4-位错运动与受力-51解析

中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
化学力
• 位错是点缺陷的源泉和陷阱，由非平衡浓 度点缺陷产生的攀移力称为化学力或渗透 力。 • 在一定温度下，若平衡、实际空位浓度分 别是C0、C，空位化学位

G C kT ln n C0
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
• 空位形成能～Gb3/5,间隙原子形成能～3Gb3/5 ，阻力～G/5, 攀移阻力接近理论强度
EV dy F阻dy 2 E V F阻 2 b b
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
攀移的驱动力
• 驱动力包括垂直于半原子面的正应力及点 缺陷浓度变化引起的化学力； • 攀移和点缺陷的运动分不开，只发生在较 高温度下。 • 在室温，在应力的作用下可以认为攀移是 不可能的。
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
• 假设，位错线dl,向任意方向移动ds,扫过的面积为
• 晶体体积变化 V b dA b ndA
• 滑移时，体积不变，保守运动； • 攀移时，体积变化，非保守运动
dA dl ds n dA
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
刃型位错的滑移
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
刃型位错的攀移运动
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
螺型位错的滑移
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
2.4.2
刃型位错的运动
刃型位错运动的两种方式：滑移、攀移
10
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
刃型位错的攀移
位错的正攀移过程
11
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
攀移的晶格阻力
• 攀移伴随着体积的变化；如半原子面扩大时，伴 随着产生点缺陷。单位长度位错线攀移dy距离 ，体积膨胀1 dy b,产生bdy/b3个点缺陷，攀移阻 力F阻满足
材料科学基础
位错应变能及受力
2.4.1 位错的运动方式
• 滑移：位错线在滑移面上的运动。 – 位错线是已滑移区与未滑移区的边界线； – 外加切应力使位错线移动，已滑移区扩大，当 位错扫过整个滑移面滑出晶体，滑移面两侧晶 体相对移动b； – 位错移动时，在经过的区域晶体相对运动b • 攀移：位错线在垂直于滑移面上的运动，为半原 子面的扩大或缩小。 只有刃型位错才能发生攀移。
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
ຫໍສະໝຸດ Baidu
攀移的特点
• 攀移是刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动； • 空位和原子的扩散，是半原子面的扩大或缩小， 引起体积变化（非保守运动）； • 阻力很大，接近理论强度； • 垂直于额外半原子面的压应力，促进正攀移，拉 应力，促进负攀移。 • 温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行； 室温下难以进行。
中南大学材料科学与工程学院
8
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
刃型位错的滑移
9
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
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。攀移的机理与滑移不同， 它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，同理，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，位错发生了负攀移。
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
位错线的滑移
• 切应力作用下，位错线AB沿着位错线与柏 氏矢量所确定的唯一平面滑移，当AB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，其大小相当于一个 柏氏矢量的值。如果有大量位错重复此过 程，就会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 （ΔV=0），称为保守运动或守恒运动。
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
2.4
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。 当晶体中存在位错时，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均与位错运动密切 相关。
中南大学材料科学与工程学院
化学力
• 单位长度正刃型位错线移动dy,空位数量变化
– dn=－dy/b2
• 引起的自由焓变化 • 化学力
• 若C>C0，Fc>0，即过饱和空位使刃型位错向上攀 移； • 若C<C0，Fc<0，即空位浓度低于平衡浓度，位错 放出空位使刃型位错向下攀移；
C dy dG dn kT ln C0 b 2 G kT C Fc 2 ln y b C0
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
2.4.3
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。 对螺型位错的滑移而言，它没有一个固定的 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，所以螺型位错不象刃型位错 那样具有确定的滑移面，理论上它可以在所有包 含位错线的平面进行滑移。
中南大学材料科学与工程学院
材料科学基础
位错应变能及受力
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。 19 它与刃型位错一样，原子移动量很小，移动所需的力也很小。