在位錯(cuò)上的力及位錯(cuò)的運(yùn)動作用在課件

1、第三節(jié) 作用在位錯(cuò)上的力及位錯(cuò)的運(yùn)動一、作用在位錯(cuò)上的力實(shí)際：位錯(cuò)在外加切應(yīng)力或其他內(nèi)應(yīng)力的作用下發(fā)生運(yùn)動或有運(yùn)動的趨勢。假設(shè)：位錯(cuò)上作用了一個(gè)力F，驅(qū)使位錯(cuò)運(yùn)動，則F必垂直于位錯(cuò)線。外加切應(yīng)力為，位錯(cuò)長度為L，柏氏矢量為b，移動距離為ds，已滑移區(qū)面積Lds，作用在該區(qū)域上的外力為Lds，該區(qū)域的滑移量為b，則滑移消耗的功為：W1=Ldsb力F使位錯(cuò)線移動ds所做的功為 ：W2=FdsW1=W2，即：Fds=Ldsb 故有 F=Lb 作用于單位長度位錯(cuò)線的力則為： f =b 此式表明： f 的大小 與和b 成正比。同一位錯(cuò)線上各點(diǎn)b相同，只要切應(yīng)力均勻地作用在晶體上，則位錯(cuò)線上各處 f 力的

2、大小也相同。f 力的方向：垂直于位錯(cuò)線，指向滑移面的未滑移區(qū)。刃位錯(cuò)： f 力與外加切應(yīng)力的方向一致。螺位錯(cuò)： f 力與外加切應(yīng)力的方向垂直。 說明：力f 并不是的分力，是位錯(cuò)附近原子實(shí)際受到的力，與b 的方向一致； f 只是作用在位錯(cuò)上的假想力，為組態(tài)力，不代表原子實(shí)際所受的力，也區(qū)別于作用在晶體上的力。任意形狀位錯(cuò)： f 力的大小仍為b ，方向?yàn)槲诲e(cuò)線上各點(diǎn)的法線方向。二、位錯(cuò)的運(yùn)動位錯(cuò)運(yùn)動的兩種基本形式滑移和攀移?；疲何诲e(cuò)線沿著滑移面的運(yùn)動。攀移：位錯(cuò)沿著垂直于滑移面的方向運(yùn)動。刃型位錯(cuò)：既可滑移，也可攀移；螺型位錯(cuò)：只能滑移，不可攀移。1、位錯(cuò)的滑移1）刃型位錯(cuò)的滑移原子的移動：在外

3、加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)中心附近的原子沿切應(yīng)力方向作少量移動(0時(shí)(滑移面以上區(qū)域)， (壓應(yīng)力)； y0時(shí)(滑移面以下區(qū)域)， (拉應(yīng)力)； y=0時(shí)(即在滑移面上)， ，即滑移面上沒有正應(yīng)力，只有切應(yīng)力，且為最大值。4）各應(yīng)力分量值與Z值無關(guān)，即：與刃位錯(cuò)線平行的直線上各點(diǎn)應(yīng)力 狀態(tài)相同。r越大，即離位錯(cuò)中心越 遠(yuǎn)，各分量值越小。應(yīng)力場分布見圖：該公式也不能用于位錯(cuò)中心區(qū)。二、位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)的應(yīng)變能：晶體中因位錯(cuò)周圍彈性應(yīng)力場的存在而導(dǎo)致的能量增量。也稱為位錯(cuò)的能量。W=W0+WeW0：位錯(cuò)中心的應(yīng)變能， ，通常予以忽略。We：位錯(cuò)彈性應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能，代表位錯(cuò)的應(yīng)變能。根據(jù)彈性理論，

4、圓柱坐標(biāo)系中，單位體積內(nèi)的應(yīng)變能為螺位錯(cuò)：只有切應(yīng)力 和切應(yīng)變 ，由上式可得而 ， 式中L位錯(cuò)線長度設(shè)位錯(cuò)中心區(qū)半徑為r0，位錯(cuò)應(yīng)力場作用半徑為R，則單位長度螺位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能為刃位錯(cuò)：單位長度刃位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能的計(jì)算比較復(fù)雜，其結(jié)果為：當(dāng)b相同時(shí)， 一般金屬材料的泊松比=0.30.4，取1/3，則Wee3/2Wes。即刃位錯(cuò)的應(yīng)變能約為螺位錯(cuò)的1.5倍?；旌衔诲e(cuò)：混合位錯(cuò)線與其柏氏矢量成角，可分解為刃型分量 和螺型分量 ，則其應(yīng)變能為式中 ，其值約為0.75 1。 小結(jié)：單位長度位錯(cuò)的能量與其柏氏矢量的模的平方成正比，即：We=Gb2，是與位錯(cuò)類型有關(guān)的系數(shù)，約為0.51。故柏氏矢量b越小的位錯(cuò)，其能量越低，在晶體中越穩(wěn)定。一般，r0b2.510-10m，R=10-6m，若取G=40GN/m2，則We2.5nJ/m。三、位錯(cuò)的線張力長度為L的位錯(cuò)，其應(yīng)變能為 W=We L ，WL。若位錯(cuò)線彎曲，能量將增高。為了降低能量，位錯(cuò)線有由曲變直，由長變短的自發(fā)傾向，它是位錯(cuò)的一種彈性性質(zhì)，相似于液體的表面張力，稱為位錯(cuò)的線張力，以單位長度位錯(cuò)線的能量表示。曲線位錯(cuò)