材料微观结构第五章位错和层错的电子衍射衬度分析3.ppt

QuestionsQuestions1.出现位错双像的两个原因是什么？2.给出右图所示四种情况下的操作反射g和偏离参量s的正负3.观察不全位错时，gb的值为多少时可以观察到较佳的衬度？5.2.5 几种典型位错组态分析示例1. Frank-Read位错源发出的位错环2. 位错塞积3. 位错网络的形成4. 位错的攀移，割阶和弯结5. 面角位错位错的增殖l一条滑移带(100200nm)是成千根位错(0.1nm)滑出晶体的贡献.l严重冷加工金属塑性形变过程中,位错在不断增加,甚至可以达到10111012cm-2的数量级.l说明晶体中一定存在着某种使位错不断增殖的源. Frank-Read位错源就是一种常见的位错源.Frank-Read Source: is an extension to their first model. Consider the dislocation line DD on the slip plane (as paper) in Fig. (a)Fig. (c) as line continues to expand, dislocation becomes unstable;Held by barrierbApplied shear(a)DD(b)DD(c)mnDDFig. (e) Since m and n, which move in opposite directions under the same stress, have the same Burgers vector but opposite line sense, they can annihilate and generate a large outer loop, continue to expand, and regenerate DD.(d)m nDD(e)DDFig. (b) dislocation line bows out upon loading;Fig. (d) dislocation can expand further and segments m and n are about to annihilate on meeting.l上述发射位错环的过程可以继续下去,围绕原位错形成许多位错环,如图(f).l这些位错不断扩展,直至抵达上下试样表面,在截取试样时,便可得到图(g)所示的两种情况:一是完整的半个环,如”L”; 二是变成相对环抱的两个弧段,如”PP”.交滑移也可以使位错增殖l图中白色平面为面心立方的三个(1-10)面,它们是主滑移面,彼此平行.阴影的两个平面(O,K)为与主滑移面相交的交滑移面.lAB为位错源,由它产生一系列位错环,最外的位错环的一段到达界面C,D处发生交滑移,沿O面滑移至平行的第二个(1-10)上面,在E,F两点被割阶所钉扎,于是在此滑移面上,重复刚刚发生的过程.l交滑移割阶钉扎发射位错,周而复始.2. 位错塞积(Pile-up)l在切应力作用下,由位错源产生的位错沿滑移面作定向运动,遇到障碍物时,它们被阻止并塞积在障碍物前,称为位错塞积.l常见的障碍物为:晶界,第二相质点或其它缺陷.l先行的位错对后来的位错有一斥力,整个塞积群对位错源也有反作用力,塞积群中位错数目越多,这种作用于源的反作用力也越大,直至阻止源继续发射位错.l塞积列中的位错数n与滑移方向的分切应力0和源与障碍物间的距离L有如下关系:式中,k为与位错性质有关的系数.对螺位错k=1;对刃位错k=1-v,v为泊松比,G是晶体切变模量,b是柏氏矢量的模.l塞积群中的各个位错既受外加应力0的作用,也受到其前后位错应力场的作用,随它在列中的位置而异,即各位错的受力状态是不同的.设从障碍物一端算起第i个位错遇到障碍物的距离为xi,则有: 列中位错的分布是不均匀的,越靠近障碍物越密.塞积列中的最前端领先位错承受着很大的应力集中,分析指出,其数值为外切应力0的n倍.后果：l随着塞积群中位错数目n的增加,应力集中也不断加大.达到一定程度时,塞积群的某些位错的螺型分量,可以越过障碍发生交滑移交滑移;l更多的情况是在障碍物处萌生微裂纹造成破坏,在形变的持续作用下,可使微裂纹长大超过临界尺寸,引发宏观破坏宏观破坏. .3. 另一种情况是引发塞积处相邻晶粒位错源的开动位错源的开动,发射新的位错,如图(a)的P处.l我们发现，观察到的位错列并非一定出于同一滑移面，见照片3和75。

l为了更好地利用位错塞积这一微观结构参数描述和材料强化有关的问题，我们建议引入单个滑移面平均位错列密度t的概念，以和表面位错列密度s区别，它们的关系是n为有塞积位错的平行滑移面数3.位错网络的形成l设想FCC晶体中有相交平面A和B，A上有位错塞积群，其b为DC，B上有螺位错，b=CB，它们相交截时二者相差120，应产生下述反应，反应的产物是柏氏矢量为DB的位错：由线张力作用，为维持结点处的平衡，最终将形成图c的状态可以设想，若B平面不是一个平面，而是一组平面，即与A面位错列发生反应的是CB位错列，其结果将是如图d的六角位错网络4位错的攀移、割阶和弯结l高温下，刃型位错可以借助于攀移而离开滑移面通常把刃型位错垂直于滑移面的运动称为攀移由于不可能实现半原子面的整体向上或下攀移，只能在位错的某些区段先形成割阶，如图a,b，然后借助于空位向割阶处扩散（等同于割阶处的原子扩散离开割阶），使多余半原子面缓慢向上收缩攀移一个原子间距称为正攀移，如图a，反之，空位扩散离开割阶（等同于原子扩散到割阶处），半原子面通过割阶运动向下伸长一个原子间距，称为负攀移，如图b两种攀移都受空位和原子扩散过程的控制范性形变中位错间的交割和位错在障碍物前受阻，都可能形成割阶。

实验表明，在充分退火的晶体中也普遍存在着割阶位错攀移激活能l由割阶形成激活能和空位扩散激活能两部分组成可以不考虑割阶形成以前的激活能，近似认为攀移激活能等于空位激活能对-Fe，空位激活能为2.5eV，室温下，kT=0.026eV可见常温下使位错仅靠热激活而实现攀移是不可能的一般情况下攀移是材料在高温下工作的重要过程（如蠕变与回复）合金在塑性变形后，位错无规则地分布在滑移面上，将合金加热到一定温度，其中的刃位错将通过攀移离开滑移面它们之间发生交互作用，沿纵向排列起来，实现“多边化”，形成亚晶同时也使形变内应力得到消除或部分消除l和刃位错不同，螺位错的柏氏矢量平行于位错线，无半原子面，因此不能攀移，但可发生交滑移此外，混合位错上的小刃型分量或割阶，也可以提供开始攀移的位置l由空位片上下的原子面崩塌而形成的空位环是纯刃位错高温回复处理时，若观察到这些位错逐步收缩，直至消失，则可肯定热回复已使这些位错环发生了攀移l由上述讨论可知，割阶是位错线上的一种台阶，如图a,b,e,f移动它们可以使位错由一个滑移面提升或下降到另一与前一滑移面平行的原子面l还有一类台阶，其弯折部分不是垂直于滑移面，而是位于滑移面上，如图c,d,称之为弯结。

l割阶和弯结的差异相同：都具有与所在位错线相同的柏氏矢量，因而对于它们的保守运动和非保守运动而言，一般规律也是适用的不同：弯结的滑移面和所在位错的滑移面相同，故弯结不会阻碍位错线的滑移，且有助于滑动同理，刃位错的割阶（图a,e）也不会影响滑移但是，螺位错的割阶（图f)具有刃位错的特征，只能沿该位错线滑动，垂直于柏氏矢量方向的运动，则要借助于攀移如螺位错在滑移同时，又发生割阶攀移，则后者将阻碍螺位错的滑移，并导致滑移过程中产生点缺陷5.面角位错(Lomer Cottrell dislocation)又称LC位错或LC锁，是面心立方金属中的一种由两个相交111滑移面上的位错发生反应的产物，它对于材料加工硬化起着十分重要的作用其产生的机制如图510(a),(b)所示图a上，1（111）和2（111）二者均为FCC的滑移面，它们相交于BC，如图a,b所示l设1和2上分别有位错L1，L2，其柏氏矢量分别为DC1/2011, CA=1/210-1低层错能时， L1，L2分别在1和2上作如下分解：l分解的结果是在1和2上留下F1和F2，如图510（c），在切应力作用下， F1和F2相向运动l它们的领先位错C和C最终相遇在交线BC处，形成新位错 1/6110（如图510（d），它们正好是1和2交汇处，称为面角位错或LC锁。

这个反应是：l面角位错1/6110的滑移面是（100），是刃位错它与1和2面上的另外两个不全位错A和D相连，组成一个三角层错带 ，如图（510）（d)LC位错的特点是：它既不能在原来的1和2上运动，且由于被1和2上两个不全位错A和D拖住，也无法在自己的滑移面（100）上运动，成了一个“死”位错故又称“不动位错”或LC锁由于FCC金属中111面相交的可能组合有6种，故形变时形成LC锁时的机会还是很多的。