哈工大金属学课件

第二章晶体缺陷所有的材料都包含着三种基本的点阵缺陷—点缺陷，线缺陷（位错）和面缺陷。2.1

点缺陷点缺陷的类型及形成点缺陷特点是：三维方向上尺寸都很小，仅引起几个原子范围的点阵结构的不完整，亦称零维缺陷。点缺陷的运动及平衡浓度晶体在一定温度下空位或间隙原子的平衡浓度C与C′。2.2

线缺陷晶体中的线缺陷是各种类型的位错。其特点是

原子发生错排的范围，在一个方向上尺寸较大，而另外两个方向上尺寸较小，是一个直径为3-5个原子间距，长几百到几万个原于间距的管状

原子畸变区。最基本的类型有两种：一种是刃

型位错，另一种是螺型位错。位错是一种极为

重要的晶体缺陷，对金属强度、塑变、扩散、

相交等影响显著。2.2.1

位错的基本概念1．位错学说的产生2．位错的基本类型通常称晶体上半多出原子面的位错为正刃型位错，反之为负刃型位错。以大拇指代表螺旋面前进方向，其他四指代表螺旋面的旋转方向，符合右手法则的称右旋螺型位错，符合左手法则称左旋螺型位错。3.

泊氏矢量（Burgers

vector)(1)柏氏矢量的确定方法(2)柏氏矢量的物理意义及特征柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。通常将柏氏矢量称为位错强度。(3)混合位错4．位错密度晶体中位错的量通常用位错密度来表示。

S

V

(cm

cm3

)V是晶体的体积，S是该晶体中位错线总长度2.2.2

位错的运动位错运动有滑移与攀移两种形式。1．位错的滑移位错沿着滑移面的移动称为滑移。实际晶体中，位错的滑移要遇到多种阻力。其中最基本的固有阻力是晶格阻力—派纳力。因此位错移动时晶格阻力，越过势垒，此力称派—纳力pe2ab

(

1v

)2G12．位错的攀移还可在垂直滑移面的方向上运动即发生攀移。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。2.2.3

位错的弹性性质1．位错的应力场晶体中存在位错时，位错线附近的原子偏离了正常位置。引起点阵畸变，从而产生应力场。螺位错的应力场刃位错应力场2.位错的应变能位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能。单位长度螺位错应变能Ws为刃位错的弹性应变能WE为wz

z2d

1

dV3.外力场中位错所受的力在切应力作用下，晶体中的位错将发生运动，由于位错移动的方向总是与位错线垂直，故可设想有一个垂直于位错线的力，造成了位错的移动，这就是“作用在位错线上的力”。4．位错线张力由于位错线具有应变能，所以位错线有缩短的趋势以减小应变能，这便产生了线张力T。线张力数值上等于单位长度位错的应变能。5．位错间的交互作用力位错之间的作用力是它们的应力场互相作用的结果。(1)两根平行螺位错的交互作用(2)两平行刃位错的交互作用当两位错为异号时，它们的受力方向和同号位错相反，稳定平衡与不稳定平衡位置互换。2.2.4

实际晶体中的位错1．实际晶体结构中的单位位错实际晶体中存在的位错的柏氏矢量限于少数最短的平移矢量，具有这种相氏矢量的位错称单位位错。2．不全位错柏氏矢量小于最短的平移矢量的位错称为部分位错；柏氏矢量不等于最短的平移矢量的整数倍的位错叫不全位错。不全位错沿滑移面扫过之后．层错不产生点阵畸变，因此层错能比晶界能低得多。金属出现层错的几率与层错能r的大小有关，层错能越高出现层错的几率越小。面心立方晶体，存在两种不全位错。图2-20为肖克菜不全位错，固2-21为弗兰克不全位错。3．位错反应及汤普逊四面体位错之间的互相转化称为位错反应。位错反应能否进行决定于以下二个条件：必须满足几何条件即柏氏矢量的守恒性，反应前后诸位错的柏氏矢量和相等。必须满足能量条件，即反应后诸位错的总能量应小于反应前诸位错的总能量4.扩展位错两个不完全位错夹住一片层错的组态称为扩展位错。5.位错的增值2.3面缺陷外表面晶界与亚晶界1．小角度晶界2．大角度晶界3.孪晶界孪晶关系指相邻两晶粒或一个晶粒内部