当前课程知识点：材料科学基础 > 第八章 晶体缺陷 > 8.7 位错的生成与增殖 > 位错的生成与增殖
同学们
本小节我们学习
位错的生成与增殖
首先我们看一下
位错密度的概念
晶体中所含位错的多少
可用位错密度来表示
位错密度的定义
是单位体积晶体中
所含位错线的总长度
表达式为位错密度
等于位错线总长度比上晶体的体积
但是晶体中的位错总是非常的多
很难将总长度统计出来
因此为了简便起见
可以把晶体中的位错线视为一些直线
而且是平行地从晶体的一端
延伸到另一端的直线
于是位错密度就可被视为
垂直于位错线的单位截面中
所穿过的位错线数目
我们用公式来表达就是
位错密度等于穿过晶面的位错线数目
比上晶面的面积
位错密度的量纲为长度的负二次方
在充分退火的多晶体金属内
位错密度一般为10的10次方
至10的12次方左右
经过精密控制生长过程的超纯金属单晶体
位错密度可低于10的7次方
经过剧烈冷变形的金属
位错密度可增至 10的15次方
下面我们来看位错的生成
位错的来源可能有以下几个方面
在凝固的过程中
晶体长大相遇处因位向差别而形成位错
成分的偏析使晶体各部分的点阵常数不同
从而在过渡区出现位错
流动液体的冲击
冷却时的局部应力集中会导致位错的萌生
在晶体的裂纹尖端
沉淀物或夹杂物的界面
以及表面损伤处
都容易产生应力集中
应力集中会促使位错的形成
过饱和空位的聚集和坍塌
也是位错的重要来源
如图所示
就是空位聚集形成刃位错的示意图
从图中可以看出
当空位集结在一起之后
它可能转变成两个刃型位错
下面我们再来看一下位错的增殖
塑性变形时有大量位错滑出晶体
所以塑性变形以后
晶体中的位错数目应当会减少
但是实际情况是发生塑性变形以后
位错密度随着变形量的增加而加大
在经过剧烈变形以后
甚至可增加4-5个数量级
这个现象表明
变形过程中
位错肯定会以某种方式不断增殖
我们把增殖位错的位置称为位错源
位错增殖的机制有多种
其中最重要的是
弗兰克和里德于1950年提出的
已为实验所证实的增殖机构
称为弗兰克-里德源
简称F-R源
如图a所示
晶体中某滑移面上有一段刃型位错AB
它的两端固定住
当外加切应力满足必要的条件时
位错线会发生滑移运动
在应力场均匀的情况下
位错线各处的滑移力大小均相等
位错线应该平行向前滑移
但是由于位错AB的两端被固定住
不能运动
因此位错线在运动的同时发生弯曲
结果直线型的位错变成曲线位错
如图b所示
由于位错线所受到的假想的驱动力F
总是处处于位错本身垂直
位错弯曲之后位错的每一个微线段
仍然沿它的法线方向向外运动
经历如图cd的状态之后
当位错线再向前走出一段距离
就会发生如图d所示的pq两点碰到一起
从位错的柏氏矢量来看
pq两点处
分别为左旋螺型位错和右旋螺型位错
所以当它们遇到一起的时候会发生相互的抵消
于是
原来的单条位错线被分成两部分
如图e所示
此后
外面的位错环
在驱动力F的作用下不断扩大
直至到达晶体表面
而内部的另一段位错
将在线张力和驱动力的作用下
回到原始状态
并且此过程并没到此结束
只要外加的应力还继续施加在晶体上
在产生一个位错环之后的位错AB
将在驱动力的作用下
继续不断地重复上述动作
从而释放出大量位错环
造成位错的增殖
F-R源启动的条件是
外加应力达到临界值
我们来看一下临界应力值的计算方法
当 F-R源的位错线弯曲时
线张力所引起的向心恢复力为
如果要使A B 线保持弯曲状态
则单位长度位错线所受的临界滑移驱动力
要大于或等于线张力
由此可以得到临界切应力的计算公式
因此临界剪切应力 τ
由上述公式可知
外加切应力τ与位错线的曲率半径r成反比
r越小 所需的切应力越大
在位错线运动过程中
当位错线弯成半圆形时
其曲率半径r达到最小值
此后若继续扩展
其r值反而增大
因此
与半圆形位错相平衡的切应力
就是使F-R源启动的临界切应力
l为位错线AB的长度
上述就是本节内容
这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
