晶体缺陷与金属强度【3】全

1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。
1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。
1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。
1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。
之后，用TEM直接观察到了晶体中的位错。
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第三章 晶体中的位错
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位错形成
可能是在晶体形成过程（凝固或冷却）中产生的 晶体在塑性变形时也会产生大量的刃型位错
力（F）作用在晶体的右上角，促使右上角的上半部晶体沿着滑移面 向左作局部移动，使原子列移动了一个原子间距，其滑移量用矢量表 示，从而形成一个刃型位错 从滑移这个角度来看，可以把位错定义为晶体中已滑移区域和未滑移 区域的边界 晶体中的位错作为滑移区的边界，就不可能中断于晶体内部，它们或 者中止于表面，或者中止于晶界和相界，或者与其它位错线相交，或 者自行在晶体内形成一个封闭环
第二节 位错的几何性质
1、位错的基本类型
（1）刃型位错
刃型位错可以想像为在晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个 原子平面中断处的边沿及其周围区域就是一个刃型位错
中断处的边沿犹如在晶体中插入一把刀刃，故称之为“刃型位错”， 而在刃口处的原子列定义为“刃型位错线”
正刃型位错:半原子面位于某晶面的上半部位置的称为正刃 型位错，以记号“⊥”表示
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螺型位错特征：
1）螺型位错无额外半原子面，原子错排呈轴对称 2）螺型位错与滑移矢量平行，故一定是直线 3）包含螺位错的面必然包含滑移矢量，故螺位错可以 有无穷个滑移面，但实际上滑移通常是在原子密排面上 进行，故有限 4）螺位错周围的点阵也发生了弹性畸变，但只有平行 于位错线的切应变，无正应变（在垂直于位错线的平面 投影上，看不出缺陷） 5）位错线的移动方向与晶块滑移方向、应力矢量互相 垂直
假定在一块简单立方晶体中，沿某一晶面切一刀 缝，贯穿于晶体右侧至BC处，然后在晶体的右侧 上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对 滑移一个原子间距，由于BC线左边晶体未发生滑 移，于是出现了已滑移区与未滑移区的边界BC
经过这样操作后使右侧晶体上下两部分发生晶格 扭动，从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发 生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层 原子平面变成螺旋面。畸变区的尺寸与长度相比 小得多，在这畸变区范围内称为螺型位错，已滑 移区和未滑移区的交线BC则称之为螺型位错线
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（3 ） 混合位错
位错线上任一点的滑移矢量相同，但位错线与滑移矢量 两者方向夹角呈任意角度
晶体右上角在外力F作用下发生切变，在滑移面ABC范围内原子发生了 位移，其滑移矢量用b表示,弧线AC即是位错线，为已滑移区和未滑移区 的边界，与滑移矢量成任意角度，它是晶体中较常见的一种位错
负刃型位错：半原子面位于某晶面下半部的称为负刃型位 错，以“T”表示
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刃位错结构示意图
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含有刃型位错的晶体结构示意图
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刃型位错线周围的弹性畸变
刃型位错线周围的原子不同程度地偏离了平衡位 置，致使周围点阵发生了弹性畸变。正刃型位错而言， 晶面上部原子显得拥挤，受到压应力，而晶面下部原 子显得稀疏，受到拉应力
由于空位集团崩塌而形成的
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几种不规则的刃型位错
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刃型位错特征
（1）刃型位错是由一个多余半原子平面所形成的线缺陷， 位错宽度，2~5个原子间距，位错是一管道
（2）位错滑移矢量b垂直于位错线，位错线和滑移矢量 构成滑移的唯一平面即滑移面
按照螺旋面前进的方向与螺旋面旋转方向的关系 可分为左、右螺型位错，符合右手定则（即右手 拇指代表螺旋面前进方向，其它四指代表螺旋面 旋转方向）的称为右螺型位错，符合左手定则的 称为左螺型位错 •螺型位错与刃型位错的主要区别在于螺型位 错线与滑移矢量平行，螺型位错受力时只存在 平行于位错线的切应力，而无正应力，并且位 错线移动方向与滑动方向相垂直
（3）刃位错不一定是直线，形状可以是直线，折线和曲线， 位错环
（4）晶体中产生刃型位错时，其周围点阵产生弹性畸变，既有 正应变，又有切应变，使晶体处于受力状态，就正刃型位错而言， 滑移面上方原子受到压应力，下方原子受到拉应力
负刃型位错则刚好相反
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（2） 螺型位错
位错周围点阵畸变是对称的，位错中心受到的畸变度最大， 随着与中心距离的增加，畸变程度逐渐减小
一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定 义为位错宽度，其值约为2~5个原子间距
位错线长度有数百个到数万个原子间距，与位错长度相比， 位错宽度显得非常小，所以把位错看作是线缺陷
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晶体局部滑移形成刃型位错
τ 原子完整排列
τ
τ 受切应力作用 原子面移动
τ
τ
来自百度文库
τ 出现多余半原子面
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晶体中的纯刃型位错环
刃型位错不一定是直线，可以是折线或曲线，EFGH就是一个位错环，这 个位错环是由于晶体中多了一片EFGH的原子层所造成的。这种位错环多是
第三章 晶体中的位错
第一节 位错概念的引入
一、位错理论发展简介
位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。
意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作 用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。
位错的提出：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与实 测临界切应力的巨大差异（2～4个数量级）。
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螺型位错
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螺型位错模型
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Screw dislocation
AA b
B
A’
B A
B A
b
A’
C D
DC D’
Macroscopic mode
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D
D’ D
C
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古一
Microscopic
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mode
螺型位错分类