。(只有螺型位错才可交滑移②扩展位错的“位错的“(b
(1由上式可知,束集后的单位位错=[10]由上式可知,束集后的单位位错=[10]要外力做功,因此扩展为错的交滑移较难。
新分解成扩展位错++层错,0][121]+[21]+层错如(d)、新分解成扩展位错++层错,0][121]+[21]+层错如(d)、即
(111)
扩展位错只有发生束集才能进行交滑移(开始一点然后成线(一)晶体外表面存在表面能晶体表面的曲率越大(曲率半径越小)(二) 相旋转,形成位向同的两部分,它们之间 图3.45晶体中小角度晶界与(位错墙)3.47以≈θ。如果θ=100
3.46根/m2,位错密度过大,因此θ≥1003.48大角度晶界-两晶粒间,的位相差θ<1003.493.50(a)图为共格孪晶界面。界面
3.493.50(b)图为非共格孪晶界面,界面上的原子不全属于两个晶格亚晶界是
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