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1、6.2 单晶体的塑性变形,从低碳钢拉伸图可知，当应力超过弹性极限时，金属将产生塑性变形。 如何研究晶体变形？ 在常温和低温下金属塑性变形主要是通过滑移方式进行的。 此外，还有孪生等其它方式。,一 滑移,1 滑移带与滑移线 对试样进行拉伸，在金相显微镜下可以观察到，在抛光的表面上出现许多相互平行的线条，这些线条称为滑移带。 经高分辨率的电子显微镜分析表明，每条滑移带实际上是由一组相互平行的细线即滑移线组成。,1 滑移带与滑移线,X射线结构分析，发现晶体的结构未发生变化，滑移带两侧的晶体取向未变化。 晶体的塑性变形是晶体的一部分相对与另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动的结果，这种变形方式称为滑
2、移。,2 滑移系,金属中的滑移是沿着一定的晶面和晶面上一定的晶向进行的，这些晶面称为滑移面，晶相称为滑移方向。 一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。它表示金属晶体在进行滑移时可能采取的一个空间取向。 滑移系越多，金属的塑性就越好。塑性还与滑移面上原子排列的密排程度和滑移方向的数目有关。,三种常见金属晶体结构的滑移系,3 滑移的临界分切应力,晶体的滑移是在切应力的作用下进行的。 只有当外力在某移滑移系中的分切应力首先达到一定的临界值时，这一滑移系开动，晶体才开始滑移，该分切应力即称为滑移的临界分切应力，以K 表示，它是使滑移系开动的最小分切应力。,临界分切应力的表示,在图中，
3、外力在移滑方向上的分切应力为： =(Fcos)/A/cos =(F/A) coscos 则临界分切应力为： k=s coscos K 是材料指标，取决于金属的本性、纯度、试验温度与加载速度。,取向因子,coscos称为取向因子，单晶体的屈服强度s将随外力与滑移面和滑移方向之间的位向关系而改变。 s=k/ coscos 软位向：coscos极大，s极小； 硬位向：外力与滑移面平行或垂直，coscos=0所以s。 取向因子对s的影响，如图。,4 滑移时晶体的转动,塑性变形时材料除了滑移，晶体还发生转动，从而使金属晶体的空间位向发生变化。,转动机制的说明,B 层金属所受拉应力可分解成： 沿滑移面法线
4、方向、滑移方向、垂线方向，三对力。 空间位向的变化分为两种： 1 沿滑移面法线方向的正应力-使金属向外力方向转动； 2 垂直于滑移方向的分切应力-使金属的滑移方向转向最大切应力方向。,5 多系滑移,两个或更多的滑移系上进行的滑移。 常呈交叉状，如图。,二 滑移的位错机制,1 位错的运动与晶体的滑移 理论计算的临界应力k 比实际强度大1000多倍。研究这一矛盾，导致了位错学说的诞生。 晶体的滑移是通过位错在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动的结果，如图。,1 位错的运动与晶体的滑移,大量位错滑过晶体，在表面形成痕迹，就是滑移线的实质。 位错运动，如接力赛跑，只需很小的切应力。,2 位错的增殖,形成
5、一条滑移线需要上千个位错，但随着塑性变形过程的进行，晶体中位错的数目非但没有减少，反而增多了。 例如退火金属中的位错密度是104-106mm-2 ，经过剧烈的塑性变形后，位错密度增至109-1010mm-2 。 弗兰克瑞德位错增殖机制。,弗兰克瑞德位错增殖机制,晶体中的位错结构呈空间网络分布，网络上的结点可能成为固定的结点，如图。 位错线在外力作用下要向前运动，但D、D 两结点不动。运动的结果使位错线形成了一个回转蜷线。最终是两个固定结点和它们之间的位错线段，在切应力的作用下生出一个位错环。,3 位错的交割与塞积,晶体的滑移实际上是源源不断的位错沿着滑移面的运动。 在不同的滑移面上运动着的位错
6、必然相遇，发生交割。 图6.12两个刃型位错发生交割，生出一个短位错线，称为割阶。 割阶的产生增加了位错线的长度，还可能形成一种难以运动的固定割阶，成为后续位错运动的障碍，造成位错缠结。这就是多滑移加工硬化效果较大的主要原因。,3 位错的交割与塞积,大量位错运动遇到障碍物（固定位错、杂质粒子、晶界等）被阻塞起来，就会形成平面塞积群，如图，且形成应力集中。 =n0 0 为一个位错产生的应力集中在滑移方向的分切应力值。,三 孪生,孪生晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变。 切变的区域叫做孪晶或孪晶带。 显微镜下能看到带状或透镜状组织-变形与否的部分位向不同。,1 孪生切变过程,孪生面和孪生方向与晶体的结构类型有关。 以面心立方为例：孪生面（111），孪生方向11-2是（111）与（-110）的交截线。右图中图面相当于（-110），则（111）垂直于纸面。,1 孪生切变过程,以AB作为基面（孪生面），则每层（111）面都相对移动原子间距的1/3。 晶体的切变部分与未变形部分以孪生面为分界面，形成了晶面对称的位向关系。,2 孪生的主要特征,孪生滑移 （1）在不易滑移的条件下发生，如密排六方晶 面中。 （2）体心立方：低温或受冲击载荷。 （3）速度极快。 （4）会改变晶体方向，激发滑移。 （5）面心立方中极少发生。,
