空位与位错

位错的萌生与增殖 萌生：①液态金属凝固时出现点阵错排，形成位错； ②过饱和空位凝聚后坍塌形成位错； ③晶体内部某些界面如第二相质点、晶界和微裂纹附近，出现应力集中，促使该 局部区域发生塑性变形，产生位错. 晶体中位错的增殖：F-R源增殖机制（弗兰克-瑞德源） F-R机制的基点是通过位错的一端或两端被固定在滑移面上的一段位错线的运动来阐明 位错的增值机制. F-R位错源开动的所需要的分切应力包括（1）滑移的晶格阻力，即派-纳力 （2）位错弯曲的切应力：克服位错线的张力所需要的切应力：τ =Gb/(2R) a.位错处于直线，即R=∞，此时切应力最小； b.位错弯成半圆，R=L/2，τ =Gb/L，切应力最大； 临界切应力τ c=Gb/L，L为位错线长. 在塑性变形的过程中，会产生越来越多的位错， 它们之间如果发生交截，就会使可动位错越来越短， 对开动位错源所需要的临界分切应力就越来越高， 这也是加工硬化的原因之一. 实际晶体中的位错组态：不全位错、堆垛层错、扩展位错 根据柏氏矢量的不同，可以把位错分为以下几种形式: ①柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量的称为单位位错； ②柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量整数倍的称为全位错； ③柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的称为不全位错或部分位错 层错：是指在密排晶体结构中的整层密排面上的原子发生了错排，这是实际晶体在滑移 过程中所造成的一种缺陷.可分为“抽出型层错”和“插入型层错” 一个插入型层错相当于两个抽出型层错，在面心立方晶体中的层错可以看成是嵌入了 薄层密排六方结构；同理密排六方的层错可以看做嵌入了面心立方薄层. 层错是一种晶格缺陷，引起能量上升，通常把单位面积层错产生所需要的能量称为层错能 原子仅发生错排，产生很少的畸变，层错能越小，出现层错的几率越大. 面心立方、不锈钢和α-黄铜，可以见到大量层错，铝则看不到. 不全位错：晶体中往往只在局部区域出现层错，而不贯穿整个晶体，于是在层错区与完整 晶体的交界处就会出现不全位错.有肖克莱不全位错和弗兰克不全位错. 肖克莱不全位错:可以再具有堆垛层错的(111）面滑移，属于可动位错，其滑移引起层错 的扩大或者缩小，但不能进行攀移. 弗兰克不全位错:柏氏矢量与层错面和位错线垂直，是纯刃型位错，由于柏氏矢量与位错线 所构成的平面不在{111}滑移面上，所以不能滑移，只能借助原子扩散进行攀移. 位错反应：位错之间的相互转化称为位错反应，其结果降低体系自由能，满足条件： ①几何条件：∑b前=∑b后，反应前后位错在三维方向上的分矢量和必须相等； ②能量条件：∑b2前>∑b2后，位错反应后，应变能必须降低，这是反应的驱动力； 扩展位错：如果层错两端都终止在晶体内部，即一个层错的两端与两个不全位错相连，像 这样的两个不全位错之间夹有一个层错的位错组态层位扩展位错. 其表达式为： 扩展位错的宽度与金属的比层错能γ 成反比，γ 大，则不宜形成扩展位错，金属的层错能 的大小及扩展位错宽度对塑性变形的过程及材料强化起重要作用 位错的束集：所谓束集就是扩展位错所形成的两个不全位错重新合并为一个单位位错的 过程。面心立方晶体的交滑移可形成位错束集. 在金属中，层错能越低，层错宽度就越大，就越不容易产生束集，越难产生交滑移.热激活 有助于束集的实现，升高温度可以促进扩展位错的交滑移.(一个滑移面到另外一个滑移面)
位错与晶体之间的相互作用： （1）位错与溶质原子的相互作用 以正刃型位错为例：位错下方受到拉应力，原子较大的置换型溶质原子和间隙原子 位于位错滑移面下方（即晶格受拉区）可以降低位错应变能；同样，原子半径较小 的间隙型溶质原子位于滑移面上方（即晶格受压区）也可以降低位错的应变能， 从而使体系处于较低的能量状态，具有更高的稳定性. 通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为科垂耳气团 ，这 种气团对位错有钉扎作用，产生固溶强化效应，高温下会消失，失去强化效果. （2）位错与空位的交互总用 空位通常会被吸引到刃型位错的压缩区，降低位错的应变能，使位错发生攀移. ①过饱和空位可以形成空位盘，空位盘坍塌之后可以形成刃型位错环，该位错环 的滑移面是一个环柱面，柏氏矢量垂直于环面，在该位错环的平面上位错只能 攀移，这种位错称为“棱柱位错”. ②a.平行的相邻的滑移面上存在异号刃型位错，当其移动到一块而互毁之后就会 产生一串空位； ？b见两螺型位错的交截作用？ （3）位错之间的相互作用 A.两根平行的螺型位错间的交互作用：同号相斥，排斥力随距离的增大而减小； 异号相吸，直至异号位错互毁； B.两根平行的刃型位错间的交互作用：同号相斥，异号相吸； 如果一系列同号刃型位错在垂直于滑移面的方向排列起来，那么上方位错的拉 力场和下方位错的压力场相互重叠而降低体系的总能量，这是刃型位错稳定的排 列方式，又称为位错墙 . C.位错的交截：通常把位错的相互切割的过程称为位错交截.位错交截后位错发生 弯折，生成位错折线，如果折线位于滑移面上，称为扭折，如果折线垂直于 滑移面，则称为割阶. ①两刃型位错的交截 a.两柏氏矢量相互平行的两个刃型位错交截，出现两个小台阶，分别平行于两个 柏氏矢量，是螺型位错，处于原位错滑移面上，是扭折，台阶高度为对方 的柏氏矢量大小； b.两柏氏矢量相互垂直的两个刃型位错交截，出现两个小台阶、分别平行于两个 柏氏矢量，是刃型位错、产生割阶、台阶高度为对方柏氏矢量大小. ②两柏氏矢量相互垂直的刃型位错与螺型位错交截：产生两个小台阶，刃型位错 的小台阶为刃型割阶，可随原位错一起滑移，滑移面与原滑移面垂直；螺型位错 的小台阶为扭折，是刃型位错；两个台阶的大小为相互的柏氏矢量的大小. ③两相互垂直的螺型位错的交截：产生两个刃型割阶（加工硬化的原因？） a.割阶长度足够小（1-2个原子），割阶可以通过攀移与主位错一起运动，并在 割阶后面留下一连串空位 b.割阶较大，主位错不可能拖着割阶运动，在外力作用下发生弯曲，最终留下一个 长的位错环，长位错环可以分解为小的位错环. （4）位错的塞积：切应力的作用下，位错源所产生的大量位错沿滑移面运动时， 如果遇上障碍物（如固定位错、杂质粒子、晶界）领先位错就会在障碍物前被 阻止，后续位错被堵塞起来，形成位错的塞积 塞积群特点：①被塞积的位错是同号刃型位错，相互排斥；②整个位错塞积群对 位错源有一个反作用力，塞积的数目越多，反作用力越大；③整个塞积群挤在 障碍物处，障碍物受很大压力，当这个压力大于一定值时，障碍物就会被“冲垮” 意味着晶体开始变形 τ =nτ 0障碍物所受的分切应力为外界分切应力的n倍，n表示塞积位错的数目.
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