1、03.07.2020,.,1,2.6 位錯與晶體缺陷的相互作用,點(diǎn)缺陷在晶體中會引起點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生的應(yīng)力場可與位錯產(chǎn)生交互作用,1位錯與溶質(zhì)原子的交互作用,彈性的、化學(xué)的、電學(xué)的、幾何的四種交互作用,彈性作用為最重要,03.07.2020,.,2,位錯與溶質(zhì)原子的交互作用,溶質(zhì)原子處于位錯的應(yīng)力場之中，會產(chǎn)生彈性交互作用,溶質(zhì)原子與周圍原子的交互作用,在刃型位錯中顯得尤其重要,不論是置換型還是間隙型溶質(zhì)原子均會引起晶格畸變,間隙原子以及尺寸大于溶劑原子的溶質(zhì)原子使周圍基體晶格原子受到壓縮應(yīng)力,尺寸小于溶劑原子的溶質(zhì)使基體晶格受到拉伸,03.07.2020,.,3,位錯與溶質(zhì)原子的交互作用,溶質(zhì)

2、原子與位錯的交互作用,所有溶質(zhì)原子均可在刃型位錯周圍找到合適的位置,正刃型位錯,下方原子受到拉應(yīng)力，原子半徑較大的置換型溶質(zhì)原子和間隙原子位于位錯滑移面下方（即晶格受拉區(qū)）可以降低位錯的應(yīng)變能,小原子半徑的間隙型溶質(zhì)原子位于滑稱面上方（晶格受壓區(qū)）可以降低位錯應(yīng)變能，使體系處于較低的能量狀態(tài),03.07.2020,.,4,位錯與溶質(zhì)原子的交互作用,至于溶質(zhì)原子能否移至理想的位置，則取決于溶質(zhì)原子的擴(kuò)散能力,溶質(zhì)原子分布于位錯周圍使位錯的應(yīng)變能下降，位錯的穩(wěn)定性增加，晶體強(qiáng)度提高,03.07.2020,.,5,科垂耳氣團(tuán),通常把把溶質(zhì)原子與位錯交互作用后，圍繞位錯而形成的溶質(zhì)原子聚集物，稱為“科

3、垂耳氣團(tuán)”（Cottrell Atmosphere）,氣團(tuán)阻礙位錯運(yùn)動，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)，但氣團(tuán)在高溫條件下會消失，失去強(qiáng)化效果,用柯氏氣團(tuán)可解釋合金中出現(xiàn)應(yīng)變時效和屈服現(xiàn)象,03.07.2020,.,6,鈴木氣團(tuán),溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯之間會發(fā)生化學(xué)交互作用，產(chǎn)生鈴木氣團(tuán),由于擴(kuò)展位錯的層錯區(qū)具有與周圍基體不同的晶體結(jié)構(gòu)（如fcc中層錯區(qū)屬hcp），為保持熱力學(xué)平衡，溶質(zhì)原子在層錯區(qū)濃度與在基體中濃度不同，有的原子偏聚于層錯區(qū)，減小表面能，使層錯區(qū)寬度d增大，不易于束集，難于交滑移，從而提高合金強(qiáng)度，這種由化學(xué)交互作用而產(chǎn)生溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，構(gòu)成了“鈴木氣團(tuán)”,與科垂耳氣團(tuán)比較,1）鈴木氣團(tuán)

4、與溫度無關(guān),2）鈴木氣團(tuán)與位錯類型無關(guān),03.07.2020,.,7,斯諾克氣團(tuán),體心立方晶體中間隙原子如C、N等與螺位錯切應(yīng)力場發(fā)生的交互作用,C、N原子使得Fe產(chǎn)生四方畸變,間隙原子分布于Fe的（1/2,0,0） （0,1/2, 0） （ 0,0,1/2）間隙位置,在應(yīng)力作用下，三個間隙位置的原子應(yīng)變能不同，從應(yīng)變能大的位置跳到應(yīng)變能小的位置，即斯諾克效應(yīng),03.07.2020,.,8,位錯與空位的電學(xué)交互作用,刃位錯壓縮區(qū)原子間距小，電子密度增大，電子能量增大，刃位錯膨脹區(qū)原子間距大，電子密度小，電子能量小,壓縮區(qū)電子流向膨脹區(qū)，壓縮區(qū)帶正電，膨脹區(qū)帶負(fù)電，形成電偶極子,高價原子進(jìn)入膨脹

5、區(qū)，低價原子進(jìn)入壓縮區(qū),作用力為彈性交互作用的1/5,03.07.2020,.,9,位錯與空位的化學(xué)交互作用,置換式固溶體中溶質(zhì)原子與層錯化學(xué)交互作用，形成鈴木（Suzuki）氣團(tuán),比彈性交互作用小12個數(shù)量級,由于堆剁層錯作用，很難靠熱起伏擺脫溶質(zhì)原子束縛，有好的高溫穩(wěn)定性，特別是Cottrell氣團(tuán)消失后作用顯著,釘扎與位錯類型無關(guān)，刃位錯、螺位錯釘扎強(qiáng)弱程度一樣,03.07.2020,.,10,2位錯與空位的交互作用,空位也會引起點(diǎn)陣畸變，空位與位錯也會發(fā)生交互作用,空位與位錯在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化,空位通常被吸引到刃型位錯的壓縮區(qū)，降低位錯的應(yīng)變能，使位錯發(fā)生攀移,這一交互作用在高溫

6、下顯得十分重要，因?yàn)榭瘴粷舛入S溫度升高而上升,03.07.2020,.,11,2位錯與空位的交互作用,空位通常被吸引到刃型位錯的壓縮區(qū)，或消失在刃型位錯線上，使位錯線產(chǎn)生割階,空位被吸引到刃型位錯上產(chǎn)生割階,03.07.2020,.,12,空位盤轉(zhuǎn)化成位錯環(huán),金屬從高溫急冷所固定下來的過飽和空位可以聚集成空位盤,盤的尺寸達(dá)到幾十個原子間距時，不穩(wěn)定而發(fā)生崩塌，在四周形成一個刃型位錯環(huán),位錯環(huán)的滑移面是一個環(huán)柱面，由于柏氏矢量垂直于環(huán)面，在位錯環(huán)所處的平面上位錯只攀移，這種位錯稱為“棱柱位錯”,(a)空位凝聚成盤；(b)空位盤崩塌成位錯環(huán)； (c)純鋁(650淬火)中的位錯環(huán),03.07.202

7、0,.,13,位錯與空位的交互作用-位錯在運(yùn)動過程中產(chǎn)生空位,異號刃型位錯互毀后產(chǎn)生一串空位,2.兩根相互垂直的螺型位錯經(jīng)交截后產(chǎn)生一小段刃型割階，割階通過攀移隨主位錯線移動產(chǎn)生空位,03.07.2020,.,14,異號刃型位錯互毀后產(chǎn)生空位,互毀時其中任一位錯線必須每隔一定距離相對攀移一個原子間距,是產(chǎn)生空位的常見機(jī)制,03.07.2020,.,15,螺型位錯交截后移動產(chǎn)生空位,兩相互垂直的螺型位錯經(jīng)交截后產(chǎn)生刃型割階,螺型位錯拖著一小段割價共同運(yùn)動，后面留下一串點(diǎn)缺陷,割階高度足夠?。?2個原子間距），外力足夠大且溫度比較高時，此割階只能通過攀移跟主位錯線一起移動,割階后留下一串空位，割階

8、間的位錯線是異號刃型位錯，吸引互毀后形成位錯偶,03.07.2020,.,16,帶割階的螺位錯運(yùn)動,03.07.2020,.,17,位錯偶,割階高度在幾個原子間距到20nm之間，位錯不能拖著割階運(yùn)動,位錯偶斷裂成位錯環(huán),位錯偶經(jīng)常斷開而留下一個長的位錯環(huán)，原位錯線仍回復(fù)原來帶割階的狀態(tài)，形成的長形位錯環(huán)又可分裂成小的位錯環(huán)，也是形成位錯環(huán)機(jī)制之一,在外力作用下，若割階間的位錯線發(fā)生彎曲，且在上下兩個滑移面和割階相連接的位錯線是異號刃型位錯時，這對異號刃型位錯相互吸引而平行排列起來，形成位錯偶,03.07.2020,.,18,割階的運(yùn)動,03.07.2020,.,19,3位錯的交截,在滑移面上運(yùn)

9、動的某一位錯，必與穿過此滑移面上的其它位錯（稱為“位錯林”）相交截，該過程即為“位錯交截”,位錯相互切割后，將使位錯產(chǎn)生彎折，生成兩種位錯折線,割階：垂直滑移面的折線,扭折：在滑移面上的折線,03.07.2020,.,20,位錯線互相垂直刃型位錯的交截,AB，xy兩根相互垂直的刃型位錯線，b1/ b2,交截后各產(chǎn)生PP和QQ的折線，它們均位于原來兩個滑移面上，同屬螺型性質(zhì)，為“扭折”,在運(yùn)動過程中，這種折線在線張力的作用下可能被拉長而消失,03.07.2020,.,21,柏氏矢量互相平行的互相垂直刃型位錯的交截,位錯線AB和XY發(fā)生交割后,AB變?yōu)锳PPB，XY變?yōu)閤QQy,PP臺階高度為b1

10、， QQ臺階高度為b2，兩臺階和分別與b2和b1平行，是螺型位錯,它們位于原位錯的滑移面上，是扭折,03.07.2020,.,22,位錯交截,是否產(chǎn)生結(jié)果由位錯線與另外的位錯的柏矢矢量決定，若平行，無交截結(jié)果，垂直時才有交截結(jié)果,交截后位錯線段的刃型、螺型性質(zhì)取決于該位錯線段與本身位錯線柏矢矢量的關(guān)系,交截結(jié)果是割階或扭折取決于該位錯線段與本身位錯滑移平面的關(guān)系,03.07.2020,.,23,兩根相互垂直的刃型位錯線交截,兩柏氏矢量互相垂直的刃型位錯交截 (a) 交截前；(b) 交截后,b1b2,xy位錯線與不動的AB位錯交截后，AB產(chǎn)生一個長度與b1相等的刃型割階PP，PP折線位于Pxy滑

11、移面上，是可動的，隨AB沿著b 2所指方向移動,b2與xy平行，xy不產(chǎn)生折線,03.07.2020,.,24,刃型位錯與螺型位錯交截,(a) 交截前; (b) 交截后,交截后，AB被分割成位于相鄰兩平行平面內(nèi)的兩段位錯,位錯CD上交截線段QQ與b2垂直，為扭折，在線張力下可被拉直,中間由刃型割階PP相連,PP長度與b2相等,PP柏氏矢量仍為b1,PP可隨AB滑移，但有阻礙,03.07.2020,.,25,兩根螺型位錯的交截,值得注意的一種，如圖所示,螺錯L1向右運(yùn)動，遇到與之垂直的螺錯L2發(fā)生交截,割階PP，長度為b2,兩螺型位錯各自產(chǎn)生一刃型割階。圖中為L1的割階,只能在PP與b1組成的平

12、面內(nèi)沿b1所指方向滑移，不能跟隨螺型位錯L1一道滑移,只能通過攀移隨著L1運(yùn)動，與L1滑移方向不一致。但攀移在室溫下困難,這一段位錯成為L1位錯運(yùn)動的障礙、阻力，有人認(rèn)為這是加工硬化的原因,03.07.2020,.,26,螺型位錯和螺型位錯的交割,AB的滑移面一定，由外力決定，所以PP是刃型位錯割階，而QQ不是，會消失,03.07.2020,.,27,螺型位錯上的（刃型）割階不能隨原位錯一道滑移,螺型位錯和螺型位錯的交割,滑移面是圖中陰影面，只能沿位錯線AB線滑移,PP隨AB一起運(yùn)動，則導(dǎo)致半原子面縮小，留下間隙原子,要隨AB一起運(yùn)動，則它必須攀移,PPMM 是割階PP的附加半原子面,這種攀移

13、只有在較大正應(yīng)力和較高溫度下實(shí)現(xiàn),如果左螺型位錯，附加半原子面增大，留下空位,在常溫下，螺型位錯上的（刃型）割階阻礙位錯的繼續(xù)滑移,03.07.2020,.,28,兩根螺型位錯的交截,在外力足夠大且溫度比較高，并且此割階長度足夠?。?2個原子間距），此割階可以通過攀移與主位錯一道運(yùn)動，并在割階后面留下一連串空位,03.07.2020,.,29,位錯的塞積,位錯運(yùn)動過程中除遇到其它位錯而發(fā)生交截外，可能遇到晶界，孿晶界，相界等面缺陷障礙物而產(chǎn)生“塞積”現(xiàn)象,在晶體內(nèi)部的滑移面上有一位錯源，在外力0作用下產(chǎn)生一個刃型位錯，它在外力作用下沿滑移面往前移動，若在前端遇到障礙物時，位錯就會阻塞在障礙物前,位錯源不斷地產(chǎn)生其他位錯，這些位錯同樣阻塞在障礙物之前，形成一個塞積