2.3 位错的运动

论文学科类别：130金属钨中螺位错的运动田晓耕1， Chungho Woo21. 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，西安，7100492. 香港理工大学机械工程系，香港，九龙，红磡摘要采用Acland势，利用分子动力学方法研究了剪切力作用下金属钨中1/2a<111>螺位错的运动。

根据线弹性理论在完好体心立方晶体中形成位错线沿<111>方向的螺位错，施加合适的边界条件对含螺位错的原子结构进行松弛，获得平衡态的位错结构。

发现平衡态的位错核心由位于{110}平面三个沿<112>方向呈对称的皱褶组成。

当外加剪力增大到一定程度时位错核心将会运动。

当剪切力较小时，位错核心运动呈现“之”字形；剪2[方向以直切力增大后，位错运动开始阶段仍呈“之”字形运动，以后位错主要沿]线运动，位错运动的速度随着施加剪切力的增加而增大。

同时发现使螺位错开始运动的派纳力明显大于刃位错的派纳力。

关键词分子动力学；螺位错；错合度The movement of screw dislocations in tungstenTian Xiaogeng1 Chungho Woo21.The State Key Laboratory of Mechanical Structural Strength & Vibration, Xi’anJiaotong University, Shaanxi, 710049, P. R. C.2.Department of Mechanical Engineering, The Hong Kong Polytechnic University,Hung Hom, Kowloon, Hong KongAbstract Using Acland potential for tungsten, the movement of 1/2a<111> screw dislocation under shear force was investigated by molecular dynamics simulation. Equilibrated core structure was obtained by relaxation of screw dislocation with proper boundary conditions. We found that the equilibrium dislocation core has three-fold symmetry and spread out in three <112> direction on {110} planes. The dislocation moves in zigzag at the beginning of the dislocation moves or when the acted shear stress is small. When the shear stress gets larger,2[ direction，and the larger shear11the dislocation will move almost in straight line in ]stress applied, the higher velocity obtained. We also found that the mobility of screw dislocations is lower than edge dislocations.Key words Molecular dynamics, Screw dislocation, Disregistry前言很多晶体的物理性质都或多或少地受到晶体中位错的影响，特别是位错的动态特性在塑性理论中起着重要的作用，如晶体中位错的密度和运动速度就直接决定了材料的塑性行为。

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。

第2章晶体缺陷晶体缺陷实际晶体中某些局部区域，原子排列是紊乱、不规则的，这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统称为“晶体缺陷”。

晶体缺陷分类：1)点缺陷：如空位、间隙原子和置换原子等。

2)线缺陷：主要是位错。

3)面缺陷：如晶界、相界、层错和表面等。

2.1 点缺陷空位——晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。

点缺陷的形成：肖特基空位：脱位原子迁移到晶体表面或者内表面的正常结点位置，从而使晶体内部留下空位，这样的空位称为肖特基(Schottky)空位。

（内部原子迁移到表面）肖特基(Schottky)空位弗仑克耳(Frenkel)空位弗仑克耳空位：脱位原子挤入点阵空隙，从而在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子，称为弗仑克耳(Frenkel)空位。

（由正常位置迁移到间隙）外来原子：外来原子也可视为晶体的点缺陷，导致周围晶格的畸变。

外来原子挤入晶格间隙（间隙原子），或置换晶格中的某些结点（置换原子）。

空位的热力学分析：空位是由原子的热运动产生的，晶体中的原子以其平衡位置为中心不停地振动。

对于某单个原子而言，其振动能量也是瞬息万变的，在某瞬间原子的能量高到足以克服周围原子的束缚，离开其平衡位置从而形成空位。

空位是热力学稳定的缺陷点缺陷的平衡浓度系统自由能F=U- TS (U为内能，S为总熵值，T为绝对温度)平衡机理：实际上为两个矛盾因素的平衡a 点缺陷导致弹性畸变使晶体内能U增加，使自由能增加，降低热力学稳定性b 使晶体中原子排列混乱度增加，熵S增加，使自由能降低，增加降低热力学稳定性熵的变化包括两部分：①空位改变它周围原子的振动引起振动熵，Sf。

②空位在晶体点阵中的存在使体系的排列方式大大增加，出现许多不同的几何组态，使组态熵Sc增加。

空位浓度，是指晶体中空位总数和结点总数(原子总数)的比值。

随晶体中空位数目n的增多，自由能先逐渐降低，然后又逐渐增高，这样体系中在一定温度下存在一个平衡空位浓度，在平衡浓度下，体系的自由能最低。

铸造合金的高温高应力下的位错运动行为在现代工业领域中，铸造合金广泛应用于各种高温高应力的工作环境中。

然而，在这样的极端条件下，铸造合金在其晶格结构中的位错运动行为将对材料的力学性能和长期使用可靠性产生显著影响。

因此，深入研究高温高应力下铸造合金的位错运动行为具有重要的理论和实际意义。

1. 引言随着现代工业的发展和对高温高应力材料需求的增加，铸造合金作为一种重要的材料在工程领域中的应用日益广泛。

由于其具有高抗蠕变和耐高温性能，铸造合金在航空、航天、能源等领域中扮演着重要角色。

然而，铸造合金在高温高应力条件下的位错运动行为却不容忽视。

位错是晶体中的线状缺陷，它们的运动和相互作用对材料的塑性变形和断裂行为起着决定性的影响。

2. 高温高应力下的位错运动机制铸造合金在高温高应力环境中的位错运动可以通过以下几种机制来解释：2.1. 碰撞与运动位错之间会发生碰撞与运动，这是位错与位错之间相互作用的重要体现。

在高温高应力下，位错之间的碰撞频率和强度将进一步增加，从而导致位错的运动速度增大，进而影响材料的塑性形变特性。

2.2. 位错互换在位错运动过程中，位错还会发生位错互换的现象。

位错互换对于材料的硬度和塑性能有重要影响，尤其在高温高应力环境中，位错互换的频率较高。

2.3. 位错滑移位错滑移是材料塑性变形的重要机制之一。

在高温高应力下，由于位错之间的碰撞和互换等因素的影响，位错滑移速度会进一步增加，导致材料的塑性变形能力增强。

3. 高温高应力下位错运动行为的影响高温高应力下位错运动行为的变化将对铸造合金的力学性能和使用寿命产生显著影响。

3.1. 强度和韧性高温高应力下位错运动的变化将影响铸造合金的强度和韧性。

位错运动的增加会导致晶体中的击穿现象，从而破坏材料的强度和韧性。

3.2. 蠕变行为位错在高温高应力条件下的运动还会对铸造合金的蠕变行为产生影响。

位错运动的速度和位错排列的变化将影响材料的蠕变形变速率和寿命。

4. 对策和研究方向为了充分了解高温高应力下位错运动行为的特点和规律，有必要开展相关的研究工作。

知识点058. 位错的运动滑移攀移位错的运动刃位错的运动螺位错的运动 滑移攀移 滑移刃位错的滑移有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）刃位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移形成了位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。

要区别晶体的滑移与位错的滑移。

此例中晶体滑移方向与位错滑移方向相同（相互平行）。

刃位错滑移方向与外力及伯氏矢量平行正、负刃位错滑移方向相反螺位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，而位错的滑移是实现塑性变形的机制。

要注意区别晶体的滑移与位错的滑移。

此例中晶体滑移方向与位错滑移方向不同（相互垂直）。

螺位错滑移方向与外力及伯氏矢量垂直左、右螺位错滑移方向相反混合位错的滑移注意：晶体不同部分的相对滑移造成位错，位错的滑移是实现塑性变形的机制。

要区别晶体的滑移与位错滑移。

此例中晶体滑移方向与位错滑移方向部分相同，部分不相同。

混合位错滑移方向与外力及伯氏矢量成一定角度（沿位错线法线方向滑移）刃位错和螺位错滑移的比较晶体的滑移方向与外力及位错的伯氏矢量相一致但并不一定与位错的滑移方向相同。

位错类型柏氏矢量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向刃位错垂直于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致螺位错平行于位错线垂直于位错线与伯氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致混合位错与位错线成角度垂直于位错线与柏氏矢量方向一致与伯氏矢量方向一致有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）位错的攀移定义：分类：正攀移负攀移攀移的特点及与滑移的不同：有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）随堂练习：答：。

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。