文档介绍：线缺陷 (line defects ,dislocation )
位错模型的提出
背景
完整晶体塑性变形─滑移的模型→金属晶体的理论强度→理论强度比实测强度高出几个数量级→晶体缺陷的设想─线缺陷(位错)的模型→以位错滑移模型计算出的晶体强度,与实测值基本相符。
应用
位错的来源与增殖
位错理论可以解释材料的多种性能和行为,特别是变形、损伤和断裂机制,相应的学科为塑性力学、损伤力学和断裂力学。另外,位错对晶体的扩散和相变等过程也有较大影响。 首先,滑移解释了金属的实际强度与根据金属键理论预测的理论强度低得多的原因。金属材料拉伸断裂时,一般沿450截面方向断裂而不会沿垂直截面的方向断裂,原因在于材料在变形过程中发生了滑移。 其次,滑移赋予了金属材料的更好延性。如果材料中没有位错,铁棒就是脆性的,也就不可能采用各种加工工艺,如锻造等将金属加工成有用的形状。 第三,通过阻止位错运动,进行合金的固溶强化,控制金属或合金的力学性能。把障碍物引入晶体就可以阻止位错的运动,造成固溶强化。如板条状马氏体钢( F12钢)等。 第四,晶体成型加工过程中出现硬化,这是因为晶体在塑性变形过程中位错密度不断增加,使弹性应力场不断增大,位错间的交互作用不断增强,因而位错运动变得越来越困难。 第五,含裂纹材料的疲劳开裂和断裂、材料的损伤机理以及金属材料的各种强化机制都是以位错理论为基础。
一、晶体的塑性和强度
二、位错的类型
三、位错的伯格斯矢量(Burgers vector)及位错的性质
四、位错的应力场与应变能
五、位错的运动
六、位错的反应
一、晶体的塑性和强度
(一)完整晶体的塑性变形方式
(二)完整晶体的理论切变强度
(一)完整晶体的塑性变形方式
(图2-6)
滑移的定义
滑移的结果
滑移的可能性(滑移系统):在最密排晶面(称为滑移
面)的最密排晶向(称为滑移方向)上进行
晶体滑移的临界分切应力(c) :开动晶体滑移系统所需
的最小分切应力
在外力作用下,晶体的一部分相对于另一部分,沿着一
定的晶面和晶向发生切变,切变之后,两部分晶体的位向
以切变面为镜面呈对称关系。
图2-6 外力作用下晶体滑移示意图(微观)
τ
τ
图2-7 单晶试棒在拉伸应力作用下的变化(宏观)
(a)变形前
(b)变形后
图2-8 面心立方晶体(111) 孪生示意图
(b)( )晶面:孪生过程中(111)晶面的移动情况
(a)孪生面、孪生方向的方位
(二)完整晶体的理论切变强度
按照完整晶体滑移模型,使晶体滑移所需的临界切应力,即使整个滑移面的原子从一个平衡位置移动到另一个平衡位置时,克服能垒所需要的切应力,晶面间的滑移是滑移面上所有原子整体协同移动的结果,这样可以把晶体的相对滑移简化为两排原子间的滑移,晶体的理论切变强度m为:
Gx/a=msin(2x/)=m2x/
当x很小时,于是,
m=G/(2a)
对于简单立方晶体,a=,则
m=G/(2)
滑移机理
所施加的力必须足以使原子间的键断裂,才能产生滑移压力大小约为 E/15
F