螺型位错的特征
螺型位错的特征
1螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。
2根据位错线附近呈螺旋形排列的原子旋转方向不同, 可分为右旋和左旋螺型位错。
3螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。
4纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。
5螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不会引起体积膨胀和收缩，且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。
6螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故也是包含几个原子宽度的线缺陷。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，这是刃型位错的一个重要特征
螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，这是螺型位错的一个重要特征
晶向指数的确定步骤:
(1)以晶胞的某一阵点O为原点,建立坐标轴X，Y, Z，以点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位
(2)过原点O作一直线0P，使其平行于待定晶向.
(3)选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值。
(4)将3个坐标值化为最小整数u,v,w,加上方括号即为待定晶向的晶向指数[uvw].
晶面指数标定：
(1)在点阵中设定参考坐标系，但不能将坐标原点选在待确定指数的晶面上，以免出现零截距.
(2)求待定晶面在三个晶轴上的截距.若该晶面与某轴平行，则此轴上截距为∞；若与某轴负方向相截，则此轴上截距为一负值。
(3)取各截距的倒数。
(4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即为表示该晶面的指数,记为(hkl).
晶带
所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶带．此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。不全位错
若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而只是部分区域存在，那么，在层错与完整晶体的交界处就存在b不等于点阵矢量的不全位错。
面心立方晶体中有两种重要的不全位错：肖克莱不全位错弗兰克不全位错。
弹性不完整性的现象包括:
包申格效应弹性后效弹性滞后循环韧性等。
包申格效应：多晶体金属材料的普遍现象。材料经预先加载产生少量塑性变形(＜4%)，而后同向加载则σe升高，反向加载则σ e下降。此现象称之为包申格效应。
固溶体_凝固过程的特点
包括形核与长大两个阶段，但由于合金中存在凝固在一个温度区间内进行，液、固两相的成分随温度下降不断变化，因此凝固过程依赖于两组元原子的扩散。
第二组元，其凝固过程较纯金属复杂。
合金结晶出的固相成分与液态合金不同，形核时除需要能量起伏外还需一定的成分起伏。
每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程：
①液相内的扩散过程。②固相的继续长大。③固相内的扩散过程
孪生与滑移的对比
孪生是一种均匀切变过程，滑移则是不均匀切变；
发生孪生的部分与原晶体形成了镜面对称关系，滑移则没有位向变化。
相同点：
宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；
微观上，都是晶体塑性变形的基本形式；
两者都不会改变晶体结构；
从机制上看，都是位错运动的结果。
不同点：
滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向；
滑移是全位错运动的结果，而孪生是不全位错运动的结果；
滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则呈锯齿状；
两者发生的条件不同；
滑移的切变较大，而孪生的切变较小。
滑移线与滑移带：当应力超过弹性极限后，晶体中就会产生层片之间的相对滑移，大量层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形
滑移的位错机制
实测晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低3-4个数量级，表明晶体滑移并非晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的。
孪生的特点：
(1)也是在切应力作用下发生的，并常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，所需临界切应力比滑移时大得多。
(2)是一种均匀切变．即切变区内与孪晶面平行的每层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定距离，且相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比
(3)孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
影响固溶强化的因素
(1)溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大，特别是当原子数分数很低时的强化更为显著。
(2)溶质与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用越大。
(3)间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果，且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方晶体的；但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效果也有限。
(4)溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著，即固溶体的屈服强度随合金电子浓度的增加而提高。
冷变形金属加热时组织与性能的变化
回复：新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段。
再结晶：出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。
晶粒长大：再结晶结束后晶粒的长大过程。
固溶体常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间成分不同，故称枝晶偏析。由于一个树枝晶是由一个核心结晶而成的，故枝晶偏析属于晶内偏析。通过扩散退火转化为平衡组织。
回复机制：
低温回复主要与点缺陷的迁移有关。点缺陷运动所需的热激活较低，它们可迁移至晶界(或金属表面)，并通过空位与位错的交互作用、空位与间隙原子的重新结合，以及空位聚合形成空位对、空位群和空位片--崩塌成位错环而消失。故对点缺陷很敏感的电阻率此时明显下降。
中温回复主要与位错的滑移有关：同一滑移面上异号位错可相互吸引而抵消；位错偶极子的两根位错线相消等。
高温回复(≈0.3Tm) 与位错的攀移运动有关。攀移产生了两个重要后果：
①使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，显著降低位错的弹性畸变能。
②沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙(小角度亚晶界)，以及由此产生的亚晶，即多边化结构。
再结晶过程：形核和长大过程: 通过在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程。再结晶的晶核不是新相，其晶体结构并未改变，这是与其他固态相变不同的地方。
影响再结晶的因素
变形程度
冷变形程度增加，则再结晶温度越低，再结晶速度也越快。当变形量增大到一定程度后，再结晶温度基本稳定不变。工业纯金属，强烈冷变形后的最低再结晶温度约等于其熔点的0.35-0.4。给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量(临界变形度)。
原始晶粒尺寸晶界有利形核,故晶粒越小越有利。
微量溶质原子
第二相颗粒
蠕变定义：在一定温度下，金属受持续应力的作用而产生缓慢的塑性变形的现象。
1减速蠕变阶段2恒定蠕变阶段 3 加速蠕变阶段。
蠕变强度及持久强度：
定义：表示材料抵抗因外力作用导致蠕变变形或蠕变断裂的能力。
两种表示方法：
a.在规定时间内达到规定形变量的蠕变强度，记为σTδ/τ。
b.稳态蠕变速率达到规定值时的蠕变强度。记为σTv。
(4).蠕变的机理
蠕变机理的种类：扩散塑性理论；硬化与软化理论；位错理论；结构理论。
金属中位错及其它晶体缺陷的形成、运动及相互作用是决定蠕变规律的根本因素。
存在点缺陷时，位错的阻碍和解脱过程组成了位错运动的基本过程。
存在面缺陷阻碍时，位错途径解脱：障碍本身的迁移；位错本身的扩散；位错在障碍之间通过；位错越过障碍。
存在体缺陷时，位错在这种阻碍中难以移动。
蠕变变形的形变机理：位错滑移；亚晶形成；晶界形变。
铁碳相图中碳形式：铁素体(BCC结构)----C原子溶于α - Fe形成的固溶体；奥氏体(FCC结构)----C原子溶于?- Fe形成的固溶体；渗碳体(正交点阵)------C与铁原子形成复杂结构的化合物；石墨(六方结构)------碳能以游离态石墨稳定相存在。
合金中有三个基本相，即F铁素体、A奥氏体和Fe3C。
但A一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。结合形成珠光体（P）和莱氏体（Ld)机械混合物。由于F中的含碳量非常少，所以可认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。
铁碳相图有两种形式：Fe-Fe3C相图和Fe-C相图，为便于应用，通常将两者画在一起，称为铁碳双重相图。Fe3C是亚稳相(在一定条件下可分解为铁和石墨．铁碳合金通常按Fe-Fe3C系进行转变的，即为Fe-Fe3C 相图(实际使用的铁碳合金含碳量多在5%以下, 故成分轴从0~6.69% )
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： 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。 ②尽量增加位错密度：非晶态材料：位错密度极高的材料(远高于冷加工的金属)，因而强度也非常高。 小结 1.位错是晶体中的线缺陷； 2.位错可以看成是已滑移区和未滑移区的边界线。 3.根据b 与位错线l 的相对位向，可将位错分为三类:刃型位错(b 与l 垂直)，螺型位错(b 与l 平行)和混合位错(b 与l 成任意角) 4.位错线必须是连续的。它或者起止于晶体表面(或晶界)，或形成封闭回路(位错环)，或者在结点处和其他位错相连。 5.b 的最重要性质是它的守恒性，即流向某一结点的位错线的柏氏矢量之和等流出该结点的位错线的柏氏矢量之和。 6.名词解释： ⑴刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 ⑵螺型位错：晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。 ⑶柏氏矢量：把位错运动引起原子切动的方向和距离，称为“柏氏矢量”。 ⑷滑移：位错线在它和柏氏矢量b 构成的晶面上移动
晶体缺陷习题教(学)案答案解析
晶体缺陷习题与答案 1 解释以下基本概念 肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。 2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。 3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。(1)分析该位错环各段位错的结构类型。(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大? 4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2a b =，在(111)面上分解为两个肖克莱 不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ242Gb s d ≈ (G 切 变模量，γ层错能)。 5 已知单位位错]011[2a 能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说
明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错? 6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。 (1)]001[]111[]111[22a a a →+ (2)]211[]112[]110[662a a a +→ (3)]111[]111[]112[263a a a →+ 7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转 移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么? 8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性? 9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。 1. 设铜中空位周围原子的振动频率为1013s -1，⊿Em 为0.15γTM 10-18J ，exp(⊿Sm/k)约为1，试计算在700K 和室温(27℃)时空位的迁移频率。 2. Nb 的晶体结构为bcc ，其晶格常数为0.3294nm ，密度为8.57g/cm 3，试求每106Nb 中所含空位数目。 3. Pt 的晶体结构为fcc ，其晶格常数为0.39231nm ，密度为21.45g/cm 3，试计算空位所占的格子之比例。 4. 若fcc 的Cu 中每500个原子会失去一个原子，其晶格常数为0.36153nm ，试求铜的密度。 5. 若H 原子正好能填入a-Fe 的间隙位置，而如果每200个铁原子伴随着一个H 原子，试求理论的和平均的密度与致密度(已知a-Fe a=0.286nm ，r Fe =0.1241nm ， r H =0.036nm)。
面心立方金属中非螺型晶格位错与共格孪晶界的相互作用
面心立方金属中非螺型晶格位错与共格孪 晶界的相互作用---Usher 译摘要 在之前发表的[Jin ZH, Gumbsch P, Ma E, Albe K, Lu K, Hahn H, et al. Scripta Mater 2006;54:1163]文章中，通过分子动力学模拟，已经对三种面心立方（fcc）金属Cu, Ni和Al中螺型位错和共格孪晶界的相互作用做了研究。为了完备之前的结果，在本篇文章中，我们考虑了纯应力驱动下60o非螺型晶格位错和CTB的相互作用。依据材料种类和施加的应变，我们观察到了与晶界作用的不同的滑移方式。如果一个60o位错在外力驱动下进入CTB，它会分解成不同的不全位错进入孪晶和孪晶界。如果滑移传递不完全，就好在CTB上留下一个不动位错。这种相互作用的机理是由与材料有关的能量势垒控制的，这些能量势垒在晶格位错撞击晶界的地方用来形成肖克利不全位错。 1.简介 晶体材料的强度和延展性取决于由晶格位错的运动相互作用和增殖形成的滑移和塑性流动。虽然已经确定，多晶中的滑移主要是由一般的晶界和特殊晶界如孪晶界影响，但是目前位错和晶界的相互作用还有很多方面不是非常清楚[2-9]。最近，实验结果表明，低固有堆叠层错能的材料，如Cu[10-12]和不锈钢[13]，它们内部大量的纳米级的孪晶在提手强度的同时，提高其材料的延展性。有人提出，在这些试样中，共格孪晶界（CTBs）提供临界能量势垒，阻止了从一个孪晶到其它孪晶的滑移传递，这导致产生了高屈服应力值。 我们知道，可以通过联合计算仿真实验以及以滑移传递[14-17] 交滑移[18-20] 和变形孪晶[7,21-23]形式的连续介质理论提升对位错—孪晶界相互作用的进一步认识。另外，已经基于分子动力学（MD）仿真手段，研究了螺型位错（位错的柏氏矢量与位错线平行）与共格孪晶界的相互作用[1]。在原子水平上，展示了两种相互作用形式。当一个螺型位错从孪晶界的一边进入共格孪晶界时，会发生：（1）切过孪晶界，进入孪晶；（2）在孪晶界面上分解为两个肖克利不全位错，在CTB上沿相反的方向传播。在Al中只出现地二种形式的机制，相比之下，Cu和Ni材料中两种机制都有可能产生。在倾斜晶界的Al中，多尺度螺型位错和CTBs的相互作用的模拟也能得到相似结论[24]。 Path技术和MD模拟联合用于Cu和Al，可以用于准确测定其的相互作用力[25,26] 。结果显示，弹性各向异性性质和位错场内的CTB响应是位错和晶界相互作用力的核心。在之前的模拟[27,28]和试验[21-23,29]表明，由于长程斥力的作用，当两个分离的不全位错向发射到CTB时，它们会重组成为一个全位错。然而在Al中，主要是短程作用力，使得滑移被CTB自发的吸收，产生沿着晶界的交滑移（孪晶形核）[1,25]。
(完整版)螺型位错的特征
螺型位错的特征 1螺型位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。 2根据位错线附近呈螺旋形排列的原子旋转方向不同, 可分为右旋和左旋螺型位错。 3螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 4纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行。 5螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不会引起体积膨胀和收缩，且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，看不出有缺陷。 6螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故也是包含几个原子宽度的线缺陷。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，这是刃型位错的一个重要特征 螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，这是螺型位错的一个重要特征 晶向指数的确定步骤: (1)以晶胞的某一阵点O为原点,建立坐标轴X，Y, Z，以点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位 (2)过原点O作一直线0P，使其平行于待定晶向. (3)选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值。 (4)将3个坐标值化为最小整数u,v,w,加上方括号即为待定晶向的晶向指数[uvw]. 晶面指数标定： (1)在点阵中设定参考坐标系，但不能将坐标原点选在待确定指数的晶面上，以免出现零截距. (2)求待定晶面在三个晶轴上的截距.若该晶面与某轴平行，则此轴上截距为∞；若与某轴负方向相截，则此轴上截距为一负值。 (3)取各截距的倒数。 (4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即为表示该晶面的指数,记为(hkl). 晶带 所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶带．此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。不全位错 若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而只是部分区域存在，那么，在层错与完整晶体的交界处就存在b不等于点阵矢量的不全位错。 面心立方晶体中有两种重要的不全位错：肖克莱不全位错弗兰克不全位错。 弹性不完整性的现象包括: 包申格效应弹性后效弹性滞后循环韧性等。 包申格效应：多晶体金属材料的普遍现象。材料经预先加载产生少量塑性变形(＜4%)，而后同向加载则σe升高，反向加载则σ e下降。此现象称之为包申格效应。 固溶体_凝固过程的特点 包括形核与长大两个阶段，但由于合金中存在凝固在一个温度区间内进行，液、固两相的成分随温度下降不断变化，因此凝固过程依赖于两组元原子的扩散。 第二组元，其凝固过程较纯金属复杂。 合金结晶出的固相成分与液态合金不同，形核时除需要能量起伏外还需一定的成分起伏。 每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程： ①液相内的扩散过程。②固相的继续长大。③固相内的扩散过程
2.3 位错的运动
2.3 位错的运动 位错的最重要性质之一是它可以在晶体中运动，而晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现的。晶体的力学性能如强度、塑性和断裂等均与位错的运动有关。因此，了解位错运动的有关规律，对于改善和控制晶体力学性能是有益的。晶体中的位错总是力图从高能位置转移到低能位置，在适当条件下(包括外力作用)，位错会发生运动。位错的运动方式有两种最基本形式，即滑移和攀移。 一位错的滑移 位错沿着滑移面的移动称为滑移。位错在滑移面上滑动引起滑移面上下的晶体发生相对运动，而晶体本身不发生体积变化称为保守运动。位错的滑移是位错理论中很重要的一部分内容，也正是位错的滑移(逐步滑移)才得以解释本节开头就提出的有关临界切应力与理论值差别的现象。位错的滑移是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（小于一个原子间距）而逐步实现的。 1 刃位错的滑移 刃位错的滑移如图1所示，对含刃位错的晶体加切应力，切应力方向平行于柏氏矢量，位错周围原子只要移动很小距离，就使位错由位置“1”移动到位置“2”，如图1(a)。当位错运动到晶体表面，整个上半部晶体相对下半部移动了一个柏氏矢量，晶体表面产生高度为b的台阶，如图1(b)。刃位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，故滑移面为b与t决定的平面，它是唯一确定的。由图1，刃位错移动的方向与b方向一致，和位错线垂直。 图1 刃型位错的滑移 2 螺位错的滑移 螺位错沿滑移面运动时，周围原子动作情况如图2。虚线所示螺旋线为其原始位置，在切应力 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，到图中实线螺旋线位置，滑移台阶(阴影部分)亦向左扩大了一个原子间距。螺位错不断运动，滑
2013 位错作业 3
1、对于相互平行的两个位错，下列哪种情况不发生作用 。 (A) 两个刃位错 (B) 一个刃位错一个螺位错 (C) 两个螺位错 2、在一块晶体中有一根刃型位错线M 和一根相同长度螺位错线N ，且这两根位错线的柏氏矢量相同，比较两者的能量，有______。 a. E M ＞E N ； b.E M ＜E N ； c.E M ＝E N ； d. 不一定 3、位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向______。 a. 随位错线运动方向而改变； b. 始终是柏氏矢量方向； c. 始终是外力的方向； d. 始终垂直柏氏矢量方向。 4、若晶体在两个滑移系之间能实现交滑移，则这两个滑移是______。 a. 滑移面相同，滑移方向不同； b. 滑移方向相同，滑移面不同； c. 滑移面和滑移方向都不相同； d. 滑移面和滑移方向都相同。 5、位错交割后原来的位错线为折线，若______。 a. 折线和原位错线柏氏矢量相同，则称之为扭折，否则称之为割阶； b. 折线和原位错线柏氏矢量不同，则称之为扭折，否则称之为割阶； c. 折线在原滑移面上，称为扭折，折线和原滑移面垂直称为割阶； d. 折线在原滑移面上，称为割阶，折线和原滑移面垂直称为扭折。 6、 不能发生攀移运动的位错是 。 (A) 肖克莱不全位错 (B) 弗兰克不全位错 (C) 刃型全位错 7、两平行螺型位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力 。 (A) 为零 (B) 相斥 (C) 相吸 8、试分析在fcc 中，位错反应 能否进行?并指出 其中三个位错的性质类型（全位错？肖克莱位错？弗兰克位错？）？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？ 9、位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向______。 a. 随位错线运动方向而改变； b. 始终是柏氏矢量方向； c. 始终是外力的方向； d. 始终垂直柏氏矢量方向。 10、层错和不完全位错之间的关系为______。 a ．层错和不完全位错交替出现； b ．层错和不完全位错能量相同； c ．层错能越高，不完全位错的模越小； d.不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处。 11、在晶体滑移过程中______。 a ．由于位错不断移出滑移面，位错密度随形变量的增加而减少； b ． 由于位错的增殖，位错密度随型变量的增加而增高； c ．由于晶界不断吸收位错，位错密度随型变量的增加而减少； ]111[3]211[6]110[2---→+a a a
位错理论
《位错与位错强化机制》杨德庄编著哈尔滨工业大学出版社1991年8月第一版 1-2 位错的几何性质与运动特性 一、刃型位错 2．运动特性 滑移面：由位错线与柏氏矢量构成的平面叫做滑移面。 刃型位错运动时，有固定的滑移面，只能平面滑移，不能能交叉滑移（交滑移）。 刃型位错有较大的滑移可动性。这是由于刃型位错使点阵畸变有面对称性所致。 二、螺型位错 1. 几何性质 螺型位错的滑移面可以改变，有不唯一性。螺型位错能够在通过位错线的任意平面上滑移，表现出易于交滑移的特性。 同刃型位错相比，螺型位错的易动性较小。、 位于螺型位错中心区的原子都排列在一个螺旋线上，而不是一个原子列，使点阵畸变具有轴对称性。 2．混合位错 曲线混合位错的结构具有不均一性。 混合位错的运动特性取决于两种位错分量的共同作用结果。一般而言，混合位错的可动性介于刃型位错和螺型位错之间。随着刃型位错分量增加，使混合位错的可动性提高。 混合位错的滑移面应由刃型位错分量所决定，具有固定滑移面。 四、位错环 一条位错的两端不能终止于晶体内部，只能终止于晶界、相界或晶体的自由表面，所以位于晶体内部的位错必然趋向于以位错环的形式存在。一般位错环有以下两种主要形式： 1. 混合型位错环 在外力作用下，由混合型位错环扩展使晶体变形的效果与一对刃型位错运动所造成的效果相同。 2. 棱柱型位错环 填充型的棱柱位错环 空位型棱柱位错环 棱柱位错环只能以柏氏矢量为轴的棱柱面上滑移，而不易在其所在的平面上向四周扩展。因为后者涉及到原子的扩散，因而在一般条件下（如温度较低时）很难实现。 1-3 位错的弹性性质 位错是晶体中的一种内应力源。——这种内应力分布就构成了位错的应力场。——位错的弹
位错
位错 位错又可称为差排（英语：dislocation ），在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视 为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。“位错”这一概念最早由意大利数学家和物理学家维托·伏尔特拉（Vito 刃位错和螺位错是主要的两种位错类型。然而 实际晶体中存在的位错往往是混合型位错，即 兼具刃型和螺型位错的特征。 晶体材料由规则排列的原子构成，一般把这些 原子抽象成一个个体积可忽略的点，把它们排 列成的有序微观结构称为空间点阵。逐层堆垛 的原子构成一系列点阵平面的，称为晶面（可 以将晶体中原子的排列情况想像成把橙子规 则地装进箱子里的样子）。具体的排列情况如 图2所示。在无位错的晶体（完整晶体）中， 晶面（右图中的红色平行四边形）以等间距规 则地排列。 刃位错
处，则称这种不规则排列为一个刃位错。如图 3和图4所示，刃位错附近的原子面会发生朝 位错线方向的扭曲。刃位错可由两个量唯一地 确定：第一个是位错线，即多余半原子面终结 的那一条直线；第二个是伯格斯矢量（Burgers vector，简称伯氏矢量或柏氏矢量），它描述 了位错导致的原子面扭曲的大小和方向。对刃 位错而言，其伯氏矢量方向垂直于位错线的方 向。 利用弹性力学理论可求得刃位错导致的应力 场为： 位错 位错 其中μ为材料的剪切模量，b 为伯格斯矢量，ν为泊松比，x 和 y 为直角坐标分量。从上述解中可以看出，在含有多余半原子面的一侧（y > 0），材料承受压应力（σxx > 0）。 螺位错
位错作业
1.简述刃型位错和螺型位错，并全面比较两者有何不同？ 答:位错是晶体原子排列的一种特殊组态，从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类型，即刃型位错和螺型位错。已滑移区与未滑移区在滑移面上的交接线，称为位错线，一般简称为位错。 刃型位错：在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。这个多余的半原子面有如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。这种线缺陷称为刃型位错。 螺型位错：又称螺旋位错,一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。围绕位错线原子的位移矢量称为滑移矢量或伯格斯(Burgers)矢量，对于螺型位错，位错线平行于伯格斯矢量。 刃型位错的特征： 1、刃型位错有一个多余半原子面。半原子面在上面的称正刃型位错，半原子面在下面的称负刃型位错。 2、刃型位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区在滑移面上的边界线。它不一定是直线，可以是折线也可以是曲线，但它必与滑移方向垂直，也垂直滑移矢量。 3、滑移面必是包含位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此有它们所构成的平面是唯一的。 4、晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有
切应变，又有正应变。 5、在位错线周围的过渡区每个原子具有较大的平均能量，但该区只有几个原子间距宽，所以它是线缺陷。 螺型位错的特征： 1、螺型位错无多余半原子面，原子错排是呈轴对称的。根据位错线附近呈螺旋形排列的原子旋转方向不同，螺型位错可分为右旋和左旋螺型位错。 2、螺型位错与滑移矢量平行，因此是一条直线。 3、纯螺型位错的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位错的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子密排面上进行的。 4、螺型位错线周围的点阵也发生了弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不会引起体积膨胀和收缩，且在垂直于位错线的平面投影上，看不到原子的位移，看不到有缺陷。 5、螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。 不同点：1、柏氏矢量b垂直于位错线是刃型位错，b平行于位错线是螺型位错。2、对刃型位错外加作用力F与外加切应力t一致，对螺型位错F与t垂直3、刃型位错由于b垂直于位错线，所以具有唯一的滑移面，而螺型位错的b平行于位错线，所以滑移面不是唯一的。 4、刃型位错的应力场既有正应力也有切应力，而螺位错的应力场只有切应力没有正应力。 5、刃型位错既能滑移又能攀移，螺位错只能
位错习题
1 在简单立方晶体中有两个位错，它们的柏氏矢量b 和位错的切向t 分别是：位错(1)的b(1)=a[010]，t(1)=[010]；位错(2)的b(2)=a[010]，t(2)=[100]。指出两个位错的类型以及位错的滑移面。如果滑移面不是惟一的，说明滑移面所受的限制。 2 . 面心立方单晶体（点阵常数a=0.36 nm ）受拉伸形变，拉伸轴是[001]，拉伸应力为1MPa 。求b=a[101]/2及t 平行于[121]的位错在滑移和攀移方向所受的力。 3 简单立方晶体(100)面有一个b=[001]的螺型位错。(1)在(001)面有1个b=[010]的刃型位错和它相割，相割后在两个位错上产生弯结还是割阶？(2)在(001)面有一个b=[100]的螺型位错和它相割，相割后在两个位错上产生弯结还是割阶？ 4 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? 5 请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，在晶胞图上做出矢量图。 ]001[]111[2]111[2a a a →+]211[6 ]112[6]110[2a a a +→ 6 7.简单立方晶体(100)面有1 个b=[ 0 -1 0 ]的刃位错 (a)在(001)面有1 个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1 个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ 8.简单立方晶体(100)面有一个b=[001]的螺位错。 (a)在(001)面有1 个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有一个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ 二、填空（1×12＝12分） 1.螺位错的滑移矢量与位错线（平行），凡是包含位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子（密排）面上进行。 2.两柏氏矢量相互垂直的刃型与螺型位错相交，会在刃型位错上形成（割阶），在螺型位错上形成（扭折）。 柏氏矢量的大小，即位错强度。同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致的点阵畸变（愈大），它所处的能量也（愈强）。由P —N 力公式可知，使位错移动的临界切应力随a/b 增加而（减小），所以滑移通常发生在（密排）面的（密排）方向上。 3.两柏氏矢量相互平行的刃型位错交割，会分别在两刃型位错上形成（扭折），而两柏氏矢量相互垂直的刃型位错交割，会在其中的一个刃型位错上形成（割阶）。 4.面心立方、体心立方和密排六方晶体的堆垛形式分别为沿(110)密排面的（ ABC ）、沿 滑移面的（ABCDEF ）、沿(0001)密排面的（AB/AC ）。 5.在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错以一定的步数作一闭合回路，称为（ 柏氏回路 ）；在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路（ 不闭合），由（ 终点 ）点到（ 起点 ）点引一矢量，使该回路闭合，这个矢量称为实际晶体中的柏氏矢量。 6.面心立方晶体的密排方向为（﹤110﹥），其单位位错的柏氏矢量为（a/2﹤110﹥）；体心立方晶体密排方向为（﹤111﹥），单位位错柏氏矢量为（ a/2﹤111﹥）。密排六方晶体的密排方向为（﹤1120﹥），单位位错为（a/3﹤1120﹥）。 判断下列位错反应能否进行，并写出判断依据 （2x5=10分） 1．]111[2 ]111[2]100[a a a +→ 2．]111[2]111[2]010[]100[a a a a +→ +
材料科学基础位错部分知识点
材料科学基础位错部分知识点 第三章晶体结构缺陷（位错部分） 1.刃型位错及螺型位错的特征 刃型位错特征： 1）刃型位错是由一个多余半原子面所组成的线缺陷； 2）位错滑移矢量(柏氏向量)垂直于位错线，而且滑移面是位错线和滑移矢量所构成唯一平面； 3）位错的滑移运动是通过滑移面上方的原子面相对于下方原子面移动一个滑移矢量来实现的； 4）刃型位错线的形状可以是直线、折线和曲线； 5）晶体中产生刃型位错时，其周围的点阵发生弹性畸变，使晶体处于受力状态，既有正应变，又有切应变。 螺型位错特征： 1)螺型位错是由原子错排呈轴线对称的一种线缺陷； 2)螺型位错线与滑移矢量平行，因此，位错线只能是直线； 3)螺型位错线的滑移方向与晶体滑移方向、应力矢量方向互相垂直； 4)位错线与滑移矢量同方向的为右螺型位错；为此系与滑移矢量异向的为左螺型位错。 刃型位错螺型位错 位错线和柏氏矢量关系（判断位错类型）⊥∥ 滑移方向∥b∥b 位错线运动方向和柏氏矢量关系∥⊥ 相关概念（ppt上的，大概看一看）： A.位错运动与晶体滑移：通过位错运动可以在较小的外加载荷下晶体产生滑移，宏观显现为产生塑 性变形。 B.位错线：位错产生点阵畸变区空间呈线状分布。对于纯刃型位错，其可以描述为刃型位错多余半 原子面的下端沿线。为了与其它类型位错统一，位错线可表述为已滑移区与未滑移区的交界线。 C.混合型位错：在外力作用下，两部分之间发生相对滑移，在晶体内部已滑移和未滑移部分的交线 既不垂直也不平行滑移方向(柏氏矢量b)，这样的位错称为混合位错。（位错线上任意一点，经矢量分解后，可分解为刃位错和螺位错分量。晶体中位错线的形状可以是任意的。） =l/V；单位面积内位错条数来表示位错密度： D.错位密度：单位体积内位错线的长度：ρ v =n/S。（金属中位错密度通常在106~8—1010~121/c㎡之间。） ρ s 2.柏氏矢量： 1）刃型位错和螺型位错的柏氏矢量表示： 2）柏氏矢量的含义： 柏氏矢量反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。通常将柏氏矢量模长称为位错强度，它也表示出晶体滑移时原子移动的大小。柏氏矢量方向表示原子移动方向。 柏氏矢量的守恒性:一个柏氏矢量是固定不变的 推论： 1.一条位错线只有一个柏氏矢量