空位与位错在一定条件下可以互相转化
03.05.2020
.
10
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
2．位错与空位的交互作用
空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上， 使位错线产生割阶
空位被吸引到刃型位错上产生割阶
03.05.2020
.
11
.
15
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
带割阶的螺位错运动
a无应力下的直位错 b外加切应力后位错在滑移面弯曲
c位错运动在割阶后留下一串空位
03.05.2020
.
16
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
• PP′可随AB滑移，但有阻 碍
• 位错CD上交截线段QQ‘与b2 垂直，为扭折，在线张力下 可被拉直
(a) 交截前; (b) 交截后
03.05.2020
.
24
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
两根螺型位错的交截
值得注意的一种，如图所示
螺错L1向右运动，遇到与之垂直的 螺错L2发生交截
用柯氏气团可解释合金中出现应变时效和屈服现象
03.05.2020
.
5
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
铃木气团
• 溶质原子与扩展位错之间会发生化学交互作用，产生铃木 气团
• 由于扩展位错的层错区具有与周围基体不同的晶体结构（如fcc中层错 区属hcp），为保持热力学平衡，溶质原子在层错区浓度与在基体中 浓度不同，有的原子偏聚于层错区，减小表面能，使层错区宽度d增 大，不易于束集，难于交滑移，从而提高合金强度，这种由化学交互 作用而产生溶质原子在层错区偏聚，构成了“铃木气团”
• 间隙原子分布于α－Fe的（1/2,0,0） （0,1/2, 0） （ 0,0,1/2）间隙位置
• 在应力作用下，三个间隙位置的原子应 变能不同，从应变能大的位置跳到应变 能小的位置，即斯诺克效应
03.05.2020
.
7
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
• 与科垂耳气团比较 • 1）铃木气团与温度无关 • 2）铃木气团与位错类型无关
03.05.2020
.
6
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
斯诺克气团
• 体心立方晶体中间隙原子如C、N 等与螺位错切应力场发生的交互 作用
• C、N原子使得α－Fe产生四方畸变
03.05.2020
.
9
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
2．位错与空位的交互作用
• 空位也会引起点阵畸变，空位与位错也会发生交互作用 • 空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，降低位错的应 变能，使位错发生攀移 • 这一交互作用在高温下显得十分重要，因为空位浓度 随温度升高而上升
03.05.2020
.
21
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错交截
• 是否产生结果由位错线与另外的位错的柏矢矢量决定，若 平行，无交截结果，垂直时才有交截结果
• 交截后位错线段的刃型、螺型性质取决于该位错线段与本 身位错线柏矢矢量的关系
• 交截结果是割阶或扭折取决于该位错线段与本身位错滑移 平面的关系
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
空位盘转化成位错环
金属从高温急冷所固定下来的过饱和空位可以聚集成空位盘
盘的尺寸达到几十个原子间 距时，不稳定而发生崩 塌，在四周形成一个刃 型位错环
位错环的滑移面是一个环柱 面，由于柏氏矢量垂直 于环面，在位错环所处 的平面上位错只攀移， 这种位错称为“棱柱位 错”
位错与空位的化学交互作用
• 置换式固溶体中溶质原子与层错化学交互作用，形成铃木 （Suzuki）气团
• 比弹性交互作用小1－2个数量级 • 由于堆剁层错作用，很难靠热起伏摆脱溶质原子束缚，有
好的高温稳定性，特别是Cottrell气团消失后作用显著 • 钉扎与位错类型无关，刃位错、螺位错钉扎强弱程度一样
两柏氏矢量互相垂直的刃型位错交截 (a) 交截前；(b) 交截后
03.05.2020
.
23
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
刃型位错与螺型位错交截
• 交截后，AB被分割成位于相 邻两平行平面内的两段位错
• 中间由刃型割阶PP′相连
• PP′长度与b2相等 • PP′柏氏矢量仍为b1
03.05.2020
.
19
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错线互相垂直刃型位错的交截
AB，xy两根相互垂直的刃型位错线，b1// b2 交截后各产生PP′和QQ′的折线，它们均位于原来两个滑移面上，同属螺型性质，
为“扭折” 在运动过程中，这种折线在线张力的作用下可能被拉长而消失
03.05.2020
.
27
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
两根螺型位错的交截
在外力足够大且温度比较高，并且此割阶长度足够小（1~2 个原子间距），此割阶可以通过攀移与主位错一道运动， 并在割阶后面留下一连串空位
.
2
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错与溶质原子的交互作用
所有溶质原子均可在刃型位错周围找到合适的位置 正刃型位错
下方原子受到拉应力，原子半径较大的置换型溶质原子和间隙原子位于位错滑 移面下方（即晶格受拉区）可以降低位错的应变能 小原子半径的间隙型溶质原子位于滑称面上方（晶格受压区）可以降低位错应 变能，使体系处于较低的能量状态
03.05.2020
.
22
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
两根相互垂直的刃型位错线交截
b1⊥b2
xy位错线与不动的AB位错
交截后，AB产生一个长度
与PPb′折1相线等位的于刃P型xy割滑阶移P面P上′，，
是可动的，随AB沿着b 指方向移动
2所
b2与xy平行，xy不产生折线
割阶通过攀移随主位错线移动产生空位
03.05.2020
.
13
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
异号刃型位错互毁后产生空位
互毁时其中任一位错线必须每隔一定距离相对攀移一个原子间距 是产生空位的常见机制
03.05.2020
.
14
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
溶质原子与位错的交互作用
03.05.2020
.
3
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错与溶质原子的交互作用
• 至于溶质原子能否移至理想的位置，则取决于溶 质原子的扩散能力
• 溶质原子分布于位错周围使位错的应变能下降， 位错的稳定性增加，晶体强度提高
.
25
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
螺型位错和螺型位错的交割
AB的滑移面一定，由外力决定，所以P’P是刃型位错割阶，而Q’Q不是， 会消失
03.05.2020
.
26
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错偶
• 割阶高度在几个原子间距到20nm之间，位错不能拖着割阶运动 • 在外力作用下，若割阶间的位错线发生弯曲，且在上下两个滑移面和割阶相连
接的位错线是异号刃型位错时，这对异号刃型位错相互吸引而平行排列起来， 形成位错偶 • 位错偶经常断开而留下一个长的位错环，原位错线仍回复原来带割阶的状态， 形成的长形位错环又可分裂成小的位错环，也是形成位错环机制之一
位错与空位的电学交互作用
• 刃位错压缩区原子间距小，电子密度增大，电子能量增大， 刃位错膨胀区原子间距大，电子密度小，电子能量小 • 压缩区电子流向膨胀区，压缩区带正电，膨胀区带负电， 形成电偶极子 • 高价原子进入膨胀区，低价原子进入压缩区
• 作用力为弹性交互作用的1/5
03.05.2020
.
8
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
2.6 位错与晶体缺陷的相互作用
1．位错与溶质原子的交互作用
点缺陷在晶体中会引起点阵畸变，产生的应 力场可与位错产生交互作用
弹性的、化学的、电学的、几何的四种交互作用 弹性作用为最重要
03.05.2020
.
1
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
03.05.2020
(a)空位凝聚成盘；(b)空位盘崩塌成位错环； (c)纯铝(650℃淬火)中的位错环
.
12
吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
位错与空位的交互作用---位错在运动过程中产生空位