第二章 第二节 位错-1

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螺型位错的运动
• 位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。
3 螺型位错线与滑移方向（滑移矢量）平行， 因此一定是一直线，
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刃型位错 位错线垂直于晶体滑移方向（滑移矢量） 位错运动方向平行于晶体滑移方向 • 螺型位错
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混合位错的运动
为什么引入位错？ 位错的分类
位错的基本性质 位错与其他缺陷之间的相互作用 实际晶体中的位错
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• 1 位错线是已滑移区与未滑移区的边界线，
位错的共同特点
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• 2 一根位错线不能中止于晶体内部，而只能 露头于晶体表面（包括晶界）。
就正刃型位 错而言，滑 移面上方点 阵受到压应 力，下方点 阵受到拉应 力。
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螺型位错示意图
螺型位错
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螺型位错特征
1 螺型位错没有额外半原子面，原子错排是 呈轴对称；
2 螺型位错沿位错线原子面呈螺旋形，每绕 轴一圈，原子面上升一个原子间距。
• 3 如位错线中止于晶体内部，则必与其他位 错线相连接，或在晶体内部形成封闭线。 形成封闭线的位错成为位错环。
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描述位错的物理量
位错移动产生的结果是什么？
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• 晶体滑移时原子的移动必需从一个平 衡位置到另一个平衡位置，
位错处的原子将如何排列？
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• 位错是晶体中已滑移区和未滑移区的边界
位错两边原子的相对位移从1个 原子间距逐渐减至0-过渡区
• 不是一个几何上的线！！
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• 在过渡区内滑移面两边的原子会出现错配。 为什么引入位错？
• 此过渡区只有几个或十几个原子间距的宽 度，长度却达到晶体的宏观尺寸 • 位错是一个细长的管状缺陷区
刃型位错的运动
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3 刃型位错的位错线垂直于位错运动方向。
4 滑移面是同时包含有位错线和滑移矢量的 平面，刃型位错在其他面上不能滑移。
刃型位错运动方向平行于晶体滑移方向
-滑移矢量
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刃型位错周围的点阵发生弹性畸变，既有 切应变，又有正应变。 6 在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原 子具有较大的平均能量。
G ~ 0.1G 2
虎克定律
G G a
实际晶体的强度τc约为10－4～ 10－8G
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位错理论的提出
• 晶体的实际强度远低于其理论强度 • 为什么？
• 理论强度和实际强度的巨大差别 完整晶体的刚性滑移模型。 放弃
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位错线平行与晶体滑移方向 位错移动方向与晶体滑移方向垂直
4 螺型位错的滑移面不是唯一的。滑移通常 是在那些原子密排面上进行。
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混合位错
5 螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变。 但是只有平行于位错线的切应变而无正应 变。不会引起体积膨胀和收缩。
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• 推想晶体中一定存在着某种 缺陷，晶体滑移是通过缺陷 的移动来实现。
• 这种缺陷称为位错 Dislocation • 位错的移动导致了晶体中的滑 移-即塑性变形。
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• 位错的概念是1934年由Tayor、 Orowan、Polanyi分别提出的。当时只 是一种设想。
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滑移是怎么进行的？
• 哪个晶面？ • 在晶面上沿着哪个方向进 行？
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• 滑移沿着晶体的密排面和密排方向
1926年Frenkel，假设晶体是完整的
• 滑移系。
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两层原子的结 合能和结合力
移动原子所需的力
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刃型位错
刃型位错的特点
• 1 刃型位错有一个额外的半原子面。一般把 多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃 型位错，记为“⊥”，而把多出在下边的称为 负刃型位错，记为“T”；
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2 刃型位错不一定是直线，也可以是折线或曲线
第二节 位错
为什么引入位错？ 位错的分类 位错的基本性质 位错与其他缺陷之间的相互作用 实际晶体中的位错
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金属的塑性变形
• 何为塑性？
为什么引入位错
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金属成型_标清.flv
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塑性变形如何来进行
• 混合型位错的柏氏矢量既不垂直于也不平 行于位错线。 • 可将其分解为垂直和平行与位错线的刃型 分量bsinφ和螺型分量bcosφ。
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• 一根位错线上，不管它是什么类型 的位错，当它扫过滑移面后，晶体 发生的一定量的滑移。
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柏氏矢量
• 表征滑移量的方向和大小
• 柏氏矢量必是从一个原子平衡 位置指向另一平衡位置。 • 柏氏矢量是晶格矢量。 • 晶体结构决定了可能的柏氏矢 量。
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位错的分类 位错的基本性质 位错与其他缺陷之间的相互作用 实际晶体中的位错
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位错的分类
位错移动产生滑移变形
平行
滑移变形方向与位错线
垂直
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• 刃型位错(垂直） • 螺型位错（平行） 螺型位错（平行）
刃型位错
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• 晶体是由一系列平行晶面构成的。
扑克牌
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塑性变形的刚体模型
• 晶体滑移时晶体各部分是作为刚体 而相对滑动-滑移 • 连接滑移面两边的原子的结合键将 同时断裂 • 当外界应力达到某一临界值时，滑 移才能发生。
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F dE dx
滑移时应力和 切位移关系
m sin
2 x b
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当x远小于b时
m
2 x b
x
• 做近似计算，令 a b
m
G b 2 a
m
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刃型位错
确定柏氏矢量的方法
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螺型位错柏氏矢量
• 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直。 柏氏矢量的方向 • 正刃型位错和负刃型位错
螺型位错的柏氏矢量与位错线平行。
柏氏矢量与位错线方向同向为右螺型位错。
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• 二十世纪50年代以后才从实验中观察到位 错。（透射电子显微镜，TEM）
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位错（Dislocation)
• 晶面之间滑移过程通过位错 位错的移动
滑移面 位错
已滑移区
滑移矢量 未滑移区
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• 位错相当于在滑移平面上已滑 移区和未滑移区的边界。 • 随着位错的移动，晶面之间产 生了相互移动，即在某个方向 上发生一定大小的移动。