位错运动,屈服现象与位错运动有什么关系

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屈服现象与位错运动有什么关系

我先po两个公式,有个东西在word上我实在不知道怎么打出来,所以就手写了:

通过公式可知,要提高位错运动速度,就需要较高的应力,塑性变形一旦开始,位错就大量增殖,使可移动位错密度增加,从而使位错运动速率下降,相应的应力也突然降低,从而产生了明显的屈服现象。这就是屈服现象和位错运动的关系

位错的形成、运动和增殖有哪些?

位错的形成 晶体内部位错的发育主要有两种重要的来源,即原生位错和应力感生位错。原生位错是晶体内部固有的,或者说是在晶体结晶时已经形成的位错。晶体内原生位错的大小与密度取决于晶体生长的速度和晶体生长时介质的性质。应力感生位错是晶体遭受应力作用时由于晶格结构的调整而形成的位错。变形晶体所受差应力值大小对于应力感生位错的密度有着重要影响。在一定的变形温度和压力条件下,差应力越大时,产生的应力感生位错密度越大,而较高的温度经常使得应力感生位错重新组织和消失而导致位错密度降低。

位错的运动 位错是晶体内部的缺陷,也是晶体内部的不平衡部位。Meike(1990)研究证明孤立的自由位错具有最大的自由能。在外部应力的持续作用下,或者随着温度的升高,晶体内部位错随着自由能增加而发生运动,并组织起来形成各种不同的位错亚构造。位错运动是位错增殖和形成各种位错亚构造并导致晶体变形的主要途径,其运动与组织的总体趋势是使得晶体内能降低。

位错的运动有两种主要方式,即位错滑移与位错攀移。

位错滑移(dislocation glide)在剪应力作用下,原子发生位错是在包含其伯格斯矢量的平面上运动,位错在晶体内沿滑移面不运动称为位错滑移。由一个结晶学面及该结晶学面(即滑移面)上的某一结晶学方向(即滑移方向)共同构成晶体内部的滑移系。同一晶体内可以有多个不同的结晶学薄弱面和结晶学方向,因此也就可以具有多个不同的滑移系。位错滑移的运动方式类似蠕虫爬行,是沿着滑移逐步传播、移动的。

刃型位错攀移(dislocation climb)位错沿着非结晶学面的运动称为位错攀移(图1-5)。位错的攀移不具有固定的结晶学方向,一般是垂直于滑移面方向。位错攀移的发生往往与位错沿着滑移系滑移的途中遇到大离子障碍有关,此时滑移中的位错必须沿着其他方向运动,同时晶体内部发生晶体结构调整,并由此使得位错得以向具有较低的能态方向发展。位错攀移是一种扩散过程,借助于空位或质点的扩散与运动。

攀移是刃型位错特有的一种运动方式。由于这样的运动,使刃型位错在滑移面上滑移时遇到障碍的情况下,可以通过攀移而越过障碍,为位错运动引入了额外自由度。刃型位错发生攀移需要两个先决条件:①晶体内必须有一定数量空位存在;②要有足够高的温度。

螺型位错的交叉滑移(screw dislocation cross-slip)螺型位错除了沿滑移面滑移之外,还可以发生交叉滑移。所谓交叉滑移是指螺型位错在某一滑移面遇到障碍物时,可以交叉跨越到另一个滑移面的过程(图1-6)。

位错运动的实质是原子的运动。当位错移动一定的原子结点距离时,位错附近原子的移动距离增大,而离位错核部较远的原子不受位错的影响或影响较小,因此使位错发生移动所需要的剪应力要比沿着某一晶面整体滑移所需要的剪应力小得多。

当位错在一个滑移面上滑移时,如果遇到了障碍物(如晶界、杂质等),位错就会被“堵”住而形成位错塞积(dislocation block)(图1-7)。位错塞积可以导致位错密度增加,使晶体强度提高,这是应变硬化的一种重要机制。

位错滑移会导致符号相反的两个刃型位错滑移相遇时抵消(图1-8a)形成完整晶体,而两个符号相同的位错相遇时出现叠加形成空位(图1-8b)。

位错增殖(dislocation multiplication)在晶体变形过程中,位错密度不断增加。同时,晶内的滑移也需要上千个位错的运动才能完成。这些都意味着变形时晶体中的位错在以某种机制增殖。目前,对于位错增殖机制的解释中最常用的是Frank-Read的双轴位错增殖机制,图1-9即为该机制示意图。设位错线BC的两端被钉住,在外部剪应力作用下位错段发生弓弯,由于位错线的曲率、线张力与产生的单位长度位错的向心恢复力的互相作用,一般在曲率R=1/2L(位错线长度BC=L)时达到平衡,位错停止弓弯。不过在外力继续作用下,可以打破这种平衡而使位错继续运动,最后形成位错环。一方面位错环不断扩大,使晶体的滑移部分增大,另一方面原位错线引出线还可以重新增殖。由于从位错线BC处可以不断地产生位错,所以称之为位错源(dislocation sourse),即Frank-Read源。

为什么位错运动会引起蠕变

1、高温蠕变的位错运动理论(位错的攀移)在高温下原子热运动加剧。可以使位错从障碍中解放出来,引起蠕变。位错运动除产生滑移外,位错攀移也能产生宏观上的形变。

2、扩散蠕变理论:把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形式。受拉晶界与受压晶界产生应力造成空位浓度差,质点由高浓度向低浓度扩散,即原子迁移到平行于压应力的晶界,导致晶粒伸长,引起形变。

3、晶界蠕变理论:多晶陶瓷中存在着大量晶界。当晶界位相差大时,可以把晶界看成是非晶体,因此在温度较高时,晶界粘度迅速下降。外力导致晶界粘滞流动,发生蠕变。

割阶和扭折对原位错线的运动有何影响

扭折与原位错在同一滑面上,可随原位错线一起运动,几乎不产生阻力,且扭折在线张力作用下易与消失。

割阶与原位错线不在同一滑移面上,除攀移外割阶一般不能随原位错一起运动,成为位错运动的障碍。

刃型位错的割阶是一可动的刃位错。因为割阶与原位错线的滑移方向一致,能与原位错一起滑移,但其所在的滑移面不一定是晶体的密排面,运动时受到的晶格阻力较大。螺型位错割阶是不可动的刃型位错,因为割阶与原位错线的滑移方向不一致,只能借助攀移被拖曳过去,成为位错运动的障碍。

位错方向就是位错线运动方向吗?还是是柏氏矢量的方向? 求刃型位错方向与位错线关系?与柏氏矢量的关系

位错线方向不是位错线运动方向,位错线方向肯定是沿着位错线的,而位错运动方向肯定是垂直于位错线的。在刃型位错中伯氏矢量方向是与位错线方向垂直的,但是与位错线运动方向是平行的。在螺型位错中,伯氏矢量方向是与位错线方向平行,但是与位错线运动方向垂直。注意,你的用词可能有问题,没有位错方向这么一说,有的是位错线方向和位错线运动方向。

位错对金属材料性能的影响

首先,金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动受到的阻碍较小,则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时,位错的运动是比较复杂的,位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动,从而使材料出现加工硬化。因此,要想增加材料的强度就要通过诸如:细化晶粒(晶粒越细小晶界就越多,晶界对位错的运动具有很强的阻碍作用)、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金属的强度增加。以上增加金属强度的根本原理就是想办法阻碍位错的运动。很长时间没有接触材料学了,生疏了,回答的不全面或不对请见谅。

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