材料科學(xué)基礎(chǔ)3-3位錯(cuò)的能量3-4課件

第三節(jié)位錯(cuò)的能量及交互作用一．位錯(cuò)的應(yīng)變能

圖4-27下頁返回單位長度刃、螺位錯(cuò)的應(yīng)變能：

刃型位錯(cuò)：螺型位錯(cuò)：r0－位錯(cuò)內(nèi)部半徑r1－位錯(cuò)在晶體中的影響范圍上頁下頁其中2πr為周向長度，b為總的剪切變形量，γ為各點(diǎn)的切應(yīng)變。其中G為材料的切變模量。螺型位錯(cuò)周圍的切應(yīng)力應(yīng)為：螺位錯(cuò)周圍的切應(yīng)變應(yīng)為：上頁下頁二．位錯(cuò)線張力

TR上頁下頁平衡時(shí)，位錯(cuò)上的作用力與線張力在水平方向上相等，即：由此可知，保持位錯(cuò)線彎曲所需的切應(yīng)力與曲率半徑成反比，這一關(guān)系式對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及增殖有重要意義。上頁下頁三、位錯(cuò)的應(yīng)力場及與其它缺陷的交互作用1.位錯(cuò)的應(yīng)力場●螺位錯(cuò)：上頁下頁●刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)的應(yīng)力場要復(fù)雜得多，由于插入一層半原子面，使滑移面上方的原子間距低于平衡間距，產(chǎn)生晶格的壓縮應(yīng)變，而滑移面下方則發(fā)生拉伸應(yīng)變。壓縮和拉伸正應(yīng)變是刃位錯(cuò)周圍的主要應(yīng)變。上頁下頁上頁下頁上頁下頁2.位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的交互作用●柯氏氣團(tuán)：對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用——固溶強(qiáng)化●通過動(dòng)畫說明溶質(zhì)原子的交互作用當(dāng)晶體內(nèi)同時(shí)含有位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷時(shí)，兩者之間會(huì)發(fā)交互作用?！窨瘴慌c位錯(cuò)也會(huì)發(fā)生交互作用，使位錯(cuò)發(fā)生攀移，這在高溫下顯得十分重要。上頁下頁3.位錯(cuò)與其它位錯(cuò)的交互作用“同號(hào)相斥，異號(hào)相吸”rrFFFFb1b2b1b2圖4-33平衡螺型位錯(cuò)之間的交互作用力上頁下頁四．位錯(cuò)的合成與分解

●位錯(cuò)反應(yīng)的兩個(gè)條件幾何條件：∑b前=∑b后，即反應(yīng)前后位錯(cuò)在三維方向的矢量之和必須相等

能量條件：∑b2前=∑b2后，即位錯(cuò)反應(yīng)后應(yīng)變能必須降低，這是反應(yīng)進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)力

上頁下頁●判斷位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行

幾何條件：

上頁下頁此反應(yīng)滿足幾何與能量條件，故反應(yīng)成立。能量條件：上頁下頁●實(shí)際晶體中位錯(cuò)的柏氏矢量

單位位錯(cuò)或全位錯(cuò)——位錯(cuò)的b與連接點(diǎn)陣中最近鄰兩個(gè)原子的點(diǎn)陣矢量相等

不全位錯(cuò)——b小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)

晶體類型最密排方向單位位錯(cuò)不全位錯(cuò)fccbcchcp上頁下頁上頁下頁上頁下頁面心立方晶體全位錯(cuò)與分位錯(cuò)的滑移上頁下頁4)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不能引起晶體結(jié)構(gòu)的變化，只能引起晶體缺陷組態(tài)與分布的變化；5)刃位錯(cuò)有一額外半原子面，位錯(cuò)線呈任意形狀；螺型位錯(cuò)無額外半原子面，其位錯(cuò)線一定是直線；6)位錯(cuò)的滑移面就是位錯(cuò)線與它的柏氏矢量構(gòu)成的晶面，即滑移面；而一定晶體的滑移面，是指該晶體的原子上頁下頁密排面，即易滑移面；位錯(cuò)的可滑移面不一定是晶體的易滑移面，當(dāng)兩個(gè)滑移面重合時(shí)，滑移才容易進(jìn)行。第四節(jié)晶體中的界面

晶體材料中存在很多界面，同一種相的晶粒與晶粒的邊界，不同相之間的邊界以及晶體的外表面等。晶面也是晶體缺陷，屬面缺陷。上頁下頁返回度層，是僅有2~3個(gè)原子厚度的薄層，原子排列相對(duì)無序，也比較稀疏些。3、晶界能晶界能：原子偏離了平衡位置，相對(duì)于晶體內(nèi)部，晶界處于較高的能量狀態(tài)，高出的那部分能量。記作γG。上頁下頁G為切變模量，B為柏氏矢量，為泊松比，B為積分常數(shù)，取決與位錯(cuò)中心的錯(cuò)排能。Gb4π(1–υ)小角度晶界能γG

=γ0θ(B–lnθ）式中γ0為材料常數(shù)

γ0=

，上頁下頁●金屬界面的分類

★外部表面：表面的結(jié)構(gòu)、成分和性質(zhì)均與晶體內(nèi)部不同，表面能多以表面表示。★內(nèi)在界面

晶界：位向不同的相鄰晶粒間的界面

晶內(nèi)的孿晶界：平均直徑0.001mm，每個(gè)晶粒內(nèi)相鄰亞晶粒間界面。

上頁下頁晶內(nèi)的亞晶界：晶體中一部分原子以每一界面為共有面而與令一部分原子呈晶面對(duì)稱排列時(shí)，稱為孿晶，孿晶之間的界面即為孿晶界。晶內(nèi)的層晶界：堆垛層錯(cuò)是一種典型的共格界面

晶內(nèi)的相界：兩相間的界面上頁下頁●結(jié)構(gòu)

共格界面：兩晶粒的原子在界面上完全相互匹配

半共格界面：界面兩側(cè)兩相點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相近而原子間距相差較大外共格界面：兩相原子在界面上無任何匹配關(guān)系

下頁后退上頁下頁●性質(zhì)

界面能——單位面積界面的自由焓r大角度晶界的r>小角度晶界的r外共晶格界面的r>半共晶格界面的r>共晶格界面的r上頁下頁本章思考題1.各種晶體缺陷地異同?2.晶體滑移與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)