材料的形变和再结晶
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如果在电子显微镜下高倍观察发现， 一系 列相互平行的更细的线组成的，称为滑移 线(slip lines)。
2）滑移系(SLIP SYSTEM)
滑移面(slip plane)：塑性变形时位错滑移的特定晶面， 往往是原子最密排晶面(Highest Planar Density )。
滑移方向(slip direction)：塑性变形时位错滑移的特定 晶向，往往是原子最密排晶向 (Highest Linear Density)。
化研究，先讨论单晶体的塑性变形，然 后再研究多晶体的塑性变形。 一、单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：
1、滑移（Slip）
概念：
滑移是在外力作用下，晶体的一部 分沿着一定的晶面（metallographic plane）（滑移面(Slip plane)）的一定晶 体方向（ metallographic direction） （滑移方向(Slip direction)）相对于晶体 的另一部分发生的相对滑动 。
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格 的距离加大，不能使原子从一个平衡 位置移动到另一平衡位置，不能产生 塑性变形；
正应力达到破坏原子间的吸引力， 晶格分离，材料则出现断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽
1）滑移带与滑移线
为了观察滑移现象，可经抛光的单晶体金 属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的 塑性变形，即可通过光学显微镜在金属棒 表面观察到很多细线，称之为滑移带 (slipbands)。
c ocso c s ocso 9s 0()1si2 n
2
①当φ = 90º或 ＝ 90º时，ｓ为无限大，即当滑移面与外
力方向平行或者滑移方向与外力方向垂直时不能产生滑 移——硬取向；
②当 φ=45º时，取向因子有最大值1/2，此时，得到最大分 切应力——软取向.
• 图5.9为密排六方镁单晶的 取向因子对拉伸屈服应力 的影响，图中小圆点为实 测值，曲线为计算值，可 见，两者吻合很好。
切应力(shear stress)的作用
滑移过程说明： 在切应力的作用下，先使晶格发生弹性外扭
(lattice distortion)，进一步将使晶格发生滑移。外力 去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶体不能 恢复到原来的形状，而保留永久的变形(permanent deformation)。大量晶面的滑移将得到宏观变形效果， 在晶体的表面将出现滑移产生的台阶(step)。
于柏氏矢量的平方，那么比较上述 两个矢量的能量： • ½[110]位错的能量是2a2/4； • [001]位错的能量是a2。 • 可见，滑移方向是[110]。
三种典型晶格的滑移系
6
48
<11-20> (0001)
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
滑移面
Shear area and slip plane
滑移面的面积为Ａ/cos
A resolved shear stress
F Acoscosscoscos
取向因子或施密特因子(Schmid factor) m 为coscos。
对于任一给定的 φ值，取向因子的最大值
出现在λ = 90º- φ时：
第五章 材料的形变和再结晶 Chapter 5 Deformation and re-
crystallization of materials
5.2 晶体的塑性变形
5.2 晶体的塑性变形（plastic deformation）
概念： 应力超过弹性极限，材料产生不可逆
的永久变形。 虽然工程上大多数材料为多晶体，为了简
SCHMID’S LAW (施密特定
律) 横截ss section
(Critical resolved shear stress)
－滑移面法线与外力Ｆ中心 Slip direction
轴的夹角；
－滑移方向与外力Ｆ的夹角； Ｆ在滑移方向的分力为Fcos
Normal to slip plane
面心立方晶体中的滑移 系
密排六方晶体中的滑移
基面滑移面
系 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
资料来源-K.H.马图哈编，丁道云译，非铁合金的结构与性能，科学出版社，1999
滑移系对性能的影响
滑移系的个数：(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑 移方向的个数）
• 解答：Mg的滑移面为（0001）基面，由 scoscos
可知，当 为定值（60 ° ） 时， λ越小，τ越大，所以 在拉应力下，晶体沿拉伸轴交成38 °的滑移方向滑移而产 生塑性变形。因此，Mg的临界分切应力
sc o sc o s 2 .0 5 c o s6 0 c o s3 8
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
• 为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？ • 这个问题将在后面回答
为什么滑移方向是最密排原子方向？
最密排方向上的原子间距最短，即 位错柏氏矢量b最小，所需能量最 低。
• FCC滑移面{111}滑移方向[110] • 最短的点阵矢量是½[110] 和 [001] • 根据Frank定律，位错的能量正比
• 滑移的临界分切应力是一 个真实反映单晶体受力起 始屈服的物理量。
滑移的临界分切应力数值与晶体的类型、纯度以及温度 等因素有关，还与该晶体的加工和处理状态、变形速率 以及滑移类型等因素有关。
• 例题1：Mg单晶体的试样拉伸时，3个滑移方向与拉伸轴分 别相交成38°，45°，85°，而基面法线与拉伸轴相交成60°。 如果在拉应力为2.05 MPa时，开始观察到塑性变形，则Mg 的临界分切应力为多少？
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，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
体心立方晶体的铁具有48个滑移系；面心立方晶体的铜 及铝具有12个滑移系，但铁的塑性不如铜及铝；而密排 六方晶体的镁及锌等，因其滑移系仅有3个，故其塑性远 较立方晶体的金属差。
2）滑移系(SLIP SYSTEM)
滑移面(slip plane)：塑性变形时位错滑移的特定晶面， 往往是原子最密排晶面(Highest Planar Density )。
滑移方向(slip direction)：塑性变形时位错滑移的特定 晶向，往往是原子最密排晶向 (Highest Linear Density)。
化研究，先讨论单晶体的塑性变形，然 后再研究多晶体的塑性变形。 一、单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：
1、滑移（Slip）
概念：
滑移是在外力作用下，晶体的一部 分沿着一定的晶面（metallographic plane）（滑移面(Slip plane)）的一定晶 体方向（ metallographic direction） （滑移方向(Slip direction)）相对于晶体 的另一部分发生的相对滑动 。
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格 的距离加大，不能使原子从一个平衡 位置移动到另一平衡位置，不能产生 塑性变形；
正应力达到破坏原子间的吸引力， 晶格分离，材料则出现断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽
1）滑移带与滑移线
为了观察滑移现象，可经抛光的单晶体金 属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的 塑性变形，即可通过光学显微镜在金属棒 表面观察到很多细线，称之为滑移带 (slipbands)。
c ocso c s ocso 9s 0()1si2 n
2
①当φ = 90º或 ＝ 90º时，ｓ为无限大，即当滑移面与外
力方向平行或者滑移方向与外力方向垂直时不能产生滑 移——硬取向；
②当 φ=45º时，取向因子有最大值1/2，此时，得到最大分 切应力——软取向.
• 图5.9为密排六方镁单晶的 取向因子对拉伸屈服应力 的影响，图中小圆点为实 测值，曲线为计算值，可 见，两者吻合很好。
切应力(shear stress)的作用
滑移过程说明： 在切应力的作用下，先使晶格发生弹性外扭
(lattice distortion)，进一步将使晶格发生滑移。外力 去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶体不能 恢复到原来的形状，而保留永久的变形(permanent deformation)。大量晶面的滑移将得到宏观变形效果， 在晶体的表面将出现滑移产生的台阶(step)。
于柏氏矢量的平方，那么比较上述 两个矢量的能量： • ½[110]位错的能量是2a2/4； • [001]位错的能量是a2。 • 可见，滑移方向是[110]。
三种典型晶格的滑移系
6
48
<11-20> (0001)
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
滑移面
Shear area and slip plane
滑移面的面积为Ａ/cos
A resolved shear stress
F Acoscosscoscos
取向因子或施密特因子(Schmid factor) m 为coscos。
对于任一给定的 φ值，取向因子的最大值
出现在λ = 90º- φ时：
第五章 材料的形变和再结晶 Chapter 5 Deformation and re-
crystallization of materials
5.2 晶体的塑性变形
5.2 晶体的塑性变形（plastic deformation）
概念： 应力超过弹性极限，材料产生不可逆
的永久变形。 虽然工程上大多数材料为多晶体，为了简
SCHMID’S LAW (施密特定
律) 横截ss section
(Critical resolved shear stress)
－滑移面法线与外力Ｆ中心 Slip direction
轴的夹角；
－滑移方向与外力Ｆ的夹角； Ｆ在滑移方向的分力为Fcos
Normal to slip plane
面心立方晶体中的滑移 系
密排六方晶体中的滑移
基面滑移面
系 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
资料来源-K.H.马图哈编，丁道云译，非铁合金的结构与性能，科学出版社，1999
滑移系对性能的影响
滑移系的个数：(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑 移方向的个数）
• 解答：Mg的滑移面为（0001）基面，由 scoscos
可知，当 为定值（60 ° ） 时， λ越小，τ越大，所以 在拉应力下，晶体沿拉伸轴交成38 °的滑移方向滑移而产 生塑性变形。因此，Mg的临界分切应力
sc o sc o s 2 .0 5 c o s6 0 c o s3 8
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
• 为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？ • 这个问题将在后面回答
为什么滑移方向是最密排原子方向？
最密排方向上的原子间距最短，即 位错柏氏矢量b最小，所需能量最 低。
• FCC滑移面{111}滑移方向[110] • 最短的点阵矢量是½[110] 和 [001] • 根据Frank定律，位错的能量正比
• 滑移的临界分切应力是一 个真实反映单晶体受力起 始屈服的物理量。
滑移的临界分切应力数值与晶体的类型、纯度以及温度 等因素有关，还与该晶体的加工和处理状态、变形速率 以及滑移类型等因素有关。
• 例题1：Mg单晶体的试样拉伸时，3个滑移方向与拉伸轴分 别相交成38°，45°，85°，而基面法线与拉伸轴相交成60°。 如果在拉应力为2.05 MPa时，开始观察到塑性变形，则Mg 的临界分切应力为多少？
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，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
体心立方晶体的铁具有48个滑移系；面心立方晶体的铜 及铝具有12个滑移系，但铁的塑性不如铜及铝；而密排 六方晶体的镁及锌等，因其滑移系仅有3个，故其塑性远 较立方晶体的金属差。