位错滑移运动与运动阻力辨析

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6第六节课-位错运动和交互作用和实际晶体中的位错解读

6第六节课-位错运动和交互作用和实际晶体中的位错解读
材料科学基础
五、位错的运动 位错运动方式有两种最基本形式:滑移和攀移。 1、位错的滑移(dislocation slip):位错沿着滑移面的移动。
在外加切应力的作用下,通过位错附近原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作 少量位移(小于一个原子间距)而逐步实现。
a)刃型位错的滑移
➢刃型位错的运动方向始终垂直位 错线而平行柏氏矢量。刃型位错 的滑移限于单一的滑移面上。
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材料科学基础
a. 螺型位错的应力场
设想有一个各向同性材料的空心圆柱体,把圆柱体沿XZ面切开,使两个切开面沿Z方
向做相对位移b,再把两个面胶合起来,形成一个柏氏矢量为b的螺型位错。轴的中心
为位错线,XZ面为其滑移面。
由于圆柱体只沿Z方向有位移,因此只有一个切应变:z=b/2r 而相应的切应力:Z=Z=G•Z =Gb/2r,式中,G为切变模量。 由于圆柱只在Z方向有位移,X和Y方向均无位移,所以其余应力分量均为零:
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材料科学基础
4、位错线张力
位错的线张力T可定义为使位错增加单位长度所需要的
能量,因此可近似地用下式表达:T Gb2
若有外加切应力存在,则单位长度位错线所受的力为
b,它力图使位错线变弯。
存在线张力T,力图使位错线伸直。则线张力在水平方
➢位错线附近原子移动距离很小; ➢位错运动所需要的力很小; ➢位错线沿滑移面滑移过整个基体
时,在晶体表面产生一个宽度为 柏氏矢量大小的台阶。
图2-8 刃型位错滑移过程
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b)螺型位错的滑移
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图2-9 螺型位错的滑移 螺型位错运动特征:位错移动方向与位错线垂直,也与柏氏矢量垂直。

4-位错运动与受力-51解析

4-位错运动与受力-51解析

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位错应变能及受力
• 假设,位错线dl,向任意方向移动ds,扫过的面积为
• 晶体体积变化 V b dA b ndA
• 滑移时,体积不变,保守运动; • 攀移时,体积变化,非保守运动
dA dl ds n dA
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材料科学基础
位错应变能及受力
2.4
位错的运动
晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来 实现的。 当晶体中存在位错时,只需用一个很小 的推动力便能使位错发生滑动,从而导致金 属的整体滑移,这揭示了金属实际强度和理 论强度的巨大差别。 金属的许多力学性能均与位错运动密切 相关。
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材料科学基础
位错应变能及受力
攀移的特点
• 攀移是刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动; • 空位和原子的扩散,是半原子面的扩大或缩小, 引起体积变化(非保守运动); • 阻力很大,接近理论强度; • 垂直于额外半原子面的压应力,促进正攀移,拉 应力,促进负攀移。 • 温度升高,原子扩散能力增大,攀移易于进行; 室温下难以进行。
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位错应变能及受力
螺型位错的运动
螺型位错滑移时周围原子的移动情况 ●代表下层晶面的原子,○代表上层晶面的原子
原位错线处在1-1处,在切应力作用下,位错线周围的原子作小量的 位移,移动到虚线所标志的位置,即位错线移动到2-2处,表示位错 线向左移动了一个原子间距,反映在晶体表面上即产生了一个台阶。 19 它与刃型位错一样,原子移动量很小,移动所需的力也很小。
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第三章位错的运动

第三章位错的运动

3.1位错的滑移⑴刃型位错的滑移⑵螺型位错的滑移⑶理论强度与实际强度产生差异的原因①位错处原子能量高→滑移能垒小→所需外力小②位错滑移仅需打断位错线附近少数原子的键合,因此所需的外加剪应力将大大降低。

③混合位错的滑移位错线沿各点的法线方向在滑移面上运动,滑动方向垂直于位错线方向,与柏氏矢量有夹角。

⑷位错滑移面与滑移方向①位错的滑移面:b与位错线所组成的面。

注:位错的滑移面与晶体的滑移面不是一回事。

②位错的滑移方向晶体滑移方向:与外力方向、柏氏矢量方向一致位错滑移方向:位错线的法向⑸判断晶体滑移方向的右手定则3.2 位错的攀移位错的攀移:刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动⑴正攀移:在刃位错处的一排原子可因热运动而移去,成为填隙原子或者吸收空位,使位错向上移到另一个滑移面攀移伴随原子的迁移,需要空位的扩散,需要热激话,比滑移需更大能量。

⑵攀移的阻力对抗攀移阻力所作的功=产生点缺陷所需能量。

⑶攀移的动力Ⅰ化学攀移力①过饱和空位(或间隙原子),向位错线附近渗透而聚集在位错线上,促使正刃位错向上攀移,好像有力沿攀移方向作用在位错上,这种力称为渗透力 ②温度越高并存在过饱和空位时,刃型位错易于攀移。

Ⅱ弹性攀移力作用于半原子面上的正应力分量作用下,刃位错所受的力F y应力的作用:(半原子面侧)压应力有利于正攀移,拉应力有利于负攀移 3.3 位错的交滑移①交滑移:螺型位错在原滑移面上运动受阻时,有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移。

②双交滑移:交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动3.4位错的密度⑴①位错的密度(定义):单位体积中包含位错线的总长度。

②位错密度(计算):垂直于位错线的平面上单位面积内的位错露头数,即单位观察表面内的蚀坑数(蚀坑法)⑵位错密度和晶体的强度位错密度较低时,τ随ρ的增加而减小;位错密度较高时,τ随ρ的增加而增大⑶提高晶体强度途径①尽量减小位错密度:晶须——极细的丝状单晶体,直径只有几个微米,基本不含位错,强度比块状材料高几个数量级。

位错的滑移机制

位错的滑移机制

位错的滑移机制位错的滑移机制是固体材料中晶格缺陷的一种重要形式。

在晶体中,由于各种原因,晶格中的原子或离子会发生位移,导致晶体结构发生变化。

这种位移被称为位错,它是晶体中晶格缺陷的一种表现形式。

位错的滑移机制是一种材料塑性变形的重要方式。

当外力作用于材料时,位错会在晶体中滑动,从而使材料发生塑性变形。

位错的滑移机制在金属、陶瓷和聚合物等各种材料中都存在。

位错的滑移机制是通过位错线的移动来实现的。

位错线是位错的核心部分,它是晶格缺陷的主要组成部分。

位错线的滑移可以看作是晶体中的原子或离子在位错线周围发生滑动,从而导致晶体结构的改变。

位错的滑移机制可以解释材料的塑性变形行为。

当外力作用于材料时,位错会在晶体中滑动,并且会在滑移面上形成新的位错线。

这样,位错线就像是材料中的“滑移带”,通过位错线的滑动和形成,材料就可以发生塑性变形。

位错的滑移机制还可以解释晶体中的一些其他现象。

例如,位错的滑移会导致晶体中的晶粒长大,从而影响材料的力学性能。

位错的滑移还可以解释材料的晶体结构变化、晶体缺陷的形成等现象。

位错的滑移机制在材料科学和工程中具有重要的应用价值。

通过研究位错的滑移机制,可以深入理解材料的塑性变形行为,为材料的设计和加工提供理论基础。

位错的滑移机制还可以用来解释材料的断裂行为、疲劳行为等现象,为材料的性能改善和寿命延长提供指导。

位错的滑移机制是固体材料中晶格缺陷的一种重要形式,它通过位错线的滑动来实现材料的塑性变形。

位错的滑移机制在材料科学和工程中具有重要的应用价值,通过研究位错的滑移机制,可以深入理解材料的力学性能和断裂行为,为材料的设计和加工提供理论基础。

材料科学基础-§3-3 位错的运动

材料科学基础-§3-3 位错的运动
U m V Gb 1 V sin 3 1 r 3 4 1 GbR0 sin 3 1 r
O y R(r,θ) r θ
x
间隙溶质原子在刃型位错附近聚集形成偏聚——柯垂尔 (Cottrell,A.H.)气团,螺型位错——史氏(Snoeck,J.)气团。
分析位错应力场时,常设想把半径约为0.5~1nm的
中心区挖去,而在中心区以外的区域采用弹性连续介质 模型导出应力场公式。
xx、 yy、 zz、 xy、 yz、 zx
rr、 、 zz、 r、 z、 z
rr、 、 zz、 r、 z、 z
xx、 yy、 zz、 xy、 yz、 zx
Gb2 R WS ln 4 r0
☺对于刃型位错,单位长度的弹性应变能为:
Gb2 R WE ln 4 (1 ) r0
上述分析表明单位长度位错的位错的应变能可以表示为
W / L Gb2 (J / m)
其中是α与几何因素有关的系数,约为0.5~1.0。此式表 明由于应变能与柏氏矢量的平方成正比,故柏氏矢量越 小,位错能量越低。 五. 位错的线张力 为了降低能量,位错有由曲变直,由长变短的倾 向。线张力T表示增加单位长度位错线所需能量,在数 值上等于位错应变能。
Thanks
1. 刃型位错的滑移
刃位错的滑移
τ
滑移面
τ
滑移台阶
刃位错的滑移
刃型位错的滑移运动: 位错的运动在外加切应力的作用下发生;
位错移动的方向和位错线垂直;
运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大 小的相对运动(滑移); 位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大 小的台阶。
T K Gb2
( K 0.5 ~ 1)

材料科学基础A习题答案第5章[1]解析

材料科学基础A习题答案第5章[1]解析

材料科学基础A习题第五章材料的变形与再结晶1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形,为减小该零件的弹性变形,拟采取以下措施:(1)增加该零件的轴径。

(2)通过热处理提高其屈服强度。

(3)用弹性模量更大的金属制作该零件。

问哪一种措施可解决该问题,为什么?答:增加该零件的轴径,或用弹性模量更大的金属制作该零件。

产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低,增加该零件的轴径可减小其承受的应力,故可减小其弹性变形;用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力,也可减小其弹性变形。

2、有铜、铝、铁三种金属,现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量,但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。

请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序(从大到小排列),并说明其理由。

答:金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力,而熔点高低反映了原子间作用力的大小,因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。

据熔点高低顺序,此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。

3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变曲线(分别为实线和虚线),试问那一种合金作为减振材料更为合适,为什么?答:B合金作为减振材料更为合适。

因为其应变滞后于应力的变化更为明显,交变加载-卸载应力应变回线包含的面积更大,即其对振动能的衰减更大。

4、对比晶体发生塑性变形时可以发生交滑移和不可以发生交滑移,哪一种情形下更易塑性变形,为什么?答:发生交滑移时更易塑性变形。

因为发生交滑移可使位错绕过障碍继续滑移,故更易塑性变形。

5、当一种单晶体分别以单滑移和多系滑移发生塑性变形时,其应力应变曲线如下图,问A、B中哪一条曲线为多系滑移变形曲线,为什么?应力滑移可导致不同滑移面上的位错相遇,通过位错反应形成不动位错,或产生交割形成阻碍位错运动的割阶,从而阻碍位错滑移,因此其应力-应变曲线的加工硬化率较单滑移高。

第六节课位错运动和交互作用和实际晶体中的位错

➢位错线有尽量变直和缩短其长度的趋势。
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作用在位错上的力
材料科学基础
3、外力场中位错所受的力 由于位错的移动方向总是与位错线垂直,因此
,可理解为有一个垂直于位错线的"力"作用在 位错线上。 切应力使位错线dL移动了ds的距离,即位错 线的移动使晶体的dA面积上下两部分,沿滑移 面产生了柏氏矢量为b的滑移,所以切应力所 作的功为:
圆柱坐标表示:
用直角坐标表示:
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材料科学基础
刃型位错应力场具有以下特点: 1、同时存在正应力分量与切应力分量,而且各应力分量的大小与G和b成正比, 与r成反比,即随着与位错距离的增大,应力的绝对值减小。 2、各应力分量与z无关,表明在平行于位错线的直线上,任何一点的应力相等 。
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其中,G为切变模量,为泊松比,a为晶面间距,b为滑移方向上的原子间距。 a最大、b最小时,力最小,所以滑移面应该是晶面间距最大的最密排面,滑移 方向应是原子密排方向。
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材料科学基础
2.位错的攀移(dislocation climb):刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。 多余半原子面向上运动称为正攀移,向下运动称为负攀移。 刃型位错的攀移实际上就是多余半原子面扩大和缩小的过程,可以通过物质迁移
心区,点阵畸变严重,虎克定律不适用,位错中心区以外,位错形成的弹性应 力场可用各向同性的连续介质的弹性模型计算。
★晶体是完全弹性体,服从虎克定律; ★晶体是各向同性的; ★晶体内部由连续介质组成,晶体中没有空隙,因此晶体中的应力、应变、位 移等是连续的,可用连续函数表示。

材料科学基础必考名词解释(一)

材料科学基础必考名词解释(一)过冷:结晶只有在T0 以下的实际结晶温度下才能进行,这种现象称为过冷。

过冷度:相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变,平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。

光滑界面:界面的平衡结构应是只有少数几个原子位置被占据,或者极大部分原子位置都被固相原子占据,即界面基本上为完整的平面,这时界面呈光滑界面。

共晶转变:合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下,同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。

共析转变:由一种固相分解得到其他两个不同固相的转变。

共析反应:是指在一定温度下,由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。

共析转变也是固态相变共格相界:如果两相界面上的所有原子均成一一对应的完全匹配关系,即界面上的原子同时处于两相晶格的结点上,为相邻两晶体所共有,这种相界就称为共格相界。

滑移线:材料在屈服时,试样表面出现的线纹称为滑移线。

滑移带:滑移线的集合构成滑移带,滑移带是由更细的滑移线所组成滑移:在外加切应力的作用下,通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量的位移而逐步实现的。

位错滑移的特点:1) 刃型位错滑移的切应力方向与位错线垂直,而螺型位错滑移的切应力方向与位错线平行;2) 无论刃型位错还是螺型位错,位错的运动方向总是与位错线垂直的;(伯氏矢量方向代表晶体的滑移方向)3) 刃型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向一致,而螺型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向垂直;4) 位错滑移的切应力方向与柏氏矢量一致;位错滑移后,滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致。

5) 对螺型位错,如果在原滑移面上运动受阻时,有可能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移,这称为交滑移(双交滑移)滑移系:晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。

回复:指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。

位错的运动和分解

位错的运动和分解
位错的运动主要包括滑移和攀移两种基本方式,并且位错还可以发生分解。

1. 滑移:这是位错运动的主要方式之一。

当外部施加的切应力克服了位错运动所受的阻力时,位错将沿着特定的原子面(即滑移面)移动。

这种运动会导致晶体的一部分相对于另一部分滑动,从而引起塑性变形。

2. 攀移:攀移是刃型位错特有的运动方式。

在晶体内,刃型位错可以沿着垂直于滑移面的方向上进行移动。

攀移通常需要点缺陷的存在,例如空位或间隙原子,因为位错通过吸收或排放这些点缺陷来改变其位置。

3. 位错分解:在复杂的晶体结构中,全位错可以分解为不全位错。

不全位错之间的区域称为堆垛层错。

这种分解通常发生在低能层错能的材料中,并且这种分解会影响材料的力学性能。

位错的运动和分解是材料科学中非常重要的概念,它们对材料的塑性变形和力学性能有着决定性的影响。

了解位错的这些行为对于材料的设计和应用至关重要。

位错的运动知名专家讲座


位错塞积群旳一种主 要效应就是:在它旳 前端引起应力集中。
三、位错旳交割:两位错相互交割,必在对方留下一 种与本身柏氏矢量大小、方向相同旳一小段位错。
1. 扭折 若小段位错位于原位错旳 滑移面上,因为线张力旳 作用,经过滑移可使小段 位错消失。
2. 割阶 若小段位错垂直于位错
旳滑移面与原位错旳滑移 面不同,小段位错不可能 靠滑移而消失。
考虑到实际晶体中位错是弯曲 旳,在远处旳应力场可能会有 部分抵消,使位错线旳线张力 不大于直位错线,一般用Gb2/2 作为位错线张力旳估算值。位 错线张力在数量上与单位长度 旳位错能相等,但要注意两者 不同旳物理意义和不同旳量纲。
第四节 在整体中旳位错
晶体中有大量位错存在,要考虑它们之间旳相互作用 及作为群体旳位错旳特征。
3. 混合位错旳滑移
沿柏氏矢量方向对晶 体施加应力,则A、B 处为符号相反旳刃位 错,C、D处为符号相 反旳螺位错,在相同 旳外力作用下,各自 运动方向相反,故位 错环只能收缩或扩展 。一样是晶体产生一 种b大小旳宏观变形。
4. 位错滑移旳方向
三、位错旳攀移
刃型位错在垂直于滑移面方向旳运动称为攀移。这 相当于多出半原子面、位错旳滑移:外切应力作用下,位错在滑移面上旳运动,造成晶体永 久变形。
1.刃位错旳滑移: 位错滑移是在切应力作用下,经过位错中 心附近旳原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地做少许旳位 移(不大于一种原子间距)而逐渐实现旳。位错运动到哪里, 哪里就出现多出半原子面。在切应力作用下,滑移面上方每 列原子只移动了b/6,位错就移动了一种原子距离b,多出半 原子面也移动了一种原子距离在晶体表面出现一种滑移台阶, 这种滑移方式所需要旳应力比晶体作整体运动所需旳应力要 小得多。
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d i s l o c a t i o n c a n mo v e mo r e e a s i l y .
KEY W ORDS:d i s l o c a t i o n :P e i e r l s —N a b a r r o f o r c e :s l i d i n g mo t i o n
( 昆明冶 金研 究 院 ,云南

昆明Biblioteka 6 5 0 0 3 1 )
要 :对 位 错 在 点 阵 周 期 场 中 运 动 时需 要 克 服 的 阻力 ,以及 影 响阻 力 大 小 的 因 素 作 了辨 析 和讨 论 。 含 有 位
错 的 晶体 变 形 ,确 定 无 疑 是 位 错 在 外 力 场作 用 下 滑移 运 动 的宏 观 结 果 。
An a l y s i s o n Di s l o c a t i o n S l i p p i n g a nd M o v i n g Re s i s t a n c e
F ANG S h u— mi n g ,L I U J i e ,J I h a n - r o n g
j u s t a t o n e c e r t a i n p o t e n t i a l e n e r g y l e v e l u n d e r a c e r t a i n t e m p e r a t u r e .E v e n t h o u g h o u t s i d e f o r c e s t r e s s i s l e s s t h a n P e i e r l s —N a b a r r o f o r c e ,
对位错在完整 晶体 中运动分 析表 明 ,派 一纳力对 温度 十分敏感 。一定 温度下 ,位 错并非 仅处 于某一 势能水 平 。即使外力应力小于派纳力 ,位错 也可以通 过扭折侧 向运动 ,且 由于热起 伏造成 的能量隆起 ,进 而侧 向扩展 , 使位错更容易运动 。
关键 词 :位 错 ;派 一纳 力 ;滑 移 运 动 中 图分 类 号 :T G 1 1 1 . 2 文献 标 识 码 :A 文章 编 号 :1 0 0 6 - 0 3 0 8( 2 0 1 3 )0 5 - - 0 0 6 6 06 -
2 0 1 3年 l O月 第4 2卷 第 5期 ( 总第 2 4 2期 )
云 南 冶 金
YUNNAN ME TAL LURGY
0c t .2 0 l 3
V o 1 . 4 2 .N o . 5( S u m 2 4 2)
位错 滑 移 运 动 与 运 动 阻力 辨 析
方树 铭 ,刘 捷 ,计 汉 容
Th e mo v e me n t o f d i s l o c a t i o n i n p e r f e c t c r y s t a l s h o ws t h a t P e i e r l s—Na b a r r o f o r c e i s v e y r s e n s i t i v i t y t o t e mp e r a t u r e .T h e d i s l o c a t i o n i s n o t
( K u n mi n g Me t a l l u r g i c a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ,K u n m i n g ,Y u n n a n 6 5 0 0 3 1 , C h i n a )
ABS TRACT:T h e r e s i s t a n c e o f d i s l o c a t i o n n e e d e d t o b e o v e r c o m e w h i l e i t m o v e s i n t h e l a t t i c e p e r i o d i c i f e l d . a n d t h e i n l f u e n c e f a c .
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