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1、1.10 位错的增殖与塞积,从直观上看，位错在塑性变形中要不断地逸出晶体表面，使晶体中位错密度不断减少，然而事实恰恰相反。 经剧烈变形后的金属晶体，其位错密度可增加45个数量级，这种现象充分说明晶体在变形过程中位错在不断地增殖。所以，位错的增殖机制是位错理论中一个很重要的问题。,位错的滑移,塑性变形位错：增殖、塞积、交割,位错的数量逐渐增加,金属晶须：按照同样的方向和部位排列，构成了一种完全没有任何缺陷的理想晶体；直径一般为几微米到 几十微米。,位错线与位错缠结(TEM)不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2),晶体中的位错往往互相缠结形成位错网络。在位错网络结点A、B上，位错线张力平衡
2、，位错处于力学平衡状态。,位错缠结,（b）,（a）,1.位错的增殖Frank-Reed Source FR源的形核,位错的增殖机制有许多种，其中一种主要方式是弗兰克-瑞德（Frank-Read）位错源。,(a) 双轴位错增殖过程,Frank-Read增殖机制弗兰克（Frank F.C.）-瑞德（Read W.T.）,A、B两点固定不动,Prof. C.Frank1911-1998British physicist,FR源的开动条件： 推动力（外力） 位错运动点阵摩擦力和障碍物阻力。 当外力作用在两端不能自由运动的位错上时，位错将发生弯曲。,Si 单晶中的F-R源,若某一滑移面上有一段刃型位错A
3、B，它的两端被位错网节点钉住，不能运动。现沿位错的柏氏矢量方向加切应力，使位错沿滑移面向前进行滑移运动。但由于AB两端固定，所以只能使位错线发生弯曲。 单位长度位错线所受的滑移力总是与位错线本身垂直，所以弯曲后的位错线每一小段继续受到该力的作用，会沿它的法线方向向外扩展，其两端则分别绕节点A，B发生回转。,两端弯出来的线段相互靠近时，由于两线段平行于柏氏矢量，但位错线方向相反，分别属于左螺型位错和右螺型位错，它们互相抵消，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲的位错线。只要外加切应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络
4、绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖。,(b) 单轴位错增殖过程,位错一端固定不动。当滑移面上受到切应力时，位错绕固定点旋转。位错每旋转一圈，也就是位错线扫过滑移面一次，使晶体沿柏氏矢量方向产生一个原子间距的位移。,2.双交滑移增殖机制,螺型位错经双交滑移后可形成刃型割阶，由于此割阶不在原位错的滑移面上，因此它不能随原位错线一起向前运动，即对原位错产生钉扎作用，并使原位错在滑移面上滑移时成为一个弗兰克一瑞德源。,F-R源开动时，位错弯曲的最小曲率半径是L/2，因位错张力而受的向心力F=2/L Gb2/L ，所以开动F-R源的最小分切应力约为Gb/L。一般L约为1m，b约为0.1nm，故开
5、动F-R源的分切应力约为10-4G 。这个值接近晶体的屈服应力。,2.位错的塞积,当位错在滑移过程中遇到沉淀相、晶界等障碍物时，可能被阻挡停止运动，并使由同一位错源增殖的后续位错发生塞积。塞积使障碍处产生了应力集中。,滑移面上的障碍物（晶界等）阻碍位错运动，使同一个位错源发出的同号位错先后被障碍物阻塞，形成位错塞积群。,障碍物可以是晶界、杂质粒子、固定位错等。,整个塞积群对位错源有一反作用力。当塞积位错的数目达到n时，这种反作用力与外加切应力可能达到平衡。此时，位错源则会关闭；要想继续滑移，就必须增大外力，这是应变硬化的机制之一。,不锈钢中晶界前塞积的位错,高锰钢中位错被堵塞在晶界附近,Cu-
6、4Ti合金中位错被堵塞在晶界附近,位错源发出的位错向前运动时，一方面受驱使它向前移动的力，另一方面受到前方塞积群对它的排斥力。 在位错塞积群中，位错间的距离由领先位错开始依次向后越来越大,即位错的排列由领头位错开始依次向后越来越疏。 位错塞积群中的位错个数n正比于外加切应力0。和位错源至障碍物间的距离L。当L一定时，晶体滑移面受0作用，位错源不断放出位错，使塞积群中的位错数目逐渐增多。当位错达到一定数目时，塞积群便可以抑制位错源继续向外放出位错。,塞积群不仅对位错源有抑制作用，而且对障碍物也有作用。位错塞积群对障碍物的作用力是外加切应力的n倍。塞积群中的位错数目越多，塞积群对障碍物的作用力越大。领先位错的前端会产生很大的应力集中。这种强大的应力集中可以使塞积群中的螺型位错通过交滑移而越过障碍物，也会使领先位错前端的相邻晶粒内的位错源开动。应力集中大到一定程度时，甚至可以把障碍物摧毁。,位错塞积的结果,位错切过障碍物：当障碍物强度较低时，运动的位错可能将障碍物切开。,位错绕过障碍物：当障碍物强度较高时，运动的位错可能绕过障碍物，并在障碍物外留下位错环。,应用：沉淀强化,如果塞积既不能使位错切过又不能绕过障碍物，就会产生加工硬化，即位错的运动阻力增大。如要继续滑移，就必须增加应力。第二相粒子作为位错运动的障碍使材料的流变应力增加称为沉淀强化。,
