edge-3刃位错应力场的特点课件.ppt

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1、§7-4位错的弹性性质晶体中有位错存在时，位错线及其周围的晶格产生严重畸变，畸变处的晶体原子偏离平衡位置，能量增高。位错线及其周围区域产生弹性应变和应力场。本节讨论：位错的应力场、位错的能量和张力、外力对位错的作用、位错间的交互作用等。一、位错的应力场从材料力学知识，我们已知固体中任一点的应力状态可用下图所示的9个应力分量来表示：单元体各面上的应力描述要准确地对晶体中位错周围的弹性应力场进行定量计算是复杂而困难的，为简化起见，通常采用弹性连续介质模型来进行计算。该模型作了以下假设：a.晶体是完全弹性体；b.晶体是各向同性的；

2、c.晶体中没有空隙，由连续介质组成。因此晶体中的应力应变是连续的，可用连续函数表示。1、螺位错的应力场力学模型：取外半径为R，内半径为r0的各向同性材料的圆柱体，圆柱中心线作为z轴坐标，将圆柱沿xoz面切开，使切面沿z轴方向相对位移b，再把切面粘起来，这样在圆柱体内就产生了螺位错的弹性应力场。动画screw-3采用柱坐标：式中，G——材料的剪切模量b——位错的柏氏矢量r——距位错线中心的距离（半径）tz——z方向上的切应力由于圆柱只在z轴方向有位移，在xy方向都没有位移，所以其他分量都为0：σrr=σθθ=σzz=σrθ=

3、σθr=σrz=σzr=0xyzr螺位错的应力场的特点：1)没有正应力分量；2)切应力对称分布：在包含位错线的任何径向平面上切应力相等，与角无关。因螺位错的结构是对称的。采用直角坐标：σ——正应力τ——切（剪）应力当应力都用σ表示时，下标2个字母相同时，为正应力，不同时为切应力2、刃位错的应力场力学模型：取外半径为R，内半径为r0的各向同性材料的圆柱体，圆柱中心线作为z轴坐标，将圆柱沿xoz面切开，使切面沿径向方向相对位移b，再把切面粘起来，这样在圆柱体内就产生了刃位错的弹性应力场。刃位错的应力场比螺位错复杂。动画edg

4、e-3刃位错应力场的特点：1)正应力分量和切应力分量同时存在，各分量与Z无关；2)以滑移面为分界面，有半原子平面的一侧为压应力(σxx<0),另一侧为拉应力(σxx>0)；3)在滑移面上(y=0)，没有正应力，此时切应力最大。刃型位错的应力场式中，ν为泊松比；G为切变模量。二、位错的弹性能和线张力位错的弹性能又称为畸变能或应变能。是由于晶格畸变造成了晶体内能的增加。位错总的应变能Etotal包括两部分：位错中心区(r<0)Ecore，以外区域Eel，即，Etotal=Ecore+Eel。这里仅讨论Eel，原因：弹性力学对r

5、<0时不适用；位错在运动或与其他缺陷交互作用时，只有Eel发生变化，从而影响位错的力学行为。计算弹性能的方法：弹性密度积分法，做功法。教材(清华)P.2481、位错的弹性能刃位错的弹性能：螺位错的弹性能：G——剪切模量b——柏氏矢量（模）ν——泊松比l——位错线长度混合位错的弹性能：螺型分量的弹性能+刃型分量的弹性能2、位错的线张力定义——单位长度位错线的弹性能。式中，T为线张力，对于螺位错：对于刃位错：由于τ0,r0和R都是常数，故可简写为：T=αGb2由于线张力的作用，弯曲的位错线力图伸直（缩短长度）。动画线张力三、作

6、用于位错上的力在切应力的作用下，位错将在滑移面上产生滑移；在正应力的作用下，刃型位错将在垂直于滑移面的方向上产生攀移。1、引起位错滑移的力在切应力的作用下，位错在滑移面上滑移。由于位错运动的方向总是与位错线垂直，故可以设想有一个垂直于位错线的力使位错运动，这个力可以应用虚功原理求得：Fd=τbFd是作用在单位长度位错上的力，方向：垂直于位错线，并指向未滑移区。注意：螺位错Fd与τ相互垂直。2、引起位错攀移的力在正应力σ的作用下，刃型位错将在垂直于滑移面的方向上产生攀移。Fy=σb动画攀移结论：无论是刃位错还是螺位错，同号位错

7、相互排斥，异号位错相互吸引。§7-5位错与位错间的交互作用同号刃位错间的作用——动画edge-5螺位错间的作用——动画screw-5异号刃位错间的作用——动画edge-6§7-6位错与点缺陷间的交互作用链接ch03-02e6.htm根据刃型位错和各类点缺陷应力场的特点，我们看到为了降低体系自由能，点缺陷将自发运动至如下位置：1.大的置换原子和间隙原子将处于正刃型位错滑移面下方区域。2.小的置换原子将处于正刃型位错滑移面上方区域。3.空位与位错的交互作用是使位错发生攀移，这种作用在高温下显得十分重要。这样一来，那些溶质原子就偏

8、聚在位错周围，使位错的稳定性提高。溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚现象类似气团，因由A·Cottrell首先提出，故又称为柯氏气团。气团的形成对位错具有钉扎作用，是固溶强化的原因之一。§3-7位错源与位错增殖一、位错的起源晶体材料在凝固、固态冷却、外延生长等过程中都会自然产生位错。