ch2位错-2.4位错与晶体缺陷作用
晶体缺陷-位错的基本类型与特征
混合位错
总结词
混合位错是一种同时具有刃型和螺旋型 特征的晶体缺陷,其特征是晶体中某处 的原子既发生了平移又发生了螺旋式的 位移。
VS
详细描述
混合位错是刃型位错和螺旋位错的组合体 ,其原子位移同时包含了平移和螺旋式的 位移。混合位错通常出现在晶体的复杂区 域,如晶界、相界等。由于混合位错同时 具有刃型和螺旋型位错的特征,其对晶体 的性能影响也较为复杂,需要进行深入研 究。
滑移与攀移
在切应力作用下,位错能够沿滑移面整列移动,称为滑移; 而垂直于滑移面方向的移动称为攀移。这两种运动方式是 位错在塑性变形中的重要表现。
应变梯度与几何必须位错
当材料的局部区域发生不均匀变形时,会产生应变梯度, 进而促使位错的形成和运动,以协调这种不均匀变形。
位错与材料疲劳断裂
01
疲劳裂纹的萌生与扩展
强化机制
加工硬化
在塑性变形过程中,位错的运动和交 互作用导致材料逐渐变硬,即加工硬 化。这是金属材料常用的强化手段。
通过引入位错,可以增加材料的内应 力,从而提高其屈服强度。这种强化 机制称为位错强化。
位错与材料塑性变形
塑性变形机制
位错在受力时能够运动,从而改变材料的形状。这种运动 机制是金属等材料发生塑性变形的内在原因。
在循环载荷作用下,位错容易在材料的应力集中区域(如晶界、相界或
表面)聚集,形成位错塞积群,进而导致疲劳裂纹的萌生。裂纹的扩展
通常沿特定晶体学平面进行。
02
影响疲劳性能的因素
位错的运动和交互作用对疲劳裂纹的萌生和扩展具有重要影响,进而影
响材料的疲劳性能。例如,材料的抗疲劳性能可以通过引入阻碍位错运
动的合金元素来改善。
晶体缺陷的分类
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料是由原子或分子组成的有序排列的固体材料,而位错缺陷是晶体材料中常见的缺陷形式之一。
位错缺陷的形成原因可以有多种,包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
外力作用是引起晶体材料位错缺陷形成的重要原因之一。
当晶体受到外力作用时,晶体内部的原子或分子会发生位移,导致晶体结构的变形和变化。
例如,在金属材料中,当外力作用超过材料的屈服强度时,晶体内部会出现塑性变形,即晶体中原子或分子的位移和滑动,从而形成位错缺陷。
晶体生长过程中的不均匀性也是晶体材料位错缺陷形成的原因之一。
晶体的生长过程是一个动态的过程,其中包括原子或分子的扩散和结晶等过程。
然而,在晶体生长过程中,由于温度、浓度、压力等条件的变化,晶体内部的生长速率可能会有差异,导致晶体内部出现结构不均匀性。
这种结构不均匀性会导致晶体内部的位错形成,从而形成位错缺陷。
热力学和动力学因素也是晶体材料位错缺陷形成的重要原因。
在晶体材料中,原子或分子之间存在着各种相互作用力,包括范德华力、离子键、共价键等。
当晶体材料受到外界条件的改变时,这些相互作用力可能发生变化,导致晶体结构的不稳定性。
在这种情况下,
晶体内部的原子或分子会重新排列,从而形成位错缺陷。
晶体材料位错缺陷的形成原因是多方面的,包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
这些原因相互作用,共同影响着晶体材料的结构和性能。
因此,在研究晶体材料位错缺陷时,我们需要综合考虑这些因素,以便更好地理解晶体材料的性质和行为。
晶体缺陷理论-位错间相互作用
B
bB X
另一个位错上的外场;
Z
2)利用Peach-Koehler公式计算作用力。
(2)计算 位错A A´对位错BB´的作用 A A´的应力场:
A A xx xy A A A yx yy A A zx zy A xz A yz A zz
z B A zy
将不同位向关系位错的应力场、柏氏矢量、位错线方向 等带入(7)式,即可得出位错之间的相互作用情况(大小、 方向)。
3.平行螺位错之间的相互作用力
(位错A A´对位错BB´的作用) (1)A A´位错的应力场:
0 0 A 0 0 A A zx zy
Y
位错之间作用力
作用在位错上力的一般公式
1.Peach-Koehler公式
dF (b ) dl (1)
b 是位错线元的柏氏矢量,σ是应力张量。显然,
,
式中, dF 是位错线元 dl 上所受的作用力,
dF 位错线所受的力始终与位错线相垂直,即Peach-Koehler
f
GbB bA h 2 h 2 y 2
Y=0,f=max;y越大,f越小。作用力随位错线的位置变化而变 化,且位错各处受力是不均匀的。 写出位错ξB 对位错ξA作用时的应力场、柏氏矢量和作用力。
Y ζB bB
0 h
X
Z ζA bA
A A xy xz A A yy yz k dlz A A zy zz
(6)
dF x A (bB xx dlz
b
y B
A yx
x A b ) ( j ) (bB xy
第4章 晶体缺陷
刃位错的滑移
螺位错的滑移
刃、螺型位错的滑移特点
特征差异:
切应力方向不同 刃型:F⊥l;螺型:F∥l
位错运动方向与晶体滑移方向关系 刃型:运动方向与滑移 方向一致;螺型:运动方向与滑移方向垂直。 统一之处: 两者的滑移情况均与各自的b一致。
b) 位错环(混合型位错)的滑移
A、B处为刃型位错,C、D处为螺型位错,其余各处为 混合型位错。 位错环可以沿法线方向向外扩张而离开晶体;也可以反 向缩小而消失。
透射电镜下观察到的位错线
第三节 位错的能量及交互作用
位错线周围的原子偏离平衡位置,处于较高的能量状 态,高出的这部分能量称为位错的应变能(位错能)
一、位错的应变能
位错的应变能可分为:位错中心畸变能Ec和位错应 力场引起的弹性应变能Ee。 Ec:位错中心点阵畸变较大,需借助点阵模型直接考虑晶体
结构和原子间的相互作用,其能量约为总应变能的1/10~ 1/15,常予以忽略。
和间隙原子的“间隙-空位”对。
Frenkel defect
化合物离子晶体中的两种点缺陷 金属晶体:弗兰克尔缺陷比肖脱基缺陷少得多 离子晶体:结构配位数低-弗兰克尔缺陷较常见
结构配位数高-肖脱基缺陷较重要
间隙原子
定义:晶体中的原子进入晶格的间隙位置而形成 的缺陷。
Interstitial defect
b 2 r
Gb 2 r
b 2 r dr L L Gb
位错线
半原子面
刃型位错的特点
滑移面
a、属于线型位错,但在晶体中为狭长的管道畸变区;
b、是晶体中滑移区与未滑移区的分界线,不一定是 直线,也可以是折线或曲线; c、不能中断于晶体内部
晶体缺陷-位错作用增殖与实际位错
第五节 位错与晶体缺陷间的交互作用
Interactions between dislocations and crystal defects
一、位错间的交互作用 1.一对平行刃位错的交互作用
2.一对平行螺位错的交互作用
3.一对平行刃位错和螺位错的交互作用
4.混合位错间的交互作用 5.非平行位错间的交互作用
1.3 ×10-6
层错能-----产生单位面积的层错所需能量. 层错是一种晶体缺陷,破坏了晶体排列的周
期性,引起能量升高。 层错能(高/低)-----(难/易)产生层错?
57
F:堆垛层错
不锈钢中的扩展位错
变形Cu-Al合金
58
扩展位错的平衡宽度:
d=Gb1b2/2
扩展位错的平衡宽度与层错能成反比: 层错能低(不锈钢,-黄铜):宽的扩展位错
m、n处为异号位 错相消,产生一 位错环, 内部DD′段还存 在。动画
Si单晶中的F-R源
位错绕过动画 动画-位错切过
(二)双交滑移增殖机制 (动画)
交滑移:螺位错在某一滑移面的滑移受阻时,位错离开 原滑移面到与其相交的其他滑移面继续滑移。
双交滑移:已交滑移的螺位错再一次交滑移到 与原滑移面平行的滑移面继续滑移。
fcc中:2个全位错合并为1个全位错。
(3) 位错重组:bcc中:
第六节 位错的增殖、塞积与交割 一、位错的增殖
Frank-Read源增殖机制 双交滑移增殖机制
小结
二、位错的塞积
三、位错的交割
2. 割阶和扭折使位错线长度增加,能量增加, 成为位错运动的阻碍。
1. 两位错交割,会产生台阶,自身柏氏矢量b不变, 2. 台阶大小取决于另一位错的b值。
晶体中的位错
晶体中的位错晶体是由大量的原子或离子按照一定的规律排列形成的,具有高度的有序性和周期性。
然而,在晶体中,由于制备、加工等原因,有时候不同的晶体原子并不完全对齐,形成了一些错位,这些错位就称作位错。
位错是晶格缺陷的一种,是晶体中最常见的缺陷之一。
本文将重点介绍晶体中的位错。
一、位错的定义和分类位错是晶体中的缺陷,是一种原子排列顺序的失误或对晶体构造发生的不规则的紊乱。
从形式上来看,位错其实是一条线,称为位错线。
位错线是一个平面的分界线,分别将位错的正侧和负侧分开,两侧的原子堆积方式互不相同。
按照线向和方向,位错可分为长位错和短位错;按照线型,位错可分为直线位错和环状位错;按照纵向位置,位错可分为面内位错和面间位错;按照能量点的数量,位错可分为单位错、双位错、三位错等等。
二、位错的形成原因晶体中的位错是由于应力和温度的变化等原因,导致原子在晶体内部的位置和晶格结构发生变化而形成的。
晶体中的一些应力和原子偏移最终会形成位错,进而影响构造和性能。
常见的位错形成原因有以下几种:1.加工过程中导致的位错:金属加工可能会引起位错的发生,因为加工会施加一定的应力,从而导致晶格变形。
例如,扭曲或拉伸材料时,原子可能会脱离原来的顺序,最终形成位错。
2.晶体生长过程中导致的位错:晶体在生长过程中,由于固态、液相界面的移动推进,产生压力分布变化,从而造成位错的形成。
在原子或离子加入了其他元素或化合物的情况下,位错也会在晶体中发生。
3.晶体性能的变化导致的位错:晶体的性质随着应力和温度的变化而变化。
温度和离子浓度等的变化可能会改变晶体的构造,导致位错。
三、位错的作用位错是晶体中的缺陷,但它并不总是会对晶体的性质产生不良影响。
实际上,位错可以对晶体的某些性质产生正向、负向改变,主要包括以下几种:1.塑性变形:位错的存在使晶体产生了柔韧性,容易受到力的作用产生塑性变形。
2.材料的硬度:如果位错数量越大,晶体的硬度就会变差,同时晶体的脆性就会增加。
晶体缺陷点缺陷和位错
《材料科学与工程基础》
本章主要内容
3.1 点缺陷 3.2 位错 3.3 表面及界面
第3章 晶体缺陷
❖引 言
1、晶体缺陷(Defects in crystals)
定义:实际晶体都是非完整晶体,晶体中原子排 列的不完整性称为晶体缺陷。
2、缺陷产生的原因
(1)晶体生长过程中受到外界环境中各种复杂因 素的不同程度的影响;
作业
Cu晶体的空位形成能1.44x10-19J/atom,A=1, 玻尔兹曼常数k=1.38x10-23J/k。已知Cu的摩尔
质量为MCu=63.54g/mol, 计算: 1)在500℃以下,每立方米Cu中的空位数? 2) 500℃下的平衡空位浓度?
18
❖ 解:首先确定1m3体积内Cu原子的总数(已 知Cu的摩尔质量为MCu=63.54g/mol, 500℃ 下Cu的密度ρCu=8.96 ×106 g/m3
Ag
3980
0.372 25000 9.3×10-5 1.5×10-5
Cu
6480
0.490 40700 7.6×10-5 1.2×10-5
α-Fe
11000
2.75
68950 2.5×10-4 1.5×10-5
Mg
2630
0.393 16400 1.5×10-4 2.4×10-5
问题:计算结果和实验值相差甚远
3)位错线可以是任何形状的曲线。 4)点阵发生畸变,产生压缩和膨胀,形成应力场,
随着远离中心而减弱。
7.2 位错的基本知识
考虑一下,还 可以采用什么 方式构造出一 个刃型位错?
2、螺型位错
(1)螺型位错的形成
螺型位错的 原子组态:
材料科学基础第三章 晶体缺陷
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二、点缺陷的产生 1. 平衡点缺陷及其浓度 虽然点缺陷的存在使晶体的内能增高,但 同时也使熵增加,从而使晶体的能量下降。因 此,点缺陷是晶体中热力学平衡的缺陷。 等温等容条件下,点缺陷使晶体的亥姆霍 A U T S 兹自由能变化为:
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三、点缺陷与材料行为 1. 点缺陷的运动 1)空位的运动
2)间隙原子的运动 3)空位片的形成
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第三章 晶体缺陷
CRYSTAL DEFECTS
点缺陷 位错的基本概念 位错的弹性性质 作用在位错线上的力 实际晶体结构中的位错 晶体中的界面
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一、点缺陷的类型
点缺陷的类型: (a) Schottky 空位; (b) Frenkel 缺陷; (c) 异类间隙原子; (d) 小置换原子; (e) 大置换原子
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晶体结构缺陷
第四部分晶体结构缺陷讨论晶体结构是,把整个晶体中所有原子都看成按理想的晶格电阵排列。
实际上,在真实晶体中,在高于0K的任何温度下,都多少存在着对理想晶体结构的偏离。
实际晶体都是非理想的,存在各种晶体结构缺陷。
晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域,这些缺陷的存在并不影响晶体结构的基本特征,只是晶体中少数原子的排列发生改变。
缺陷的存在及其运动规律、缺陷的数量及其分布对材料的行为起着十分重要的作用。
掌握缺陷的知识是掌握材料科学的基础。
4.1 点缺陷晶体结构缺陷有好几种类型,按其几何形状划分(偏离区域在三维空间的几何特征),可分为三大类型:点缺陷:缺陷在4个空间方向上的尺度均很小,尺寸在1-4个原子大小级别。
线缺陷:缺陷在4个空间方向上的尺度很小,另一方向的尺度很大。
一维缺陷,通常指位错。
面缺陷:缺陷在1个空间方向上的尺度很小,另4个方向的尺度很大。
二维缺陷,通常指晶界和表面。
三种缺陷中,点缺陷是最基本也是最重要的。
4.1.1 点缺陷的类型(1)根据对理想晶格偏离的几何位置及成分可划分为4种类型①空位:正常结点没有被原子或离子所占据,成为空结点。
(空穴)晶体中某结点的原子跳离,迁移到界面或跳到另一个位置。
最重要的点缺陷。
晶体结构中,少了原子,周围原子收缩,产生畸变。
多了原子,周围原子扩张,产生畸变。
这个畸变区域就是缺陷,宏观上看该区域,抽象为几何点。
②间隙原子(离子):原子或离子进入晶格正常结点之间的间隙位置,成为填隙原子或添隙离子。
③杂质原子:外来原子进入晶格成为晶体中的杂质。
置换杂质原子:杂质原子取代原晶格中的原子而进入正常结点位置。
间隙杂质原子:杂质原子进入本来没有原子的间隙位置。
杂质进入晶体可以看作一个溶解过程:杂质为溶质,原晶体为溶剂。
这种溶解了杂质原子的晶体称为固溶体。
(4)根据产生缺陷的原因也可划分为4种类型①热缺陷:当晶体的温度高于绝对0K时,由于晶格内原子热振动,使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成缺陷。
晶界与位错的关系
晶界与位错的关系
晶界与位错是晶体中两种不同类型的缺陷,它们之间存在一定的关系。
晶界是晶体中不同晶粒之间的界面。
晶体由多个晶粒组成,每个晶粒的晶格排列有一定的方向性,而不同晶粒之间晶格的方向可能不同,因此在晶界处会出现晶格的变化,形成晶界。
位错是晶体中晶格的错排,是晶体中最基本的缺陷之一。
位错可以看作是晶体中原子或离子排列中的偏差或错误,导致晶格的局部畸变。
晶界和位错之间的关系有以下几点:
1. 晶界可以通过位错来描述和解释。
晶界处会出现大量的位错,这些位错会导致晶体中晶粒的畸变和错位,从而产生晶界。
2. 位错可以通过晶界来传播和移动。
位错在移动过程中,会遇到晶界,由于晶界的存在,位错的活动和移动受到阻碍或受限,从而影响晶体的塑性变形行为。
3. 晶界和位错共同影响晶体的性质和行为。
晶界和位错可以导致晶体的力学性能、导电性能、热传导性能等发生变化。
晶界和位错的存在可导致晶体的塑性变形、断裂和蠕变等现象。
总结起来,晶界和位错相辅相成,相互作用。
晶界可以通过位
错来解释和描述,位错可通过晶界来传播和移动。
晶界和位错共同影响晶体的物理和力学性质。
晶体缺陷位错的基本类型与特征
(a)变形前
(b)变形后
图 单晶试棒在拉伸应力作用下 的变化(宏观)
晶体缺陷位错的基本类型与特征
2、理想晶体的滑移模型
τ τ
图 外力作用下晶体滑移示意图(微观)
晶体缺陷位错的基本类型与特征
(1)理论抗剪屈服强度
滑移面上各个原子在切应力作用下,同时克服相邻滑 移面上原子的作用力前进一个原子间距,完成这一过程所 需的切应力就相当于晶体的理论抗剪屈服强度τm。
螺型位错的情况与刃型位错一样具有易 动性。
位错的运动
混合位错 的运动
晶体缺陷位错的基本类型与特征
三、位错的柏氏矢量
1、柏氏矢量的概念与性质
柏氏矢量:晶体中有位错存在时,滑移面一侧质点相 对于另一侧质点的相对位移或畸变。
性质:大小表征了位错的单位滑移距离,方向与滑移 方向一致(滑移矢量)。 柏氏(Burgers)矢量是一个矢量,具有方向和 大小;这个物理参量能把位错区原子的畸变特征 表示出来,包括畸变发生在什么晶向以及畸变有 多大(畸变矢量) 。
晶体缺陷位错的基本类型与特征
位错的特征归纳:
(1)可以把位错定义为晶体中以滑移区与未滑移 区的边界。
(2)刃型位错不仅仅指刀刃处的一条原子,而是 刀刃处这列原子及其周围区域。
(3)刃型位错中,晶体发生局部滑移的方向(或 滑移矢量)是与位错线垂直的。
(4)螺型位错中,晶体发生局部滑移的方向(或 滑移矢量)是与位错线平行的。
(2)理论抗剪屈服强度与晶体的切变模量的关系
原子的结合键能与弹性模量有很好的对应关系,因此 理论抗剪屈服强度τm应与晶体的切变模量G的大小有一定 的关系,根据推算两者之间大致的为:
m
G 30
点缺陷与位错的相互作用
等能曲线和作用力的方向:
明显屈服现象
弹性形变
塑性形变
坐标系的变换:
U b 3 r
2 (11
33 )a3
cos
'
cos
r
Ui
r
cos
(i
1)
2
3
对于Fe其交互作用大概为0.5eV,与刃型位错的作用相当 通过改变不同轴向的应变,改变溶质原子在Fe中的分布特点!
张量变换:T' ijaik a Tjl kl
x2'
x3
aij为变换矩阵,对于直角系坐标变换就是方向余弦的变换式。
位错附近溶质原子的浓度
C C0 exp(U / kT ) Cm C0 exp(Um / kT )
溶质原子(间隙原子)对位错的钉扎作用:
F ( x)
2 AR0 x (x2 R02 )2
, F (x)max
3 3A 8R02
Cottrell气团的盯扎作用(说明)
• 柯氏气团是体心立方金属出现明显屈服效 应的根本原因,但是其他金属及合金中由 于他原因也可能出现明显屈服效应。
位错
应力场
点缺陷
应力场
交互作用
能量降低
稳定位错 强化晶体
弹性相互作用
• 溶质原子会使周围晶体产生弹性畸变,而产生应 力场,它与位错的应力场相互作用从而升高或降 低晶体中的弹性应变能。分科垂耳型(cottrell)和斯 诺克型(snoek)两种作用。
东北大学材料科学基础_第三章__晶体的缺陷(五)位错的弹性性质
复习 应力
一、应力:
受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的内力。
P1 P2 2 mΔ A
K
ΔF
P P3 3
P P4 4
K
Fk
s
m
F Fk A0 A lim
控制 Fk 复杂,按理论力学上分成两个分量
Fk
剪应力 MPa=N/mm2 = 10 6 Pa kg/cm2 = 0.1 MPa
(a) 直角坐标系(xyz)
3个正应力分量(σxx, σyy σzz) 和 6个切应力分量 (τxy=τyx, τyz=τzy , τxz=τzx ) ; 下标中第1个字母表示应力 作用面的外法线方向 ,第 2字母表示应力的指向。
(b) 圆柱坐标系(
r z )
3 个正应力分量 (σθθ、
σzz、σrr) 和六个切应力分量
c. 单位长度混合位错的应变能:3.15式(P99)
简化上述各式得3.16式
结论:(P100)
(1) -(5)
(1) 刃型位错We 假设 x→x+dx ,那么 b'→ b'+db'.
Gb x( x 2 y 2 ) xy 2 (1 ) ( x 2 y 2 ) 2
zx zy 0
xy
Gb x( x 2 y 2 ) 2 (1 ) ( x 2 y 2 )2
zx zy 0
y2 ) )2
zx zy 0
刃位错应力场特点: ① 正应力分量和切应力分量同时存在。 ② 各应力分量都是x、 y的函数,而与z无关。 ③ 应力场以多余半原子面对称。 ④ y=0时, σ=0只有切应力而无正应力,切应力最大值Gb/[2(1υ)x] ⑤ y>0 时, σxx<0;y<0时, σxx>0 。说时正刃位错滑移面上部 受压,下部分受拉。 ⑥ 应力场中任意一点位置, |σxx| > |σyy| ⑦ x = ±y时及y轴上 σyy = τxy = 0,说明在直角坐标系中的对 角线处只有σxx ,而且在每条对角线的两侧, τxy及σyy 的符号相 反。 ⑧ 上述公式不能适用于刃位错的中心区。
材料科学基础-5
(3)位错线不可能中断于晶体内部,这种性质称为位 错的连续性。
• 利用柏氏矢量b与位错线t的关系,可判定 位错类型。 若 b∥t 则为螺型位错。 若 b⊥t 为刃型位错。 若既不垂直也不平行,为混合型位错
位错线
正刃型位错
负刃型位错
刃型位错的结构特点:
• 刃型位错有一个多余半原子面。一般把多余半原子面在滑 移面以上者,称为正刃型位错,以“”号标示;反之, 则为负刃型位错,以“”号标示。刃型位错的正、负之 分只具相对意义,而无本质区别。 • 刃型位错线与形成位错的晶体滑移矢量和滑移方向垂直。 • 刃型位错是以位错线为中心轴、半径为23个原子间距的
刃型 位错
螺型 位错 混合 位错
⊥位错线
∥位错线
⊥位错线本身 与b一致
⊥位错线本身 与b一致
与b一致 唯一 确定 与b一致 多个 与b一致
成角度
⊥位错线本身 与b一致
(1) 可以通过柏氏矢量和位错线的关系来判断位错 特征。b⊥t时为刃型位错,b∥t为螺型位错,对于混合 型位错,b和t的角度在0°和90°。
练习2 晶面上有一位错环,确定其柏氏矢量,该位错环在切应 力作用下将如何运动?
2.2.4 运动位错的交割
• 当位错在其滑移面上滑移时,会与穿过滑移面的 其他位错相遇。当外力足够大时,两个相遇的位 错便会交叉通过,继续向前滑移。位错间交叉通 过的行为即称为位错交割。
• 发生位错交割后,位错线常常变成折线,即形成 折线线段。此扭折线段在位错滑移过程中可以消 失,则为位错扭折,如果位错滑移过程中不能消 失,就称为位错割阶。
混合位错示意图
第3章 晶体缺陷(4)-实际晶体中的位错
弗兰克-瑞德(Frank-Read)位错源
刃型位错的两端被位错网点钉住不能运动。若沿柏氏 矢量b方向施加一切应力,使位错沿滑移面向前滑移运动。 作用于位错线上的力,总是与位错线本身垂直,所以弯 曲后的位错每一小段继续沿它的法线方向向外扩展。 当两端弯出来的线段相互靠近时,由于该两线段平行于 柏氏矢量b,但位错线方向却相反,分别属于左螺和右螺位 错,因此会互相抵消,形成一闭合的位错环以及位错环内 的一小段弯曲位错线。
(1)位错少,材料强度极高,但不能直接应用。(晶 须) (2)位错增加,使位错线之间相互缠结难以移动,亦 可增加材料强度(材料强化途径:晶体经过冷变形或者 引入第二相,会使位错的晶体中为104~108cm-2数量级,经剧 烈冷加工的金属晶体中,为1012~1014cm-2
一、位错的密度
1、位错密度的概念
晶体中位错的数量用位错密度ρ表示,它的意 义是单位体积晶体中所包含的位错线总长度,或穿 越单位截面积的位错线数目。
2、位错密度的计算公式
S n V A
V为体积, S为晶体中位错线的总长度; A为截面积, n为穿过面积A的位错线数目。
3、位错与材料强度的关系
序堆层……ABCACBCAB……称插入型(或外禀)层错。
这种结构变化,并不改变层错处原子最近邻的关 系(包括配位数、键长、键角),只改变次邻近关系, 几乎不产生畸变,所引起的畸变能很小。因而,层错 是一种低能量的界面。
分位错非点阵矢量的滑移破坏了原子的正常排 列次序,在晶体内产生了堆垛层错;
层错使两个分位错成不可分割的位错对,称 其扩展位错。
若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面 上,而只是在部分局部区域存在,则在层错与 完整晶体的交界处就出现柏氏矢量b不等于点阵 矢量的不全位错。
ch2位错-2.2位错的几何性质分析
子而消失,这样,螺位错露头处就为晶体生长提供了有
利条件,使之能在过饱和度不高(只有1%,根据理论计 算应高达50%)的蒸汽压下或溶液中连续不断地生长.
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We already know enough by now, to deduce some elementary properties of dislocations which must be generally valid
会因为晶体位置的颠倒而改变; (4)当螺位错滑出晶体时,只在不平行于位错线的晶体表面出
现滑移台阶;
(5)螺位错没有多余半原子面,它周围只引起切应变而无体应 变.
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汽相或溶液中生长出的晶体表面台阶(即螺位错):如
果有一条螺位错线在晶体表面露头,在露头处的晶面
上必然形成一个台阶,这个台阶不会因复盖了一层原
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螺型位错的几何特征
(1)螺位错线与其沿路矢量b平行,故纯螺位错只能是直线; (2)包含有螺位错线的面必然包含滑移矢量b.因此,对于连续 介质,螺位错可以有无穷多个滑移面.但是,在晶体中滑移面 只能在晶体的密排面上进行,故晶体中的螺位错只有有限个 滑移面;
(3)根据螺蜷面的不同,螺位错可分右和左两种,左螺和右螺不
You notice that for no particularly good reason here we chose to go clock-wise. 10
If you imagine a walk along the nonclosed Burges circuit which you keep continuing round and round, it becomes obvious how a screw dislocation got its name. It also should be clear by now how Burgers circuits are done.
晶体缺陷理论典型晶体结构中的位错
(5)各个面的法线指向四面体外,为正向; 指向四面体内为负向。2个负面之间夹角为 锐角,2个正面之间夹角为钝角,1个正面和 1个负面之间的夹角为锐角。
扩展位错
扩展位错的运动——先需要束集
扩展位错的束集
交滑移
§2密排六方晶体中的位错
抽去一层+平移
纸面为 0 1 1
8
8
7
7
111
6
6
5
5
4
211 4
3
3
2
2
1
111
AB C A B C A B C A B C A B
1 AB C A B C A B C A B C A B
fcc: ABCABCAB…..
hcp:ABABABAB…...
从第1层到第8层的原子排列
晶体缺陷理论
第4章 典型晶体结构中的位错
§1 面心立方晶体中的位错 §2 密排六方晶体中的位错 §3 体心立方晶体中的位错
第4章 典型结构金属中的位错
位错能量正比于b2 => 实际晶体中存在的柏氏 矢量限于少数最短的平移矢量 ( 最近邻的原 子间距 ) ,具有这种柏氏矢量的位错称为 单 位位错
滑移不全位错部分位错柏氏矢量小于最短的平移矢量不全位错柏氏矢量不等于最短的平移矢量的整数倍层错与正常晶体的交界处不全位错扫过之后滑移面上下原子产生错排形成堆垛层错正常的堆垛顺序被扰乱层错破坏了晶体的周期性使能量增加但层错不产生点阵畸变层错能比晶界能低得多见弗兰克不全位错swf?位错反应位错之间的相互转化?位错的能量越低越稳定1晶胞中选取四个近邻原子位置分别为dbac点
第5层原子由A位置滑移到C位置,第6层以上原子依次滑移一个原子间距……
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strain field is lower ttion, they will
attract each other.
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➢ This leads to some simple cases: 1. Arbitrarily curved dislocations with identical b on the same glide plane will always repel each other.
Ch2 位错
2.1 位错理论的产生 2.2 位错的几何性质 2.3 位错的弹性性质 2.4 位错与晶体缺陷的相互作用 2.5 位错的动力学性质 2.6 实际晶体中的位错
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2.1 位错理论的产生
一、晶体的塑性变形方式 二、单晶体的塑性变形 三、多晶体的塑性变形 四、晶体的理论切变强度 五、位错理论的产生 六、位错的基本知识
If we start with screw dislocations, we have to distinguish the following cases:
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➢ In analogy, we next must consider the interaction of edge
dislocations, of edge and screw dislocations and finally of mixed
get everything from there.
➢ But for just obtaining some basic rules, we can do better than
that. We can classify some basic cases without calculating
anything by just examining one obvious rule:
more generally a 1/r dependence of the force on the
distance r between the dislocations.
For y < 0 or y > 0 we find zones of repulsion and
attraction. At some specific positions the force is zero -
dislocations.
The case of mixed dislocations - the general case - will again be
obtained by considering the interaction of the screw- and edge
parts separately and then adding the results.
2
2.2 位错的几何性质
一、位错的几何模型 二、柏格斯矢量 三、位错的运动 四、位错环及其运动 五、位错与晶体的塑性变形 六、割阶
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2.3 位错的弹性性质
一、弹性连续介质、应力和应变 二、刃型位错的应力场 三、螺型位错的应力场 四、位错的应变能 五、位错的受力 六、向错 七、位错的半点阵模型
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2.4 位错与晶体缺陷的相互作用
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➢ The general formula for the forces between edge
dislocations in the geometry shown above is
➢ Fx = [Gb2 / 2p(1 –n)] ·[x ·(x2 – y2) /(x2 + y2)2 ] ➢ Fy = [Gb2 / 2p(1 –n)] ·[ y ·(3x2 + y2) /(x2 + y2)2 ] For y = 0, i.e. the same glide plane, we have a 1/x or,
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➢ 2. Arbitrary dislocations with opposite b vectors on the same glide plane will attract and annihilate each other
➢ Edge dislocations with identical or opposite Burgers vector b on neighboring glide planes may attract or repulse each other, depending on the precise geometry. The blue double arrows in the picture below thus may signify repulsion or attraction.
If the superposition of the strain fields of dislocations add up to
values of the compressive or tensile strain larger than those of a
single dislocations, they will repulse each other. If the combined
一、位错间的相互作用力 二、位错与界面的交互作用 三、位错与点缺陷的交互作用
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Interactions Between Dislocations
➢ We will first investigate the interaction between two straight and parallel dislocations of the same kind.
➢ With the formulas for the stress and strain fields of edge and
screw dislocations one can calculate the resolved shear stress
caused by one dislocation on the glide plane of the other one and