塑性变形机制
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塑性变形机制
滑移面(Slip Plane)和滑移方向(Slip Direction):
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，晶体沿某 些特定的晶面及方向相对错开，这些晶面和晶向分别称 “滑移面”和“滑移方向”。
滑移面与滑移方向称为滑移要素 滑移面应是面间距最大的密排面（面间距最大，面间结合
在300℃ 拉伸的锌单晶体
塑性变形机制
工业纯铁压缩变形——滑移线（电镜下）
塑性变形机制
滑移线（Slip Line）：滑移带中的细线．滑移线是滑移面两侧 晶体相对滑动所造成的。滑移带和滑移线间的晶体片层并未 发生塑性变形，仅仅发生了相对滑动。 滑移层(Slip Lamina)：相邻滑移线间的晶体片层． 滑移量( Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
塑性变形机制
密排六方晶格
对一定结构晶体，滑移方向是固定的，滑移面可能随温度改 变。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，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， 面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方 晶格。
塑性变形机制
塑性变形机制（Mechanism of Plastic Deformation）
（根据原子群移动所发生的条件和方式划分）
滑移(Slip)：最主要的变形方式 孪生(Twinning)：
低温高速，对称性较低的密排六方金属
不对称变形(Asymmetrical Deformation）：
滑移带示意图
塑性变形机制
滑移
定义：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿 着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位 移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 滑移时，滑移矢量与柏氏矢量平行。 晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移后, 滑移面两侧晶体的位向关系未发生变化。 滑移分别集中在某些晶面上，变形具有不均匀性。
塑性变形机制
塑性变形（Plastic Deformation）
不可逆性：应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。 变形先后顺序：先发生弹性变形，后发生塑性变形。 应力与应变的关系偏离虎克定律。 形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的。因此，
施加的力或能应足以克服位垒，使大量的原子群能多次地定向 地从一个平衡位置移到另一个平衡位置，由此产生宏观的塑性 变形。 塑性变形的本质:位错的运动（晶粒内部或晶粒之间产生的滑移 及转动）；
塑性变形机制
2.1.2 滑移时的临界切应力（Critical Shear Stress)
滑移系只提供了金属滑移的 可能性，而金属在外力作用 下滑移的驱动力是沿滑移面 滑移方向上的分切应力。
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。只有在
切应力的作用下金属晶体才
能产生塑性变形。
外
切
塑性的变形力在机制
应
锌 单
塑性变形机制
塑性变形机制
临界切应力：沿滑移面滑移方向上的分切应力；能够引起
滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动.
滑移面法线与横截面法线间夹角为φ ；
轴向拉力与滑移方向间夹角为λ
A0移面A上的全应力: SPPcoscos
单值性：应力与应变关系遵循虎克定律 拉伸:σ=Eε，E-杨氏模量 ；剪切:τ=Gγ，G-切变模量 。 弹性模量是重要的物理和力学参量，表示使原子离开平衡位置的难易程 度，只取决于晶体原子结合的本性，不依晶粒大小以及组织变化而变， 是一种组织不敏感的性质。
全程性：持续至断裂前。
金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。
Schmid定律:
金属在一定变形温度和变形速度条件下,开始发生滑移变形 所需的临界切应力为常数,与取向因子无关.
室温下铁单晶体切应力切应变曲线
a、b…i表示从不同方向对铁单晶体的拉伸
如图：临界切应力大体都为20MPa，即与取向因子无关。 塑性变形机制
coscos
取向因子越大，分切应力也越大．
对任意给定的ψ，λ＝90°-ψ时,取向因子最大.滑移面法线、滑移 方向、外力处于同一平面，则：
变形协调机制
非晶机制(Amorphous Mechanism)：高温 晶界滑移(Grain Boundary Slip)：高温
塑性变形机制
2.1 滑移（Slip）
2.1.1滑移现象 室温下晶体塑变的主要方式是滑移。 滑移是靠位错的运动实现的 位错沿滑移面滑移．当移动到晶体表面时，便产生了大小等
力最弱，切变阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排 方向（原子间距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最小）。
塑性变形机制
滑移系(Slip System):
一个滑移面和其上的一个 滑移方向构成一个滑移系。 具体晶体中滑移系是有限 的。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
滑移面 {110}
于柏氏矢量的滑移台阶，如果该滑移面上有大量位错运动到 晶体表面，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。 光镜下：滑移带（无重现性）。电镜下：滑移线。
塑性变形机制
单晶体的圆柱试样表面抛光后拉伸，试样表面就会出现一 系列平行的变形痕迹。光镜观察，晶体表面上形成的浮凸， 称为滑移带。
2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
塑性变形机制
弹性变形（Elastic Deformation）
弹性变形过程：外力→应力→原子离开平衡位置→变形→原子位能增加 →返回趋势→外力消失→变形消失→弹性变形
可逆性：材料尺寸只发生暂时性改变，外力撤除，变形消失。
A A0
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
S
A Sco s co cso s
滑移面上的正应力:
nSco sco2s
c
s
外力在滑移方向的分切应力
cscoscos
s
c coscos
塑性变形机制
只有 c 一定时 s 与 coscos 才构成如图函数关系
拉伸时Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系
塑性变形机制
滑移面(Slip Plane)和滑移方向(Slip Direction):
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，晶体沿某 些特定的晶面及方向相对错开，这些晶面和晶向分别称 “滑移面”和“滑移方向”。
滑移面与滑移方向称为滑移要素 滑移面应是面间距最大的密排面（面间距最大，面间结合
在300℃ 拉伸的锌单晶体
塑性变形机制
工业纯铁压缩变形——滑移线（电镜下）
塑性变形机制
滑移线（Slip Line）：滑移带中的细线．滑移线是滑移面两侧 晶体相对滑动所造成的。滑移带和滑移线间的晶体片层并未 发生塑性变形，仅仅发生了相对滑动。 滑移层(Slip Lamina)：相邻滑移线间的晶体片层． 滑移量( Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
塑性变形机制
密排六方晶格
对一定结构晶体，滑移方向是固定的，滑移面可能随温度改 变。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，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， 面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方 晶格。
塑性变形机制
塑性变形机制（Mechanism of Plastic Deformation）
（根据原子群移动所发生的条件和方式划分）
滑移(Slip)：最主要的变形方式 孪生(Twinning)：
低温高速，对称性较低的密排六方金属
不对称变形(Asymmetrical Deformation）：
滑移带示意图
塑性变形机制
滑移
定义：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿 着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位 移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 滑移时，滑移矢量与柏氏矢量平行。 晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移后, 滑移面两侧晶体的位向关系未发生变化。 滑移分别集中在某些晶面上，变形具有不均匀性。
塑性变形机制
塑性变形（Plastic Deformation）
不可逆性：应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。 变形先后顺序：先发生弹性变形，后发生塑性变形。 应力与应变的关系偏离虎克定律。 形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的。因此，
施加的力或能应足以克服位垒，使大量的原子群能多次地定向 地从一个平衡位置移到另一个平衡位置，由此产生宏观的塑性 变形。 塑性变形的本质:位错的运动（晶粒内部或晶粒之间产生的滑移 及转动）；
塑性变形机制
2.1.2 滑移时的临界切应力（Critical Shear Stress)
滑移系只提供了金属滑移的 可能性，而金属在外力作用 下滑移的驱动力是沿滑移面 滑移方向上的分切应力。
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。只有在
切应力的作用下金属晶体才
能产生塑性变形。
外
切
塑性的变形力在机制
应
锌 单
塑性变形机制
塑性变形机制
临界切应力：沿滑移面滑移方向上的分切应力；能够引起
滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动.
滑移面法线与横截面法线间夹角为φ ；
轴向拉力与滑移方向间夹角为λ
A0移面A上的全应力: SPPcoscos
单值性：应力与应变关系遵循虎克定律 拉伸:σ=Eε，E-杨氏模量 ；剪切:τ=Gγ，G-切变模量 。 弹性模量是重要的物理和力学参量，表示使原子离开平衡位置的难易程 度，只取决于晶体原子结合的本性，不依晶粒大小以及组织变化而变， 是一种组织不敏感的性质。
全程性：持续至断裂前。
金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。
Schmid定律:
金属在一定变形温度和变形速度条件下,开始发生滑移变形 所需的临界切应力为常数,与取向因子无关.
室温下铁单晶体切应力切应变曲线
a、b…i表示从不同方向对铁单晶体的拉伸
如图：临界切应力大体都为20MPa，即与取向因子无关。 塑性变形机制
coscos
取向因子越大，分切应力也越大．
对任意给定的ψ，λ＝90°-ψ时,取向因子最大.滑移面法线、滑移 方向、外力处于同一平面，则：
变形协调机制
非晶机制(Amorphous Mechanism)：高温 晶界滑移(Grain Boundary Slip)：高温
塑性变形机制
2.1 滑移（Slip）
2.1.1滑移现象 室温下晶体塑变的主要方式是滑移。 滑移是靠位错的运动实现的 位错沿滑移面滑移．当移动到晶体表面时，便产生了大小等
力最弱，切变阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排 方向（原子间距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最小）。
塑性变形机制
滑移系(Slip System):
一个滑移面和其上的一个 滑移方向构成一个滑移系。 具体晶体中滑移系是有限 的。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
滑移面 {110}
于柏氏矢量的滑移台阶，如果该滑移面上有大量位错运动到 晶体表面，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。 光镜下：滑移带（无重现性）。电镜下：滑移线。
塑性变形机制
单晶体的圆柱试样表面抛光后拉伸，试样表面就会出现一 系列平行的变形痕迹。光镜观察，晶体表面上形成的浮凸， 称为滑移带。
2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
塑性变形机制
弹性变形（Elastic Deformation）
弹性变形过程：外力→应力→原子离开平衡位置→变形→原子位能增加 →返回趋势→外力消失→变形消失→弹性变形
可逆性：材料尺寸只发生暂时性改变，外力撤除，变形消失。
A A0
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
S
A Sco s co cso s
滑移面上的正应力:
nSco sco2s
c
s
外力在滑移方向的分切应力
cscoscos
s
c coscos
塑性变形机制
只有 c 一定时 s 与 coscos 才构成如图函数关系
拉伸时Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系
塑性变形机制