当前课程知识点：材料科学基础 > 第八章 晶体缺陷 > 8.2 位错的基本概念 > 位错的基本概念
同学们
本节课我们来学习
位错的基本概念
位错是晶体中普遍存在的一种线缺陷
它对晶体的生长 相变 塑性变形
断裂以及其他物理
化学性质具有重要影响
位错理论是现代物理冶金和材料科学的基础
位错并不是空想的产物
相反
对位错的认识是建立在
深厚的科学实验基础上的
位错概念是在对晶体强度
作了一系列的理论计算
发现所计算的理论强度与实际强度
有很大差别的基础上提出来的
下面简单介绍位错概念提出的过程
晶体的塑性变形
是提高金属材料强度
和制造金属制品的重要手段
基于生产的需要
早在位错作为一种晶体缺陷被提出之前
对晶体塑性变形的宏观规律
已经作了广泛的研究
实验发现
塑性变形主要方式是滑移
即在切应力作用下
晶体相邻部分彼此产生相对滑动
进一步分析和测量表明
晶体滑移总是沿着一定的滑移面
和滑移面上的一个滑移方向来进行的
并且
只有当沿着某一滑移系统的切应力
达到一定的临界数值时
滑移才开始进行
这个必要的切应力
就被称为临界分切应力
也就是晶体的剪切强度
1926年 弗兰克尔发现
理论晶体模型刚性切变强度
与实验得到的剪切强度数值
竟相差竟达3～4个数量级
这一矛盾曾在很长一段时期
难以得到解释
理论剪切强度与实际剪切强度之间的巨大差异
最终要求从根本上否定理想完整晶体模型
也就是说
实际晶体一定是不完整的
是有缺陷的
滑移也不是刚性的
而是从晶体中局部薄弱地区
也就是缺陷处开始的
1934年泰勒 波朗依和奥罗万三人
几乎同时提出了晶体中位错的概念
特别是泰勒把位错与晶体塑性变形时的
滑移过程联系了起来
自此之后
位错引起了人们的重视
开展了大量的研究
1939年柏格斯提出了
用柏氏矢量来表征位错特征的重要意义
同时引入了螺型位错的概念
1947年柯垂耳报告了
他研究的溶质原子与晶体中
位错的交互作用
并以此来解释低碳钢的屈服现象
获得了满意的结果
1950年弗兰克与瑞德
同时提出了塑性碳钢的屈服现象
并提出了弗兰克-瑞德拉错源
五十年代以后
人们应用透射电子显微镜
观测到了晶体中位错的存在和运动
这一系列的研究成果
有力地促进了位错理论的形成和发展
接下来我们了解一下
位错对晶体塑性变形的影响机制
如图所示
晶体在外力作用下发生弹性变形
会在晶体滑移面方向
出现一个多余的半排原子面
在外加切应力的作用下
这个多余的半原子面
会发生逐步滑移并移出晶体
这样一来 晶体的上下两部分
便会产生一个原子间距的塑性变形
这一滑移过程是逐步进行的
因此就必然存在已滑移区和未滑移区
在已滑移区与未滑移区的边界上
就会存在一种特殊的原子排列形式
而位错就相当于局部滑移区的边界
由于晶体的滑移是逐步开展的
因此滑移的临界切应力会大大降低
位错的物理实质是原子的一种特殊组态
因此熟悉它的结构特点
是掌握位错各种性质的基础
刃型位错和螺型位错是两种
最基本也是最重要的位错形态
为了突出位错本身的形态
我们先以简单立方晶体
作为案例先来分析刃型位错的特征
如图所示
设有一简单立方晶体
其上半部分相对于下半部分
沿着滑移面ABCD局部滑移了
一个原子间距b
其结果是在滑移面的上半部
出现了多余的半排原子面EFGH
这个半原子面中断于ABCD面上的EF处
它好像一把刀插入晶体中
使ABCD面上下两部分晶体之间
产生了原子错排
我们就把这多余半原子面的刃口
EF就称为刃型位错线
从图中可以看出
刃型位错线实际上是
晶体中已滑移区
也就是ABEF部分
与未滑移区EHCD部分的边界线
这条边界线与滑移方向相垂直
由于晶体局部滑移的滑移矢量
可用点阵矢量来表示
因此刃型位错线也垂直于滑移矢量b
为了讨论的方便
习惯上把多出的半原子面
位于滑移面上部的刃型位错
称为正刃型位错
用正垂直符号表示
反之称为负刃型位错
用向下的垂直符号表示
显然
正 负刃型位错的划分只是相对的
如将晶体旋转180°
同一位错的正负号就会发生改变
刃型位错在晶体中引起点阵畸变
这种点阵畸变
相对于多余半原子面是左右对称的
含有多于半原子面的那部分晶体
会受压应力作用
导致原子间距减小
而另外一部分晶体
会受到拉应力的作用
原子间距增大
点阵畸变在位错中心处最大
随着远离位错中心而逐渐减小
直至为0
如图所示
严重点阵畸变的范围
约为几个原子间距
一般将严重点阵畸变的区域
称为位错核心
从微观上看
这是一个细长的管形区域
而不是一条几何线
在其他地方
除了弹性畸变外
原子排列接近于完整晶体
仍然可视为晶体中的好区
需要注意的是
多余半原子面的边界
不一定是一条直线
如图所示位错线可以是折线
或者是弧线等形态
本节课我们就讲到这里
-绪论
-绪论
-讨论1
-讨论2
-2.1 原子结构与原子轨道
--原子结构与轨道
-2.2 电子排布规律
--电子排布规律
--电子排布规律
-2.3 晶体中的结合键
--晶体中的结合键
--原子结构与键合
-2.4 晶体结构与空间点阵
-2.5 晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
-2.6 晶向指数与晶面指数
-2.7 晶面间距与晶面夹角
-2.8 晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
-讨论1
-讨论2
-习题-第2章
-3.1 金属的晶体结构
--金属的晶体结构
--金属的晶体结构
-3.2 金属晶体的堆垛与间隙
-3.3 合金基本概念
--合金的基本概念
--合金的基本概念
-3.4 固溶体
--固溶体
--固溶体
-3.5 化合物
--化合物
--化合物
-3.6 陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
-3.7 高分子的基本结构
--高分子的基本结构
--高分子的基本结构
-3.8 非晶、准晶和纳米晶
-讨论1
-讨论2
-习题-第3章
-4.1 扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
-4.2 扩散的微观机制
--扩散的微观机制
--扩散的微观机制
-4.3 扩散与原子的随机行走
-4.4 扩散系数与扩散激活能
-4.5 扩散的影响因素
--扩散的影响因素
--扩散的影响因素
-4.6 反应扩散
--反应扩散
--反应扩散
-讨论1
-讨论2
-习题-第4章
-5.1 纯金属的结晶
--纯金属的结晶
--纯金属的结晶
-5.2 金属结晶的基本条件
-5.3 液态金属的结构
--液态金属的结构
--液态金属的结构
-5.4 均匀形核
--均匀形核
--均匀形核
-5.5 非均匀形核
--非均匀形核
--非均匀形核
-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构
-5.7 阶梯的长大机制和生长形态
-讨论1
-讨论2
-习题-第5章
-6.1 匀晶相图
--匀晶相图
--匀晶相图
-6.2 共晶相图
--共晶相图
--共晶相图
-6.3 共析相图与包晶相图
-6.4 其他二元相图
--其他二元相图
--其它二元相图
-6.5 铁碳合金的组元及基本相
-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程
-6.7 钢的结晶过程
--钢的结晶过程
--钢的结晶过程
-6.8 白口铸铁的结晶过程
-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响
-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响
-6.11 三元相图的表示方法
-6.12 直线法则与杠杆定律
-6.13 重心法则
--重心法则
--重心法则
-6.14 三元匀晶相图与等温截面图
-6.15 变温截面与投影图
--变温截面与投影图
--变温截面与投影图
-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况
-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析
-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图
-讨论1
-讨论2
-习题-第6章
-7.1 固态相变的特点分类
-7.2 固态相变的形核与生长
-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变
-7.4 过饱和固溶体的分解
-7.5 共析转变
--共析转变
--共析转变
-7.6 马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
-7.7 马氏体转变（二）
--马氏体转变（二）
--马氏体相变（二）
-7.8 贝氏体相变
--贝氏体相变
--贝氏体转变
-讨论1
-讨论2
-习题-第7章
-8.1 点缺陷
--点缺陷
--点缺陷
-8.2 位错的基本概念
--位错的基本概念
--位错的基本概念
-8.3 柏氏矢量
--柏氏矢量
--柏氏矢量
-8.4 位错的运动
--位错的运动
--位错的运动
-8.5 位错的弹性性质
--位错的弹性性质
--位错的弹性性质
-8.6 位错的交互作用
--位错的交互作用
--位错的交互作用
-8.7 位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
-8.8 实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
-8.9 位错反应
--位错反应
--位错反应
-8.10 晶界与相界
--晶界与相界
--晶界与相界
-讨论1
-讨论2
-习题-第8章
-9.1 金属的应力-应变曲线
-9.2 单晶体的塑性变形-滑移
-9.3 单晶体的塑性变形-孪生
-9.4 多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
-9.5 多相合金的塑性变形
-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形
-9.7 变形后的组织与性能
-9.8 晶体的断裂
--晶体的断裂
--晶体的断裂
-9.9 回复和再结晶
--回复和再结晶
--回复和再结晶
-9.10 再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
-9.11 再结晶组织控制
--再结晶组织控制
--再结晶组织控制
-9.12 蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
-讨论1
-讨论2
-习题-第9章
