位錯(cuò)的增值與塞積課件

1.10位錯(cuò)的增殖與塞積從直觀上看，位錯(cuò)在塑性變形中要不斷地逸出晶體表面，使晶體中位錯(cuò)密度不斷減少，然而事實(shí)恰恰相反。經(jīng)劇烈變形后的金屬晶體，其位錯(cuò)密度可增加4~5個(gè)數(shù)量級(jí)，這種現(xiàn)象充分說明晶體在變形過程中位錯(cuò)在不斷地增殖。所以，位錯(cuò)的增殖機(jī)制是位錯(cuò)理論中一個(gè)很重要的問題。

1.10位錯(cuò)的增殖與塞積從直觀上看，位錯(cuò)在塑性1位錯(cuò)的滑移塑性變形位錯(cuò)：增殖、塞積、交割位錯(cuò)的數(shù)量逐漸增加金屬晶須：按照同樣的方向和部位排列，構(gòu)成了一種完全沒有任何缺陷的理想晶體；直徑一般為幾微米到幾十微米。位錯(cuò)的滑移塑性變形位錯(cuò)的數(shù)量逐漸增加金屬晶須：按照同樣的方向2位錯(cuò)線與位錯(cuò)纏結(jié)(TEM)不銹鋼316L(00Cr17Ni14Mo2)位錯(cuò)線與位錯(cuò)纏結(jié)(TEM)3AB滑移面晶體中的位錯(cuò)往往互相纏結(jié)形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。在位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)A、B上，位錯(cuò)線張力平衡，位錯(cuò)處于力學(xué)平衡狀態(tài)。位錯(cuò)纏結(jié)（b）（a）AB滑移面晶體中的位錯(cuò)往往互相纏結(jié)形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。在位41.位錯(cuò)的增殖

Frank-ReedSourceF－R源的形核位錯(cuò)的增殖機(jī)制有許多種，其中一種主要方式是弗蘭克-瑞德（Frank-Read）位錯(cuò)源。1.位錯(cuò)的增殖

Frank-ReedSourceF－5(a)雙軸位錯(cuò)增殖過程Frank-Read增殖機(jī)制

弗蘭克（FrankF.C.）-瑞德（ReadW.T.）A、B兩點(diǎn)固定不動(dòng)Prof.C.Frank1911-1998Britishphysicist(a)雙軸位錯(cuò)增殖過程Frank-Read增殖機(jī)制

弗蘭克6F－R源的開動(dòng)條件：推動(dòng)力（外力）>位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)陣摩擦力和障礙物阻力。當(dāng)外力作用在兩端不能自由運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)上時(shí)，位錯(cuò)將發(fā)生彎曲。Si單晶中的F-R源Si單晶中的F-R源7

若某一滑移面上有一段刃型位錯(cuò)AB，它的兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)釘住，不能運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)沿位錯(cuò)的柏氏矢量方向加切應(yīng)力，使位錯(cuò)沿滑移面向前進(jìn)行滑移運(yùn)動(dòng)。但由于AB兩端固定，所以只能使位錯(cuò)線發(fā)生彎曲。單位長度位錯(cuò)線所受的滑移力總是與位錯(cuò)線本身垂直，所以彎曲后的位錯(cuò)線每一小段繼續(xù)受到該力的作用，會(huì)沿它的法線方向向外擴(kuò)展，其兩端則分別繞節(jié)點(diǎn)A，B發(fā)生回轉(zhuǎn)。若某一滑移面上有一段刃型位錯(cuò)AB，它的兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)8兩端彎出來的線段相互靠近時(shí)，由于兩線段平行于柏氏矢量，但位錯(cuò)線方向相反，分別屬于左螺型位錯(cuò)和右螺型位錯(cuò)，它們互相抵消，形成一閉合的位錯(cuò)環(huán)和位錯(cuò)環(huán)內(nèi)的一小段彎曲的位錯(cuò)線。只要外加切應(yīng)力繼續(xù)作用，位錯(cuò)環(huán)便繼續(xù)向外擴(kuò)張，同時(shí)環(huán)內(nèi)的彎曲位錯(cuò)在線張力作用下又被拉直，恢復(fù)到原始狀態(tài)，并重復(fù)以前的運(yùn)動(dòng)，絡(luò)繹不絕地產(chǎn)生新的位錯(cuò)環(huán)，從而造成位錯(cuò)的增殖。兩端彎出來的線段相互靠近時(shí)，由于兩線段平行于柏氏矢量9(b)單軸位錯(cuò)增殖過程位錯(cuò)一端固定不動(dòng)。當(dāng)滑移面上受到切應(yīng)力時(shí)，位錯(cuò)繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。位錯(cuò)每旋轉(zhuǎn)一圈，也就是位錯(cuò)線掃過滑移面一次，使晶體沿柏氏矢量方向產(chǎn)生一個(gè)原子間距的位移。(b)單軸位錯(cuò)增殖過程位錯(cuò)一端固定不動(dòng)。當(dāng)滑移面上102.雙交滑移增殖機(jī)制螺型位錯(cuò)經(jīng)雙交滑移后可形成刃型割階，由于此割階不在原位錯(cuò)的滑移面上，因此它不能隨原位錯(cuò)線一起向前運(yùn)動(dòng)，即對(duì)原位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎作用，并使原位錯(cuò)在滑移面上滑移時(shí)成為一個(gè)弗蘭克一瑞德源。2.雙交滑移增殖機(jī)制螺型位錯(cuò)經(jīng)雙交滑移后可形成刃型割11

F-R源開動(dòng)時(shí)，位錯(cuò)彎曲的最小曲率半徑是L/2，因位錯(cuò)張力而受的向心力F=2

/L≈Gb2/L

，所以開動(dòng)F-R源的最小分切應(yīng)力約為Gb/L。一般L約為1

m，b約為0.1nm，故開動(dòng)F-R源的分切應(yīng)力約為10-4G。這個(gè)值接近晶體的屈服應(yīng)力。

F-R源開動(dòng)時(shí)，位錯(cuò)彎曲的最小曲率半徑是L/2，因位122.位錯(cuò)的塞積當(dāng)位錯(cuò)在滑移過程中遇到沉淀相、晶界等障礙物時(shí)，可能被阻擋停止運(yùn)動(dòng)，并使由同一位錯(cuò)源增殖的后續(xù)位錯(cuò)發(fā)生塞積。塞積使障礙處產(chǎn)生了應(yīng)力集中。2.位錯(cuò)的塞積當(dāng)位錯(cuò)在滑移過程中遇到沉淀相、晶界等障礙物時(shí)，13滑移面上的障礙物（晶界等）阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使同一個(gè)位錯(cuò)源發(fā)出的同號(hào)位錯(cuò)先后被障礙物阻塞，形成位錯(cuò)塞積群?；泼嫔系恼系K物（晶界等）阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使同一個(gè)位錯(cuò)14障礙物可以是晶界、雜質(zhì)粒子、固定位錯(cuò)等。

整個(gè)塞積群對(duì)位錯(cuò)源有一反作用力。當(dāng)塞積位錯(cuò)的數(shù)目達(dá)到n時(shí)，這種反作用力與外加切應(yīng)力可能達(dá)到平衡。此時(shí)，位錯(cuò)源則會(huì)關(guān)閉；要想繼續(xù)滑移，就必須增大外力，這是應(yīng)變硬化的機(jī)制之一。不銹鋼中晶界前塞積的位錯(cuò)障礙物可以是晶界、雜質(zhì)粒子、固定位錯(cuò)等。整個(gè)塞積群對(duì)位15高錳鋼中位錯(cuò)被堵塞在晶界附近高錳鋼中位錯(cuò)被堵塞在晶界附近16Cu-4Ti合金中位錯(cuò)被堵塞在晶界附近Cu-4Ti合金中位錯(cuò)被堵塞在晶界附近17位錯(cuò)源發(fā)出的位錯(cuò)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，一方面受驅(qū)使它向前移動(dòng)的力，另一方面受到前方塞積群對(duì)它的排斥力。在位錯(cuò)塞積群中，位錯(cuò)間的距離由領(lǐng)先位錯(cuò)開始依次向后越來越大,即位錯(cuò)的排列由領(lǐng)頭位錯(cuò)開始依次向后越來越疏。位錯(cuò)塞積群中的位錯(cuò)個(gè)數(shù)n正比于外加切應(yīng)力

0。和位錯(cuò)源至障礙物間的距離L。當(dāng)L一定時(shí)，晶體滑移面受

0作用，位錯(cuò)源不斷放出位錯(cuò)，使塞積群中的位錯(cuò)數(shù)目逐漸增多。當(dāng)位錯(cuò)達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，塞積群便可以抑制位錯(cuò)源繼續(xù)向外放出位錯(cuò)。位錯(cuò)源發(fā)出的位錯(cuò)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，一方面受驅(qū)使它向前移動(dòng)的18塞積群不僅對(duì)位錯(cuò)源有抑制作用，而且對(duì)障礙物也有作用。位錯(cuò)塞積群對(duì)障礙物的作用力是外加切應(yīng)力的n倍。塞積群中的位錯(cuò)數(shù)目越多，塞積群對(duì)障礙物的作用力越大。領(lǐng)先位錯(cuò)的前端會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。這種強(qiáng)大的應(yīng)力集中可以使塞積群中的螺型位錯(cuò)通過交滑移而越過障礙物，也會(huì)使領(lǐng)先位錯(cuò)前端的相鄰晶粒內(nèi)的位錯(cuò)源開動(dòng)。應(yīng)力集中大到一定程度時(shí)，甚至可以把障礙物摧毀。塞積群不僅對(duì)位錯(cuò)源有抑制作用，而且對(duì)障礙物也有作用。19位錯(cuò)塞積的結(jié)果位錯(cuò)切過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較低時(shí)，運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)可能將障礙物切開。

位錯(cuò)塞積的結(jié)果位錯(cuò)切過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較低時(shí)，運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)20位錯(cuò)繞過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較高時(shí)，運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)可能繞過障礙物，并在障礙物外留下位錯(cuò)環(huán)。位錯(cuò)繞過障礙物：當(dāng)障礙物強(qiáng)度較高時(shí)，運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)