第2讲 塑性变形物理本质

理论强度/实验强度
7×103 3×103 8×103 2×103 3×102 2×102 1×102 4×103 4×10 3×102 8×103 2×102
其中最大一个矛盾就是晶体的实际强度远低于其理论强度。所谓晶体的实际强度 就是实验测得的单晶体的临界分切应力，其值约为10－4～10－8G，G是晶体的剪切 模量，而理论强度则是按完整晶体刚性滑移模型计算的强度。按照此模型，晶体 滑20移20时/3/2晶8 体各部分是作为刚体而相对滑动的，连接滑移面两边的原子的结合键将 11 同时断裂。这种刚性滑移模型类似于一堆扑克牌滑开的情形。
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Lesson Two
立方系的一些 晶面指数
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实际金属的晶体结构
Lesson Two
单晶体: 各方向上的原子密度不同—— 各向异性
多晶体: 晶粒方向性互相抵消——各向 同性
存在着一系列缺陷: 点缺陷、线缺陷、 面缺陷
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Lesson Two
一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度
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2.1 金属的晶体结构
Crystal structure
基本概念 晶胞结构 实际金属的晶体结构
Lesson Two
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基本概念
Lesson Two
晶体 :原子按一定的几何规律在空间作周期性排列 晶格 :用直线将原子中心连接起来，构成的空间格子 空间点阵：在空间由点排列起来的无限阵列，其中每
材料
银 铝 铜 镍 铁 钼 铌 镉 镁（柱面滑移） 钛（柱面滑移） 铍（基面滑移） 铍（柱面滑移）
理论强度（G/30)/GPa
2.64 2.37 4.10 6.70 7.10 11.33 3.48 2.07 1.47 3.54 10.32 10.32
实验强度/MPa
0.37 0.78 0.49 3.2~7.35 27.5 71.6 33.3 0.57 39.2 13.7 1.37 5.2
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线缺陷（位错）
Lesson Two
位错是晶体中的一维缺陷。就是说，缺陷区是细长的管状区域，管内的原子排列是混乱 的，破坏了点阵的周期性。位错的概念是 1934年提出的。当时只是一种设想，直到50 年代以后才从实验中观察到位错。人们提出位错这种设想主要是由于有许多实验现象很 难用完整（理想）晶体的模型来解释。
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螺型位错
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Fra Baidu bibliotek
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混合型位错（螺 型+刃型 ）
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一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。 晶胞：只包含一个阵点的六面体
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晶界: 晶粒和晶粒之间的界面 晶面: 晶体中，由原子组成的平面 晶向: 由原子组成的直线
Crystals
Grain
Boundary Grain or Crystalline
Structure
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晶胞结构
面心立方：Al、Ni、Cu、γ-Fe
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体心立方：Cr、V、Mo、W、α-Fe、βTi
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密排六方：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co
c/a=1.57-1.64
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众所周知，固体中的原子是围绕其平衡位置作热振动的。由于热振动的
无规性，原子在某一瞬时可能获得较大的动能或较大的振幅而就离平衡位 置。如果此原子是表面上的原子，就会脱离固体而“蒸发”掉，接着次表 面的原子就会迁移到表面的空位置，于是就在晶体内部形成一个空位。如 果此原子是晶体内部的原子，它就会从平衡原子位置进入附近的点阵间隙 中，于是就在晶体中同时形成一个空位和一个间隙原子。
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Lesson Two
肖脱基空位——只形成空位而不形成等量的间隙原子 弗兰克尔缺陷——同时形成等量的空位和间隙原子
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Lesson Two
在实际晶体中，点缺陷的形式可能更复杂。
例如，即使在金属晶体中，也可能存在两个、 三个甚至多个相邻的空位，分别称为双空位、 三空位或空位团。但由多个空位组成的空位 团从能量上讲是不稳定的，很容易沿某一方 向“塌陷”成空位片（即在某一原子面内有 一个无原子的小区域)。同样，间隙原子也未 必都是单个原子，而是有可能m个原子均匀 分布在n个原子位置的范围内（m＞n），形 成所谓“挤塞子”（crowdion）。
常见的缺陷
Lesson Two
点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。
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常见的缺陷
Lesson Two
点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。
点缺陷有两种基本类型，即空位和间隙原子。前者是未被占据的（或空 着的）原子位置，后者则是进入点阵间隙中的原子。除了外来杂质原子这 样的间隙原子外，晶体中的空位和间隙原子的形成是和原子的热运动或机 械运动有关的。
L：位错线长度， V：体积，
r：位错密度。
rL
V
一般退火晶体： r =106-108/cm2 超薄单晶体： r ≦103/cm2 冷变形金属： r =1011-1012/cm2
刃型位错
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Lesson Two
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M.F. Ashby and D.R.H. Jones, Engineering Materials 1, 2nd ed. (2002)
Main Content
金属的晶体结构(Crystal structure) 位错理论基础(Dislocation theory) 单晶体塑性变形(Monocrystal plastic deformation) 多晶体塑性变形(Multi-crystal plastic deformation)
金属塑性变形理论
Theory of metal plastic deformation
第二讲 Lesson Two
塑性变形物理本质
Lesson Two
第二章 金属塑性变形的物理本质
Chapter 2 Physical inbeing of metal plastic deformation
主要内容