塑性变形

2.滑移系
晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶 体学方向进行，我们将其称为滑移面和滑移方向。
滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面 和晶向，这是由于最密排面的面间距最大，因而点 阵阻力最小，容易发生滑移，而沿最密排方向上的 点阵间距最小，从而使导致滑移的位错的柏氏矢量 也最小。
τ＝(Fcosλ)/(A/cosφ)
λ
＝F/A ·（cosλ· cos φ)
＝σcosλ· cos φ
分切应力
取向因子
分切应力的大小与取向因子 直接相关
什么是临界分切应力：
临界分切应力(τK)： τK＝σscosλ· cosφ 使滑移系开动的最小分切应力
τk 的影响因素： ① 取决于金属本性（晶体结构、纯度、加工状态、
一．滑移
1 滑移定义：在外力作用下，晶体相邻二 部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对 的平行滑动
② 滑移线与滑移带
图 工业纯铜中的滑移带
图 滑移带形成示意图
高锰钢中的滑移带，500X
② 滑移线与滑移带
均为塑变后晶体表面产生的滑移台阶，但大 小不同。
对于Al单晶：每根滑移线的滑移量为100~200nm； 两滑移线间距~20nm；滑移带之间~2000nm
cosλ· cos φ＝cos(90°－φ)· cos φ
φ ＝45°时: 取向因子获最大值1/2 取向因子大，y最小，晶体最
易滑移；——软取向 φ 或λ＝90°时: 取向因子为0 ， τ＝0， 取向因子小, s → ——硬取向
与τK对应的σ即为σs σs的影响因素：
二 工程应力应变曲线
低碳钢应力应变曲线 σb
--典型性
σσs e
① 分析变形过程；
② 强度、塑性指标的意义 ε
σe 、 σs 、 σb 、 δ、ψ
σ-1；
σ—ε形式与材料塑性有关
1：退火低碳钢 2：正火中碳钢 3：高碳钢 但弹性模量
基本相同
1：有机玻璃：硬而脆 2：纤维增强热固塑料：
硬而强
3：尼龙：硬而韧 4：聚四氟乙烯：软而韧
第六章 金属的塑性变形
本章目的： 1 阐明金属塑性变形的主要特点及本质； 2 指出塑性变形对金属组织和性能的影响； 3 揭示加工硬化的本质与意义。
本章重点： （1）拉伸曲线及其所反映的常规力学性能指标； （2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制； （3）加工硬化的本质及实际意义； （4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响： （5）金属材料的强化机制。
温度等），与外力无关，取向无关
② 组织敏感参数：金属不纯，变形速度愈大，变 形温度愈低， τk愈大。
当τ> τK时，发生滑移
滑移面的取向因子大，
则分切应力大：
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当滑移面法线、滑移方
λ
向、外力轴三者共面，即 λ
＝90°－φ时，可能获最大
取向因子：
cosλ· cos φ ＝cos(90°－φ)· cos φ
图 bcc晶体{112} 和{123}面的滑移系
滑移系对性能的影响
晶体中滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性便愈 大，材料的塑性愈好。
滑移面密排程度高，滑移面上滑移方向个数越多， 材料塑性越好。
bcc的a-Fe与fcc的Al及Cu，虽然都有12个滑移系， 但其滑移面密排程度较面心立方晶格低，且滑移 面上滑移方向少，所以塑性不如铜及铝；具有hcp 晶格的Mg、Zn等，滑移系仅有3个，因此塑性较 立方晶系金属差。
3.滑移的临界分切应力 对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向上的分 切应力，也只有当这个分切应力达到某一临界值后， 滑移过程才能开始进行，这时的分切应力就称为临界
分切应力。
σF σ
弹 性σ
断 裂
伸
τ
长
τ
τ
塑性变形
弹性歪扭
（滑移）
什么是分切应力：
λ:拉伸轴线与滑移方向夹角
φ:拉伸轴线与滑移面法向夹角
§5-1 金属的变形特性
一 金属变形的方式及研究方法
1 方式：弹性变形 塑性变形 断裂
成形 失效
2 研究方法 曲线种类：
① 载荷—变形曲线 ② 真应力—真应变曲线 ③ 工程应力—应变曲线
┗主要研究手段
拉伸过程与拉伸曲线示意
本片选自西安交大范群成先生作品 在此表示感谢！
σ S—e
S — e：真应力真应变曲线
σ—ε
颈
σ—ε：工程应力应变曲线
缩
ε
两曲线的区别是：试样产生颈缩后，尽管外加 载荷已下降，但真应力仍在升高，一直到试样断裂。
工程应力—应变曲线中“颈缩”现象掩盖了 “加工硬化”
一般把均匀塑性变形阶段真应力—真应变 曲线称为流变曲线，它们之间的关系为：
S = ken
k — 常数 n — 形变强化指数。它表征金属在均匀变形阶段的 形变强化能力。 n值越大，变形时的强化效果越显著。 hcp金属的n值较小，fcc金属的n值较大。
三 弹性模量与刚度
σ=E·ε；τ=G·γ；----弹性模量 E- 正弹性模量；G- 切变模量 意义： ⑴ 拉伸曲线上，斜率； ⑵ 弹性变形难易；
刚度：产生弹性变形的难易程度。 构件刚度：A·E ——弹性变形难易 材料刚度：E
弹性模量是材料结合强度的标志之一。主 要的影响因素有：
（1）结构 弹性模量与原子序数呈周期性 变化趋势。
每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑 移系，滑移系表明了晶体滑移时的可能空间取向。
图 体心立方和面心立方晶体的滑移系
由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移 面并不稳定，一般在低温时多为{112}，中温时多为 {110}，而高温时多为{123}，不过其滑移方向很稳 定，总为<111>，因此其滑移系可能有12-48个。
（2）温度的影响 T升高，热振动加剧， 晶格势能发生变化，E下降。
（3）合金元素的影响 一般说来，E对结 构不敏感。少量的合金元素不影响E，但大 量的合金化，可使E发生显著变化。这是因 为固溶体中溶质元素在周围晶体中引起畸 变，从而使E下降。
图 弹性模量与原子序数的变化关系
表 几种不同材料的弹性模量
材料 E/104MPa 泊松比
钢 铜 聚乙烯 橡胶 氧化铝
20.7 11 0.3 10-4~10-3 40
0.28 0.35 0.38 0.49 0.35
§5-2 单晶体的塑性变形
F
塑性变形研究思路： ① 基本单元——单晶体变形特性 ② 晶界影响——多晶体变形特性 ③ 相界——合金变形特性
塑性变形方式：滑移；孪生