材料的塑性变形1

滑移：指晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）相对于另一部分发生滑动的现象。
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2、滑移系 金属材料在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变
过程。 滑移面：面间距最大原子最密排晶面。 滑移方向：原子最密排的方向。 一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移系越多，金属的塑性越好，但并不是唯一因素。 金属的塑性还受温度、成分和预先变形程度等的影响。
即为滑移的临界分切应力定律。
c－临界切应力，为材料常数，
与晶体取向无关。
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转动原因：晶体滑移后使正应力和切应力分量组成了力偶。 转动结果：使滑移面法线与外力轴夹角φ增大，使外力与滑
移方向夹角λ变小。
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6、滑移机理: 若将滑移设想为刚性整体滑动，所
需理论临界切应力值比实测临界切 应力值大3～4个数量级。 实际上，滑移是通过滑移面上位错 的运动来实现的。
有助于发挥金属的性能潜力， 正确确定各种加工工艺。
一、单晶体金属的塑性变形
单晶体受力后，外力在任 何晶面上都可分解为正应 力和切应力。
正应力：只能引起弹性变 形及解理断裂。
外
切
力
应
在
力
晶
作
面
用
上
下
的
的
分
变
解
形
只有在切应力的作用下， 金属晶体才能产生塑性变 形。
金属材料常见的塑性变形方式：滑移和孪生两种。
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滑移系
3、晶体的主要滑移系： 随其晶体点阵的不同而异。 1）面心立方（fcc）金属： 滑移面为｛111｝，共有 4 组； 滑移方向为<110>，每个滑移面
上包含 3 个滑移方向。 共有4×3=12个 滑移系。
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2）体心立方（bcc）金属： 滑移面：为｛110｝晶面族，共有 6 个面； 滑移方向：为<111>晶向族（立方体对角线）；每个滑移面
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螺位错的滑移： 位错线向左移动一个原子间距，则晶体因滑移而产生的台阶
亦扩大了一个原子间距。
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4、滑移变形的特点 ： 1）滑移只能在切应力的作用下发
生。产生滑移的最小切应力称临界 切应力。
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2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最
弱，产生滑移所需切应力最小。
沿其发生滑移的晶面和晶向分 别叫做滑移面和滑移方向。
通常是晶体中的密排面和密排 方向。
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滑移：是靠位错沿滑移面的运动而实现的。 当位错移动到晶体表面时，便产生大小为 b 的滑移台阶，若
有大量位错沿滑移面上运动到表面，宏观上，晶体的一部分 相对另一部份沿滑移面发生了相对位移，这便是滑移。 滑移矢量与柏氏矢量 b 平行。
刃位错的滑移过程 a）原始态晶体，b，c）位错滑移中间阶段；d）位错移出晶体表面，形成一个台阶
面心立方晶格金属中不同晶面的面间距
（纸面为（100）面，所示晶面垂直于纸面）
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3）一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。
滑移系越多，金属发生滑移可能性越大，塑性也越好，其中 滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
因而金属的塑性，fcc＞bcc＞hcp 。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
此外，fcc晶体派-纳力要低的多， 从而其内位错较易滑移。
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3）密排六方（hcp）金属：情况较为复杂 其滑移面和三个滑移方向常因具体金属的晶格常数（c/a）和
温度不同而发生变化。 通常，只有一个滑移面（0001）和三个滑移方向 112，0 共有
1×3 = 3个滑移系，如镁、锌、钴等。
密排六方金属滑移系少，滑移过 程中，可能采取的空间位向少， 故塑性差。
当其达到临界分切应力（屈服强度），开始滑移塑变（屈 服）。屈服发生在取向因子最大的滑移系上。
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当滑移面、滑移方向与外力都呈45°角时（φ=λ= 45°），滑 移方向上切应力最大（软位向），因而最容易发生滑移。
P cos cos cos cos
A
当σ＝σs时，晶体屈服，开始塑变
c s cos cos
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锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
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一、滑移变形
1、滑移现象： 表面经抛光的金属单晶体在拉伸时，当应力超过屈服强度
时，在表面会出现一些与应力轴成一定角度的平行细线。 在显微镜下，此平行细线是一些较大的台阶（滑移带）。 滑移带：又是由许多小台阶组成，此小台阶称为滑移线。
钴单晶形变时的滑移
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塑性变形的方式和特点
无夹具约束，晶面相互移动而滑移面无转动
有夹具约束，滑移面发生转动
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切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动。
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5、滑移的几何学 作用在滑移系上的分解剪切应力：
P cos cos cos cos
A
φ－外应力与滑移面法线的夹角； λ－外应力与滑移向的夹角； σ-拉伸应力；
cosφcosλ-称为取向因子。
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第一篇 材料的变形
2
第三章 材料的塑性变形
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一、单晶体金属的塑性变形
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塑性变形
当材料所受应力超过弹性极限后，开始发生不可逆的永久变 形，又称塑性变形。
塑性变形：对金属材料组织和性能有显著的影响。 材料的强度和塑性是两个重要的力学性能，它决定了零构件
的使用性能和加工成形的工艺性能。
了解塑性变形的本质、特点， 宏观及微观组织变化规律，
面心立方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
密排六方晶格
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典型材料的滑移系：
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4）滑移时，晶体两部分的相对位移 量是原子间距的整数倍。
滑移结果在晶体表面形成台阶，称滑 移线，若干条滑移线组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
பைடு நூலகம்
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5）滑移的同时伴随着晶体的转动 晶体发生塑变时，常伴随取向改变。 若无夹头约束，滑移面无转动，拉力轴取向须不断变化。 若夹头不动，即拉力轴方向不变，晶体须不断发生转动。
上有2个滑移方向，共有6×2=12 滑移系。
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bcc金属的滑移系：除｛110｝晶面族外，也可为｛112｝和 ｛123｝晶面族，此三种滑移面及其共同的滑移方向<111> 的组合，总共有48个可能的滑移系。
bcc金属滑移系虽较多（为fcc 4 倍多），但其滑移面原子密 排程度不如 fcc ，滑移方向数目也较少，故其塑性不如fcc金 属好。