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第三章第三章 晶体缺陷晶体缺陷CRYSTAL DEFECTS 每每“k”含金量为含金量为4.166%，18k=184.166%=74.998%,24k=244.166%=99.984%晶体缺陷晶体缺陷 实际晶体中偏离理想结构的不完实际晶体中偏离理想结构的不完 整区域整区域(原子排列的周期性受到原子排列的周期性受到 破坏的区域）破坏的区域）根据缺陷区域相对于晶体的大小及形状根据缺陷区域相对于晶体的大小及形状晶体缺陷晶体缺陷线缺陷线缺陷 位错位错 Dislocation 点缺陷点缺陷空位空位 Vacancy间隙原子间隙原子 Interstitial atom面缺陷面缺陷相界相界 Phase boundary孪晶界孪晶界 Twin boundary亚晶界亚晶界 Subgrain boundary晶界晶界 Grain boundary表面表面 Surface堆垛层错堆垛层错 Staking fault体缺陷体缺陷 本征缺陷本征缺陷(固有缺陷固有缺陷)指不是由外来杂质原子指不是由外来杂质原子形成，而是由于晶体结构本身偏离晶格结构造形成，而是由于晶体结构本身偏离晶格结构造成的缺陷成的缺陷杂质缺陷杂质缺陷 指杂质原子进入基体晶体中所形成指杂质原子进入基体晶体中所形成的缺陷的缺陷按照缺陷的形成和结构分类按照缺陷的形成和结构分类点缺陷点缺陷位错的基本概念位错的基本概念位错的弹性性质位错的弹性性质作用在位错线上的力作用在位错线上的力实际晶体结构中的位错实际晶体结构中的位错晶体中的界面晶体中的界面本章内容本章内容主要讨论线缺陷位错主要讨论线缺陷位错位错对晶体各种性能，位错对晶体各种性能，尤其对金属的力学性能影尤其对金属的力学性能影响很大响很大位错和其他各种缺陷可以互相转化及产生相互作用位错和其他各种缺陷可以互相转化及产生相互作用第一节第一节 点缺陷点缺陷POINT DEFECTS点缺陷的类型点缺陷的类型点缺陷的浓度点缺陷的浓度点缺陷与材料行为点缺陷与材料行为 一一、点缺陷的类型点缺陷的类型空位空位 未被占据或空着的原子位置未被占据或空着的原子位置间隙原子间隙原子 进入点阵间隙的原子进入点阵间隙的原子种类种类(a)肖脱基（肖脱基（Schottky）空位）空位 只只形形成成空空位位而而不不形形成成等等量量的的间隙原子间隙原子(b)弗兰克耳（弗兰克耳（Frenkel）缺陷）缺陷 形形成成等等量量空空位位和和间间隙隙原原子子，即空位和间隙原子对即空位和间隙原子对 脱位原子脱位原子其它空位、晶界、其它空位、晶界、表面表面数量很少数量很少异类间隙原子异类间隙原子、大置换原子大置换原子、小置换原子小置换原子(c)固溶原子固溶原子离子晶体中两种常见离子晶体中两种常见的点缺陷的点缺陷 离子晶体要求局部电中性离子晶体要求局部电中性 肖肖脱脱基基缺缺陷陷 等等量量的的正正离离子空位和负离子空位子空位和负离子空位 弗弗兰兰克克缺缺陷陷 等等量量的的间间隙隙离子、空位离子、空位 正正负负离离子子差差异异大大，配配位位数数低低时时，已已形形成成弗弗兰克缺陷兰克缺陷 1.1.平衡点缺陷的浓度平衡点缺陷的浓度一一方方面面，晶晶体体中中点点缺缺陷陷的的形形成成引引起起了了点点阵阵的的畸畸变变，使晶体的内能增加，提高了系统的自由能使晶体的内能增加，提高了系统的自由能另另一一方方面面，由由于于点点缺缺陷陷的的形形成成，增增加加了了点点阵阵排排列列的的混混乱乱度度，系系统统的的微微观观状状态态数数目目发发生生变变化化，使使体体系系的的熵增加，引起自由能下降熵增加，引起自由能下降当当这这对对矛矛盾盾达达到到统统一一时时，系系统统就就达达到到平平衡衡。系系统统都都具具有有最最小小自自由由能能的的倾倾向向，点点缺缺陷陷是是晶晶体体中中热热力力学学平平衡的缺陷衡的缺陷 二二、点缺陷的浓度点缺陷的浓度 外来杂质间隙原子外，外来杂质间隙原子外，晶体中的空位和间隙原子的晶体中的空位和间隙原子的形成和原子的热运动有关形成和原子的热运动有关等温等容条件下，点缺陷使晶体的亥姆霍等温等容条件下，点缺陷使晶体的亥姆霍兹自由能变化为：兹自由能变化为：n 点缺陷个数点缺陷个数u 一一个个点点缺缺陷陷引引起起的的内内能能增增量量，即即点缺陷的形成能点缺陷的形成能自由能随点缺陷数量的变化自由能随点缺陷数量的变化-TSA晶体中点缺陷的平衡浓度晶体中点缺陷的平衡浓度式中，式中，平衡点缺陷数目平衡点缺陷数目N 晶体中的原子总数晶体中的原子总数 A 材料常数，通常取值为材料常数，通常取值为 u 该类型点缺陷形成能该类型点缺陷形成能 玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，或或 )点缺陷平衡浓度随其形成能减小呈指数增点缺陷平衡浓度随其形成能减小呈指数增 加，故晶体中的间隙原子平衡浓度大大小加，故晶体中的间隙原子平衡浓度大大小 于空位平衡浓度于空位平衡浓度)平衡浓度点缺陷的存在使晶体自由能最低平衡浓度点缺陷的存在使晶体自由能最低)点缺陷产生于原子的热振动，故其平衡浓点缺陷产生于原子的热振动，故其平衡浓 度随温度升高呈指数增加度随温度升高呈指数增加 讨论讨论下表给出一些数量级的概念不同温度下点缺陷浓度 一一般般情情况况下下，相相对对于于空空位位，间间隙隙原原子子通通常常可可以以忽忽略略不不计计，只只有有在在高高 能能辐辐照照条条件件下下，才才有有可可“察觉察觉”的数量的数量淬火淬火quenching 2.2.过饱和点缺陷的产生过饱和点缺陷的产生 晶晶体体中中的的空空位位浓浓度度随随温温度度增增加加而而急急剧剧增增加加。如如果果将将晶晶体体加加热热到到高高温温，保保温温足足够够的的时时间间，淬淬火火后后，空空位位就就来来不不及及通通过过向向位位错错、晶晶界界等等“漏漏洞洞”扩扩散散，因因而而晶晶体体在在低低温温下下保保持持了了高高温时的空位浓度温时的空位浓度辐照辐照irradiating冷塑性变形冷塑性变形cold plastic deforming 当当金金属属受受到到高高能能粒粒子子（中中子子、质质子子、电电子子等等）照照射射时时，金金属属点点阵阵上上的的原原子子将将被被挤挤出出而而进进入入点点 阵阵间间隙隙中中。由由于于被被击击出出的的原原子子具具有有很很高高的的能能量量，它它在在进进入入稳稳定定的的间间隙隙位位置置之之前前还还会会将将点点阵阵上上的的其其他他原原子子击击出出，这这样样继继续续下下去去，就就会会形形成成大大量量的的、等量的空位和间隙，这和热平衡缺陷不同等量的空位和间隙，这和热平衡缺陷不同 金属在室温下压力加工时会产生空位，是由于位金属在室温下压力加工时会产生空位，是由于位错交割所形成的割阶发生攀移错交割所形成的割阶发生攀移1)1)空位的运动空位的运动 三三、点缺陷与材料行为点缺陷与材料行为 1.1.点缺陷的运动点缺陷的运动大多数元素固体的自扩散以空位扩散为主 易位机制:引起晶格较大的畸变，所以实现的可能性很小，在扩散中不可能起主导作用2)2)间隙原子的运动间隙原子的运动存在于溶质原子较小的间隙式固溶体中主要存在于自扩散晶体中3)3)空位片的形成空位片的形成4）间隙原子与空位的复合）间隙原子与空位的复合一般是在存在弗兰克缺陷的晶体中进行 2.2.点缺陷对材料性能的影响点缺陷对材料性能的影响1)1)点缺陷的运动是晶体中原子扩散的内在原因点缺陷的运动是晶体中原子扩散的内在原因.2)2)引起晶体物理性能变化，如电阻率升高、密引起晶体物理性能变化，如电阻率升高、密 度变化度变化.3)3)在一般情形下，在一般情形下，点缺陷对金属力学性能的点缺陷对金属力学性能的影响较小，它只是通过与位错的交互作用阻影响较小，它只是通过与位错的交互作用阻碍位错运动而使晶体强化碍位错运动而使晶体强化 四四、点缺陷的实验研究点缺陷的实验研究 点缺陷的形貌可以用地电镜直接观察。点缺陷的其他性质如（生成焓、生成熵、扩散激活能等都可以通过各种物理实验测定）位错学说的产生位错学说的产生第二节第二节 位错的基本概念位错的基本概念PRIMARY CONCEPT OF DISLOCATION位错的几何形态位错的几何形态位错的运动位错的运动单晶体塑性变形时外形的变化单晶体塑性变形时外形的变化 一一、位错学说的产生、位错学说的产生 1.1.理想晶体的理论剪切强度的估算理想晶体的理论剪切强度的估算 实实验验发发现现塑塑性性变变形形的的晶晶体体表表面面有有大大量量台台阶阶，所所以以提提出出塑塑性性变变形形是是晶晶体体滑滑移移（slip)的结果的结果假设假设 理想晶体按照理想晶体按照“刚性滑移刚性滑移”模型进行塑性变模型进行塑性变形形按照按照“刚性滑移刚性滑移”模型，估算出理想晶体的模型，估算出理想晶体的理论剪切屈服强度为：理论剪切屈服强度为：式中，式中，G 晶体的切变模量晶体的切变模量 2.2.实际晶体的剪切强度实际晶体的剪切强度与理想晶体的剪切强度相差与理想晶体的剪切强度相差24个数量级个数量级单位 MN/m2b 晶须晶须加工硬化加工硬化位错密度实际晶体中存在位错，且其具有易动性实际晶体中存在位错，且其具有易动性 3.3.位错概念的提出位错概念的提出 人人们们推推想想，晶晶体体中中一一定定存存在在某某种种缺缺陷陷，它它不不仅仅引引起起应应力力集集中中，而而且且缺缺陷陷区区内内原原子子处处于于不不稳稳定定状状态态（原原子子离离开开了了正正常常的的点点阵阵位位置置），因因而而很很容易运动容易运动 19341934年泰勒年泰勒(Taylor)提出了位错的局部滑移来提出了位错的局部滑移来解释晶体的塑性形变。所谓解释晶体的塑性形变。所谓局部滑移局部滑移就是原子就是原子面间的滑移不是整体进行，而是发生在滑移面面间的滑移不是整体进行，而是发生在滑移面的局部区域，其他区域的原子仍然保持滑移面的局部区域，其他区域的原子仍然保持滑移面上下相对位置的不变上下相对位置的不变 23个数量级的偏差，不能完全归咎于实验误差或计算精度。这里一定存在着本质上的问题，因此整体滑移模型受到怀疑 在位错概念提出后的近20年中，虽然成功地解决了理论强度与实验值差别过大的问题，但总因未能直接在晶体中观察到位，位错模型似为空中楼阁，仅仅是理论上的一种假设而或多或少地受到怀疑。直到1956年门特(J.W.Menter)用电子显微镜直接观察到铂钛花青晶体中的位错为止，才使位错理论建立在坚实的基础上而被人们完 全 接 受，并 得 以 迅 速 的 发 展毛毛虫爬行过程示意图毛毛虫爬行过程示意图挪动地毯过程示意图挪动地毯过程示意图位错位错刃型位错刃型位错Edge dislocation螺型位错螺型位错Screw dislocation混合位错混合位错Mixed dislocation 二二、晶体中、晶体中位错的几何模型及位错的移动性位错的几何模型及位错的移动性位错位错 晶体中两个尺度较小、一个尺晶体中两个尺度较小、一个尺度较大的原子位置错排区度较大的原子位置错排区 1.1.位错的基本类型位错的基本类型实际上位错是刃位错和螺位错的混合，即混合位错实际上位错是刃位错和螺位错的混合，即混合位错ABb)简单立方晶体中的刃型位错模型a)理想晶体 b)刃型位错a)CABDba1)刃型位错用理想的完整晶体来模仿位错的形成过程含有含有刃型位错刃型位错晶晶体原子面堆积体原子面堆积理想晶体原子理想晶体原子面堆积面堆积刃型位错 晶体中多余半原子面边缘(EF)周围的原子位置错排区J半原子面位于滑移面上方的定义为半原子面位于滑移面上方的定义为正刃型正刃型位位错错，用用符符号号 “”表表示示；半半原原子子位位于于滑滑移移面面下下方方的的定定义义为为负负刃刃型型位位错错，用用符符号号 “”表表示示J刃位错的半原子面垂直于晶体的滑移面刃位错的半原子面垂直于晶体的滑移面,半原半原子面与滑移面的交线定义为子面与滑移面的交线定义为刃型位错线刃型位错线正刃型位错负刃型位错滑移面刃型位错原子模型刃型位错原子模型刃型位错的形成刃型位错的形成2)2)螺型位错螺型位错ABbGFCDEa)a)完整晶体完整晶体GFCABDEHb)b)螺型位错螺型位错简单立方晶体中的螺型位错模型上层原子下层原子DFHCc)图图b中中A、B两层两层原子面的顶视图原子面的顶视图d)图图b中中CD原子面和原子面和FHE原子面的右视图原子面的右视图EFHD上层原子下层原子e)环绕位错线环绕位错线 的原子螺旋线的原子螺旋线CFDH图图b中中A、B两层原子面的顶视图两层原子面的顶视图下层原子上层原子含有含有螺型位错螺型位错晶体原子晶体原子面堆积面堆积 环绕位错线环绕位错线aa 的原子螺旋线的原子螺旋线aaaal螺型位错螺型位错 晶体中螺旋原子面螺旋轴线周围晶体中螺旋原子面螺旋轴线周围的原子位置错排区的原子位置错排区l螺旋原子面的螺旋轴线定义为螺型位错线螺旋原子面的螺旋轴线定义为螺型位错线l螺螺旋旋原原子子面面绕绕位位错错线线的的旋旋转转方方向向与与其其前前进进方方向向符符合合右右手手法法则则的的定定义义为为右右螺螺型型位位错错，而而符符合合左左手法则的定义为左螺型位错手法则的定义为左螺型位错.3)3)混合位错混合位错实际晶体中多为混合型位错混合位错特征:混合位错可分为刃型分量和螺型分量,它们分别具有刃位错和螺位错的特征4)4)讨论讨论(1)(1)可将位错线看成是晶体中已滑移区与未滑移可将位错线看成是晶体中已滑移区与未滑移 区的交界线区的交界线.刃位错线垂直于晶体的滑移矢刃位错线垂直于晶体的滑移矢 量，螺位错线平行于晶体的滑移矢量，混合量，螺位错线平行于晶体的滑移矢量，混合 位错线既不垂直也不平行于晶体的滑移矢量位错线既不垂直也不平行于晶体的滑移矢量(3)(3)混合位错具有刃型分量和螺型分量混合位错具有刃型分量和螺型分量(4)(4)螺位错线一定是直线，刃位错线不一定都是螺位错线一定是直线，刃位错线不一定都是 直线直线(5)(5)位错线不能终止在晶体内部，只能露头于晶位错线不能终止在晶体内部，只能露头于晶 体表面或界面处，或在晶体内部形成位错环体表面或界面处，或在晶体内部形成位错环 或与其他位错线相接或与其他位错线相接(2)(2)刃位错的正、负是相对的，而螺位错的左、刃位错的正、负是相对的，而螺位错的左、右是绝对的右是绝对的 2.2.位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量 1939年年柏柏格格斯斯（J.M.Brugers)提提出出，采采用用柏柏氏氏回回路路来来定定义义位位错错，用用规规定定的的矢矢量量，即即柏柏氏氏矢量（矢量（Brugers Vector)表征位错的特征表征位错的特征 畸变发生在哪个方向及畸变的大小，所以用矢畸变发生在哪个方向及畸变的大小，所以用矢量表示量表示描述位错，确切表征不同类型位错描述位错，确切表征不同类型位错目的目的方法方法位错区原子的畸变特征位错区原子的畸变特征 2.2.位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量 1)1)用柏氏回路用柏氏回路确定确定位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量确定位错线的正方向确定位错线的正方向（人为的）（人为的）在位错线的周围作一回路，在位错线的周围作一回路，回路包含了位错线发回路包含了位错线发生的畸变，且位错线的正方向与回路的绕向应符生的畸变，且位错线的正方向与回路的绕向应符合右手法则（四指代表回路绕向，大拇指代表位合右手法则（四指代表回路绕向，大拇指代表位错线正方向）错线正方向）把同样大小的回路置于把同样大小的回路置于理想晶体中理想晶体中。但该回路的但该回路的终点与起点并不重合。需再作一矢量使回路闭合，终点与起点并不重合。需再作一矢量使回路闭合，该矢量定义为该位错的该矢量定义为该位错的柏氏矢量柏氏矢量简单立方晶体中刃位错的柏氏回路简单立方晶体中刃位错的柏氏回路a)环绕位错的柏氏回路；环绕位错的柏氏回路；b)理想晶体中的柏氏回路理想晶体中的柏氏回路a)b)用柏氏回路确定刃位错的柏氏矢量用柏氏回路确定刃位错的柏氏矢量刃位错的柏氏矢量垂直于位错线刃位错的柏氏矢量垂直于位错线DCABEDCABE简单立方晶体中螺位错的柏氏回路简单立方晶体中螺位错的柏氏回路a)环绕位错的柏氏回路环绕位错的柏氏回路 b)理想晶体中的柏氏回路理想晶体中的柏氏回路a)用柏氏回路确定螺位错的柏氏矢量用柏氏回路确定螺位错的柏氏矢量螺位错的柏氏矢量平行于位错线螺位错的柏氏矢量平行于位错线b)简单立方晶体中混合位错的柏氏回路简单立方晶体中混合位错的柏氏回路a)环绕位错的柏氏回路环绕位错的柏氏回路 b)理想晶体中的柏氏回路理想晶体中的柏氏回路 用柏氏回路确定混合位错的柏氏矢量用柏氏回路确定混合位错的柏氏矢量柏氏矢量既不垂直也不平行于位错线柏氏矢量既不垂直也不平行于位错线柏氏矢量与位错线的关系柏氏矢量与位错线的关系a)刃型位错刃型位错b)螺型位错螺型位错c)混合型位错混合型位错 2)柏氏矢量与位错线的关系柏氏矢量与位错线的关系判断刃位错柏氏矢量方向的右手定则判断刃位错柏氏矢量方向的右手定则(1)(1)对于刃位错线对于刃位错线 柏氏矢量垂直于位错线柏氏矢量垂直于位错线，lb指向多余半原子指向多余半原子面面(l 朝向朝向b转时顺着转时顺着180方向）方向）正刃位错正刃位错负刃位错负刃位错lblb 柏氏矢量的方向依赖于位错线的正方向。确定柏氏矢量的方向依赖于位错线的正方向。确定其一，其一，另一矢量的方向也就确定另一矢量的方向也就确定(2)对于螺位错线柏氏矢量平行于位错线，且对于螺位错线柏氏矢量平行于位错线，且左相反左相反l（b)、右相同、右相同 lb右螺位错右螺位错lblb左螺位错左螺位错 注注意意 左左旋旋和和右右旋旋螺螺位位错错是是有有本本质质差差别别的的。无无论论将将晶晶体体如如何何放放置置，也也不不可可能能使使左左螺螺变变右右螺螺(3)对对于于混混合合位位错错线线柏柏氏氏矢矢量量既既不不垂垂直直也也不不平平行行于于位位错错线线，但但可可分分解解成成平平行行于于位位错错线线的的螺螺分量，和垂直于位错线的刃分量分量，和垂直于位错线的刃分量混合位错混合位错刃型分量刃型分量 be=b sin螺型分量螺型分量 bs=b cosbebs 一根位错线上各点的一根位错线上各点的b b 都相同，或着说一条位都相同，或着说一条位错线只有一个错线只有一个b 3)柏氏矢量的意义柏氏矢量的意义 （1）物理意义）物理意义 柏氏矢量的物理意义柏氏矢量的物理意义柏氏矢量是对位错周围晶体点阵弹性变形的叠加柏氏矢量是对位错周围晶体点阵弹性变形的叠加 从从数数学学上上看看，对对于于连连续续系系统统，b 由由环环绕绕位位错错的回路的弹性位移的回路的弹性位移u的线积分得出，即为：的线积分得出，即为：b 越大，位错引起的晶体弹性能越高越大，位错引起的晶体弹性能越高（2）几何意义）几何意义滑移矢量滑移矢量 晶体上下部产生晶体上下部产生相对相对滑移的滑移的相对相对大小和方向大小和方向简化塑性变形的讨论简化塑性变形的讨论 对对于于任任意意位位错错，只只要要知知道道其其柏柏氏氏矢矢量量，就就知知道道晶晶体滑移的大小和相对方向体滑移的大小和相对方向刃型位错刃型位错 滑移区的滑移方向正好垂直于位错线滑移区的滑移方向正好垂直于位错线螺型位错螺型位错 滑移区的滑移方向正好平行于位错线滑移区的滑移方向正好平行于位错线混合位错混合位错 滑移区的滑移方向不平行也不垂直于位滑移区的滑移方向不平行也不垂直于位 错线错线 4)4)柏氏矢量的表示方法柏氏矢量的表示方法 柏氏矢量的表示方法与晶向指数相似柏氏矢量的表示方法与晶向指数相似,但晶但晶向指数只需表示出其方向向指数只需表示出其方向,而柏氏矢量既要而柏氏矢量既要表示其方向还要表示其大小表示其方向还要表示其大小立方晶系立方晶系和的指数都是和的指数都是 110 作为柏氏矢量作为柏氏矢量作为晶向作为晶向 5)柏氏矢量的柏氏矢量的守恒性守恒性 汇汇聚聚于于一一点点的的几几根根位位错错线线，（正正方方向向）流流入入节节点点的的位位错错的的柏柏氏氏矢矢量量之之和和等等于于（正正方方向向）流流出出节节点点的的位位错错的的柏柏氏氏矢矢量之和量之和b3b2b1b1b3b2入出 把b b1的柏氏回路扩大，移动到包围其它两个位错的区域，因为在移动过程中完全没有遇上其它位错，所以，这个回路所确定的柏氏矢量始终不变，仍为b b1。从另一方面看，这回路包含了b b1、b b2的位错，因而这回路所累积的点阵畸变应为这两个位错点阵畸变之和，即b b2 2十十b b3 3。即 b b1b b2+b b31)1)蚀坑法蚀坑法位错的腐蚀坑位错的腐蚀坑 (1000)3.3.位错的实验观察位错的实验观察2)2)透射电镜法透射电镜法用电子显微镜观察位错用电子显微镜观察位错a)电镜下观察的位错组态图电镜下观察的位错组态图(30000)b)该组位错在三维试样中的分布该组位错在三维试样中的分布1 1）位错的（体）密度）位错的（体）密度 单位体积晶体中所含单位体积晶体中所含位错线的总长度位错线的总长度为晶体体积为晶体体积;为为中所含位错线总长度中所含位错线总长度 4.4.位错的密度位错的密度 实际晶体中位错线的形状和分布都是不规实际晶体中位错线的形状和分布都是不规则的，则的，很难从实验中直接测出很难从实验中直接测出2)2)位错的面密度位错的面密度 穿过晶体单位截面的位错穿过晶体单位截面的位错 线的总根数线的总根数A为截面积为截面积;n为穿过面积的位错线根数为穿过面积的位错线根数为了便于实验测量，为了便于实验测量，假设假设晶体中的位错都是晶体中的位错都是彼此平行的直线形状，彼此平行的直线形状，是垂直于位错线是垂直于位错线的观察表面的面积的观察表面的面积充分退火态金属充分退火态金属3)3)位错密度与晶体强度位错密度与晶体强度位错密度位错密度退火态金属退火态金属晶晶体体强强度度0晶体强度与位错密度关系示意图晶体强度与位错密度关系示意图高度冷加工金属高度冷加工金属工程中要得到高强度，可采取两个相反的途径工程中要得到高强度，可采取两个相反的途径减小位错密度（实例减小位错密度（实例 晶须）晶须）晶须，晶须，即极细的丝状单晶体，直径几个微米，即极细的丝状单晶体，直径几个微米，因而基本不含位错等缺陷，因而基本不含位错等缺陷，强度比块状晶体高强度比块状晶体高几个数量级。晶须目前以作为高强度、高韧性几个数量级。晶须目前以作为高强度、高韧性复合材料的增强或增韧骨架复合材料的增强或增韧骨架增加位错密度（实例增加位错密度（实例 冷作硬化冷作硬化 非晶态材料非晶态材料）J冷加工金属来提高位错密度，冷加工金属来提高位错密度，进而提高强度进而提高强度J非非晶晶态态材材料料可可以以看看成成位位错错密密度度极极高高的的材材料料（远远高于冷加工的金属高于冷加工的金属位错运动位错运动 攀移运动攀移运动 滑移运动滑移运动 在在一一定定应应力力作作用用下下，顺顺着着位位错错柏柏氏氏矢矢量量移移动动的的那那部部分分晶晶体体（用用拇拇指指代代表表）、位位错错线线的的正正方方向向（用用食食指指代代表表）、位位错错线线的的运运动动方方向向（用用中中指指代表）三者之间符合代表）三者之间符合右手法则右手法则判断位错线运动方向的右手法则判断位错线运动方向的右手法则 三三、位错的运动、位错的运动右手法则右手法则无论位错做何种运动，运动方向都垂直于位错线无论位错做何种运动，运动方向都垂直于位错线规则规则右手法则右手法则对刃位错、螺位错及混合位错都适用和和l柏氏矢量柏氏矢量 为为b 的位错线的正方向的位错线的正方向 位错线运动方向位错线运动方向位错运动面为分界面，位错运动面为分界面，所指向的所指向的那部分晶体必沿着那部分晶体必沿着b的方向运动的方向运动规则规则 1)1)刃位错滑移刃位错滑移 1.1.刃刃位错的运动位错的运动位错的位错的滑移滑移 位错在其滑移面内的运动位错在其滑移面内的运动 刃位错的刃位错的滑移面滑移面 由位错线由位错线（l)及其柏氏矢及其柏氏矢量量(b)所确定的唯一平面。同时也必须满足所确定的唯一平面。同时也必须满足晶体晶体学条件学条件晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图（1）位错的滑移是在位错的滑移是在切应力切应力作用下实现的作用下实现的。起作起作 用的是既平行于滑移面又平行于位错柏氏矢量用的是既平行于滑移面又平行于位错柏氏矢量的切应力分量的切应力分量（2）刃刃位位错错的的滑滑移移是是通通过过位位错错中中心心的的少少数数原原子子在在柏柏氏氏矢矢量量方方向向不不断断地地作作少少等等于于一一个个原原子子间间距距的的位位移移而而逐逐步步实实现现的的。位位错错运运动动距距离离远远大大于于相相应应的原子位移的原子位移晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图(3)位位错错线线滑滑移移过过的的区区域域，其其两两侧侧的的晶晶体体发发生生 与位错柏氏矢量相同的相对位移与位错柏氏矢量相同的相对位移晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图（4）任何位错在位错线滑移通过晶体后，将在晶）任何位错在位错线滑移通过晶体后，将在晶体表面沿体表面沿b方向产生一个方向产生一个b的滑移台阶的滑移台阶（5）任何位错滑移的方向和位错线垂直）任何位错滑移的方向和位错线垂直晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过刃位错的运动而造成的滑移示意图 2)刃位错攀移刃位错攀移 刃刃位位错错的的攀攀移移 高高温温下下刃刃位位错错线线在在垂垂直直于于其其滑滑移移面面内内的的运运动动，实实际际上上是是半半原原子子面面的的扩扩大大或或缩缩小小。使使半半原原子子面面缩缩小小的的攀攀移移称称为为正正攀攀移移;使半原子面扩大的攀移称为负攀移使半原子面扩大的攀移称为负攀移刃位错的攀移刃位错的攀移 a)攀移前攀移前;b)正攀移正攀移;c)负攀移负攀移（2）位位错错攀攀移移需需要要原原子子的的长长程程迁迁移移，因因而而比比位位错错滑移困难，需要热激活滑移困难，需要热激活（1）正正攀攀移移时时，空空位位移移动动到到半半原原子子面面下下部部；或或半半原原子子面面下下端端的的原原子子扩扩散散到到别别处处，半半原原子子面面缩缩小小，位错向上移动位错向上移动 负负攀攀移移时时，原原子子扩扩散散到到半半原原子子面面下下端端，半半原原子子面面扩大，位错向下移动扩大，位错向下移动刃位错的攀移刃位错的攀移 a)攀移前攀移前;b)正攀移正攀移;c)负攀移负攀移（3）刃位错攀移时伴随位错线附近原子的增加刃位错攀移时伴随位错线附近原子的增加和减少，把攀移运动称为和减少，把攀移运动称为“非守恒（保守）非守恒（保守）运动运动”。滑移是。滑移是“守恒运动守恒运动”（4 4）刃位错线攀移过的区域，其两侧晶体发生）刃位错线攀移过的区域，其两侧晶体发生与位错柏氏矢量相同的相对位移与位错柏氏矢量相同的相对位移刃位错的攀移刃位错的攀移 a)攀移前攀移前;b)正攀移正攀移;c)负攀移负攀移（5 5）攀移虽是高温扩散引起的，但外加应力也）攀移虽是高温扩散引起的，但外加应力也有影响。作用于原子面的压应力引起正攀移，有影响。作用于原子面的压应力引起正攀移，拉应力引起负攀移拉应力引起负攀移 刃位错的攀移刃位错的攀移 a)攀移前攀移前;b)正攀移正攀移;c)负攀移负攀移2.螺螺位错的运动位错的运动 （1）螺螺型型位位错错只只能能滑滑移移，不不能能攀攀移移。并并不不是是说说螺螺位位错错上上的的原原子子不不向向晶晶体体中中其其他他缺缺陷陷区区扩扩散散，也也不不是是说说晶晶体体中中原原子子不不向向螺螺位位错错扩扩散散。而是扩散的结果并不能改变螺型位错的位置而是扩散的结果并不能改变螺型位错的位置晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图 （2）螺螺位位错错的的滑滑移移面面 由由位位错错线线（l)及及其其柏柏氏氏矢矢量量(b)所所确确定定的的平平面面。因因为为l b，从从几几何何方方面面考考虑虑，任任何何包包含含螺螺位位错错线线的的平平面面都都可可以以作作为其滑移面。但同时也会受为其滑移面。但同时也会受晶体学条件晶体学条件的限制的限制晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图（3）螺位错的滑移是既平行于滑移面又平行于位螺位错的滑移是既平行于滑移面又平行于位错柏氏矢量的切应力分量错柏氏矢量的切应力分量晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图(4)位位错错线线滑滑移移过过的的区区域域，其其两两侧侧的的晶晶体体发发生生 与位错柏氏矢量相同的相对位移与位错柏氏矢量相同的相对位移晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图（5）任何位错在位错线滑移通过晶体后，将在晶）任何位错在位错线滑移通过晶体后，将在晶体表面沿体表面沿b方向产生一个方向产生一个b的滑移台阶的滑移台阶（6）任何位错滑移的方向和位错线垂直）任何位错滑移的方向和位错线垂直晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图晶体中通过螺位错的运动而造成的滑移示意图螺螺位位错错的的滑滑移移 螺位错的交滑移螺位错的交滑移 螺螺位位错错的的交交滑滑移移当当螺螺位位错错滑滑移移受受阻阻时时,会会在在与与初初始始滑滑移移面面相相交交的的另另一一个个滑滑移移面面内内继继续续滑滑移移的的运运动动。当当滑滑移移受受阻阻的的螺螺位位错错通通过过交交滑滑移移越越过过障障碍碍后后，又又交交滑滑移移到到与与初初始始滑滑移移面面平平行行的的滑滑移移面内的滑移运动称为双交滑移面内的滑移运动称为双交滑移.螺位错双交滑螺位错双交滑移运动示意图移运动示意图障碍障碍CBAFEDIHGJ3.混合混合位错的运动位错的运动两种运动方式两种运动方式（1）滑移）滑移 位错在滑移面位错在滑移面（lb）滑移）滑移（2）攀移）攀移 不是纯粹的攀移，是刃型分量的攀不是纯粹的攀移，是刃型分量的攀移和螺型分量的滑移合成的运动移和螺型分量的滑移合成的运动 无论混合位错是什么形状，位错线运动的方无论混合位错是什么形状，位错线运动的方向总是和位错线垂直向总是和位错线垂直SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY三种位错滑移的特征类型柏氏矢量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向滑移面个数刃型位错线于位错线本身与b一致与b一致 唯一螺型于位错线于位错线本身与b一致与b一致 多个混合与位错线成一定角度于位错线本身与b一致与b一致 例题例题1 1 位错环的滑移位错环的滑移 当当切切应应力力的的作作用用面面与与位位错错环环的的滑滑移移面面平平行行且且切切应应力力方方向向与与位位错错柏柏氏氏矢矢量量平平行行时时，位位错环在其滑移面内扩大或缩小错环在其滑移面内扩大或缩小例题例题2 P107例题例题3 如图所示，立方形晶体内有一正方形位错如图所示，立方形晶体内有一正方形位错环环ABCD,其滑移面其滑移面EFGH平行于晶体的上下底平行于晶体的上下底面，面，ABEF，柏氏矢量，柏氏矢量 b AB在晶体的上在晶体的上下底面施加切应力下底面施加切应力b 试判断各段位错线试判断各段位错线运动的类型及方向运动的类型及方向ZYXGEHFObBCDAAB段段:滑移滑移，指向指向BC段段:滑移滑移，指向指向CD段段:滑移滑移，指向指向DA段段:滑移滑移，指向，指向例题例题4 4 如何局部滑移才能得到这个位错环如何局部滑移才能得到这个位错环ZYXGEHFObBCDA 设设想想在在完完整整晶晶体体中中有有一一贯贯穿穿晶晶体体上上、下下表表面面的的正正四四棱棱柱柱，它它 和和 滑滑 移移 面面 HGEF交交 与与ABCDA。现现让让ABCDA上上部部的的柱柱体体相相对对于于下下部部的的柱柱体体滑滑移移b,柱柱体体外外的的各各部部分分晶晶体体均均不不滑滑移移。这这样样ABCDA就就是是已已滑滑移移区区（环环内内）和和未未滑滑移移区区的的边边界界，因而是一个位错环因而是一个位错环例例题题5 5 在在足足够够大大的的拉拉应应力力的的作作用用下下，位位错错环环将将如如何何运运动动？它它将将变变成成什什么么形形状状？晶晶体体将将如如何变形？何变形？DC位位错错将将沿沿Z轴轴方方向向移移动动,发发生攀移生攀移 AB位位错错将将沿沿Z轴轴方方向向移移动动，发发生攀移，生攀移，形成空间位错环形成空间位错环ZYXObBCDADC位错位错的半原子面在滑移面上方的半原子面在滑移面上方AB位错位错的半原子面在滑移面上方的半原子面在滑移面上方在拉应力在拉应力下，半原子面都将扩大下，半原子面都将扩大4.外加应力对位错的作用力力外加应力对位错的作用力力位错滑移位错滑移切应力切应力刃位错刃位错 切应力垂直于位错线切应力垂直于位错线螺位错螺位错 切应力平行于位错线切应力平行于位错线位错攀移位错攀移正应力正应力问题的简化问题的简化 位位错错的的运运动动方方向向总总与与位位错错线线垂垂直直，可可以以理理解解为为有有一一个个垂垂直直于于位位错错线线的的“力力”作用在位错线上作用在位错线上用虚功原理计算用虚功原理计算Fds=dsdl.bFd=F/dl=bFd作用于单位长度位错线上的力，作用于单位长度位错线上的力，方向垂直于位错线的力方向垂直于位错线的力滑移滑移 长长度度为为dldl的的位位错错，在在切切应应力力作作用用下下前前进进dsds，使使在在dldsdlds的的面面积积内内，晶晶体体的的上上下下部部发发生生了了滑滑移移，滑滑移移量量为为b b，切应力所做的功为，切应力所做的功为 作作用用在在位位错错线线上上的的力力使使位位错错前前进进dsds所做的功所做的功攀移攀移Fd=b 作用力方向垂直于位错攀移的方向，作用力方向垂直于位错攀移的方向，与位错与位错线垂直线垂直FdFd说明说明(1)作用于位错线上的力作用于位错线上的力Fd只是一种组态力，不只是一种组态力，不代表位错附近原子实际所受到的力代表位错附近原子实际所受到的力（3）对于混合位错，将其分解为刃分量和螺分对于混合位错，将其分解为刃分量和螺分量量,求出各自的作用力后再进行矢量合成求出各自的作用力后再进行矢量合成(2)作用于位错线上的力作用于位错线上的力Fd，与外切应力与外切应力方向可方向可以相同，也可以不同以相同，也可以不同第三节第三节 位错的能量和交互作用位错的能量和交互作用位错的弹性应力场位错的弹性应力场位错所具有的能量位错所具有的能量应变能应变能位错间的作用力位错间的作用力位错与其他晶体缺陷间的交互作用位错与其他晶体缺陷间的交互作用 位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高能量状态能量状态位错能量高位错能量高在晶体中很活跃在晶体中很活跃晶体是完全弹性体，服从虎克定律晶体是完全弹性体，服从虎克定律把晶体看成是各向同性的，这样，晶体的弹性把晶体看成是各向同性的，这样，晶体的弹性 常数常数(弹性模量、泊松系数弹性模量、泊松系数)不随方向而变化不随方向而变化近似地认为晶体内部由连续介质组成，晶体中近似地认为晶体内部由连续介质组成，晶体中 没没有有空空隙隙，无无任任何何周周期期性性，因因此此晶晶体体中中的的应应力力、应变、位移等量是应变、位移等量是连续连续的，可以用连续函数表示的，可以用连续函数表示弹性连续介质模型弹性连续介质模型假定假定 由由于于这这个个模模型型未未考考虑虑到到位位错错线线邻邻近近的的严严重重点点阵阵畸畸变变情情况况，因因此此按按这这个个模模型型所所导导出出的的结结果果不不能能应应用用于于位位错错中中心心区区，但但对对位位错中心以外的区域还是适用的，已为很多实验所证实错中心以外的区域还是适用的，已为很多实验所证实(1)直角坐标系中的应力分量 固固体体中中任任一一点点的的应应力力可可以以分分解解为为作作用用在在单单元元立立方体上的正应力和切应力分量方体上的正应力和切应力分量 一一、应力和应变分量应力和应变分量 1.1.应力应力1)1)直角坐标系中的应力分量直角坐标系中的应力分量位错线周围的原子偏离了平衡位置的位移量很小位错线周围的原子偏离了平衡位置的位移量很小弹性力学的基本公式估算位错的应力场、应变能弹性力学的基本公式估算位错的应力场、应变能第一个下标表示第一个下标表示应力应力的的作用面作用面法线方向法线方向,第二个第二个下标表示应力的作用方向。如果应力符号的两个下标表示应力的作用方向。如果应力符号的两个下标字母相同下标字母相同,此即正应力此即正应力(应力的方向垂直于应力的方向垂直于作用面作用面);如果两个下标字母不同如果两个下标字母不同,此即切应力此即切应力(应力的方向平行于作用面应力的方向平行于作用面)2)2)圆柱坐标系中的应力分量圆柱坐标系中的应力分量固体中任一点的应变状态都可用九个应变分固体中任一点的应变状态都可用九个应变分量来表示，其中三个正应变分量和六个切应量来表示，其中三个正应变分量和六个切应变分量变分量 2.应变应变a)b)直角坐标中应变分量的定义直角坐标中应变分量的定义 a)a)正应变正应变 b)b)切应变切应变表示沿表示沿Y Y轴方向的正应变分量轴方向的正应变分量表示发生在表示发生在Z Z轴垂直的面上，沿轴垂直的面上，沿Y Y轴方向的切应变分量轴方向的切应变分量 1.1.螺位错的应力场螺位错的应力场a)DACBbb)螺位错应力场公式推导过程图解螺位错应力场公式推导过程图解a)螺位错的连续介质模型螺位错的连续介质模型 b)螺位错中任一螺位错中任一 r r 处的切应变处的切应变 二二、位错的应力场位错的应力场 螺型位错周围的应力场中不存在正应力分量，螺型位错周围的应力场中不存在正应力分量，只有两个切应力分量只有两个切应力分量螺位错应力场的特点螺位错应力场的特点只有切应力分量，无正应力分量只有切应力分量，无正应力分量切应力分量只与切应力分量只与r有关，与有关，与、无关。螺位错无关。螺位错周围的应力场是径向对称的，即在同一半径上周围的应力场是径向对称的，即在同一半径上的切应力相等的切应力相等切应力分量在切应力分量在面内，平行于位错线方向面内，平行于位错线方向上式不能用于螺位错中心区域上式不能用于螺位错中心区域 直角坐标系中的螺位直角坐标系中的螺位错应力场公式错应力场公式b刃位错的连续介质模型刃位错的连续介质模型 2.2.刃刃位错的应力场位错的应力场 直角坐标系中的刃位直角坐标系中的刃位错应力场错应力场(未包含未包含 )既有切应力分量，也有正应力分量既有切应力分量，也有正应力分量 切应力分量切应力分量 在滑移面内，有最大值在滑移面内，有最大值 在处及在处及 处，处，正应力分量有正应力分量有 、，其中，其中 在滑移在滑移面上方为压；在滑移面下方为拉；在滑移面面上方为压；在滑移面下方为拉；在滑移面内为零内为零讨论讨论 位错线周围原子间的相对位移使晶体的能量明显位错线周围原子间的相对位移使晶体的能量明显升高，这部分能量称为位错的应变能。位错的应升高，这部分能量称为位错的应变能。位错的应变能包括两部分：变能包括两部分：位错中心区的非弹性应变能，原子位移量大，位错中心区的非弹性应变能，原子位移量大，虎克定律已不适用。占应变能的很小一部分，可虎克定律已不适用。占应变能的很小一部分，可以忽略以忽略位错中心区以外区域的弹性应变能，是应变能位错中心区以外区域的弹性应变能，是应变能的主要部分，常用以代表位错的应变能的主要部分，常用以代表位错的应变能 三三、位错的应变能位错的应变能 1.1.单位长度螺位错的应变能单位长度螺位错的应变能uS螺位错应变能公式推导图解螺位错应变能公式推导图解Lbr1根据虎克定律根据虎克定律 单单位位体体积积储储存存的的弹弹性性能能等等于于应应力力-应变曲线弹性部分阴影区内的面积应变曲线弹性部分阴影区内的面积若应力有若干分量，若应力有若干分量，则则或或对于螺位错对于螺位错微圆环的应变能应为：微圆环的应变能应为：L为圆环长度为圆环长度螺位错应变能公式推导图解螺位错应变能公式推导图解Lbr1 r0 位错中心区半径位错中心区半径,可取可取2个原子间距个原子间距 r1 位错应力场作用半径位错应力场作用半径,r1100010000 r0 晶体的切弹模量晶体的切弹模量 b 位错的柏氏矢量位错的柏氏矢量单位长度螺型位错的应变能单位长度螺型位错的应变能 刃位错应变能公式推导图解刃位错应变能公式推导图解 2.2.单位长度刃位错的应变能单位长度刃位错的应变能ueLuOr1 为为泊泊松松比比，约约为为0.33.所所以以刃刃位位错错的的应应变变能能比比螺螺位错的高位错的高50%左右左右(2)(2)由于位错总是使晶体的能量升高，所以位错由于位错总是使晶体的能量升高，所以位错 是晶体中是晶体中热力学不稳定的缺陷热力学不稳定的缺陷(3)(3)同一晶体中，柏氏矢量大小相同的刃位错的同一晶体中，柏氏矢量大小相同的刃位错的 应变能高于螺位错的应变能，应变能高于螺位错的应变能，(1)(1)混合位错的应变能为其刃分量和螺分量应变混合位错的应变能为其刃分量和螺分量应变 能之和能之和 3.3.讨论讨论P113例题例题(4)(4)位错的应变能与其柏氏矢量平方成正比，即位错的应变能与其柏氏矢量平方成正比，即 ,螺螺位错取下限，刃位错取下限，刃 位错取上限位错取上限 r0 位错中心区半径,可取2个原子间距 r1 位错应力场作用半径,r1100010000 r0(5)(5)柏氏矢量的模是影响位错能量最重要因素柏氏矢量的模是影响位错能量最重要因素 四四、位错的线张力位错的线张力 位位错错具具有有应应变变能能，使使它它与与橡橡皮皮筋筋一一样样有有自自动动缩缩短短或或保保持持直直线线状状的的趋趋势势，好好像像沿沿着着位位错错线线两两端端作用了一个作用了一个线张力线张力-T线线张张力力-T 位位错错线线抵抵抗抗自自身身伸伸长长或或弯弯曲曲的的力力,数值上等于单位长度位错的应变能，数值上等于单位长度位错的应变能，Gb2 在在平平衡衡状状态态，即即位位错错不不受受任任何何外外载载和和内内力力作作用用时单根位错趋于直线以保持最短距离时单根位错趋于直线以保持最短距离 当三根位错连接于一点，在结点处位错的线张力互相平衡，它们的合力为零。晶体中位错密度很低时，它们在空间常呈网络状分布 晶体中位错线呈弯曲弧形，则位错一定受到力的晶体中位错线呈弯曲弧形，则位错一定受到力的作用，而两端固定作用，而两端固定有外加切应力有外加切应力时，单位长度位错线受的力为时，单位长度位错线受的力为b。则平衡时位错上的作用力应与线张力在水平方向则平衡时位错上的作用力应与线张力在水平方向上的分力相等上的分力相等RdsAB所以取则上式表明上式表明:保持位错弯曲所需的切应力与曲率半保持位错弯曲所需的切应力与曲率半径成反比。径成反比。曲率半径越小，所需曲率半径越小，所需切应力切应力越大。越大。这一关系式与位错运动和增殖有重要意义这一关系式与位错运动和增殖有重要意义 四四、位错的应力场及与其它位错的交互作用位错的应力场及与其它位错的交互作用 1.1.平行平行螺位错间的作用力螺位错间的作用力 螺位错1的应力场为纯切应力切应力大小和位错1的柏氏矢量方向一致FdFdb1b212r 螺位错1的应力场对位错2将产生作用力，且单位长度位错线上的作用力大小为：FdFdb1b212r 螺位错2的应力场对位错1也将产生同样大小的作用力力的方向？同号螺位错之间相互排斥，排斥随距离增加而减小异号螺位错之间相互吸引，直至异号螺位错互毁b2b1XrOY滑移力滑移力攀移力攀移力 2.2.平行滑移面内两平行平行滑移面内两平行 刃位错间的互作用力刃位错间的互作用力a)同号位错同号位错 YXx=-yx=y1020nmx=-yx=y1020nmb)异号位错异号位错XY同一滑移面内，两个相距为同一滑移面内，两个相距为d、柏氏矢量分别为、柏氏矢量分别为b1 和和 b2 的平行刃位错，且同号相斥、异号相吸的平行刃位错，且同号相斥、异号相吸根据刃位错的应力场：一系列根据刃位错的应力场：一系列同号位错如果能在垂直于滑移同号位错如果能在垂直于滑移面的方向排列起来，那么上方面的方向排列起来，那么上方位错的拉应力场将与下方位错位错的拉应力场将与下方位错的压应力场互相重叠而部分抵的压应力场互相重叠而部分抵消，这样就大大地降低体系的消，这样就大大地降低体系的总应变能，所以这是刃位错的总应变能，所以这是刃位错的稳定排列方式。这种位错组态稳定排列方式。这种位错组态又叫又叫位错墙位错墙1020nm 刃型位错的稳定排列方式 3.3.平行刃位错与螺位错间无互作用力平行刃位错与螺位错间无互作用力b2b1XrOY刃位错的应力场 即沿螺位错的位错线方向无切应力作用螺位错的应力场即在垂直于刃位错位错线方向无切应力作用 上上面面只只讨讨论论了了最最简简单单的的位位错错交交互互作作用用情情况况实实际际晶晶体体中中往往往往是是混混合合型型位位错错，它它们们的的排排列列也也不不可可能能完完全全平平行行所所以以位位错错间间的的交交互互作作用用十十分分复复杂杂，众众多多位位错错之之间间既既有有吸吸引引又又有有排排斥斥，在在某某些些位位错错段段上上段段互互相相吸吸引引，而而另另一一些些位位错错段段上上又又相相互互排排斥斥，交交互互作作用用的的结结果果使使体体系系处处于较低能量状态于较低能量状态注意注意 五五、位错与溶质原子的交互作用位错与溶质原子的交互作用 1.1.柯垂尔柯垂尔(Cottrell)气团气团溶溶质质原原子子与与刃刃位位错错交交互互作作用用，在在刃刃位位错错周周围围偏偏聚聚的的现现象象称称为为气气团团，是是由由A.Cottrell首首先先提提出出，故故称为柯垂尔称为柯垂尔(Cottrell)气团气团间隙原子间隙原子及及大置换原子大置换原子倾向于向刃位错半原子倾向于向刃位错半原子面下方偏聚面下方偏聚小置换原子小置换原子倾向于向刃位错半原子面上方偏聚倾向于向刃位错半原子面上方偏聚溶质原子和位错的交互作用溶溶质质原原子子使使位位错错的的应应变变及及应应变变能能明明显显降降低低，使使体体系系处处于于较较低低能能量量状状态态，降降低低位位错错的的活活动动能能力力。也也可可以以说说柯柯垂垂尔尔气气团团会会钉钉扎扎位位错错，从从而而阻阻碍位错运动碍位错运动若位错运动很慢，气团能扩散跟上，这时气团拖曳力很小若位错运动很慢，气团能扩散跟上，这时气团拖曳力很小若若位位错错运运动动很很快快，位位错错摆摆脱脱气气团团，这这时时气气团团对对位位错错的的阻阻力力也也很很小小位错中速运动时，位错强迫拖着气团一起运动，此时阻力最大位错中速运动时，位错强迫拖着气团一起运动，此时阻力最大明显屈服现象Y屈服应变UML应变yuyl应力BCC金属典型拉伸曲线 在金属中间隙原子C、N、O等原子形成柯氏气团将位错牢牢地钉扎住，因而在yu时位错不能启动，因而不发生塑性变形。只有当=yu时，应力才足以使位错脱钉而变成自由位错，他的运动产生塑性变形。脱钉后位错在较低的应力下便可运动，故屈服极限下降至yl因因溶溶质质原原子子引引起起晶晶格格非非对对称称畸畸变变，这这种种非非对对称称畸畸变变使使溶溶质质原原子子的的应应力力场场有有切切应应力力分分量量，溶溶质质原原子子不不仅仅和和刃刃位位错错有有交交互互作作用用，和和螺螺位位错错也也有有交交互互作作用用。斯斯诺诺克克(noek)气气团团就就是是当当螺螺位位错错运运动动到到溶溶质质原原子子时时，在在螺螺位位错错切切应应力力场场的的作作用用下下，溶溶质质原原子子有有序序分分布布在在螺螺位位错错周周围围这这种种交交互互作作用用，将将降降低螺为错的应变能低螺为错的应变能2 斯诺克斯诺克(noek)气团气团EFABCD碳碳原原子子在在体体心心立立方方-Fe的的扁扁八八面面体体间间隙隙中中的的溶溶质质原原子子,碳碳原原子子离离最最近近邻邻的的原原子子E、F的的距距离离为为a/2,而而距距次次近近邻邻原原子子A、B、C、D的距离为的距离为 和和Cottroll气气团团比比较较，Snock气气团团的的特特点点是是，它它Cottroll气气团团在在形形成成时时需需要要溶溶质质原原于于的的长长程程扩扩散散，也也不不会会产产生生溶溶质质原原子子的的富富集集，它它只只是是通通过过碳碳原原子子在在晶晶胞胞内内的的简简单单跳跳动动，变变换换位位置置作作有有序序排排列列，就就可可以以阻阻碍碍螺螺位
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