无机非金属材料工程论文 位错对无机非金属材料塑性形变能力的影响

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1、位错对无机非金属材料塑性形变能力的影响摘要：位错是晶体中的一种线缺陷，对无机非金属材料的塑性形变具有重要的影响，或者说无机非金属材料的塑性形变取决于晶体的位错。位错的滑移决定了无机非金属材料的塑性形变。关键字：位错、无机非金属材料、塑性形变正文：一、位错的介绍位错又可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。“位错”这一概念最早由意大利数学家和物理学家维托·伏尔特拉（Vit

2、oVolterra）于1905年提出刃位错和螺位错是主要的两种位错类型。然而实际晶体中存在的位错往往是混合型位错，即兼具刃型和螺型位错的特征。（一）、刃位错论文写作指导：QQ625880526论文资源网www.lwenzy.com最专业的毕业设计资源分享、下载平台若一个晶面在晶体内部突然终止于某一条线处，则称这种不规则排列为一个刃位错。如图所示，刃位错附近的原子面会发生朝位错线方向的扭曲。刃位错可由两个量唯一地确定：第一个是位错线，即多余半原子面终结的那一条直线；第二个是伯格斯矢量（Burgersvector，简称伯氏矢量或柏氏矢量），它描述了位错导致的原子面扭曲的大小和方向。对刃位错

3、而言，其伯氏矢量方向垂直于位错线的方向（二）螺位错将规则排列的晶面想像成一叠间距固定的纸片，若将这叠纸片剪开（但不完全剪断），然后将剪开的部分其中一侧上移半层，另一侧下移半层，形成一个类似于楼梯拐角处的排列结构，则此时在“剪开线”终结处（这里已形成一条垂直纸面的位错线）附近的原子面将发生畸变，这种原子不规则排列结构称为一个螺位错。(三)混合位错如前所述，刃位错的伯氏矢量垂直于位错线的方向，螺位错的伯氏矢量平行于其位错线方向。但实际材料中位错的伯氏矢量往往既非平行又非垂直于位错线方向，这些位错兼具了刃位错和螺位错的特征，称为混合位错。（四）位错源　　材料中的位错密度会随着塑性形变的进行而

4、增加，其数量大致满足关系：  ，其中τ为塑性流动应力，ρ为位错密度。由这一关系可以推测，材料内部必然存在着位错的起源与增殖的机制，这些机制在外加应力的作用下将被激活，以提供增加的位错数。论文写作指导：QQ625880526论文资源网www.lwenzy.com最专业的毕业设计资源分享、下载平台  位错的透射电子显微镜照片人们已发现材料中存在以下三种位错的起源（成核）机制：均匀成核、晶界成核和界面成核，其中最后一种包括各种沉淀相、分散相或增强纤维等等。（五）、位错的滑移与晶体塑性在1930年代以前，材料塑性力学行为的微观机理一直是严重困扰材料科学家重大难题。1926年，雅科夫·弗仑克尔（

5、JacovFrenkel）从理想完整晶体模型出发，假定材料发生塑性切变时，微观上对应着切变面两侧的两个最密排晶面（即相邻间距最大的晶面）发生整体同步滑移。根据该模型计算出的理论临界分剪应力τm为：其中G为剪切模量。一般常用金属的G值约为10000MPa～100000MPa，由此算得的理论切变强度应为1000MPa～10000MPa。然而在塑性变形试验中，测得的这些金属的屈服强度仅为0.5～10MPa，比理论强度低了整整3个数量级。这是一个令人困惑的巨大矛盾。　　1934年，埃贡·欧罗万（EgonOrowan），迈克尔·波拉尼（MichaelPolanyi）和G.I.泰勒（G.I.Tay

6、l论文写作指导：QQ625880526论文资源网www.lwenzy.com最专业的毕业设计资源分享、下载平台or）三位科学家几乎同时提出了塑性变形的位错机制理论，解决了上述理论预测与实际测试结果相矛盾的问题。位错理论认为，之所以存在上述矛盾，是因为晶体的切变在微观上并非一侧相对于另一侧的整体刚性滑移，而是通过位错的运动来实现的。一个位错从材料内部运动到了材料表面，就相当于其位错线扫过的区域整体沿着该位错伯格斯矢量方向滑移了一个单位距离（相邻两晶面间的距离）。这样，随着位错不断地从材料内部发生并运动到表面，就可以提供连续塑性形变所需的晶面间位错的透射电子显微镜照片滑移了。与整体滑移所需

7、的打断一个晶面上所有原子与相邻晶面原子的键合相比，位错滑移仅需打断位错线附近少数原子的键合，因此所需的外加剪应力将大大降低。　　在对材料进行“冷加工”（一般指在绝对温度低于0.3Tm下对材料进行的机械加工，Tm为材料熔点的绝对温度）时，其内部的位错密度会因为位错的萌生与增殖机制的激活而升高。随着不同滑移系位错的启动以及位错密度的增大，位错之间的相互交截的情况亦将增加，这将显著提高滑移的阻力，在力学行为上表现为材料“越变形越硬”的现象，该现象称为