材料成型金屬學(xué)ch01-1位錯(cuò)理論

1.位錯(cuò)理論基礎(chǔ)

1.1晶體缺陷概論晶體中的缺陷：原子排列偏離完整性的區(qū)域點(diǎn)缺陷－在三個(gè)方向上尺寸都很小線缺陷－在二個(gè)方向上尺寸很小面缺陷－在一個(gè)方向上尺寸很小點(diǎn)缺陷pointdefects空位vacancy間隙原子interstitialatom雜質(zhì)原子impurityatomSchematicillustrationoftypesofdefectsinasingle-crystallattice:self-interstitial,vacancy,interstitial,andsubstitutional.ExtraatomMissingatomExtraatomForeignatomPointDefectsinaSingleCrystalLatticePointDefects點(diǎn)缺陷Substitutionalatom替換原子Self-interstitialatomInterstitialatom間隙原子Vacancy空位?Equilibriumconcentrationvarieswithtemperature!How?空位平衡濃度Boltzmann'sconstant

(1.38x10-23J/atomK)(8.62x10-5eV/atomK)?÷NDN=exp-QDkT?è???÷No.ofdefectsNo.ofpotentialdefectsites.FormationenergyTemperatureEachlatticesiteisapotentialvacancysiteSelfDiffusionViaVacancyMechanism點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響間隙原子－體積膨脹1~2個(gè)原子體積

空位－體積膨脹0.5個(gè)原子體積屈服強(qiáng)度↑對(duì)擴(kuò)散、高溫形變和熱處理等過程均有重要影響

面缺陷planedefect小角度晶界lowanglegrainboundary大角度晶界highanglegrainboundary相界面interphaseboundary小角度晶界特點(diǎn)*θ<10°由位錯(cuò)構(gòu)成*位錯(cuò)密度↑—位向差↑—晶格畸變↑—晶界能↑大角度晶界θ10°

小角度晶界類型（1）對(duì)稱傾側(cè)晶界相鄰晶粒各轉(zhuǎn)θ/2同號(hào)刃位錯(cuò)垂直排列（2）不對(duì)稱傾側(cè)晶界相互垂直的兩組刃位錯(cuò)垂直排列LowAngleGrainBoundary－小角晶界SchematicAdaptedfromFig.4.7,Callister6e.

GRAINBOUNDARIES晶界晶界特點(diǎn)1）晶界—畸變—晶界能—向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化—晶粒長大、晶界變直—晶界面積減??；2）阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)—σb↑—細(xì)晶強(qiáng)化；3）位錯(cuò)、空位等缺陷多—晶界擴(kuò)散速度高；4）晶界能量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜—容易滿足固態(tài)相變的條件——固態(tài)相變首先發(fā)生地；5）化學(xué)穩(wěn)定性差—晶界容易受腐蝕；6）微量元素、雜質(zhì)富集VariationinGrainBoundaryEnergyWithMisorientationforCopper.晶界能～角度相界面兩個(gè)不同相之間的界面－共格界面－半共格界面－非共格界面彈性能與界面能？晶界處新晶粒晶界與亞晶界新晶粒與位錯(cuò)Laminarstructure片層狀組織HighresolutionTEM

高分辨電子顯微鏡成百上千個(gè)原子單個(gè)原子排列ELECTRONMICROSCOPYJuanVillegas,Ph.D.thesis(UConnMSE)advancingtwin[001][110]Nickelalloy線缺陷linedefect刃型位錯(cuò)Edgedislocation螺型位錯(cuò)Screwdislocation

混合位錯(cuò)Mixeddislocation1.2位錯(cuò)概念的引入1934

解釋實(shí)測的晶體臨界切應(yīng)力值與理論計(jì)算值相差千倍以上的問題理想晶體的臨界切應(yīng)力實(shí)際晶體的逐步滑移?EffectofdislocationsinthelatticestructureunderstressIntheseriesofdiagrams,themovementofthedislocationallowsdeformationtooccurunderalowerstressthaninaperfectlattice1.3位錯(cuò)的原子模型及柏氏矢量EdgeDislocation刃型位錯(cuò)多余原子面EdgeDislocation刃型位錯(cuò)ScrewDislocation螺型位錯(cuò)

ScrewDislocation螺型位錯(cuò)MixedDislocation混合位錯(cuò)

ScrewDislocationEdgeDislocationMixedDislocation混合位錯(cuò)

柏氏矢量的確定（1）包含位錯(cuò)線做一封閉回路－柏氏回（2）將同樣的回路置于完整晶體中－不能閉合（3）補(bǔ)一矢量（終點(diǎn)指向起點(diǎn)）使回路閉合－柏氏矢量BURGER’SVECTOR柏氏矢量Edgedislocation:Burger’svectorperpendiculartodislocationlineScrewdislocation:Burger’svectorparalleltodislocationlineMixeddislocation:OrientationofBurger’svectorwithrespecttodislocationchangeswithpositionEdgedislocationScrewdislocationDislocationline:intopageDislocationlineBurger’svectorBurger’svector

特性（1）滿足右螺旋規(guī)則時(shí)，柏氏矢量與柏氏回路路徑無關(guān)－唯一性

（2）用柏氏回路求得的柏氏矢量為回路中包圍的所有位錯(cuò)柏氏矢量的總和（矢量和）－可加性

（3）同一位錯(cuò)，柏氏矢量處處相同－同一性位錯(cuò)密度單位體積中位錯(cuò)的總長度：將位錯(cuò)線看作于垂直某一平面的直位錯(cuò)線位錯(cuò)的觀察EtchingtoRevealDislocationMotionMovementofdislocationsinLiF.“A”aresessiledislocations&“B”areglissiledislocations.Whenastressisappliedtheglissiledislocationslides,hence,whenitisetchedagainitleavesanewtracewhereastheoldtracegetswider,butnotdeeper.Sessiledislocationsdonotmoveandtheetchpitsgetdeeperandwideronrepeatedetching.Dislocations