位错的运动.ppt

1、10/10/2020,刘志勇 ,1,2.3 位错的运动,晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的,晶体中存在位错时，只需用一个很小的推动力便能使位错发生滑动，从而导致金属的整体滑移，这揭示了金属实际强度和理论强度的巨大差别,金属的许多力学性能与位错运动密切相关,10/10/2020,刘志勇 ,2,位错的易动性,处于1或2处的位错，其两侧原子处于对称状态，作用在位错上的原子互相抵消，位错处于低能量状态,10/10/2020,刘志勇 ,3,位错滑移时的晶格阻力,派一纳力（p-N）实质上是指周期点阵中移动单个位错所需的临界切应力,(2-5),b为柏氏矢量；G为切变模量；为泊松比；w为位错宽度，它等于

2、a/(1-)；a为滑移面的面间距,近似计算式为,10/10/2020,刘志勇 ,4,位错运动阻力派纳力,位错由12经过不对称状态，位错必越过一势垒才能前进,此阻力来源于周期排列的晶体点阵,位错移动受到一阻力点阵阻力，又叫派纳力（Peirls-Nabarro）,10/10/2020,刘志勇 ,5,1）通过位错滑动而使晶体滑移，p较小,派纳力,2）p-N随a值的增大和b值的减小而下降,3）p-N随位错宽度减小而增大,一般ab，v约为0.3，则p为（10-310-4）G，仅为理想晶体的1/1001/1000,晶体中原子最密排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解释晶体滑移为什么多是沿着

3、晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行,可见强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运动,10/10/2020,刘志勇 ,6,位错运动的其它阻力,1.其它位错应力场的长程内应力作用；位错运动时发生交截，形成割阶、空位、间隙原子、位错反应等,2.其它外来原子阻力，如位错线周围的溶质原子聚集的短程阻力，第二相粒子对位错运动的长程阻力,3.高速运动位错（超过该介质中声速的1/10）还受到其它阻尼,a.热弹性阻尼：高速运动可看成绝热过程，快速压缩导致温升，快速膨胀导致温度降低，温差使机械能转变为热能，引起阻尼,b.辐射阻尼：运动时在势能峰谷间起伏，遇到峰减速，遇到谷加

4、速，周期性的加速、减速散射弹性波，损失能量，带来阻尼,c.声波散射阻尼：运动位错与声波作用，一是位错中心非线性应变区直接散射声子，二是声波在位错线上使位错振荡向外辐射弹性波,10/10/2020,刘志勇 ,7,2.3.1 刃型位错的运动,滑移 ：位错线在滑移面上的运动，如图位错线移动到晶体表面时，位错即消失，形成柏氏矢量值大小的滑移台阶,刃型位错运动的两种方式：滑移、攀移,10/10/2020,刘志勇 ,8,刃型位错的滑移,10/10/2020,刘志勇 ,9,刃型位错的滑移,完整晶体,10/10/2020,刘志勇 ,10,刃型位错的滑移,出现位错，产生滑移,10/10/2020,刘志勇 ,11

5、,刃型位错的滑移,出现位错，产生滑移,10/10/2020,刘志勇 ,12,刃型位错的滑移,出现位错，产生滑移,10/10/2020,刘志勇 ,13,刃型位错的滑移,位错滑移出晶体表面，产生滑移台阶,10/10/2020,刘志勇 ,14,刃型位错线的滑移,xy使位错线AB沿x方向滑移,10/10/2020,刘志勇 ,15,位错线的滑移,切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移,位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值,大量位错重复此过程，就在晶体外表面形成肉眼可见的滑移痕迹,位错的滑移不会引起晶体体积的变化（V=0），滑移运动称为

6、保守运动或守恒运动,10/10/2020,刘志勇 ,16,2刃型位错的攀移,攀移-刃型位错垂直于滑移面方向的运动,攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动,通常把半原子面向上移动称为正攀移，半原子面向下移动称为负攀移,攀移是通过原子的扩散来实现的,空位反向扩散至半原子面的边缘形成割阶,随着空位反向扩散的继续，当原始位错线被空位全部占据时，原始位错线向上移动了一个原子间距，即刃型位错发生正攀移,原子扩散至刃型位错半原子面的下方，使整条位错线下移了一个原子间距，位错发生负攀移,10/10/2020,刘志勇 ,17,刃型位错的攀移,位错的正攀移过程,10/10/202

7、0,刘志勇 ,18,空位和原子的扩散，引起晶体体积变化，叫非守恒（非保守）运动,攀移,影响攀移因素,温度,垂直于额外关原子面的压应力，促进正攀移,温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行, 正应力,拉应力，促进负攀移,10/10/2020,刘志勇 ,19,2.3.2 螺型位错的运动,螺位错无多余半原子面，只能作滑移,在切应力作用下，位错线沿着与切应力方向相垂直的方向运动，直至消失在晶体表面，只留下一个柏氏矢量大小的台阶,螺型位错移动方向与柏氏矢量垂直，位错线方向与柏氏矢量平行,螺型位错的滑移没有固定的滑移面，螺型位错的滑移面是一系列以位错线为共同转轴的滑移面，理论上它可以在所有包含位错线的平面

8、进行滑移,10/10/2020,刘志勇 ,20,螺型位错的运动,螺型位错滑移时周围原子的移动情况 代表下层晶面的原子 代表上层晶面的原子,原位错线处在1-1处,在切应力作用下，位错线周围的原子作小量的位移，移动到虚线所标志的位置，即位错线移动到2-2处，表示位错线向左移动了一个原子间距,反映在晶体表面上即产生了一个台阶,与刃型位错一样，由于原子移动量很小，移动它所需的力很小,10/10/2020,刘志勇 ,21,螺型位错的运动,代表下层晶面的原子；代表上层晶面的原子,下层晶面原子受力,上层晶面原子受力,螺型位错位置,10/10/2020,刘志勇 ,22,螺型位错的运动,代表下层晶面的原子；代表

9、上层晶面的原子,下层晶面原子受力,上层晶面原子受力,螺型位错位置,10/10/2020,刘志勇 ,23,混合位错的滑移过程,1点为纯螺型位错，2点为纯刃型位错，12表示混合位错。在外力作用下滑移区不断扩大，当12位错线在滑移面上滑出晶体后，使上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动了一个原子间距，形成了一个滑移台阶,混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型,其运动亦是两者的组合,10/10/2020,刘志勇 ,24,混合位错运动,10/10/2020,刘志勇 ,25,位错环的运动,位错在滑移面上自行封闭形成位错环，位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上 符号相反的混合位错在同一切应力作用下滑移方向正好相反,位错在滑移面上自行封闭形成位错环，位错环的柏氏矢量正好处于滑移面上,符号相反的混合位错在同一切应力作用下滑移方向正好相反