第四章晶体的塑性形变1介绍

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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
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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。
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。
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
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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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。
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无约束
有约束--导致转动
压缩时压缩面⊥压缩轴
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。
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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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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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。
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。
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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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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。
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。