ch2位错-2.4位错与晶体缺陷作用详解.ppt

1 Ch2位错 2 1位错理论的产生2 2位错的几何性质2 3位错的弹性性质2 4位错与晶体缺陷的相互作用2 5位错的动力学性质2 6实际晶体中的位错 2 2 1位错理论的产生 一 晶体的塑性变形方式二 单晶体的塑性变形三 多晶体的塑性变形四 晶体的理论切变强度五 位错理论的产生六 位错的基本知识 3 2 2位错的几何性质 一 位错的几何模型二 柏格斯矢量三 位错的运动四 位错环及其运动五 位错与晶体的塑性变形六 割阶 4 2 3位错的弹性性质 一 弹性连续介质 应力和应变二 刃型位错的应力场三 螺型位错的应力场四 位错的应变能五 位错的受力六 向错七 位错的半点阵模型 5 2 4位错与晶体缺陷的相互作用 一 位错间的相互作用力二 位错与界面的交互作用三 位错与点缺陷的交互作用 6 InteractionsBetweenDislocations Wewillfirstinvestigatetheinteractionbetweentwostraightandparalleldislocationsofthesamekind Ifwestartwithscrewdislocations wehavetodistinguishthefollowingcases 7 Inanalogy wenextmustconsidertheinteractionofedgedislocations ofedgeandscrewdislocationsandfinallyofmixeddislocations Thecaseofmixeddislocations thegeneralcase willagainbeobtainedbyconsideringtheinteractionofthescrew andedgepartsseparatelyandthenaddingtheresults Withtheformulasforthestressandstrainfieldsofedgeandscrewdislocationsonecancalculatetheresolvedshearstresscausedbyonedislocationontheglideplaneoftheotheroneandgeteverythingfromthere Butforjustobtainingsomebasicrules wecandobetterthanthat Wecanclassifysomebasiccaseswithoutcalculatinganythingbyjustexaminingoneobviousrule Ifthesuperpositionofthestrainfieldsofdislocationsadduptovaluesofthecompressiveortensilestrainlargerthanthoseofasingledislocations theywillrepulseeachother Ifthecombinedstrainfieldislowerthanthatofthesingledislocation theywillattracteachother 8 Thisleadstosomesimplecases 1 Arbitrarilycurveddislocationswithidenticalbonthesameglideplanewillalwaysrepeleachother 9 2 Arbitrarydislocationswithoppositebvectorsonthesameglideplanewillattractandannihilateeachother EdgedislocationswithidenticaloroppositeBurgersvectorbonneighboringglideplanesmayattractorrepulseeachother dependingontheprecisegeometry Thebluedoublearrowsinthepicturebelowthusmaysignifyrepulsionorattraction 10 ThegeneralformulafortheforcesbetweenedgedislocationsinthegeometryshownaboveisFx Gb2 2p 1 n x x2 y2 x2 y2 2 Fy Gb2 2p 1 n y 3x2 y2 x2 y2 2 Fory 0 i e thesameglideplane wehavea1 xor moregenerallya1 rdependenceoftheforceonthedistancerbetweenthedislocations Fory0wefindzonesofrepulsionandattraction Atsomespecificpositionstheforceiszero thiswouldbetheequilibriumconfigurations itisshownbelow TheformulaforFyisjustgivenforthesakeofcompleteness Sincethedislocationscannotmoveiny direction itisoflittlerelevancesofar 11 Theillustrationinthelinkgivesaquantitativepictureoftheforcesactingononedislocationonitsglideplaneasafunctionofthedistancetoanotherdislocation 12 一 位错间的相互作用力 13 14 一 相互平行的两个螺位错间的作用力 二 相互平行的两个刃位错间的作用力 三 其它情况的位错之间的作用力 四 位错运动的晶格阻力 P N力 15 一 相互平行的两个螺位错间的作用力 16 上式说明 两平行螺位错之间只有径向交互作用 因而交互作用力是一中心力 即F Fz 0 Fr 0 17 二 相互平行的两个刃位错间的作用力 yy与 zz不考虑 它们对位错运动无影响 xx使b2攀移 yx使b2滑移 18 根据F b有 Fyx yx b Fxx xx b 19 20 21 22 23 ForcesbetweenEdgeDislocations ShownistheforcebetweenedgedislocationsofidenticalandoppositeBurgersvectorsasafunctionoftheirnormalizeddistance Thedistancexbetweenthedislocationsisexpressedinunitsofy thedistanceoftheglideplanes 24 Theforcechangesfromrepulsivetoattractiveorviceverseforadistancex y i e ifthedislocationsareatanangleof45orelativetotheglideplane The45opositionisastableequilibriumpositionforoppositeBurgersvectors becauseatthispositionF 0 anddF dx 0 Fordislocationswithidenticalbvectors thestablepositionisatx 0 25 示 26 三 其它情况的位错之间的作用力 1 两相互垂直的螺位错之间的作用力2 相互垂直的螺位错与刃位错之间的作用力3 平行螺位错与刃位错之间的相互作用4 具有任意伯格斯矢量的平行位错 27 1 两相互垂直的螺位错之间的作用力 恒值 28 2 相互垂直的螺位错与刃位错之间的作用力 29 3 平行螺位错与刃位错之间的相互作用 因为无驱使对方运动的应力分量 所以无交互作用 A b1 b2 0 30 4 具有任意伯格斯矢量的平行位错 具有任意伯格斯矢量的平行位错 大于 31 Thedislocationannihilationbycross slip Annihilationofascrewdipolebycross slip Twodislocationsofoppositesignglideinneighbouringparallelslipplanesandannihilateeachotherbychangingtheirslipplanes 32 Thedislocationdoublecross slip Obstacleby passing Ascrewdislocationcanby passanobstacle hereasessiledislocationsegmentofsamesign byadoublecross slipprocess 33 四 位错运动的晶格阻力 P N力 34 上 35 表 与实验数据相符 36 二 位错与界面的交互作用 37 38 三 位错与点缺陷的交互作用 一 刃位错与点缺陷的交互作用 二 螺位错与点缺陷的交互作用 三 关于空位与位错的作用 39 一 刃位错与点缺陷的交互作用 设置换式溶质原子R 基体原子R柯垂耳 Cottrell 处理 假设 1 晶体为连续弹性介质 2 溶质原子为刚球 3 溶质原子引起的点阵畸变是球形对称畸变 则溶质原子溶入 相当于在 r 处挖一个R的球形洞 再挤入一个R 的刚球 交互作用能 刚球挤入过程中反抗位错应力场做的功 位错应力场做的负功 由 40 41 溶质原子R 基体原子R 即 42 43 二 螺位错与点缺陷的交互作用 因为螺位错是纯切应力场 所以当点缺陷引起球形对称畸变时 两者无交互作用 若点缺陷引起的是非球形对称畸变时 则溶质原子与位错仍发生交互作用 结果使溶质原子向位错偏聚 形成溶质原子气团 例如 钢中的C N溶入bcc铁的八面体间隙时 引起非球形对称畸变 称为四方畸变 其应力场既有正应力 又有切应力 能与位错发生交互作用 螺型位错的纯切应力场可以等效一个正应力场 使溶质原子择优分布 形成史诺克 Snock 气团 对位错有强烈的钉扎作用 44 45 三 关于空位与位错的作用 46 Thefundamentalinteractionsbetweendislocationsandelasticobstacles Thegoaloftheworkistounderstandthefundamentalinteractionsbetweendislocationsandelasticobstacles Theprimarytoolthatwillbeusedisthein situTEMdeformationtechnique Withthistechniqueitispossibletodirectlyobservetheinteractionbetweendislocationsandelasticobstaclesathighspatialresolution Fromtheseobservations themagnitudeofthepinningstrength thebypassmechanism andtheprocessbywhichdislocationloopsaredestroyedcanbeascertained Copperwasselectedsimplyforeaseofcomparisonwithcomputersimulationstudies In situTEMstrainingspecimensof99 999 purepolycrystallineCuwerecutfrom250mmthickcoldrolledstripinto11mmby2 7mmpieces Holesforthestrainingpinsinthestageweredrilledintheendsofthetensilebarsfollowedbypolishingthesurfacestoa600 gritfinish Sampleswerethenannealedat750 Cinavacuumfurnacefor2hoursandallowedtofurnace coolinordertoproducelargeequiaxedgrains Thinfoilswereproducedbytwin jetelectropolishinginasolutionof33 nitricacidinmethanolcooledto 20 Catacurrentof0 11A cm2 47 Figure1 Thecapturedvideoframecontainsapinneddislocationattheinstantbeforebreakingfree Left Thedist