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1、第第3 3章章 位错的运动与交割位错的运动与交割3.1 3.1 位错的运动位错的运动3.2 3.2 运动位错的交割运动位错的交割3.3 3.3 位错的增殖位错的增殖 3.1 位错的运动位错的运动(Dislocation Movement)3.1.1 刃型位错的滑移刃型位错的滑移(Slip)运动运动图图3.1 刃型位错滑移的示意图刃型位错滑移的示意图（a）滑移时周围原子的位移；）滑移时周围原子的位移；（b）滑移过程）滑移过程 图为刃型位错的移动过程。在外加切应力图为刃型位错的移动过程。在外加切应力图为刃型位错的移动过程。在外加切应力图为刃型位错的移动过程。在外加切应力 的作用下的作用下的作用下的
2、作用下位错中心附近的原子由位错中心附近的原子由位错中心附近的原子由位错中心附近的原子由“”“”位置移动小于一个原子间位置移动小于一个原子间位置移动小于一个原子间位置移动小于一个原子间距的距离到达距的距离到达距的距离到达距的距离到达“”“”的位置，使位错在滑移面上向左移动的位置，使位错在滑移面上向左移动的位置，使位错在滑移面上向左移动的位置，使位错在滑移面上向左移动了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向了一个原子间距。如果切应力继续作用，位错将继续向左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶
3、体时，左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶体时，左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶体时，左逐步移动。当位错线沿滑移面滑移通过整个晶体时，就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢就会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图（量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图（量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图（量大小的台阶，即造成了晶体的塑性变形，如图（b b）所）所）所）所示。示。示。示。在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线
4、在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线在滑移时，刃型位错的运动方向始终垂直于位错线而平行于柏氏矢量。而平行于柏氏矢量。而平行于柏氏矢量。而平行于柏氏矢量。刃型位错的滑移面刃型位错的滑移面刃型位错的滑移面刃型位错的滑移面是由位错线与柏是由位错线与柏是由位错线与柏是由位错线与柏氏矢量所构成的平面，且氏矢量所构成的平面，且氏矢量所构成的平面，且氏矢量所构成的平面，且是惟一的是惟一的是惟一的是惟一的。在相同外加切应力的作用下，在相同外加切应力的作用下，在相同外加切应力的作用下，在相同外加切应力的作用下，正、负刃型位错的运正、负刃型位错的运正、负刃型位错
5、的运正、负刃型位错的运动方向相反动方向相反动方向相反动方向相反，但，但，但，但产生的变形却完全相同产生的变形却完全相同产生的变形却完全相同产生的变形却完全相同。图图3.3 螺型位错滑移的示意图螺型位错滑移的示意图（a）原始位置；（）原始位置；（b）位错向左移动了一个原子间距；（）位错向左移动了一个原子间距；（c）滑移过程）滑移过程3.1.2 3.1.2 螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动螺型位错及混合型位错的滑移运动 图（图（a）表示螺型位错运动时，位错线周围原子的移动情况，）表示螺型位错运动时，位错线周围原子的移动情况，当位错线沿滑移面
6、滑过整个晶体时，同样会在晶体表面沿柏氏当位错线沿滑移面滑过整个晶体时，同样会在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量的台阶，见图（矢量方向产生宽度为一个柏氏矢量的台阶，见图（b）所示。）所示。在在在在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直直直直，其滑移过程见图（其滑移过程见图（c）所示。）所示。混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的右混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的右混合型
7、位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的右混合型位错的移动运动如图所示。根据确定位错线运动方向的右手法则，即以手法则，即以手法则，即以手法则，即以拇指拇指拇指拇指代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量代表沿着柏氏矢量b b移动的那部分晶体移动的那部分晶体移动的那部分晶体移动的那部分晶体，食指食指食指食指代表代表代表代表位错线方向位错线方向位错线方向位错线方向，则，则，则，则中指中指中指中指就表示就表示就表示就表示位错线移动方向位错线移动方向位错线移动方向位错线移动方向，该混合位错在外加切，该混合位错在外加切，该混合位错在外加切，该混合位错在外加切应力应力应力应力 作用下，将作
8、用下，将作用下，将作用下，将沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展沿其各点的法线方向在滑移面上向外扩展，最终使，最终使，最终使，最终使上下两块晶体沿柏氏矢量方向上下两块晶体沿柏氏矢量方向上下两块晶体沿柏氏矢量方向上下两块晶体沿柏氏矢量方向移动一个移动一个移动一个移动一个b b大小的距离大小的距离大小的距离大小的距离。图图图图3.4 3.4 混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程混合型位错的滑移过程 通过上述分析可知，不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏通过上述分析可知，不同类型位错的滑移方向与外加切应
9、力和柏通过上述分析可知，不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏通过上述分析可知，不同类型位错的滑移方向与外加切应力和柏氏矢量的方向不同，如图所示。氏矢量的方向不同，如图所示。氏矢量的方向不同，如图所示。氏矢量的方向不同，如图所示。刃型位错的滑移方向与外加切应力刃型位错的滑移方向与外加切应力刃型位错的滑移方向与外加切应力刃型位错的滑移方向与外加切应力 及及及及柏氏矢量一致柏氏矢量一致柏氏矢量一致柏氏矢量一致，正、负刃型位错方向相反；，正、负刃型位错方向相反；，正、负刃型位错方向相反；，正、负刃型位错方向相反；螺型位错的滑移方向与外螺型位错的滑移方向与外螺型位错的滑移方向与外螺型位错的滑移方向与外
10、加切应力加切应力加切应力加切应力 及柏氏矢量垂直及柏氏矢量垂直及柏氏矢量垂直及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错方向相反；，左、右螺型位错方向相反；，左、右螺型位错方向相反；，左、右螺型位错方向相反；混合型位错的混合型位错的混合型位错的混合型位错的滑移方向与外加切应力滑移方向与外加切应力滑移方向与外加切应力滑移方向与外加切应力 及柏氏矢量成一定角度及柏氏矢量成一定角度及柏氏矢量成一定角度及柏氏矢量成一定角度，晶体的滑移方向与外晶体的滑移方向与外晶体的滑移方向与外晶体的滑移方向与外加切应力加切应力加切应力加切应力 及柏氏矢量相一致及柏氏矢量相一致及柏氏矢量相一致及柏氏矢量相一致。图图3.5 位错的滑移
11、方向与外加切应力位错的滑移方向与外加切应力及柏氏矢量的关系及柏氏矢量的关系（a）刃型位错；（）刃型位错；（b）螺型位错；（）螺型位错；（c）混合型位错）混合型位错 刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为称为称为称为攀移攀移攀移攀移。通常把多余。通常把多余。通常把多余。通常把多余半原子面半原子面半原子面半原子面向上运动向上运动向上运动向上运动称为称为称为称为正攀移正攀移正攀移正攀移，向下运动向下运动向下运动向下运动称为称为称为称为负攀移负攀移负攀移负攀移，如图所示。，如图所示。，如图所示。，如图所示。刃
12、型位错的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可刃型位错的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可刃型位错的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可刃型位错的攀移相当于多余半原子面的伸长或缩短，可通过物质通过物质通过物质通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现迁移即原子或空位的扩散来实现迁移即原子或空位的扩散来实现迁移即原子或空位的扩散来实现。螺型位错螺型位错螺型位错螺型位错没有多余的半原子面，没有多余的半原子面，没有多余的半原子面，没有多余的半原子面，因此因此因此因此不会发生攀移不会发生攀移不会发生攀移不会发生攀移运动。运动。运动。运动。3.1.3 刃型位错的攀移刃型位错的攀移(Climb)运动运动图
13、图3.6 刃型位错的攀移运动示意图刃型位错的攀移运动示意图（a）未攀移的位错；（）未攀移的位错；（b）空位引起的正攀移；（）空位引起的正攀移；（c）间隙原子引起的负攀移）间隙原子引起的负攀移 位错攀移需要热激活，较滑移所需的能量更大，所以位错攀移需要热激活，较滑移所需的能量更大，所以位错攀移需要热激活，较滑移所需的能量更大，所以位错攀移需要热激活，较滑移所需的能量更大，所以对大多数材料，在室温下很难进行位错的攀移，而在较高对大多数材料，在室温下很难进行位错的攀移，而在较高对大多数材料，在室温下很难进行位错的攀移，而在较高对大多数材料，在室温下很难进行位错的攀移，而在较高温度下，攀移较易实现。温
14、度下，攀移较易实现。温度下，攀移较易实现。温度下，攀移较易实现。如图所示，设刃型位错向上攀移如图所示，设刃型位错向上攀移如图所示，设刃型位错向上攀移如图所示，设刃型位错向上攀移dldl距离，位错线方向垂直板面向外。距离，位错线方向垂直板面向外。距离，位错线方向垂直板面向外。距离，位错线方向垂直板面向外。攀移时产生的体积变化为：攀移时产生的体积变化为：攀移时产生的体积变化为：攀移时产生的体积变化为：图图3.7 刃型位错的攀移刃型位错的攀移 A 位错攀移的阻力位错攀移的阻力(Resistance Force)其值为其值为正表示材料增加正表示材料增加，为，为负表负表示材料减少示材料减少。对于。对于单
15、位长度位错单位长度位错线的体积变化线的体积变化为：为：令一个原子或一个空位的体积为令一个原子或一个空位的体积为 ，则产生体积变，则产生体积变化化 需要的空位数需要的空位数需要的空位数需要的空位数为：为：假设形成一个空位所需能量为假设形成一个空位所需能量为u1，则刃型位错向上，则刃型位错向上攀移攀移dl距离，距离，形成形成形成形成dNdN个空位所需的能量个空位所需的能量个空位所需的能量个空位所需的能量为：为：故故位错攀移的阻力位错攀移的阻力位错攀移的阻力位错攀移的阻力为：为：因因u1很高，表明攀移是很困难的。很高，表明攀移是很困难的。B B 位错攀移的驱动力位错攀移的驱动力位错攀移的驱动力位错攀
16、移的驱动力(Driving Force)(Driving Force)攀移运动虽然困难，但还是能够进行的。攀移运动虽然困难，但还是能够进行的。攀移运动虽然困难，但还是能够进行的。攀移运动虽然困难，但还是能够进行的。那么那么那么那么驱动力是什么呢？驱动力是什么呢？驱动力是什么呢？驱动力是什么呢？这必须了解攀移运动的这必须了解攀移运动的这必须了解攀移运动的这必须了解攀移运动的特点。特点。特点。特点。攀移运动要通过原子的迁移，要引起体攀移运动要通过原子的迁移，要引起体攀移运动要通过原子的迁移，要引起体攀移运动要通过原子的迁移，要引起体积变化，而体积变化可由外加正应力和空位或积变化，而体积变化可由外加
17、正应力和空位或积变化，而体积变化可由外加正应力和空位或积变化，而体积变化可由外加正应力和空位或间隙原子的聚集产生间隙原子的聚集产生间隙原子的聚集产生间隙原子的聚集产生。因此攀移的驱动力可分。因此攀移的驱动力可分。因此攀移的驱动力可分。因此攀移的驱动力可分为为弹性攀移力和渗透力弹性攀移力和渗透力弹性攀移力和渗透力弹性攀移力和渗透力。（1）弹性攀移力）弹性攀移力(Climbing Force)如图所示，由（如图所示，由（2-38）式得：）式得：式中式中 Fy沿沿y方向垂直滑移面的作用力；方向垂直滑移面的作用力；b 位错强度；位错强度；xx与与b平行的正应力分量；平行的正应力分量；负号表示如果负号表
18、示如果负号表示如果负号表示如果 xxxx为拉应力，则体积增加，向下攀移，为拉应力，则体积增加，向下攀移，为拉应力，则体积增加，向下攀移，为拉应力，则体积增加，向下攀移，F Fy y指向下；如果指向下；如果指向下；如果指向下；如果 xxxx为压应力，则向上攀移，为压应力，则向上攀移，为压应力，则向上攀移，为压应力，则向上攀移，F Fy y指向上指向上指向上指向上。图图3.8 位错所受的弹性攀移力位错所受的弹性攀移力 晶体中的过饱和空位或间隙原子，它们将向位错线附晶体中的过饱和空位或间隙原子，它们将向位错线附晶体中的过饱和空位或间隙原子，它们将向位错线附晶体中的过饱和空位或间隙原子，它们将向位错线
19、附近渗透，而聚集在位错线上，使位错线向上或向下攀移近渗透，而聚集在位错线上，使位错线向上或向下攀移近渗透，而聚集在位错线上，使位错线向上或向下攀移近渗透，而聚集在位错线上，使位错线向上或向下攀移，这种力称为这种力称为渗透力渗透力渗透力渗透力，它与空位或间隙原子的过饱和度，它与空位或间隙原子的过饱和度(Degree Of Supersaturation)有关。有关。假设在某一温度下，晶体中空位的平衡浓度为假设在某一温度下，晶体中空位的平衡浓度为C0，而实，而实际浓度为际浓度为C（晶体中空位数（晶体中空位数n与原子总数与原子总数N的比值），且的比值），且C大大于于C0，这就相当于空位形成能在位错附
20、近由，这就相当于空位形成能在位错附近由u1降为降为u1，也，也就是攀移的阻力由就是攀移的阻力由 降为降为 ，这个，这个降低的阻力就是驱动力降低的阻力就是驱动力降低的阻力就是驱动力降低的阻力就是驱动力，并并称为渗透力称为渗透力称为渗透力称为渗透力，用，用Fs表示。表示。（2）渗透力）渗透力(Penetrability)已知：已知：（n为肖特基缺陷浓度），则平衡浓度为肖特基缺陷浓度），则平衡浓度同理可得：同理可得：两式取对数相减：两式取对数相减：所以所以 （3-1）从上述分析可知，从上述分析可知，x x方向的正应力和渗透力方向的正应力和渗透力方向的正应力和渗透力方向的正应力和渗透力为位错攀移的驱动
21、力为位错攀移的驱动力为位错攀移的驱动力为位错攀移的驱动力；而且；而且温度越高，空位过饱温度越高，空位过饱温度越高，空位过饱温度越高，空位过饱和度越大，渗透力和度越大，渗透力和度越大，渗透力和度越大，渗透力F Fs s越大越大越大越大，这表明温度越高并存，这表明温度越高并存在过饱和空位时，刃型位错易于产生攀移运动。在过饱和空位时，刃型位错易于产生攀移运动。3.1.4 3.1.4 螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移(Cross Slip)(Cross Slip)对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，为
22、其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动当某一螺型位错在原滑移面上运动当某一螺型位错在原滑移面上运动当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移面上去继续滑移面上去继续滑移面上去继续滑移，这一过程称为，这一过程称为交滑移交滑移交滑移交滑移。如果交滑移后如果交滑移后如果交滑移后如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动的位错再转回和原滑移面平行
23、的滑移面上继续运动的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则，则称为称为双交滑移双交滑移双交滑移双交滑移，如图所示。，如图所示。图图3.9 螺型位错的交滑移螺型位错的交滑移 面心立方晶体面心立方晶体面心立方晶体面心立方晶体中的交滑移是由不同的中的交滑移是由不同的中的交滑移是由不同的中的交滑移是由不同的111111面沿同一面沿同一面沿同一面沿同一方向滑方向滑方向滑方向滑移，如图所示，移，如图所示，移，如图所示，移，如图所示，是是是是 和和和和 两个密排面的共同方向。两个密排面的共同方向。两个密排面的共同方向。两个密排面的共同方向。A A、B B、C C位置为位置为位置为位置为交滑移交滑移交
24、滑移交滑移，D D位置位错又回到位置位错又回到位置位错又回到位置位错又回到(111)(111)面上滑移，即为面上滑移，即为面上滑移，即为面上滑移，即为双交滑移双交滑移双交滑移双交滑移。图图3.10 面心立方晶体中的双交滑移示意图面心立方晶体中的双交滑移示意图 体心立方晶体体心立方晶体体心立方晶体体心立方晶体中的螺型位错也有中的螺型位错也有中的螺型位错也有中的螺型位错也有交滑移交滑移交滑移交滑移，它是它是它是它是110110、112112和和和和123123面同时沿面同时沿面同时沿面同时沿方向滑移方向滑移方向滑移方向滑移，如纯铁的，如纯铁的，如纯铁的，如纯铁的 、和和和和 面可同面可同面可同面可
25、同时沿时沿时沿时沿111111方向滑移，见图所示，方向滑移，见图所示，方向滑移，见图所示，方向滑移，见图所示，。；。因此晶体中的滑移线常呈波浪形。因此晶体中的滑移线常呈波浪形。因此晶体中的滑移线常呈波浪形。因此晶体中的滑移线常呈波浪形。图图3.11 体心立方晶体中的交滑移体心立方晶体中的交滑移3.2 运动位错的交割运动位错的交割(Dislocation Intersection)当一位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面当一位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的其他位错交割。位错交割时会发生相互作用，这对材的其他位错交割。位错交割时会发生相互作用，这对材料的强化、点缺陷料的强化、点缺陷(
26、Point Defect)的产生有重要意义。的产生有重要意义。在位错的滑移过程中，其位错线很难同时实现全长在位错的滑移过程中，其位错线很难同时实现全长在位错的滑移过程中，其位错线很难同时实现全长在位错的滑移过程中，其位错线很难同时实现全长的运动，因而的运动，因而的运动，因而的运动，因而一个运动的位错线一个运动的位错线一个运动的位错线一个运动的位错线，特别是在，特别是在，特别是在，特别是在受到阻碍受到阻碍受到阻碍受到阻碍的的的的情况下，有情况下，有情况下，有情况下，有可能通过其中一部分线段首先进行滑移可能通过其中一部分线段首先进行滑移可能通过其中一部分线段首先进行滑移可能通过其中一部分线段首先进
27、行滑移。若。若。若。若由此形成的由此形成的由此形成的由此形成的曲折线段在位错的滑移面上时曲折线段在位错的滑移面上时曲折线段在位错的滑移面上时曲折线段在位错的滑移面上时，称为，称为，称为，称为扭折扭折扭折扭折；若该若该若该若该曲折线段垂直于位错的滑移面时曲折线段垂直于位错的滑移面时曲折线段垂直于位错的滑移面时曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为，称为，称为，称为割阶割阶割阶割阶。扭折。扭折。扭折。扭折和割阶也可由位错之间的交割而形成。和割阶也可由位错之间的交割而形成。和割阶也可由位错之间的交割而形成。和割阶也可由位错之间的交割而形成。3.2.1 两个柏氏矢量互相垂直两个柏氏矢量互相垂直(Verti
28、cal)的刃型位错交割的刃型位错交割图图3.12 两个柏氏矢量互相垂直的刃型位错交割两个柏氏矢量互相垂直的刃型位错交割（a）交割前；）交割前；（b）交割后）交割后 如图所示，柏氏如图所示，柏氏矢量为矢量为b1的刃型位错的刃型位错XY和柏氏矢量为和柏氏矢量为b2的的刃型位错刃型位错AB分别位于分别位于两垂直的平面两垂直的平面PXY、PAB上，上，柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量柏氏矢量b b1 1与与与与b b2 2相互垂直相互垂直相互垂直相互垂直。若若若若XYXY向下运动与向下运动与向下运动与向下运动与ABAB交割，由于交割，由于交割，由于交割，由于XYXY扫过的区域，其滑移面扫过的区域，其滑移面扫过
29、的区域，其滑移面扫过的区域，其滑移面P PXYXY两两两两侧的晶体将发生侧的晶体将发生侧的晶体将发生侧的晶体将发生b b1 1距离的相对位移，因此距离的相对位移，因此距离的相对位移，因此距离的相对位移，因此交割后，在位错线交割后，在位错线交割后，在位错线交割后，在位错线ABAB上产上产上产上产生生生生PPPP小台阶。小台阶。小台阶。小台阶。显然，显然，显然，显然，PPPP的大小和方向取决于的大小和方向取决于的大小和方向取决于的大小和方向取决于b b1 1。由于位错的柏氏矢。由于位错的柏氏矢。由于位错的柏氏矢。由于位错的柏氏矢量的守恒性，量的守恒性，量的守恒性，量的守恒性，PPPP的的的的柏氏矢
30、量仍为柏氏矢量仍为柏氏矢量仍为柏氏矢量仍为b b2 2，b b2 2垂直于垂直于垂直于垂直于PPPP，因而，因而，因而，因而PPPP是刃型是刃型是刃型是刃型位错，且不在原位错线的滑移面上位错，且不在原位错线的滑移面上位错，且不在原位错线的滑移面上位错，且不在原位错线的滑移面上，故是，故是，故是，故是割阶割阶割阶割阶。至于位错。至于位错。至于位错。至于位错XYXY，由于，由于，由于，由于它平行它平行它平行它平行b b2 2，因此交割后不会在，因此交割后不会在，因此交割后不会在，因此交割后不会在XYXY上形成割阶。上形成割阶。上形成割阶。上形成割阶。如图所示，柏氏如图所示，柏氏矢量为矢量为b1的刃
31、型位错的刃型位错XY和柏氏矢量为和柏氏矢量为b2的刃型位错的刃型位错AB分别分别位于两垂直的平面位于两垂直的平面PXY、PAB上，上，柏氏矢柏氏矢柏氏矢柏氏矢量量量量b b1 1与与与与b b2 2相互平行相互平行相互平行相互平行。图图3.13 两个柏氏矢量互相平行的刃型位错交割两个柏氏矢量互相平行的刃型位错交割（a）交割前；）交割前；（b）交割后）交割后3.2.2 两个柏氏矢量互相平行两个柏氏矢量互相平行(Parallel)的刃型位错交割的刃型位错交割 ABAB不动，不动，不动，不动，XYXY向右运动，向右运动，向右运动，向右运动，交割后交割后交割后交割后，在在在在ABAB位错线上出现一段平
32、行位错线上出现一段平行位错线上出现一段平行位错线上出现一段平行于于于于b b1 1的的的的PPPP台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与b b1 1相同；相同；相同；相同；在在在在XYXY位错线上也出现一段位错线上也出现一段位错线上也出现一段位错线上也出现一段平行于平行于平行于平行于b b2 2的的的的QQQQ台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与台阶，其大小和方向与b b2 2相同相同相同相同。但。但。但。但它们的滑移面和原它们的滑移面和原它们的滑移面和原它们的滑移面和原位错的滑移面一致位错的滑移面一致位错的滑移面一致位错的滑移
33、面一致，故称为，故称为，故称为，故称为扭折扭折扭折扭折，属于螺型位错属于螺型位错属于螺型位错属于螺型位错。在运动过程中，。在运动过程中，。在运动过程中，。在运动过程中，这种扭折在线张力的作用下可能被拉直而消失。这种扭折在线张力的作用下可能被拉直而消失。这种扭折在线张力的作用下可能被拉直而消失。这种扭折在线张力的作用下可能被拉直而消失。3.2.3 两个柏氏矢量垂直的刃型位错与螺型位错的交割两个柏氏矢量垂直的刃型位错与螺型位错的交割图图3.14 刃型位错与螺型位错的交割刃型位错与螺型位错的交割（a）交割前；（）交割前；（b）交割后）交割后 BBBB不动，不动，不动，不动，AAAA向左运动，向左运动
34、，向左运动，向左运动，交割后交割后交割后交割后，在刃型位错在刃型位错在刃型位错在刃型位错AAAA上形成大小和上形成大小和上形成大小和上形成大小和方向与方向与方向与方向与b b2 2相同的割阶相同的割阶相同的割阶相同的割阶MMMM，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为b b1 1。由于该割阶的滑移面与。由于该割阶的滑移面与。由于该割阶的滑移面与。由于该割阶的滑移面与原刃型位错原刃型位错原刃型位错原刃型位错AAAA的滑移面不同，因而当带有这种割阶的位错继续运动的滑移面不同，因而当带有这种割阶的位错继续运动的滑移面不同，因而当带有这种割阶的位错继续运动的滑移面不同，因而当带有这种割
35、阶的位错继续运动时，将受到一定的阻力。同样，交割后时，将受到一定的阻力。同样，交割后时，将受到一定的阻力。同样，交割后时，将受到一定的阻力。同样，交割后在螺型位错在螺型位错在螺型位错在螺型位错BBBB上也形成大小上也形成大小上也形成大小上也形成大小和方向与和方向与和方向与和方向与b b1 1相同的一段折线相同的一段折线相同的一段折线相同的一段折线NNNN，由于它垂直于，由于它垂直于，由于它垂直于，由于它垂直于b b2 2，故属于刃型位错；，故属于刃型位错；，故属于刃型位错；，故属于刃型位错；又由于它位于螺型位错又由于它位于螺型位错又由于它位于螺型位错又由于它位于螺型位错BBBB的滑移面上，因此
36、的滑移面上，因此的滑移面上，因此的滑移面上，因此NNNN为扭折。为扭折。为扭折。为扭折。如图所示，如图所示，为滑移面，为滑移面，AA为刃型位错，其为刃型位错，其柏氏矢量为柏氏矢量为b1，BB为螺型位错，其柏为螺型位错，其柏氏矢量为氏矢量为b2。图图3.15 两个螺型位错的交割两个螺型位错的交割（a）交割前；（）交割前；（b）交割后）交割后3.2.4 两个柏氏矢量互相垂直的螺型位错交割两个柏氏矢量互相垂直的螺型位错交割如图所示，如图所示，AA为螺型位为螺型位错，其柏氏矢错，其柏氏矢量为量为b1，BB也也为螺型位错，为螺型位错，其柏氏矢量为其柏氏矢量为b2。BBBB不动，不动，不动，不动，AAAA
37、向左运动，向左运动，向左运动，向左运动，交割后交割后交割后交割后，在刃型位错在刃型位错在刃型位错在刃型位错AAAA上上上上形成大小和方向与形成大小和方向与形成大小和方向与形成大小和方向与b b2 2相同的割阶相同的割阶相同的割阶相同的割阶MMMM，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为，其柏氏矢量为b b1 1，其滑移面不在，其滑移面不在，其滑移面不在，其滑移面不在AAAA的滑移面上，是刃型割阶的滑移面上，是刃型割阶的滑移面上，是刃型割阶的滑移面上，是刃型割阶。同样在位同样在位同样在位同样在位错线错线错线错线BBBB上也形成一刃型割阶上也形成一刃型割阶上也形成一刃型割阶上也形成一刃型割阶NN
38、NN。这种刃型割阶都阻碍这种刃型割阶都阻碍这种刃型割阶都阻碍这种刃型割阶都阻碍螺型位错的移动。螺型位错的移动。螺型位错的移动。螺型位错的移动。综上所述，综上所述，综上所述，综上所述，运动的位错交割后，每根位错线运动的位错交割后，每根位错线运动的位错交割后，每根位错线运动的位错交割后，每根位错线上都可能产生一扭折或割阶，其大小和方向取决上都可能产生一扭折或割阶，其大小和方向取决上都可能产生一扭折或割阶，其大小和方向取决上都可能产生一扭折或割阶，其大小和方向取决于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏于另一位错的
39、柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏矢量矢量矢量矢量。所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是刃型也可以是螺型的刃型也可以是螺型的刃型也可以是螺型的刃型也可以是螺型的。另外，。另外，。另外，。另外，扭折与原位错线在扭折与原位错线在扭折与原位错线在扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一起运动，几乎不同一滑移面上，可随主位错线一起运动，几乎不同一滑移面上，可随主位错线一起运动，几乎不同一滑移面上，可随主位错线一起运动，几乎不产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失产生阻力，而且扭折在线张力作用下
40、易于消失产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失。但但但但割阶则与原位错线不在同一滑移面上，故除非割阶则与原位错线不在同一滑移面上，故除非割阶则与原位错线不在同一滑移面上，故除非割阶则与原位错线不在同一滑移面上，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一起割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一起割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一起割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一起运动，成为位错运动的障碍运动，成为位错运动的障碍运动，成为位错运动的障碍运动，成为位错运动的障碍。3.2.5 带割阶位错的运动带割阶位错的运动 按割阶高度不同可分为小、中、大
41、三种类型。按割阶高度不同可分为小、中、大三种类型。A 小割阶小割阶（小割阶的高度一般只有（小割阶的高度一般只有12个原子间距）个原子间距）图图3.16 带割阶的螺型带割阶的螺型位错的运动位错的运动 图为带割阶的螺型位错的运动。图为带割阶的螺型位错的运动。图为带割阶的螺型位错的运动。图为带割阶的螺型位错的运动。螺型位螺型位螺型位螺型位错错错错在滑移面上在滑移面上在滑移面上在滑移面上与其他位错交割与其他位错交割与其他位错交割与其他位错交割，在其位错线，在其位错线，在其位错线，在其位错线上上上上产生许多割阶产生许多割阶产生许多割阶产生许多割阶，异号割阶异号割阶异号割阶异号割阶反向运动，反向运动，反向
42、运动，反向运动，相互相互相互相互对消对消对消对消，最后，最后，最后，最后只剩下同号割阶只剩下同号割阶只剩下同号割阶只剩下同号割阶。同号割阶相互。同号割阶相互。同号割阶相互。同号割阶相互排斥，形成一定距离，最后在位错线上留下排斥，形成一定距离，最后在位错线上留下排斥，形成一定距离，最后在位错线上留下排斥，形成一定距离，最后在位错线上留下许多许多许多许多不可动割阶不可动割阶不可动割阶不可动割阶，如图（，如图（，如图（，如图（a a）所示。当滑移）所示。当滑移）所示。当滑移）所示。当滑移面上面上面上面上受切应力作用时受切应力作用时受切应力作用时受切应力作用时，由于不动割阶的阻碍，由于不动割阶的阻碍，
43、由于不动割阶的阻碍，由于不动割阶的阻碍作用，作用，作用，作用，螺型位错被割阶钉扎而发生弯曲螺型位错被割阶钉扎而发生弯曲螺型位错被割阶钉扎而发生弯曲螺型位错被割阶钉扎而发生弯曲，如，如，如，如图（图（图（图（b b）所示。只有）所示。只有）所示。只有）所示。只有增加增加增加增加滑移面上的滑移面上的滑移面上的滑移面上的切应力切应力切应力切应力，才能克服弯曲位错线的向心恢复力，才能克服弯曲位错线的向心恢复力，才能克服弯曲位错线的向心恢复力，才能克服弯曲位错线的向心恢复力，使弯曲使弯曲使弯曲使弯曲位错线继续向前扩展位错线继续向前扩展位错线继续向前扩展位错线继续向前扩展。当。当。当。当切应力增加到一定切
44、应力增加到一定切应力增加到一定切应力增加到一定程度程度程度程度时，时，时，时，螺型位错便会拖着不动割阶向前一螺型位错便会拖着不动割阶向前一螺型位错便会拖着不动割阶向前一螺型位错便会拖着不动割阶向前一起运动起运动起运动起运动，但在割阶后面，但在割阶后面，但在割阶后面，但在割阶后面留下一串空位或间隙留下一串空位或间隙留下一串空位或间隙留下一串空位或间隙原子原子原子原子，如图（，如图（，如图（，如图（c c）所示。）所示。）所示。）所示。B 中割阶中割阶 中割阶的高度从几个到中割阶的高度从几个到中割阶的高度从几个到中割阶的高度从几个到2020个原子间距个原子间距个原子间距个原子间距，这时位错不可，这
45、时位错不可，这时位错不可，这时位错不可能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的能拖着割阶一起运动。当滑移面上作用的切应力大到一定切应力大到一定切应力大到一定切应力大到一定值时值时值时值时，位错自己向前滑移位错自己向前滑移位错自己向前滑移位错自己向前滑移，位错与割阶连结点位错与割阶连结点位错与割阶连结点位错与割阶连结点OO、P P被拉被拉被拉被拉长，形成两条符号相反的刃型位错线长，形成两条符号相反的刃型位错线长，形成两条符号相反的刃型位错线长，形成两条符号相反的刃型位错线OOOO与与与与PPPP，称为，称为，称为，称为位位位位错
46、偶错偶错偶错偶(Dislocation Couple)(Dislocation Couple)，如图所示。，如图所示。，如图所示。，如图所示。位错偶达到一定位错偶达到一定位错偶达到一定位错偶达到一定长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若长度，即与原位错脱离，形成一个长位错环，并分裂成若干小的位错环干小的位错环干小的位错环干小的位错环。原位错又恢复到带割阶的原来状态。原位错又恢复到带割阶的原来状态。原位错又恢复到带割阶的原来状态。原位错又恢复到带割阶的原来状态。图图3.17 位错偶的形
47、成过程位错偶的形成过程 大割阶的长度在大割阶的长度在大割阶的长度在大割阶的长度在2020个原子间距以上个原子间距以上个原子间距以上个原子间距以上，它对位错线的钉，它对位错线的钉，它对位错线的钉，它对位错线的钉扎作用更明显。扎作用更明显。扎作用更明显。扎作用更明显。由于割阶较长，割阶两端的位错相距较远，由于割阶较长，割阶两端的位错相距较远，由于割阶较长，割阶两端的位错相距较远，由于割阶较长，割阶两端的位错相距较远，彼此间相互作用较小彼此间相互作用较小彼此间相互作用较小彼此间相互作用较小，在切应力作用下，它们可以在各自，在切应力作用下，它们可以在各自，在切应力作用下，它们可以在各自，在切应力作用下
48、，它们可以在各自的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动，如图。的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动，如图。的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动，如图。的滑移面上以割阶为轴而发生滑移运动，如图。C 大割阶大割阶图图3.18 大割阶的运动大割阶的运动 对刃型位错对刃型位错对刃型位错对刃型位错，其割阶与柏，其割阶与柏，其割阶与柏，其割阶与柏氏矢量所组成的面，一般都与氏矢量所组成的面，一般都与氏矢量所组成的面，一般都与氏矢量所组成的面，一般都与原位错线的滑移方向一致，原位错线的滑移方向一致，原位错线的滑移方向一致，原位错线的滑移方向一致，能能能能与原位错一起运动与原位错一起运动与原位错一起运动与原位错一起运动
49、。但但但但此时割此时割此时割此时割阶的滑移面并不一定是晶体的阶的滑移面并不一定是晶体的阶的滑移面并不一定是晶体的阶的滑移面并不一定是晶体的最密排面，故最密排面，故最密排面，故最密排面，故运动时割阶所受运动时割阶所受运动时割阶所受运动时割阶所受到的晶格阻力较大到的晶格阻力较大到的晶格阻力较大到的晶格阻力较大，但，但，但，但螺型位螺型位螺型位螺型位错的割阶阻力则相对要小得多错的割阶阻力则相对要小得多错的割阶阻力则相对要小得多错的割阶阻力则相对要小得多。3.3 位错的增殖位错的增殖(Dislocation Multiplication)从直观上看，位错在塑性变形中要不断地从直观上看，位错在塑性变形中
50、要不断地逸出晶体表面，使晶体中位错密度不断减少，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，然而事实恰恰相反，经剧烈变形后的金属晶体，其位错密度可增加其位错密度可增加45个数量级，这种现象充个数量级，这种现象充分说明晶体在变形过程中位错在不断地增殖，分说明晶体在变形过程中位错在不断地增殖，所以，位错的增殖机制所以，位错的增殖机制(Multiplication Mechanism)是位错理论中一个很重要的问题。是位错理论中一个很重要的问题。位错的增殖机制有许多种，其中一种主要位错的增殖机制有许多种，其中一种主要位错的增殖机制有许多种，其中一种主要位错的增殖机