金属单晶体与多晶体的塑性变形

苏铁健

1. 弹性变形与塑性变形

弹性变形金属如果受应力较低，金属内原子间的方位与距离只产生微小的变化，当外力去除后原子会自行返回原位，变形随即消失。

塑性变形：当金属所受应力达到和超过某临界值（屈服强度），除了产生弹性变形外，还会产生卸载后不可恢复的永久变形。

滑移在外力作用下，晶体中一部分晶

体相对于另一部分晶体沿着一定晶面产生

相对滑动。金属最重要的塑性变形机制。滑移

孪生

孪生在外力作用下，晶体中一部分晶

体相对于另一部分晶体沿着一定晶面产生

相对转动。

1）滑移在超过某临界值的切应力下发生。2）滑移常常沿晶体中最密排

面及最密排方向发生。此时

原子间距最大，结合力最弱。

晶面间距示意图

滑移系: 滑移面（密排晶面）+滑移方向（密排晶向）

较多的滑移系意味着有较好的塑性

实际晶体的滑移机制: 依靠位错滑移。

如果晶体中存在位错，那么塑性变形 依靠位错的滑移进行，比依靠

滑移面两侧晶体的整体滑动，阻力小得多。

塑性变形的位错滑移机制示意图

3）滑移在晶体表面形成滑移线和滑移带

滑移线和滑移带示意图滑移带金相照片

2. 单晶体塑性变形

：孪生机制

孪生

孪生面

孪晶

密排立方和体心立方的金属容易发生孪生变形；一般金属在低温和冲击载荷下容易发生孪生变形。

3. 多晶体的塑性变形

•各晶粒在变形过程中相互约束；

•大量晶界的存在对位错运动形成障碍。

3. 多晶体的塑性变形：晶粒取向对塑性变形的影响

•软取向晶粒在一定的外加应

力下能够滑移变形的晶粒；

•硬取向晶粒在一定的外加应

力下不能滑移变形的晶粒

多晶体的塑性变形存在很大的微观不均匀性，并且变形抗力明显高于单晶体。

3. 多晶体的塑性变形：晶界对塑性变形的影响

细晶强化（晶界强化）晶界阻碍位错的通过，产生强化效果。

晶界越多，即晶粒越细小，不仅材料强度

越高，而且由于增加晶粒数量，使得软取

向晶粒更多，分布更均匀，改善微观变形

的不均匀性，从而改善材料的塑性。这是

与其它缺陷类型的不同之处，即晶界可以

提高材料的综合力学性能。