材料科学基础——位错课件.ppt

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1、位错（Dislocations）位错基本知识主要内容概论位错的应力场位错的应变能位错受力位错的运动割阶及其运动弯结及其运动位错理论提出——理论强度和实际强度的差异变形时，若晶体在滑移面两侧相对滑过，则在滑移面上所有的键都要破断来产生永久的位移。据此，可估算滑移所需的临界分切应力。0位错概论理论切变强度的估算假设能量曲线是正弦形式。使原子面相对切开所需要的切应力为：在弹性变形范围，应力和应变服从胡克定律：G切变模量，γ切应变，γ可以近似为x/a，上式变成：因原子间斥力的短程性，能量曲线不是正弦形的，所以上面的估计是过高的，τc的更合理值约为G/30。实验测定的切变强度比理论切变强度低

2、2~3个数量级。晶体理论强度（G/30）GPa实验强度/MPa理论强度/实验强度Fe7.1027.5～3×102Al2.370.78～3×103Cu4.100.49～8×103Ni6.703.2～2×103Mo11.3371.6～2×102Ti（柱面滑移）3.5413.7～3×102晶体的实际强度和理论计算的强度相差几个数量级，人们就设想晶体中一定存在某种缺陷，由于它的存在和它的运动引起晶体的晶体的永久变形。设想的这种缺陷结构及特性必需和下述观察到的宏观变形现象相符。晶体变形的宏观现象：①形变的晶体学性，即晶体在固定的晶面和晶向滑移；②形变的不均匀性和不连续性，即变形不是在整个晶体各

3、处发生；③形变滑移的传播性，形变时，观察到滑移线（带）是从无到有，由浅到深，由短到长，数目由少到多；④滑移服从临界分切应力定律；⑤温度对临界分切应力有显著的影响，等等。设想引入晶体的缺陷应有下列特性①它的晶体学要素不依赖于外加力的大小，而由晶体学本身确定。由它运动导致的变形不破坏晶体结构，只是原子间的相对运动。所以引入的缺陷不是完全无规而是有晶体学特性的；②它能解释变形的不均匀性，即能说明它的结构敏感性；③它能说明变形过程的传播性；④引入的这种缺陷是易动的，能解释实验强度比理论强度低的原因。但它又不能像空位那样易受热起伏的影响；⑤它应有合理的增殖机制。现在已清楚，这种缺陷就是这里要讨

4、论的位错。位错理论的发展过程1907年Volterra解决了一类弹性体中的内应力不连续的弹性问题，把它称为位错。1934年M.Polanyi，E.Orowan和G.1.Taylor差不多同时地独立提出有关这类晶体缺陷（位错）的模型，特别是Taylor明确地把Volterra位错引入晶体。约菲用正交的尼科耳镜观察岩盐形变，看到岩盐形变时有亮线从晶体一侧传播到另一侧，说明晶体形变滑移时局部地区有应力集中，并说明滑移是从一侧传播到另一侧的。Taylor注意到这种实验现象，根据设想的位错排列形状，计算了位错运动所产生的晶体硬化曲线。1939年Burgers提出描述位错的一个重要特征量--柏氏

5、矢量，同时引入了螺位错。1940年Peierls提出后来在1947年由Nabarro修正的位错点阵模型，它突破了一般弹性力学范围，提出了位错宽度的概念，估算了位错开动的应力，这一应力正是和实际晶体屈服应力的同一数量级。1947年Cottrell阐明溶质原子和位错的交互作用并用以解释低碳纲的屈服现象，第一次成功地利用位错理论解决金属机械性能的具体问题。同年，Shockley描绘了面心立方形成扩展位错的过程。1950年Frank和Read共同提出了位错的增殖机制。上面所列出的是早期位错理论的发展的重要过程，那时，对于单个位错的运动规律，位错的交互作用等理论基本已经解决。1953年Nye和

6、1954年Bilby以及以后的kröner提出的无限小位错连续分布模型，为研究更复杂位错组态提供了方法。在解决任意形状的位错线的性质方面，由Burgers在1939年提出的位移公式、Peach和kröner在1950年提出的应力场公式和位错受力公式及Blin在1955年提出的交互作用能公式等基本上能得到解决。1956年Menter直接在电镜观察了铂钛花青晶体中位错的存在，同年，Hirsch等应用相衬法在电镜观察到位错的运动，位错理论就在更坚实的基础上发展了。近几十年，随着实验设备和计算机的发展，研究位错核心的组态以及在复杂结构中的位错方面取得很多很有成效的结果。假设在滑移面上有部分面

7、积已经滑移，上下侧相对滑移了b矢量，在已滑移区域和没有滑移区域的交界处C必然存在很大畸变，它就是我们要寻找的缺陷，称之为位错。晶体中位错概念的引入位错的类型及几何形态类型：刃型位错螺型位错混合位错刃位错的原子模型产生刃位错的Volterra过程半原子面在上侧，称正刃位错，“┻”;半原子面在下侧，称负刃位错，“┳”。螺型位错产生右螺位错的Volterra过程右螺位错的原子模型混合位错原子模型图产生混型位错的Volterra模型柏氏回路及柏氏矢量位错线在晶体中