位错的运动

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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
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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
位错移动受到一阻力——点阵阻力，又叫派—纳力（PeirlsNabarro） 此阻力来源于周期排列的晶体点阵
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派纳力
1）通过位错滑动而使晶体滑移，τp较小
一 般 a≈b ， v 约 为 0.3 ， 则 τp 为 （ 10-3~10-4 ） G ， 仅为 理想 晶体的 1/100~1/1000
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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（ΔV=0），滑移运 动称为保守运动或守恒运动
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混合位错的滑移过程
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
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
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
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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
螺型位错位臵
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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
螺型位错位臵
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2.3.1 刃型位错的运动 刃型位错运动的两种方式：滑移、攀移
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
攀移
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 影响攀移因素
①温度 温度升高，原子扩散能力增大，攀移易于进行
② 正应力 垂直于额外关原子面的压应力，促进正攀移 拉应力，促进负攀移
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2）τp-N随a值的增大和b值的减小而下降
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晶体中原子密度最大的面和 原子密排方向进行
3）τp-N随位错宽度减小而增大
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
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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进行滑移
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位错滑移时的晶格阻力
• 派一纳力（τp-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
近似计算式为
2G 2G 2 a 2 w p exp exp 1 v b 1 v 1 v b
刃型位错的滑移
τ
τ
出现位错，产生滑移
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刃型位错的滑移
τ
τ
出现位错，产生滑移
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刃型位错的滑移
τ
τ
位错滑移出晶体表面，产生滑移台阶
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刃型位错线的滑移
τxy使位错线AB沿－x方向滑移
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(2-5)
b为柏氏矢量；G为切变模量；ν为泊松比；w为位错宽度， 它等于a/(1-ν)；a为滑移面的面间距
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位错运动阻力—派纳力
位错由1→2经过不对称状态，位错必越过一势垒才能前进
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刃型位错的滑移
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位错环的运动
位错环逐渐扩大而离开晶体时，晶体上、下部相对滑动一个台阶，其方向和大小与 柏氏矢量相同 位错环也可能反向运动而逐步缩小至位错环消失，这取决于切应力τ的方向
位错环的运动方向是沿法线方向向外扩展
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刃型位错的滑移
τ
τ
完整晶体
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刃型位错的滑移
τ
τ
出现位错，产生滑移
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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 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 正好相反
混合位错包含螺型位错，所以只能滑移，不能攀移
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刃型位错的攀移
位错的正攀移过程
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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
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混合位错运动
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螺型位错的运动
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
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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