2.7 位錯和缺陷之間的相互作用

2.6位錯與晶體缺陷的相互作用點(diǎn)缺陷在晶體中會引起點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生的應(yīng)力場可與位錯產(chǎn)生交互作用1．位錯與溶質(zhì)原子的交互作用彈性的、化學(xué)的、電學(xué)的、幾何的四種交互作用彈性作用為最重要1/18/20241.位錯與溶質(zhì)原子的交互作用溶質(zhì)原子處于位錯的應(yīng)力場之中，會產(chǎn)生彈性交互作用溶質(zhì)原子與周圍原子的交互作用在刃型位錯中顯得尤其重要不管是置換型還是間隙型溶質(zhì)原子均會引起晶格畸變間隙原子以及尺寸大于溶劑原子的溶質(zhì)原子使周圍基體晶格原子受到壓縮應(yīng)力尺寸小于溶劑原子的溶質(zhì)使基體晶格受到拉伸1/18/20242.位錯與溶質(zhì)原子的交互作用溶質(zhì)原子與位錯的交互作用所有溶質(zhì)原子均可在刃型位錯周圍找到適宜的位置正刃型位錯下方原子受到拉應(yīng)力，原子半徑較大的置換型溶質(zhì)原子和間隙原子位于位錯滑移面下方〔即晶格受拉區(qū)〕可以降低位錯的應(yīng)變能小原子半徑的間隙型溶質(zhì)原子位于滑稱面上方〔晶格受壓區(qū)〕可以降低位錯應(yīng)變能，使體系處于較低的能量狀態(tài)1/18/20243.位錯與溶質(zhì)原子的交互作用至于溶質(zhì)原子能否移至理想的位置，那么取決于溶質(zhì)原子的擴(kuò)散能力溶質(zhì)原子分布于位錯周圍使位錯的應(yīng)變能下降，位錯的穩(wěn)定性增加，晶體強(qiáng)度提高1/18/20244.科垂耳氣團(tuán)通常把把溶質(zhì)原子與位錯交互作用后，圍繞位錯而形成的溶質(zhì)原子聚集物，稱為“科垂耳氣團(tuán)〞〔CottrellAtmosphere〕氣團(tuán)阻礙位錯運(yùn)動，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)，但氣團(tuán)在高溫條件下會消失，失去強(qiáng)化效果用柯氏氣團(tuán)可解釋合金中出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)效和屈服現(xiàn)象1/18/20245.鈴木氣團(tuán)溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯之間會發(fā)生化學(xué)交互作用，產(chǎn)生鈴木氣團(tuán)由于擴(kuò)展位錯的層錯區(qū)具有與周圍基體不同的晶體結(jié)構(gòu)〔如fcc中層錯區(qū)屬hcp〕，為保持熱力學(xué)平衡，溶質(zhì)原子在層錯區(qū)濃度與在基體中濃度不同，有的原子偏聚于層錯區(qū)，減小外表能，使層錯區(qū)寬度d增大，不易于束集，難于交滑移，從而提高合金強(qiáng)度，這種由化學(xué)交互作用而產(chǎn)生溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，構(gòu)成了“鈴木氣團(tuán)〞與科垂耳氣團(tuán)比較1〕鈴木氣團(tuán)與溫度無關(guān)2〕鈴木氣團(tuán)與位錯類型無關(guān)1/18/20246.斯諾克氣團(tuán)體心立方晶體中間隙原子如C、N等與螺位錯切應(yīng)力場發(fā)生的交互作用C、N原子使得α－Fe產(chǎn)生四方畸變間隙原子分布于α－Fe的〔1/2,0,0〕〔0,1/2,0〕〔0,0,1/2〕間隙位置在應(yīng)力作用下，三個(gè)間隙位置的原子應(yīng)變能不同，從應(yīng)變能大的位置跳到應(yīng)變能小的位置，即斯諾克效應(yīng)1/18/20247.位錯與空位的電學(xué)交互作用刃位錯壓縮區(qū)原子間距小，電子密度增大，電子能量增大，刃位錯膨脹區(qū)原子間距大，電子密度小，電子能量小壓縮區(qū)電子流向膨脹區(qū)，壓縮區(qū)帶正電，膨脹區(qū)帶負(fù)電，形成電偶極子高價(jià)原子進(jìn)入膨脹區(qū)，低價(jià)原子進(jìn)入壓縮區(qū)作用力為彈性交互作用的1/51/18/20248.位錯與空位的化學(xué)交互作用置換式固溶體中溶質(zhì)原子與層錯化學(xué)交互作用，形成鈴木〔Suzuki〕氣團(tuán)比彈性交互作用小1－2個(gè)數(shù)量級由于堆剁層錯作用，很難靠熱起伏擺脫溶質(zhì)原子束縛，有好的高溫穩(wěn)定性，特別是Cottrell氣團(tuán)消失后作用顯著釘扎與位錯類型無關(guān)，刃位錯、螺位錯釘扎強(qiáng)弱程度一樣1/18/20249.2．位錯與空位的交互作用空位也會引起點(diǎn)陣畸變，空位與位錯也會發(fā)生交互作用空位與位錯在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化空位通常被吸引到刃型位錯的壓縮區(qū)，降低位錯的應(yīng)變能，使位錯發(fā)生攀移這一交互作用在高溫下顯得十分重要，因?yàn)榭瘴粷舛入S溫度升高而上升1/18/202410.2．位錯與空位的交互作用

空位通常被吸引到刃型位錯的壓縮區(qū)，或消失在刃型位錯線上，使位錯線產(chǎn)生割階

空位被吸引到刃型位錯上產(chǎn)生割階1/18/202411.空位盤轉(zhuǎn)化成位錯環(huán)金屬從高溫急冷所固定下來的過飽和空位可以聚集成空位盤盤的尺寸到達(dá)幾十個(gè)原子間距時(shí)，不穩(wěn)定而發(fā)生崩塌，在四周形成一個(gè)刃型位錯環(huán)位錯環(huán)的滑移面是一個(gè)環(huán)柱面，由于柏氏矢量垂直于環(huán)面，在位錯環(huán)所處的平面上位錯只攀移，這種位錯稱為“棱柱位錯〞(a)空位凝聚成盤；(b)空位盤崩塌成位錯環(huán)；(c)純鋁(650℃淬火)中的位錯環(huán)1/18/202412.

位錯與空位的交互作用---位錯在運(yùn)動過程中產(chǎn)生空位異號刃型位錯互毀后產(chǎn)生一串空位2.兩根相互垂直的螺型位錯經(jīng)交截后產(chǎn)生一小段刃型割階，割階通過攀移隨主位錯線移動產(chǎn)生空位1/18/202413.異號刃型位錯互毀后產(chǎn)生空位互毀時(shí)其中任一位錯線必須每隔一定距離相對攀移一個(gè)原子間距是產(chǎn)生空位的常見機(jī)制1/18/202414.螺型位錯交截后移動產(chǎn)生空位兩相互垂直的螺型位錯經(jīng)交截后產(chǎn)生刃型割階螺型位錯拖著一小段割價(jià)共同運(yùn)動，后面留下一串點(diǎn)缺陷割階高度足夠小〔1~2個(gè)原子間距〕，外力足夠大且溫度比較高時(shí)，此割階只能通過攀移跟主位錯線一起移動割階后留下一串空位，割階間的位錯線是異號刃型位錯，吸引互毀后形成位錯偶1/18/202415.帶割階的螺位錯運(yùn)動c位錯運(yùn)動在割階后留下一串空位a無應(yīng)力下的直位錯b外加切應(yīng)力后位錯在滑移面彎曲1/18/202416.位錯偶割階高度在幾個(gè)原子間距到20nm之間，位錯不能拖著割階運(yùn)動位錯偶斷裂成位錯環(huán)位錯偶經(jīng)常斷開而留下一個(gè)長的位錯環(huán)，原位錯線仍回復(fù)原來帶割階的狀態(tài)，形成的長形位錯環(huán)又可分裂成小的位錯環(huán)，也是形成位錯環(huán)機(jī)制之一在外力作用下，假設(shè)割階間的位錯線發(fā)生彎曲，且在上下兩個(gè)滑移面和割階相連接的位錯線是異號刃型位錯時(shí)，這對異號刃型位錯相互吸引而平行排列起來，形成位錯偶1/18/202417.割階的運(yùn)動1/18/202418.3．位錯的交截

在滑移面上運(yùn)動的某一位錯，必與穿過此滑移面上的其它位錯〔稱為“位錯林〞〕相交截，該過程即為“位錯交截〞位錯相互切割后，將使位錯產(chǎn)生彎折，生成兩種位錯折線割階：垂直滑移面的折線扭折：在滑移面上的折線1/18/202419.位錯線互相垂直刃型位錯的交截AB，xy兩根相互垂直的刃型位錯線，b1//b2交截后各產(chǎn)生PP′和QQ′的折線，它們均位于原來兩個(gè)滑移面上，同屬螺型性質(zhì)，為“扭折〞在運(yùn)動過程中，這種折線在線張力的作用下可能被拉長而消失1/18/202420.柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位錯的交截位錯線AB和XY發(fā)生交割后AB變?yōu)锳PP’B，XY變?yōu)閤QQ’yPP’臺階高度為b1，QQ’臺階高度為b2，兩臺階和分別與b2和b1平行，是螺型位錯它們位于原位錯的滑移面上，是扭折1/18/202421.位錯交截是否產(chǎn)生結(jié)果由位錯線與另外的位錯的柏矢矢量決定，假設(shè)平行，無交截結(jié)果，垂直時(shí)才有交截結(jié)果交截后位錯線段的刃型、螺型性質(zhì)取決于該位錯線段與本身位錯線柏矢矢量的關(guān)系交截結(jié)果是割階或扭折取決于該位錯線段與本身位錯滑移平面的關(guān)系1/18/202422.兩根相互垂直的刃型位錯線交截兩柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交截(a)交截前；(b)交截后b1⊥b2xy位錯線與不動的AB位錯交截后，AB產(chǎn)生一個(gè)長度與b1相等的刃型割階PP′，PP′折線位于Pxy滑移面上，是可動的，隨AB沿著b2所指方向移動b2與xy平行，xy不產(chǎn)生折線1/18/202423.刃型位錯與螺型位錯交截(a)交截前;(b)交截后交截后，AB被分割成位于相鄰兩平行平面內(nèi)的兩段位錯位錯CD上交截線段QQ‘與b2垂直，為扭折，在線張力下可被拉直中間由刃型割階PP′相連PP′長度與b2相等PP′柏氏矢量仍為b1PP′可隨AB滑移，但有阻礙1/18/202424.兩根螺型位錯的交截值得注意的一種，如下圖螺錯L1向右運(yùn)動，遇到與之垂直的螺錯L2發(fā)生交截割階PP′，長度為b2兩螺型位錯各自產(chǎn)生一刃型割階。圖中為L1的割階只能在PP與b1組成的平面內(nèi)沿b1所指方向滑移，不能跟隨螺型位錯L1一道滑移只能通過攀移隨著L1運(yùn)動，與L1滑移方向不一致。但攀移在室溫下困難這一段位錯成為L1位錯運(yùn)動的障礙、阻力，有人認(rèn)為這是加工硬化的原因1/18/202425.螺型位錯和螺型位錯的交割A(yù)B的滑移面一定，由外力決定，所以P’P是刃型位錯割階，而Q’Q不是，會消失1/18/202426.螺型位錯上的〔刃型〕割階不能隨原位錯一道滑移螺型位錯和螺型位錯的交割滑移面是圖中陰影面，只能沿位錯線AB線滑移P’P隨AB一起運(yùn)動，那么導(dǎo)致半原子面縮小，留下間隙原子要隨AB一起運(yùn)動，那么它必須攀移P’PM’M是割階P’P的附加半原子面這種攀移只有在較大正應(yīng)力和較高溫度下實(shí)現(xiàn)如果左螺型位錯，附加半原子面增大，留下空位在常溫下，螺型位錯上的〔刃型〕割階阻礙位錯的繼續(xù)滑移1/18/202427.兩根螺型位錯的交截在外力足夠大且溫度比較高，并且此割階長度足夠小〔1~2個(gè)原子間距〕，此割階可以通過攀移與主位錯一道運(yùn)動，并在割階后面留下一連串空位1/18/202428.位錯的塞積位錯運(yùn)動過程中除遇到其它位錯而發(fā)生交截外，可能遇到晶界，孿晶界，相界等面缺陷障礙物而產(chǎn)生“塞積〞現(xiàn)象在晶體內(nèi)部的滑移面上有一位錯源，在外力τ0作用下產(chǎn)生一個(gè)刃型位錯，它在外力作用下沿滑移面往前移動，假設(shè)在前端遇到障礙物時(shí)，位錯就會阻塞在障礙物前位錯源不斷地產(chǎn)生其他位錯，這些位錯同樣阻塞在障礙物之前，形成一個(gè)塞積群1/18/2