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1、第三节 作用在位错上的力及位错的运动,一、作用在位错上的力实际：位错在外加切应力或其他内应力的作用下发生运动或有运动的趋势。假设：位错上作用了一个力F，驱使位错运动，则F必垂直于位错线。,外加切应力为，位错长度为L，柏氏矢量为b，移动距离为ds，已滑移区面积Lds，作用在该区域上的外力为Lds，该区域的滑移量为b，则滑移消耗的功为：W1=Ldsb力F使位错线移动ds所做的功为 ：W2=FdsW1=W2，即：Fds=Ldsb 故有 F=Lb 作用于单位长度位错线的力则为： f =b 此式表明： f 的大小 与和b 成正比。同一位错线上各点b相同，只要切应力均匀地作用在晶体上，则位错线上各处 f
2、力的大小也相同。,f 力的方向：垂直于位错线，指向滑移面的未滑移区。刃位错： f 力与外加切应力的方向一致。螺位错： f 力与外加切应力的方向垂直。 说明：力f 并不是的分力，是位错附近原子实际受到的力，与b 的方向一致； f 只是作用在位错上的假想力，为组态力，不代表原子实际所受的力，也区别于作用在晶体上的力。任意形状位错： f 力的大小仍为b ，方向为位错线上各点的法线方向。,二、位错的运动,位错运动的两种基本形式滑移和攀移。滑移：位错线沿着滑移面的运动。攀移：位错沿着垂直于滑移面的方向运动。刃型位错：既可滑移，也可攀移；螺型位错：只能滑移，不可攀移。,1、位错的滑移,1）刃型位错的滑移原
3、子的移动：在外加切应力作用下，位错中心附近的原子沿切应力方向作少量移动(0时(滑移面以上区域)， (压应力)； y0时(滑移面以下区域)， (拉应力)； y=0时(即在滑移面上)， ，即滑移面上没有正应力，只有切应力，且为最大值。4）各应力分量值与Z值无关，即：与刃位错线平行的直线上各点应力 状态相同。r越大，即离位错中心越 远，各分量值越小。应力场分布见图：该公式也不能用于位错中心区。,二、位错的应变能,位错的应变能：晶体中因位错周围弹性应力场的存在而导致的能量增量。也称为位错的能量。W=W0+WeW0：位错中心的应变能， ，通常予以忽略。We：位错弹性应力场引起的弹性应变能，代表位错的应变
4、能。根据弹性理论，圆柱坐标系中，单位体积内的应变能为,螺位错：只有切应力 和切应变 ，由上式可得而 ， 式中L位错线长度设位错中心区半径为r0，位错应力场作用半径为R，则单位长度螺位错的弹性应变能为,刃位错：,单位长度刃位错的弹性应变能的计算比较复杂，其结果为：当b相同时， 一般金属材料的泊松比=0.30.4，取1/3，则Wee3/2Wes。即刃位错的应变能约为螺位错的1.5倍。,混合位错：混合位错线与其柏氏矢量成角，可分解为刃型分量 和螺型分量 ，则其应变能为式中 ，其值约为0.75 1。,小结：,单位长度位错的能量与其柏氏矢量的模的平方成正比，即：We=Gb2，是与位错类型有关的系数，约为0.51。故柏氏矢量b越小的位错，其能量越低，在晶体中越稳定。一般，r0b2.510-10m，R=10-6m，若取G=40GN/m2，则We2.5nJ/m。,三、位错的线张力,长度为L的位错，其应变能为 W=We L ，WL。若位错线弯曲，能量将增高。为了降低能量，位错线有由曲变直，由长变短的自发倾向，它是位错的一种弹性性质，相似于液体的表面张力，称为位错的线张力，以单位长度位错线的能量表示。曲线位错线张力计算公式：C曲线形状参数，直线位错C=0；k位错类型参数，螺位错k=1，刃位错k=(1- )；直螺位错 直刃位错 可近似取为0.5，则 。,