北科大材料考研试题

三、位错的交割
晶体中位错线的方位各式各样，不同滑移面上 运动的位错在运动中相遇就有可能发生位错 互相切割现象，称之为位错的交割。 交割可以分为割阶和扭折两种情况。 无论是割阶还是扭折，都能使原来的位错线变 长，能量增加，对位错运动具有阻碍左右。
第七节 实际晶体中的位错
下面以面心立方金属为例，讨论实际晶体中的位错 组态。 一、全位错和不全位错 柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为单位位错。 柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位 错。 一些位错的柏氏矢量不等于点阵矢量，这种位错称 为不全位错。

扩展位错的宽度：
Gb1b2 d= 2
γ层错能
扩展位错的宽度和层错能成反比，因此在
层错能较低的不锈钢和黄铜中，存在很宽 的扩展位错；而在层错能很高的铝中，由 于宽度很窄，即使在电子显微镜下也很难 分辨，几乎见不到扩展位错。
重点回顾
位错的运动基本形式
位错的线张力T=aGb2 柯垂尔气团 位错的增殖机制 肖克莱不全位错和弗兰克不全位错
三、位错的运动 （螺型位错的滑移）
螺型位错的滑移：在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大 时，有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一 螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移动过的区间右边 晶体向下移动一柏氏矢量。因此，①螺位错也是在外加切应力的 作用下发生运动；②位错移动的方向总是和位错线垂直；③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)；④位错移过部分在表面留下部分台阶，全部移出晶体 的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶。这四点同刃型位错。
二、位错反应
位错间存在相互作用力，可能发生相互转化或相互作
用，此即位错反应。
位错能否发生反应，取决于两个条件：
其一，必须满足伯氏矢量的守恒性（几何条件）；
∑b前＝∑b后 其二，必须满足能量条件。 ∑b2前﹥∑b2后

判断下列位错反应能否进行
(1) (2)
a a [111]+ 2 2 a 2

[111]
面的移动，只有刃型位错才能进行攀移。
滑移面：位错的滑移面是由位错线l和柏氏矢
量b决定的平面。 刃位错滑移面唯一 螺型位错滑移面不唯一
图2-12 螺位错形成示意图
（一）位错的滑移
1.位错滑移的机理（图3-31）
通过位错线或位错附近的原子逐个移动很小 的距离完成。
（a）正刃位错滑移方
向与外力方向相同
复习
金属晶体的点缺陷主要是指空位；
肖脱基空位和弗兰克尔空位； 位错是已滑移区与未滑移区的边界线； 位错强度∣b∣=ka(u2+v2+w2)1/2； 伯氏矢量可以进行矢量运算；
刃型位错b⊥位错线L；螺型位错b∥位错线L；
柏氏矢量方向同晶体滑移方向，但未必与位错
运动方向相同。
三、位错的运动
刃、螺型位错滑移的比较： ①因为位错线和柏氏矢量平行，所以螺型位错可以有多个滑 移面，螺型位错无论在那个方向移动都是滑移。 ②晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向， 与位错线的移动方向无关。
刃位错的运动
螺位错的运动
混合位错 的运动
2. 位错的滑移特点
（1）刃位错滑移方向与外力及伯氏矢量b平行， 正、负刃位错滑移方向相反。 （2）螺位错滑移方向与外力 及伯氏矢量b垂直， 左、右螺型位错滑移方向相反。 （3）混合位错滑移方向与外力 及伯氏矢量b成一 定角度（即沿位错线法线方向滑移）。 （4）晶体的滑移方向与外力及位错的伯氏矢量b 相一致，但并不一定与位错的滑移方向相同。 （5） 螺型位错在某一滑移面上的滑移受阻时，位 错可以离开滑移面到与其相交的其他滑移面上 继续滑移。螺型位错的这种运动称为交滑移。
第三节、位错的运动

一、作用在位错上的力
刃型位错：Fd和τ方向一致； 螺型位错的Fd和τ方向垂 直。
混合位错：Fd和τ方向既不
平行也不垂直，力的方向
为位错线上各点法线方向
二、位错的运动
位错的滑移：所谓滑移是位错线沿滑移面的
运动，任何类型的位错均可进行滑移。
位错的攀移：所谓攀移是指位错垂至于滑移
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
在间隙固溶体中，由于间隙原子的半径比晶
体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用， 结果间隙原子将在位错线附近聚集，形成小 原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的 存在，使位错运动困难。这是因为位错只有 从气团中挣脱或者拖着气团一起前进才能继 续运动。这需要外力作更多的功，这就是固 溶强化效应。
肖克莱（Shockley）不全位错
晶体左上部相对于其他部分产生 来的A层原子移到B层位置。
的滑移，则原
弗兰克不全位错
插入或抽去一层密排面而造成的不全位错称
为弗兰克不全位错； 纯刃型位错 1 柏氏矢量为 3 a〈111〉,垂直于滑移面； 所以弗兰克不全位错不能滑移，只能攀移。 层错区与右半部完整晶体之间的边界（垂直 与纸面）就是弗兰克不全位错。
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
体心立方晶体中的间隙原子，在有足够激活
力的条件下，会偏聚于螺型位错线附近形成 溶质原子气团，叫史氏（Snoeck,J.）气团。 起到一定的强化作用。
第六节 位错的增殖、塞积与交割
在塑性变形中，位错将以某种方式增殖。退
火 塑性变形后增长4~5个数量级。 位错的增殖机制很多，其中最重要的是弗兰 克－瑞德（Frank-Read,简称F-R源）源增殖 机制和双交滑移机制。 能增殖位错的地方称为位错源。
a 6
a[001]
a 6
百度文库

[110]
[121]+
[211]

课堂练习：书上4道例题！
位错环运动习题（补充资料）
参考答案
三 扩展位错（ extended dislocation ） 1 面心立方晶体中能量最低的全位错 2 〈110〉可以分 解为两个肖克莱不全位错： 1 a[101] 1/6a[211]+1/6a[112] 2 分解后将使位错能量减少1/6。这种由两个肖克莱不 全位错之间还夹着一片层错的位错称为扩展位错。
（a）正攀移
(b)未攀移
（c）负攀移
图3-14 刃位错攀移示意图
第四节、位错的应力场
位错的线张力
位错的总能量正比于它的长度，所以位错有
尽量缩短其长度的趋势。如同液体为缩小其 表面能而产生表面张力一样，位错也存在为 缩短位错线的长度而产生的线张力T T=aGb2 a是与几何因素有关的系数，约为 0.5～1； T=0.5Gb2 a取0.5 （弯曲位错线）

晶体中位错柏氏矢量可否是任意的，为何常用柏氏矢 量只有少数几个?(补充资料)
实际晶体中，位错的柏氏矢量不是任意的，
它应符合相应的结构条件和能量条件。 晶体结构条件是指柏氏矢量必须连接晶体中 一个原子平衡位置到另一个平衡位置；能量 条件是指柏氏矢量所表征的位错应尽量处于 最低能量。 因此，实际晶体中存在的位错及其柏氏矢量 只有少数几个。
固溶强化效应
位错反应：几何条件（∑b前＝∑b后）和能量
条件（∑b2前﹥∑b2后） 扩展位错
作业
1、名词解释：螺位错、交滑移、位错滑移、
攀移 2、位错在滑移面上的运动称为 。位错 作垂直于滑移面的运动称为 。螺型位错 不能进行 。 3、柯垂尔气团及其作用？
第三节、位错的运动

一、作用在位错上的 力
①位错运动的方向总是 与位错线相垂直。 ②作用在单位长度位错 线上的力Fd=F/L=τb
第三节、位错的运动

一、作用在位错上的力
Fd与外切应力τ和位错的柏氏矢
量b成正比，其方向与位错线
相垂直并指向滑移面的未滑 移部分。
Fd为假想力，并非原子实际所受
力，为位错运动的驱动力。
不全位错：
肖克莱（Shockley）不全位错和 弗兰克(Frank)不全位错； 在面心立方晶体中，由不均匀滑移造成的不 1 全位错，其柏氏矢量为 6 a〈211〉,称这种不 全位错为肖克莱不全位错； 肖克莱不全位错可以是刃型、螺型或混合型 位错，因其柏氏矢量在滑移面上，故肖克莱 不全位错可以滑移。.
图2-16
（b）负刃位错滑移方 向与外力方向相反
刃位错的滑移
三、位错的运动（刃型位错的滑移）
刃型位错的滑移运动：在图示的晶体上施加一切应力，当应
力足够大时，有使晶体上部向右发生移动的趋势。假如晶 体中有一刃型位错，显然位错在晶体中发生移动比整个晶 体移动要容易。因此，①位错的运动在外加切应力的作用 下发生；②位错移动的方向和位错线垂直；③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)；④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。
τ ≈Gb/2R
推倒思路：1、作 用在位错上的力 F=T分量 2、ds/dθ=R 3、dθ很小时
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
两平行螺型位错交互作用的特点是同号相斥，
异号相吸； 当两个刃型位错的柏氏矢量方向相同时，为 斥力，反之，为引力；情况相对螺型位错复 杂； 位错与点缺陷的交互作用： 柯垂尔气团 固溶强化 史氏气团
第三节 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。 位错运动的基本形式有两种：滑移（slip）和 攀移（climb）。
（二）位错的攀移
位错的攀移指在热缺陷或外力作用下，位错线 在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空
位或间隙质点的增殖或减少。
攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。螺
位错没有多余半原子面，故无攀移运动。
刃位错除了滑移外，还可进行攀移运动。
位错攀移在低温下是难以进行的，只有在高温下才 可能发生。许多高温过程如蠕变（creep）、回复 （recovery）等，攀移都起着重要作用。
攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。
通常把多余半原子面向上移动称正攀移，向
下移动称负攀移，如图3-14。空位扩散到位 错的刃部，使多余半原子面缩短叫正攀移如 图3-14（a）。刃部的空位离开多余半原子面， 相当于原子扩散到位错的刃部，使多余半原 子面伸长，位错向下攀移称为负攀移，如图 3-14（c）
一、位错的增殖
（1）弗兰克-瑞 德源(FrankRead)增殖机制, 如图3-23 。 开动弗兰克-瑞德 源所需的临界切 应力为τ=Gb/L

一、位错的增殖

（2）双交滑移机制
二、位错的塞积
图3-25 位错的塞积群
障碍物受到的切应力τ=N.τ0引起应力集中，晶 体受外力作用后产生裂缝的重要机制。