第二章金属的晶体结构特征：缺陷在两个方向上尺寸很小（与点缺陷相似），而第三方向上的尺寸却很大，甚者可以贯穿整个晶体主要是位错（dislocation）：刃型、螺型和混合位错位错（dislocation），其在三维空间两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长。它不像点缺陷那样容易被人接受和理解，人们是从研究晶体的塑性变形中才认识到晶体中存在着位错。1）金属理论强度和位错学说的产生1926年弗兰克(Frank)估算了晶体的理论强度。他假设晶体的原子排列是完整的。在外力作用下，滑移是由上下两层原子的整体刚性切动来实现的，即所谓卡片式的滑移。计算结果，晶体的理论剪切强度应为这个计算值与实验值相差3~4个数量级。1934年，泰勒（GI.Tavlor）、波朗依(MPolanvi),奥罗万(E.Orowan）三人几乎同时提出了晶体中位错的概念。特别是泰勒把位错与晶体塑性变形时的滑移过程联系起来，对弗兰克假设引起的矛盾，作了有力的说明。位错对晶体的强度与断裂等力学性能起着决定性的作用。同时，位错对晶体的扩散与相变等过程也有一定的影响。的##电电购特#车单电务#装#####电#带pao0A80808008010o0Te福LLUat a?EOK.ATE晶体（例如Cu单晶体）作刚性滑移所需的临界切应力值（1540MPa）与实际滑移测定的值（1MPa）相差巨大，表明晶体内部一定存在着很多缺陷（defect），它们使滑移（slip），即塑性变形（plasticdeformation），不需作两个原子面之间的整体移动，在低的应力条件下就能进行，这种内部缺陷就是位错（dislocation）。AI合金TEM位错理论与弗兰克假设的根本区别是，滑移并非上、下两部分晶体作整体性的刚性滑移。P滑移是通过一排排原子、一列列原子、甚至一个个原子的传递式的移动来实现的。位错是滑移传递过程中已滑移部分和未滑移部分的交界线，一根位错线扫过滑移面，滑移面18
第二章 金属的晶体结构 18 特征：缺陷在两个方向上尺寸很小（与点缺陷相似），而第三方向上的尺寸却很大，甚者可以贯穿 整个晶体主要是位错(dislocation）： 刃型、螺型和混合位错 位错（dislocation），其在三维空间两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长。它不像点缺陷那 样容易被人接受和理解，人们是从研究晶体的塑性变形中才认识到晶体中存在着位错。 1）金属理论强度和位错学说的产生 1926 年弗兰克(Frank)估算了晶体的理论强度。他假设晶体的原子排列是完整的。在外力作用下，滑移 是由上下两层原子的整体刚性切动来实现的，即所谓卡片式的滑移。计算结果，晶体的理论剪切强度 应为这个计算值与实验值相差 3~4 个数量级。 1934 年，泰勒(G. I. Taylor)、波朗依(M. Polanyi),奥罗万(E. Orowan )三人几乎同时提出了晶体中位错的 概念。特别是泰勒把位错与晶体塑性变形时的滑移过程联系起来，对弗兰克假设引起的矛盾，作了有 力的说明。 位错对晶体的强度与断裂等力学性能起着决定性的作用。同时，位错对晶体的扩散与相变等过程 也有一定的影响。 晶体（例如 Cu 单晶体）作刚性滑移所需的临界切应力值（1540MPa）与实际滑移测定的值（1MPa） 相 差 巨 大 ， 表 明 晶 体 内 部 一 定 存 在 着 很 多 缺 陷 (defect) ， 它 们 使 滑 移 (slip) ， 即 塑 性 变 形 （plastic deformation）,不需作两个原子面之间的整体移动，在低的应力条件下就能进行，这种内部缺 陷就是位错（dislocation）。 Al 合金 TEM 位错理论与弗兰克假设的根本区别是，滑移并非上、下两部分 晶体作整体性的刚性滑移。p 滑移是通过一排排原子、一列列原子、 甚至一个个原子的传递式的移动来实现的。位错是滑移传递过程中 已滑移部分和未滑移部分的交界线，一根位错线扫过滑移面，滑移面
材料科学基础（A）上讲稿两边的晶体才完成一个原子间距的相对切动。晶体的滑移过程，就表现为位错的运动过程1957年，终于用电子显微镜直接观察到位错的存在及其运动。2）位错的基本类型（1）、刃型位错的定义晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若垂直于滑移方向，则会存在一多余半排原子面，它象一把刀刃插入晶体中，使此处上下两部分晶体产生原子错排，这种晶体缺陷称为刃型位错（edgedislocation）。多余半排原子面在滑移面上方的称正刃型位错，记为“上”：相反，半排原子面在滑移面下方的称负刃型位错，记为"一”。（2）、刃型位错的结构特征有一额外的半原子面，分正和负刃型位错可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直：?只能在同时包含有位错线和滑移失量的滑移平面上滑移：位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变；位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。综合而言，刃形位错具有以下几个重要特征a刃形位错有一个额外半原子面b刃形位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中既有正应变,又有切应变c位错线与晶体滑移的方向垂直，即位错线运动的方向垂直于位错线(3)、螺型位错的定义晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移方向，则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错（screwdislocation)。根据原子旋转方向的不同，螺型位错可分为左螺型和右螺型位错，通常用拇指代表螺旋前进方向，其余四指代表螺旋方向，符合右手法则的称右螺旋位错：符合左手法则的称为左螺旋位错。QA00101oB'OQ-OQBOdOOOQlO0000ee0100co6DC19(a）螺旋位错(b）滑移面上质点排列
材料科学基础（A）上 讲稿 19 两边的晶体才完成一个原子间距的相对切动。 晶体的滑移过程，就表现为位错的运动过程。 1957 年，终于用电子显微镜直接观察到位错的存在及其运动。 2）位错的基本类型 （1）、刃型位错的定义 晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若垂直于 滑移方向，则会存在一多余半排原子面，它象一把刀刃插入晶体中， 使此处上下两部分晶体产生原子错排，这种晶体缺陷称为刃型位错 （edge dislocation）。多余半排原子面在滑移面上方的称正刃型位 错，记为“┻”；相反，半排原子面在滑移面下方的称负刃型位错， 记为“┳” 。 （2）、刃型位错的结构特征 ●有一额外的半原子面，分正和负刃型位错； ●可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线，可是直线也可是折线和曲线，但它们必与滑移方向和滑 移矢量垂直； ●只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移； ●位错周围点阵发生弹性畸变，有切应变，也有正应变； ●位错畸变区只有几个原子间距，是狭长的管道，故是线缺陷。 综合而言，刃形位错具有以下几个重要特征: a 刃形位错有一个额外半原子面; b 刃形位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中既有正应变,又有切应变; c 位错线与晶体滑移的方向垂直,即位错线运动的方向垂直于位错线 (3)、螺型位错的定义 晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移方向，则在该处附近原子平面已扭 曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错（screw dislocation）。 根据原子旋转方向的不同,螺型位错可分为左螺型和右螺型位错,通常用拇指代表螺旋前进方向，其 余四指代表螺旋方向，符合右手法则的称右螺旋位错；符合左手法则的称为左螺旋位错
第二章金属的晶体结构(4)、螺型位错的特征：a螺形位错没有额外半原子面；b螺形位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变C位错线与滑移方向平行位错线运动的方向与位错线垂直（5）混合型位错晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量与位错线成任意角度，这种晶体缺陷称为混合型位错（mixeddislocation）。混合型位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。混合型定向3）柏氏矢量定量描述位错的物理量柏氏矢量的确定①选定位错线的正方向②在含有位错的晶体中，绕位错线沿好区作右旋的闭合回路。③在完整晶体中作同样回路，它必然不能闭合。④从终点连向起点可得。20
第二章 金属的晶体结构 20 (4)、螺型位错的特征: a 螺形位错没有额外半原子面; b 螺形位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道,其中只有切应变,而无正应变; c 位错线与滑移方向平行,位错线运动的方向与位错线垂直. （5) 混合型位错 晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）既不平行也不垂直于滑移方向，即滑移矢量与 位错线成任意角度，这种晶体缺陷称为混合型位错（mixed dislocation）。混合型位错可分解为刃型位 错分量和螺型位错分量，它们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。 3) 柏氏矢量 —— 定量描述位错的物理量 柏氏矢量的确定 ① 选定位错线的正方向 。 ② 在含有位错的晶体中，绕位错线沿好区作右旋的闭合回路。 ③ 在完整晶体中作同样回路，它必然不能闭合。 ④ 从终点连向起点可得
材料科学基础（A）上讲稿由此确定的柏氏矢量与柏氏回路的大小及形状无关，位错运动或形状发生变化时，其柏氏矢量不变。刃型位错的确定螺型位错的确定6x=向上为正刃对刃位错(E1b)x=向下为负刃EAT完整品晶体中回路右旋闭合回路拇指多余半原子面朝向多余原子面、位错线和中指6柏氏失量服从右手定则。实指右手定则3.面缺陷(Interfacial Defects):仅一平面方向上尺寸可与晶体线度比拟的缺陷，如由一系列刃位错排列成一个平面形成的缺陷晶体的外表面（externalsurfaces）及各种内界面，如：一般晶界（grainboundaries）、李晶界（twinboundaries)、亚晶界（sub-boundaries）、相界（phaseboundaries）及层错（stackingfaults）等均属于这一类1.晶界：定义：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界亚晶界<2°小于晶粒对称倾斜晶界（刃型位错）分类小角度晶界<10°扭转晶界（螺型位错）大角度晶界>10°2.堆垛层错：晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷，简称层错3.相界：定义：具有不同晶体结构的两相之间的分界面称为相界【共格界面界面上的原子同时位于两相晶格的结点，共有paE4.体缺陷（VolumeDefects）：各方向尺寸均可与晶体线度比拟的缺陷。如空洞、嵌块等。21
材料科学基础（A）上 讲稿 21 由此确定的柏氏矢量与柏氏回路的大小及形状无关，位错运动或形状发生变化时，其柏氏矢量不 变。 刃型位错的确定 螺型位错的确定 3. 面缺陷 (Interfacial Defects)： 仅一平面方向上尺寸可与晶体线度比拟的缺陷，如由一系列刃位错排列成一个平面形成的缺陷 晶体的外表面(external surfaces)及各种内界面，如：一般晶界(grain boundaries)、孪晶界(twin boundaries)、亚晶界（sub-boundaries）、相界(phase boundaries)及层错(stacking faults)等均属于这一类 4．体缺陷 (Volume Defects)： 各方向尺寸均可与晶体线度比拟的缺陷。如 空洞、嵌块等
第二章金属的晶体结构习题：4、①按晶体的刚球模型，若球的直径不变，当Fe从fcc转变为bcc时，计算其体积膨胀多少？②经x射线衍射测定，在932℃时，α-Fe的a=0.2892nm，y-Fe的a=0.3633nm，计算从y-Fe转变为α-Fe时，其体积膨胀为多少?与①相比，说明其产生差别的原因OA24V641641.242123/3-9%AV-.=16442/2V2.-V2?fccx0.3633=0.1284(nm）40s4.bec×0.2892=0.1251（nm）a4411(0.2892)3X(0.3633)*4AVy-.=0.87%(0.3633)4产生差别的原因：晶体结构不同，原子半径大小也不同；晶体结构中原子配位数降低时，原子半径收缩。22
第二章 金属的晶体结构 22 习题：