7-位錯(cuò)和缺陷之間的相互作用課件

2.6位錯(cuò)與晶體缺陷的相互作用點(diǎn)缺陷在晶體中會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)可與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用1．位錯(cuò)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1/31/20241精選2021版課件位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用溶質(zhì)原子處于位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)之中，會(huì)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(cuò)中顯得尤其重要不論是置換型還是間隙型溶質(zhì)原子均會(huì)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1/31/20242精選2021版課件位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用所有溶質(zhì)原子均可在刃型位錯(cuò)周圍找到合適的位置正刃型位錯(cuò)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(cuò)滑移面下方（即晶格受拉區(qū)）可以降低位錯(cuò)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(cuò)應(yīng)變能，使體系處于較低的能量狀態(tài)1/31/20243精選2021版課件位錯(cuò)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，則取決于溶質(zhì)原子的擴(kuò)散能力溶質(zhì)原子分布于位錯(cuò)周圍使位錯(cuò)的應(yīng)變能下降，位錯(cuò)的穩(wěn)定性增加，晶體強(qiáng)度提高1/31/20244精選2021版課件科垂耳氣團(tuán)通常把把溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用后，圍繞位錯(cuò)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(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)，但氣團(tuán)在高溫條件下會(huì)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1/31/20245精選2021版課件鈴木氣團(tuán)溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯(cuò)之間會(huì)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(cuò)的層錯(cuò)區(qū)具有與周圍基體不同的晶體結(jié)構(gòu)（如fcc中層錯(cuò)區(qū)屬hcp），為保持熱力學(xué)平衡，溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)濃度與在基體中濃度不同，有的原子偏聚于層錯(cuò)區(qū)，減小表面能，使層錯(cuò)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(cuò)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(cuò)類型無關(guān)1/31/20246精選2021版課件斯諾克氣團(tuán)體心立方晶體中間隙原子如C、N等與螺位錯(cuò)切應(yīng)力場(chǎng)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)1/31/20247精選2021版課件位錯(cuò)與空位的電學(xué)交互作用刃位錯(cuò)壓縮區(qū)原子間距小，電子密度增大，電子能量增大，刃位錯(cuò)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1/51/31/20248精選2021版課件位錯(cuò)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(cuò)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(jí)由于堆剁層錯(cuò)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(cuò)類型無關(guān)，刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)釘扎強(qiáng)弱程度一樣1/31/20249精選2021版課件2．位錯(cuò)與空位的交互作用空位也會(huì)引起點(diǎn)陣畸變，空位與位錯(cuò)也會(huì)發(fā)生交互作用空位與位錯(cuò)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(cuò)的壓縮區(qū)，降低位錯(cuò)的應(yīng)變能，使位錯(cuò)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1/31/202410精選2021版課件2．位錯(cuò)與空位的交互作用

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

空位被吸引到刃型位錯(cuò)上產(chǎn)生割階1/31/202411精選2021版課件空位盤轉(zhuǎn)化成位錯(cuò)環(huán)金屬?gòu)母邷丶崩渌潭ㄏ聛淼倪^飽和空位可以聚集成空位盤盤的尺寸達(dá)到幾十個(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(cuò)環(huán)位錯(cuò)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(cuò)環(huán)所處的平面上位錯(cuò)只攀移，這種位錯(cuò)稱為“棱柱位錯(cuò)”(a)空位凝聚成盤；(b)空位盤崩塌成位錯(cuò)環(huán)；(c)純鋁(650℃淬火)中的位錯(cuò)環(huán)1/31/202412精選2021版課件

位錯(cuò)與空位的交互作用---位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生空位異號(hào)刃型位錯(cuò)互毀后產(chǎn)生一串空位2.兩根相互垂直的螺型位錯(cuò)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(cuò)線移動(dòng)產(chǎn)生空位1/31/202413精選2021版課件異號(hào)刃型位錯(cuò)互毀后產(chǎn)生空位互毀時(shí)其中任一位錯(cuò)線必須每隔一定距離相對(duì)攀移一個(gè)原子間距是產(chǎn)生空位的常見機(jī)制1/31/202414精選2021版課件螺型位錯(cuò)交截后移動(dòng)產(chǎn)生空位兩相互垂直的螺型位錯(cuò)經(jīng)交截后產(chǎn)生刃型割階螺型位錯(cuò)拖著一小段割價(jià)共同運(yùn)動(dòng)，后面留下一串點(diǎn)缺陷割階高度足夠?。?~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(cuò)線一起移動(dòng)割階后留下一串空位，割階間的位錯(cuò)線是異號(hào)刃型位錯(cuò)，吸引互毀后形成位錯(cuò)偶1/31/202415精選2021版課件帶割階的螺位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)c位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)在割階后留下一串空位a無應(yīng)力下的直位錯(cuò)b外加切應(yīng)力后位錯(cuò)在滑移面彎曲1/31/202416精選2021版課件位錯(cuò)偶割階高度在幾個(gè)原子間距到20nm之間，位錯(cuò)不能拖著割階運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)偶斷裂成位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)偶經(jīng)常斷開而留下一個(gè)長(zhǎng)的位錯(cuò)環(huán)，原位錯(cuò)線仍回復(fù)原來帶割階的狀態(tài)，形成的長(zhǎng)形位錯(cuò)環(huán)又可分裂成小的位錯(cuò)環(huán)，也是形成位錯(cuò)環(huán)機(jī)制之一在外力作用下，若割階間的位錯(cuò)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(cuò)線是異號(hào)刃型位錯(cuò)時(shí)，這對(duì)異號(hào)刃型位錯(cuò)相互吸引而平行排列起來，形成位錯(cuò)偶1/31/202417精選2021版課件割階的運(yùn)動(dòng)1/31/202418精選2021版課件3．位錯(cuò)的交截

在滑移面上運(yùn)動(dòng)的某一位錯(cuò)，必與穿過此滑移面上的其它位錯(cuò)（稱為“位錯(cuò)林”）相交截，該過程即為“位錯(cuò)交截”位錯(cuò)相互切割后，將使位錯(cuò)產(chǎn)生彎折，生成兩種位錯(cuò)折線割階：垂直滑移面的折線扭折：在滑移面上的折線1/31/202419精選2021版課件位錯(cuò)線互相垂直刃型位錯(cuò)的交截AB，xy兩根相互垂直的刃型位錯(cuò)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(dòng)過程中，這種折線在線張力的作用下可能被拉長(zhǎng)而消失1/31/202420精選2021版課件柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位錯(cuò)的交截位錯(cuò)線AB和XY發(fā)生交割后AB變?yōu)锳PP’B，XY變?yōu)閤QQ’yPP’臺(tái)階高度為b1，QQ’臺(tái)階高度為b2，兩臺(tái)階和分別與b2和b1平行，是螺型位錯(cuò)它們位于原位錯(cuò)的滑移面上，是扭折1/31/202421精選2021版課件位錯(cuò)交截是否產(chǎn)生結(jié)果由位錯(cuò)線與另外的位錯(cuò)的柏矢矢量決定，若平行，無交截結(jié)果，垂直時(shí)才有交截結(jié)果交截后位錯(cuò)線段的刃型、螺型性質(zhì)取決于該位錯(cuò)線段與本身位錯(cuò)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(cuò)線段與本身位錯(cuò)滑移平面的關(guān)系1/31/202422精選2021版課件兩根相互垂直的刃型位錯(cuò)線交截兩柏氏矢量互相垂直的刃型位錯(cuò)交截(a)交截前；(b)交截后b1⊥b2xy位錯(cuò)線與不動(dòng)的AB位錯(cuò)交截后，AB產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度與b1相等的刃型割階PP′，PP′折線位于Pxy滑移面上，是可動(dòng)的，隨AB沿著b2所指方向移動(dòng)b2與xy平行，xy不產(chǎn)生折線1/31/202423精選2021版課件刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)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(cuò)位錯(cuò)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(zhǎng)度與b2相等PP′柏氏矢量仍為b1PP′可隨AB滑移，但有阻礙1/31/202424精選2021版課件兩根螺型位錯(cuò)的交截值得注意的一種，如圖所示螺錯(cuò)L1向右運(yùn)動(dòng)，遇到與之垂直的螺錯(cuò)L2發(fā)生交截割階PP′，長(zhǎng)度為b2兩螺型位錯(cuò)各自產(chǎn)生一刃型割階。圖中為L(zhǎng)1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(cuò)L1一道滑移只能通過攀移隨著L1運(yùn)動(dòng)，與L1滑移方向不一致。但攀移在室溫下困難這一段位錯(cuò)成為L(zhǎng)1位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙、阻力，有人認(rèn)為這是加工硬化的原因1/31/202425精選2021版課件螺型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)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(cuò)割階，而Q’Q不是，會(huì)消失1/31/202426精選2021版課件螺型位錯(cuò)上的（刃型）割階不能隨原位錯(cuò)一道滑移螺型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的交割滑移面是圖中陰影面，只能沿位錯(cuò)線AB線滑移P’P隨AB一起運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)致半原子面縮小，留下間隙原子要隨AB一起運(yùn)動(dòng)，則它必須攀移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(cuò)，附加半原子面增大，留下空位在常溫下，螺型位錯(cuò)上的（刃型）割階阻礙位錯(cuò)的繼續(xù)滑移1/31/202427精選2021版課件兩根螺型位錯(cuò)的交截在外力足夠大且溫度比較高，并且此割階長(zhǎng)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(cuò)一道運(yùn)動(dòng)，并在割階后面留下一連串空位1/31/202428精選2021版課件位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程中除遇到其它位錯(cuò)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(cuò)源，在外力τ0作用下產(chǎn)生一個(gè)刃型位錯(cuò)，它在外力作用下沿滑移面往前移動(dòng)，若在前端遇到障礙物時(shí)，位錯(cuò)就會(huì)阻塞在障礙物前位錯(cuò)源不斷地產(chǎn)生其他位錯(cuò)，這些位錯(cuò)同樣阻塞在障礙物之前，形成一個(gè)塞積群1/31/202429精選2