刃位错和螺位错的讨论PPT
位错复习-new-PPT课件
一对平行的刃型位错和螺型位错之间的相互作用力：
b1 b 2 F 2 d (1 )
b1 b 2 F 2 d
不全位错：当滑移矢量不是点阵矢量的整数倍时，滑
移区原子出现错排，即出现层错，而滑移区与未
bi bj
2 i
能量判据－
b b
2 j
材料的缺陷、强度与断裂
材料研究所 崔文芳
位错的基本知识复习
1. 刃型位错的形成
W
• • •• •• ••
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2. 螺型位错的形成
螺位错线
位错柏 氏矢量 的定义
练习
若给位错环施加力 (假设Z面是滑移面）
i
, 确定位错环各段可能的位错运动.
z
A b
B
D
C
0
y
x
位错周围的弹性应力场
1. 螺位错弹性应力场
0 x y z
Gb y 0 ( ) xy x z 2 2 2 x y Gb x ( ) y z 2 2 2 x y
0 z x z y
1. 刃位错的弹性应变能We.
We
ro 0
R
b
xy
(l d x ) d b
lG b 1 d x d b 2 (1 ) x
Glb 2 R ln( ) Gb 2 l 4 (1 ) r
2.
螺位错的弹性应变能
位错运动与交割(课堂PPT)
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• 1）交割结果：产生两段曲折线段PP'和QQ'； • 2）新位错性质：曲折线段QQ'的长度和方向由b2
决定；由于PP'平行b2，故PP'曲折线段为螺型位 错，同理曲折线段QQ'平行b1，所以QQ'也为螺型 位错。曲折线段PP'和QQ'都为螺型扭折。
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两个伯氏矢量相互垂直的刃型位错与螺型位错交割
决定，性质取决于其与bA的关系，由于PP'垂直bA ，故新产生的PP'为刃型位错；新位错为割阶； • 3）新产生的刃型割阶的可动性：理论上原位错与 PP'可以在各自的滑移面上运动，实际上，割阶 PP'很难移动。
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两个伯氏矢量相互平行的刃型位错交割
a）交割前
b）交割后
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滑移方向
刃型位错 螺型位错 混合型位错
一致 垂直 成一定角度
柏氏矢量b
一致 垂直 成一定角度
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注：正、负刃型位错运动方 向相反；左、右螺旋位错运 动方向相反；
最终晶体的滑移方向都 是与外加切应力及柏氏矢量 的方向一致。
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5、螺型位错的交滑移
对于螺型位错，由于所有包 含位错线的晶面都可以成为其滑 移面，因此当某一螺型位错在原 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 滑移面上继续滑移，这一过程为 交滑移。
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2、刃型位错的攀移
刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。 通常把多余半原子面向上运动的攀移称为正攀移，向 下运动的攀移称为负攀移。
刃位错与螺位错的异同点
刃位错与螺位错的异同比较
哎呀，说起这个刃位错跟螺位错，咱们得用点儿接地气的话来摆一摆它们的龙门阵。
刃位错嘛，就像是你在切菜板上耍菜刀，一不小心，刀刃就偏了那么一丢丢，留下一道子细细的缝儿。
这缝儿，在材料里头就是原子排列不按常理出牌，像刀刃那样切进去，形成了个直线型的缺陷。
它呢，影响材料的强度，让材料更容易在这个“缝儿”上出问题，比如断裂啊这些。
螺位错呢，就有点儿像咱们小时候玩的陀螺，转起来，那纹路一圈一圈的，绕着轴心转。
在材料里头，螺位错就是原子错位了，但它们不是直愣愣地错开，而是像螺旋楼梯那样，一层层地错位上升或下降。
这种错位方式，让材料在受到外力时，有种“拧劲儿”，能吸收一部分能量，有时候反而让材料看起来更“韧”一些。
说起来，刃位错和螺位错都是材料里的捣蛋鬼，但捣蛋的方式不一样。
刃位错简单粗暴，直接切一刀；螺位错则像是个温柔的陷阱，慢慢拧着你的劲儿。
不过，别小看它们，研究透了这些微观世界的奥秘，咱们就能更好地控制材料的性能，造出更结实、更耐用的东西来。
所以，搞材料科学的朋友们，可得加油哦！。
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z
A
D
b
B
C
0
y
x
位错周围的弹性应力场
1. 螺位错弹性应力场
xyz0
x y0xz G 2 (x2 b yy2) yz G 2 (x2 b xy2)
2. 刃位错弹性应力场
x
2(G 1b)
y(3x2y2) (x2y2)2
y
Gb
2(1)
Glb 2 ln( R ) Gb 2l 4 (1 ) r
2. 螺位错的弹性应变能
We
Glb2
4
ln(R) r
3. 混合位错的弹性应变能
l
bcos
G (bsin )2l G (bco )2 sl R
W mi x[ 4(1)
4
]ln() r
bsin
b3
思考与讨论
1. 位错线只能从晶体表面入出，或终止于晶界、相 界、其它位错，或形成封闭环。
2. 一个位错环，能否各部分都是螺位错，能否各部 分都是刃位错，为什么？
3. 单晶体中的位错环运动到表面，晶体外形发生什 么变化。
刃位错的滑移运动
刃位错的攀移运动
① ② ③
位错沿着
vl
运动平面
y(x2y2) (x2y2)2
z(xy)
xy2(G 1b )(xx (2 x2 yy 2)22 ) zxzy0
1. 刃位错的弹性应变能We.
Rb
W (l d x) d b
e
xy
ro 0
lG b 1 d x d b
2 (1 ) x
b
► 线张力
linte ensiTod nW eG2b
《位错理论基础》课件
1.11 实际晶体中的位错 堆垛层错
（1）形成 密排堆垛次序有误
形成
层错
面缺陷
fcc晶体的层错类型：
抽出型：
插入型：
（2）类型
肖克莱（Shock12 扩展位错
位错反应 位错反应：分解或合成
条件：
1）几何条件：反应前各位错柏氏矢量之和应等于反 应后各位错柏氏矢量之和。
1.6 位错在应力场中的受力
外力使晶体变形做的功=位错在F力作用下移动 ds距离所作的功。
1.7 位错间的相互作用
（1）写出位错间作用力的表达式（不要求计算） （2）分析位错的受力
同符号刃型位错:
/2 稳定平衡位置； /4不稳定平衡位置。
1.9 位错的交割
割阶与扭折
割阶的形成增加了位错线长度，要消耗一定的能量。 因此交割对位错运动是一种阻碍。增加变形困难， 产生应变硬化。
即： Σb前=Σb后
2）能量条件：反应过程是能量降低的过程。 E∝b2 Σb2前≥Σb2后
扩展位错：一个位错分解成两个半位错和它们中间夹的层错带 构成的位错。
面心立方晶体的滑移
如： 1 a1 10 1 a1 2 1 1 a211
2
6
6
1 a1 10
2
1 a1 2 1
6
1 a211
6
2）τp随a值的增大和b值的减小而下降。在晶体中，原子最密排 面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最 小，可解释 晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密 排方向进行。
3）τp随位错宽度减小而增大。 强化金属途径：一是建 立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运 动。
1.5 位错的运动及晶体的塑性变形
位错应变能及受力ppt课件
螺位的应力场
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中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础
螺型位错应力场
位错应变能及受力
切应力τθz，τzθ亦可用直角坐标表示
xz
zx
Gb
2
x2
y
y2
yz
zy
Gb
2
x2
x
y2
xy
yx
0
特征：1）只有切应力，无正应力
2）τ的大小与r呈反比，与G、b呈正比
3）τ与θ无关，所以切应力是径向对称的
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中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础
位错应变能及受力
刃型位错应力场（位错的弹性行为）
• 由于插入一层半原子面，滑移面上方的原子 间距低于平衡间距，产生晶格的压缩应变， 滑移面下方则发生拉伸应变
• 压缩和拉伸正应变是刃型位错周围主要应变
• 从压缩应变和拉伸应变的逐渐过渡中必然附 加一个切应变，最大的切应变发生在位错的 滑移面上，该面上正应变为零，故为纯剪切
z z rz zr 0
以上两式，可了解刃位错周围应力场的特点。并可得出坐标系各区中应力分布
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中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础
位错应变能及受力
刃型位错在x-y面上的σxx应力场
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中南大学材料科学与工程学院 材料科学与工程基础
位错应变能及受力
混合位错都可分解为一刃型位错和一个螺型位错，设其柏氏 矢量b与位错线交角为θ，则 :
be b sin, bs b cos
EM
Ee ES
位错类型及柏氏矢量ppt课件
是晶体中较常见的一种位错
混合位错的形成
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混合位错
AC位错线中 靠近A端的位错线段平行于滑 移矢量，属于纯螺型位错 靠近C端的位错线段垂直于滑 移矢量，属于纯刃型位错 其余部分线段与滑移矢量成任 意角度，属混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和 螺型两个分量
1）人为假定位错线方向 一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向
2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向 使位错线的正向与右螺旋的正向一致
3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作柏氏回路，在完整晶体中按相同的路线和 步法作回路，路线终点指向起点的矢量，即“柏氏矢量”
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刃型位错的柏氏回路与柏氏矢量
混合位错原子组态
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混合位错
每一段位错线均可分解为刃型和螺型两个分量
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2.3 柏氏矢量
柏氏矢量是描述位错性质的一个重要物理量 表示位错区原子的畸变特征，包括畸变的位置和 畸变的程度 是矢量 1939年Burgers提出，故称该矢量为“柏格斯矢 量”或“柏氏矢量”
用b 表示
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柏氏矢量的确定方法
正刃型位错：晶面上部原子拥挤，受压应力，晶面下部原子受拉应力 • 点阵畸变是对称的，位错中心受到畸变度最大，离开位错中心畸变
程度减小 • 一般把点阵畸变程度大于正常原子间距1/4的区域宽度定义为位错宽
度，约为2~5个原子间距
3
位错形成
• 可能是在晶体形成过程（凝固或冷却）中产生的
• 晶体在塑性变形时也会产生大量的刃型位错
4
晶体局部滑移形成刃型位错
力作用在晶体右上角，使右上角的上半部晶体沿滑 移面向左ห้องสมุดไป่ตู้局部移动，使原子列移动了一个原子间 τ 距，从而形成一个刃型位错
刃位错和螺位错的异同点
刃位错和螺位错的异同点刃位错和螺位错，这俩名字听起来是不是有点像武侠小说里的角色？别急，咱们先放下这些复杂的术语，轻松聊聊它们的异同点。
想象一下，这两位“角色”在金属的世界里打着太极，纠结在一起，挺有意思的。
刃位错就像个灵活的刀客，动作迅猛，切割得干脆利落；而螺位错嘛，更像个稳重的老派武林高手，绕着圈子，讲究的是内力和巧劲儿。
刃位错，嘿，顾名思义，跟“刃”有关。
它就是在晶体中，原子排布的一种小缺陷。
想象一下，一列整齐的队伍突然少了一名队员，这样的空缺就像个刃子，能让材料在受力时更容易发生变形。
就好比打麻将时少了一张牌，那局面瞬间就乱了套。
刃位错出现在金属中，常常能让材料变得更软，容易加工，但一旦用得过火，嘿嘿，脆脆的脆性就来了，材料可能会嘎吱嘎吱地折断，像竹子一样。
再来看看螺位错，这位老前辈可就复杂多了。
它的名字里带个“螺”，是不是感觉更高大上？螺位错就像是在晶体的结构里旋转着的螺丝，层层叠叠，像旋转的陀螺。
它不光是个简单的缺陷，还是一种位错，可以在金属里引发塑性变形。
这就像你在修理东西的时候，拧了半天的螺丝，最后才发现需要调整角度，才能更好地把它固定住。
螺位错的存在能让材料更有韧性，抗压能力强，不容易轻易断掉。
它就像一个老练的武林高手，内功深厚，能化解许多外来的压力。
说到这里，刃位错和螺位错的区别也就显而易见了。
刃位错更像是个暴力美学，直截了当地破坏结构；而螺位错则是巧妙地影响原子排列，强调内力的转化。
嘿，你说哪个更酷？不同的应用场景需要不同的角色，咱们不能光看表面。
刃位错在某些情况下，可能是制造的福音，能帮助材料加工，但如果管理不好，嘿，后果可就不堪设想。
想象一下，你在厨房里切菜，不小心把刀划到桌子上，结果木头碎了一地；而螺位错呢，它能让金属在高温下继续发挥作用，保持稳定性，简直是材料科学界的“保姆”。
不过，咱们也不能说哪一个更好。
就像是打篮球，控球和投篮各有各的精彩。
刃位错和螺位错在同一块金属中共存，简直就是一场精彩的化学反应，推动着金属材料的发展和应用。
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LOGO
在切应力τ作用下，当原 子做很小距离的移动时， 螺位错本身向左移动了一 个原子间距。 滑移台阶(阴影部分)亦向 左扩大了一个原子间距。
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螺型位错： 螺型位错的移动方向是与柏氏矢量垂直的， 而且位错线方向与柏氏矢量平行，而大拇指指向 顺着柏氏矢量移动的那部分晶体，则会与位错线 方向垂直，但是因为位错线与柏氏矢量平行，所 以顺着柏氏矢量的晶体可以有无数个面，拿出右 手，食指方向确定，但是拇指方向虽然与食指方 向垂直，但是它不受约束，可以绕位错线方向为 轴转，因此会出现许许多多的位错线运动方向， 而一个位错线运动方向所在平面代表一个滑移面， 所以螺型位错的滑移面可以有许多个。
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位错的滑移特征
位错 类型 刃型 位错 螺型 位错 混合 位错
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柏氏 位错线 晶体滑移 切应力 滑移面 运动方向 方向 方向 数目 矢量 ⊥位错线 ⊥位错线本身 与b一致 与b一致 唯一 确定 ∥位错线 ⊥位错线本身 与b一致 与b一致 多个 成角度 ⊥位错线本身 与b一致 与b一致
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当位错运动到晶体表面时，整个上半部晶体相对下半部 刃位错滑移 移动了一个柏氏矢量晶体表面产生了高度为 b的台阶。 刃型位错的柏氏矢量 b与位错线t互相垂直，故滑移面 • 位错扫过整个滑移面，即位错运动移出晶体表面时，滑移面两边晶体将产生 一个柏氏矢量（ b）的位移。 为 b与 t 决定的平面，它是唯一确定的。刃型位错移动 • 刃位错移动方向：与位错线垂直，即与其柏氏矢量b 一致。 的方向与 b方向一致，和位错线垂直。 • 刃位错滑移面：由位错线与其柏氏矢量所构成平面。
位错的运动
LOGO
位错的运动有两种基本形式：滑移和攀移。 在一定的切应力的作用下，位错在滑移面上 受到垂至于位错线的作用力。当此力足够大， 足以克服位错运动时受到的阻力时，位错便 可以沿着滑移面移动，这种沿着滑移面移动 的位错运动称为滑移。 刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移 面的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀 移。
a）
（b）
（c）
（d）
（a）原始状态的晶体（b）（c）位错滑移中间阶段（d）位错移出晶体表面， 形成一个台阶
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(a)
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(b) 刃型位错的滑移
(c)
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τ
滑移面
τ
4
滑移台阶
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螺位错滑移
螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图。 虚线－－为螺旋线原始位置， 实线－错绕过障 碍物的机制
Thank you very much!