位错之间的交互作用课件.ppt

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1、第五节位错之间的交互作用晶体中存在位错时,在它的周围便产生一个应力场。实际晶体中往往有许多位错同时存在。任一位错在其相邻位错应力场作用下都会受到作用力,此交互作用力随位错类型、柏氏矢量大小、位错线相对位向的变化而变化。一、两个平行螺位错间的作用力位错S1在(r,θ)处的应力场为,位错S2在此应力场中受到的力为:两平行螺型位错间的作用力fr:大小与两位错强度的乘积成正比,而与两位错间距成反比,其方向沿径向,垂直于所作用的位错线。同理,位错S1在S2的应力场的作用下也将受到一个大小相等,方向相反的作用力。当和同向时,即为同号螺位错,fr>0,作用

2、力为排斥力,若和反向时,即为异号螺位错,fr<0,作用力为吸引力。即:两平行螺位错交互作用的特点是:同号相斥,异号相吸;交互作用力的绝对值则与两位错的柏氏矢量模的乘积成正比,而与两位错间的距离成反比。平行螺位错的交互作用力二、两个平行刃位错之间的作用力e1作用于(x,y)处的应力分量有σxx,σyy,σzz,τxy,τyx,其余为0。但只有τyx和σxx对e2有作用,由于e2的滑移面平行于X—Z面,切应力τyx能促使其沿X轴方向发生滑移,正应力σxx能促使其沿Y轴方向发生攀移。τxy对e2的滑移不起作用,σyy,σzz对e2的攀移也不起作用。

3、∴位错e1作用于位错e2上的力为:fx是引起滑移的作用力,当和一定时,fx的正负号(即作用力的方向)由x(x2-y2)项决定,即由e2的位置决定。e1e2当b1、b2同号时,在

4、x

5、>

6、y

7、时,若x>0,则fx>0;若x<0,则fx<0,表明位错e2位于①、②区时,两位错互相排斥;当y=0,若x>0,则fx>0;若x<0,则fx<0,表明位于同一滑移面上的同号位错总是互相排斥的。在

8、x

9、<

10、y

11、时,若x>0,则fx<0;若x<0,则fx>0,表明位错e2位于③、④区时,两位错互相吸引;当

12、x

13、=

14、y

15、时,fx=0,不存在使位错e2滑移的力,但

16、当它稍许偏离此位置时,所受到的力会使它偏离的更远,即y=x和y=-x两条线是位错e2的介稳定位置。当x=0,fx=0,当它稍许偏离此位置时,所受到的力就使它退回原处,即Y轴是位错e2的稳定平衡位置。处于相互平行的滑移面上的同号刃位错,将力图沿着与柏氏矢量垂直的方向排列起来。这样的位错组态构成小角度晶界,也叫做位错壁(位错墙)。回复过程中多边化后的亚晶界就是由此形成的。两刃位错在X-轴方向上的交互作用(a)同号位错;对于两个异号刃位错,其交互作用力与同号位错相反,位错e2的稳定平衡位置和亚稳定平衡位置对换,即

17、x

18、=

19、y

20、时,为稳定平衡位置。两

21、刃位错在X-轴方向上的交互作用(a)同号位错;(b)异号位错fy是使e2沿y轴攀移的力。当b1、b2同号时,fy与y同号。位错e2在位错e1的滑移面以上时,即y>0,则fy>0,位错将向上攀移;当e2在e1滑移面以下时,fy<0,则e2向下攀移。因此,两同号位错沿y轴方向互相排斥。而异号位错间的fy与y异号,所以沿y轴方向互相吸引。第六节位错的增殖、塞积与交割一.位错的生成晶体中的位错来源:1、晶体生长过程中产生位错。先、后凝固部分点阵常数有差异,形成位错作为过渡;生长着的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间有位相差,它们之间会形成位错;晶粒受

22、力变形而形成位错。2、自高温较快冷却时晶体内存在大量过饱和空位,空位聚集形成位错。3、晶体内部的某些界面出现应力集中现象,使该局部区域发生滑移,在该区域产生位错。二、位错的增殖充分退火的金属:ρ=1010~1012/m2;经剧烈冷变形的金属:ρ=1015~1016/m2。高出4~5个数量级:变形过程中,位错肯定以某种方式不断增殖了。位错源:能增殖位错的地方。位错增殖的机制有多种,其中最重要的是Frank-Read源,简称F-R源。F-R源过程:位错线弯曲和扩展中,b不变,位错线各点性质在变。1点为左螺旋,7点为右螺旋,两点相遇时,彼此抵消

23、,位错线断开成两部分。外面是封闭的位错环,向外扩展到晶体表面,产生一个b的滑移量;而环内的CD在τ和T的作用下变直,回到原始状态。CD重复上述过程,放出大量位错环,造成位错的增殖。启动F-R源所需要的切应力当外加切应力τ作用时,CD上将受到的力有:f=τb:驱动力,使位错向前弯曲。线张力T:T=(1/2)Gb2,使位错变直。平衡时有:fds=2Tsin(dθ/2)ds=rdθ,sin(dθ/2)≈dθ/2平衡半径:r=Gb/2τ使位错弯曲到半径r所需的切应力:τ=Gb/2r半圆时:r最小,τ最大。设CD间的距离为L,rmin=L/2,启动F-

24、R源所需的临界切应力:τmax=Gb/Lfdθ/2dθ/2弗兰克一瑞德位错增殖机制已为实验所证实,人们已在硅、镉、Al-Cu,Al-Mg合金,不锈钢和氯化钾等晶体直

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