第四章晶体的塑性形变1介绍
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20
4.4多晶体的塑性形变
4.4.1多晶体形变的特点 不同于单晶；每一晶 粒的取向“软”和“硬” 不同，形变先后及形变量 也不同。 为保持整体的连续性 ，每个晶粒的形变必受相 邻晶粒所制约。
单独变形可能出现空洞和重叠
21
铝多晶体拉伸形变试验
晶粒6
基本规律： (1)跨过晶界的延伸率变化是连续的； (2)靠近晶界处的延伸率较小； (3)细晶粒形变较均匀且强度高； 相反，大晶粒形变不均匀，强度低。
用光学显微镜观察经7% 形变的铝表面图象
4
滑移面和滑移方向合称为滑移要素（滑移系）。对 于一定的晶体结构，不论载荷大小或载荷的取向如何 ，滑移要素的类型一般都是确定的。在一般情况下， 滑移面和滑移方向是晶体的密排和较密排的滑移面及 密排方向。
5
一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系，面 心立方结构有 12 个滑移系，体心立方结构 48 个滑移 系，而密排六方结构一般只有3个滑移系。在外力作 用下，并不是所有的滑移系都会开动的，只能是其 中一个或几个滑移系开动，那些没有开动的滑移系 称为潜在滑移系。
13
若外力轴取向处在每一个由{001}、 {011}、{111}为基 点的曲边三角形内时，只有一个滑移系的取向因子最 大，即只有一个滑移开动。各曲边三角形内所能开动 的滑移系已在下图中标示出。则一滑移系可表示为 : BIV。
14
若外力轴取向处在三角形边上时，有 2 个滑移系的取 向因子最大且相等，即 2 个相邻接区域所开动的滑移 系，则可开动两个滑移系。如力轴在A-I线上，则可开 动BIV和BV。
Schmid 定律
外加拉伸应力s和滑移面 内沿着滑移方向分切应力t之 间的关系。
6
m-取向因子，又称Schmid因子
实验看出：滑移系开 动所需要的分切应力 是一个常数，和外加 力的取向无关。滑移 系开动所需要的最小 分切应力称为临界分 切应力tc。
7
滑移系开动所需要的临界分切应力是和外 力取向无关的常数的规律称Schmid定律或临界 分切应力定律。 如果把滑移面开动所对应的正应力看作是屈服 强度，则屈服强度和外加力的取向有关。m的数 值越大，屈服强度越小，取向越“软”；屈服强度 越高，取向越“硬”。
19
无约束
有约束--导致转动
压缩时压缩面⊥压缩轴
Байду номын сангаас
压缩时，晶体也会产生 转动。 滑移时晶体发生转动，使 晶体各部分相对外力的取 向不断改变，各滑移系的 取向因子也发生变化 。如 果起始取向 c0 和 l0 大于 45° ，在转动时取向因子加大 ，出现软化，这种软化称 几何软化。转动使c1和l1小 于 45°，取向因子又重新减 小，出现硬化，这种硬化 称几何硬化。
材料结构与性能
授课教师：刘胜新 （18课时）
2018/10/20
1
第四章 晶体的塑性形变
2018/10/20
2
晶体的塑性形变
涉及的内容：
滑移 起始塑性流变和加工硬化 孪生和扭折 多晶体的塑性形变 形变织构等。
3
4.1 单晶体滑移
单晶体滑移是指在外力作用下晶体沿某些特定的晶 面和晶向相对滑开的形变方式。
16
开动的具体滑移系及数目与力轴的关系： 三角形内：１个；边上：２个；２次轴上：４个； 三次轴上：６个；４次轴上：８个； 发生多系滑移时，在抛光表面看到不止一组的滑 移线，而是两组或多组交叉的滑移线。由于多个滑移 系开动，位错交截产生割阶及位错带着割阶运动等原 因使位错运动阻力增加，因而强度也增加。
22
晶粒尺寸与屈服强度的关系
Hall-Petch关系 σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky 是和晶格类型、弹性模量、位错分 布及位错被钉札程度有关的常数。 除屈服强度外，流变 应力、断裂强度等与晶 粒尺寸间也有H-P关系， 但σ0与ky常数的意义及数 值不同。H-P关系可用位 错理论或其它方法。 导出。
10
4.2 交滑移
两个或多个滑移面共同按 1 个滑移方向滑移称交 滑移。交滑移形成的滑移线（带）是折线形状。 交滑移不是几个面“同时”，而是“顺序”滑动。
铝
Fe-3%Si
11
对低层错能材料，位错很难交滑移，位错运动是 平面型的，称平面滑动。对高层错能材料，位错容易 交滑移，滑移线呈波纹状，称波纹滑动。交滑移容易 与否，对材料的应变硬化有很大的影响。层错能越低 ，位错不易通过交滑移越过遇到的障碍，从而加大了 应变硬化。
如果有多个滑移系开动，使问题复杂化。这 样这样，Schmid 定律只在某些取向范围（只有 单系滑移）内才适用。
8
变形时，若晶体在滑移面两侧相对滑过， 则在滑移面上所有的键都要破断来产生永久的 位移。据此，可估算滑移所需的临界分切应。
宏 观 描 述
9
原子尺度描述
对于体心立方结构，一般是不遵守Schmid 定律，这是由于它的位错核心的特殊结构造 成的。
15
若外力轴取向为＜110＞时，有4个滑移系的取向因 子最大且相等，即 4 个相邻接区域所开动的滑移系， 则可开动４个滑移系。如力轴在I点，则可开动BIV、 BV、AIII和AVI。 若外力轴取向为＜11１＞ 时，有６个滑移系的取向因 子最大且相等，则可开动６ 个滑移系。如力轴在Ａ点， 则可开动BIV、CI、CV、 DIV和BV。若外力轴取向为 [001],即投影中心时，可开动 8个滑移系。
多系滑移
当外力的取向使2个或多个滑移系上的分切应力均 达到临界分切应力值时，这些滑移系可以同时开动 而发生多系滑移。
12
以fcc结构为例讨论力轴在不同取向下发生的多系滑移。 fcc结构的(001)标准极射赤面图----滑移系的寻找方法 把 3 个 {001} 面 的 极 点标为w，把6个 <110>滑移方向的极 点分别标上 I 、 II 、 III 、 IV 、 V 、 VI ； 把4个{111}滑移面分 别标上 A 、 B 、 C 、 D记号。则一滑移 系可表示为: BIV
17
外力轴处于只有 1 个滑移系开动的取向，材 料的强度是比较低的，这样的取向称为软取向 ；外力轴处于多个滑移的取向称为硬取向。
18
4.3拉伸和压缩时晶体的转动
若晶体在拉伸时不受约 束，滑移时各滑移层会象推 开扑克牌那样一层层滑开， 每一层和力轴的夹角 c0保持 不变。但在实际拉伸中，夹 头不能移动，这迫使晶体转 动。在靠近夹头处由于夹头 的约束，晶体不能自由滑动 而产生弯曲；在远离夹头的 地方，晶体发生转动，转动 的方向是使滑移方向转向力 轴。
4.4多晶体的塑性形变
4.4.1多晶体形变的特点 不同于单晶；每一晶 粒的取向“软”和“硬” 不同，形变先后及形变量 也不同。 为保持整体的连续性 ，每个晶粒的形变必受相 邻晶粒所制约。
单独变形可能出现空洞和重叠
21
铝多晶体拉伸形变试验
晶粒6
基本规律： (1)跨过晶界的延伸率变化是连续的； (2)靠近晶界处的延伸率较小； (3)细晶粒形变较均匀且强度高； 相反，大晶粒形变不均匀，强度低。
用光学显微镜观察经7% 形变的铝表面图象
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滑移面和滑移方向合称为滑移要素（滑移系）。对 于一定的晶体结构，不论载荷大小或载荷的取向如何 ，滑移要素的类型一般都是确定的。在一般情况下， 滑移面和滑移方向是晶体的密排和较密排的滑移面及 密排方向。
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一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系，面 心立方结构有 12 个滑移系，体心立方结构 48 个滑移 系，而密排六方结构一般只有3个滑移系。在外力作 用下，并不是所有的滑移系都会开动的，只能是其 中一个或几个滑移系开动，那些没有开动的滑移系 称为潜在滑移系。
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若外力轴取向处在每一个由{001}、 {011}、{111}为基 点的曲边三角形内时，只有一个滑移系的取向因子最 大，即只有一个滑移开动。各曲边三角形内所能开动 的滑移系已在下图中标示出。则一滑移系可表示为 : BIV。
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若外力轴取向处在三角形边上时，有 2 个滑移系的取 向因子最大且相等，即 2 个相邻接区域所开动的滑移 系，则可开动两个滑移系。如力轴在A-I线上，则可开 动BIV和BV。
Schmid 定律
外加拉伸应力s和滑移面 内沿着滑移方向分切应力t之 间的关系。
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m-取向因子，又称Schmid因子
实验看出：滑移系开 动所需要的分切应力 是一个常数，和外加 力的取向无关。滑移 系开动所需要的最小 分切应力称为临界分 切应力tc。
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滑移系开动所需要的临界分切应力是和外 力取向无关的常数的规律称Schmid定律或临界 分切应力定律。 如果把滑移面开动所对应的正应力看作是屈服 强度，则屈服强度和外加力的取向有关。m的数 值越大，屈服强度越小，取向越“软”；屈服强度 越高，取向越“硬”。
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无约束
有约束--导致转动
压缩时压缩面⊥压缩轴
Байду номын сангаас
压缩时，晶体也会产生 转动。 滑移时晶体发生转动，使 晶体各部分相对外力的取 向不断改变，各滑移系的 取向因子也发生变化 。如 果起始取向 c0 和 l0 大于 45° ，在转动时取向因子加大 ，出现软化，这种软化称 几何软化。转动使c1和l1小 于 45°，取向因子又重新减 小，出现硬化，这种硬化 称几何硬化。
材料结构与性能
授课教师：刘胜新 （18课时）
2018/10/20
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第四章 晶体的塑性形变
2018/10/20
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晶体的塑性形变
涉及的内容：
滑移 起始塑性流变和加工硬化 孪生和扭折 多晶体的塑性形变 形变织构等。
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4.1 单晶体滑移
单晶体滑移是指在外力作用下晶体沿某些特定的晶 面和晶向相对滑开的形变方式。
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开动的具体滑移系及数目与力轴的关系： 三角形内：１个；边上：２个；２次轴上：４个； 三次轴上：６个；４次轴上：８个； 发生多系滑移时，在抛光表面看到不止一组的滑 移线，而是两组或多组交叉的滑移线。由于多个滑移 系开动，位错交截产生割阶及位错带着割阶运动等原 因使位错运动阻力增加，因而强度也增加。
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晶粒尺寸与屈服强度的关系
Hall-Petch关系 σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky 是和晶格类型、弹性模量、位错分 布及位错被钉札程度有关的常数。 除屈服强度外，流变 应力、断裂强度等与晶 粒尺寸间也有H-P关系， 但σ0与ky常数的意义及数 值不同。H-P关系可用位 错理论或其它方法。 导出。
10
4.2 交滑移
两个或多个滑移面共同按 1 个滑移方向滑移称交 滑移。交滑移形成的滑移线（带）是折线形状。 交滑移不是几个面“同时”，而是“顺序”滑动。
铝
Fe-3%Si
11
对低层错能材料，位错很难交滑移，位错运动是 平面型的，称平面滑动。对高层错能材料，位错容易 交滑移，滑移线呈波纹状，称波纹滑动。交滑移容易 与否，对材料的应变硬化有很大的影响。层错能越低 ，位错不易通过交滑移越过遇到的障碍，从而加大了 应变硬化。
如果有多个滑移系开动，使问题复杂化。这 样这样，Schmid 定律只在某些取向范围（只有 单系滑移）内才适用。
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变形时，若晶体在滑移面两侧相对滑过， 则在滑移面上所有的键都要破断来产生永久的 位移。据此，可估算滑移所需的临界分切应。
宏 观 描 述
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原子尺度描述
对于体心立方结构，一般是不遵守Schmid 定律，这是由于它的位错核心的特殊结构造 成的。
15
若外力轴取向为＜110＞时，有4个滑移系的取向因 子最大且相等，即 4 个相邻接区域所开动的滑移系， 则可开动４个滑移系。如力轴在I点，则可开动BIV、 BV、AIII和AVI。 若外力轴取向为＜11１＞ 时，有６个滑移系的取向因 子最大且相等，则可开动６ 个滑移系。如力轴在Ａ点， 则可开动BIV、CI、CV、 DIV和BV。若外力轴取向为 [001],即投影中心时，可开动 8个滑移系。
多系滑移
当外力的取向使2个或多个滑移系上的分切应力均 达到临界分切应力值时，这些滑移系可以同时开动 而发生多系滑移。
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以fcc结构为例讨论力轴在不同取向下发生的多系滑移。 fcc结构的(001)标准极射赤面图----滑移系的寻找方法 把 3 个 {001} 面 的 极 点标为w，把6个 <110>滑移方向的极 点分别标上 I 、 II 、 III 、 IV 、 V 、 VI ； 把4个{111}滑移面分 别标上 A 、 B 、 C 、 D记号。则一滑移 系可表示为: BIV
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外力轴处于只有 1 个滑移系开动的取向，材 料的强度是比较低的，这样的取向称为软取向 ；外力轴处于多个滑移的取向称为硬取向。
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4.3拉伸和压缩时晶体的转动
若晶体在拉伸时不受约 束，滑移时各滑移层会象推 开扑克牌那样一层层滑开， 每一层和力轴的夹角 c0保持 不变。但在实际拉伸中，夹 头不能移动，这迫使晶体转 动。在靠近夹头处由于夹头 的约束，晶体不能自由滑动 而产生弯曲；在远离夹头的 地方，晶体发生转动，转动 的方向是使滑移方向转向力 轴。