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2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
晶体的塑性变形Plastic Deformation of Crystal --金属的重要特性之一
弹性变形(Elastic Deformation):
材料尺寸只发生暂时性改变。
拉伸:σ=Eε,E-杨氏模数;剪切,τ=Gγ,G-切变模数。
具有可逆性.
金属弹性变形的本质:金属原子自平衡位置产生可逆位移。
塑性变形(Plastic Deformation):
应力超过弹性极限,材料发生的不可逆的永久变形。
应力与应变的关系偏离虎克定律。
先发生弹性变形,后发生塑性变形。
形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的.
塑性变形的主要机制:位错的运动
塑性变形机制Mechanism of Plastic Deformation
滑移(Slip):最重要的变形方式
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):
变形协调机制
非晶机制(Amorphous Mechanism):高温
晶界滑移(Grain Boundary Slip):高温
(Slip)
在300℃拉伸的锌单晶体
▲晶体的塑性变形,是通过平行于一定晶体学平面(即滑移面)的滑移引起的。
▲滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。
▲塑性变形的结果,使原来光滑的单晶试样的表面变成台阶状,这些台阶是由大量位错(Dislocation)滑出晶体所形成的。这些线条称为滑移线,一系列滑移线聚成一束,组成滑移带.
滑移线(Slip Line):滑移带中的细线.滑移层(Slip Band):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.
滑移带示意图
滑移(Slip):
定义:晶体在外力作用下,其中一部分相对另一部分,沿一定的晶面和该晶面上的一定晶向产生的平移滑动.
当应力超过晶体的弹性极限后,晶体中就会产生层片之间的相对滑移,大量的层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形。
滑移分别集中在某些晶面上,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
滑移面和滑移方向是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向.
滑移系(Slip System):■一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系. ■滑移面数×滑移方向数=滑移系数。■滑移系愈多,滑移过程可能采取的空间取向便愈多,滑移愈容易进行,塑性愈好。如:面心立方金属比密排六方金属塑性好.■对一定结构晶体,滑移方向随变形温度不变,,Al的滑移面可能改变为(100),Mg的滑移面可能变为。
金属的主要滑移面、滑移方向和滑移系
横截面A0上的正应力:
滑移面A上的全应力:
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
滑移面上的正应力:
临界切应力(Critical Shear Stress):
外力在滑移方向的分切应力
cosψcosλ称取向因子(或Schmid因子)
能够引起滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动.
沿滑移面滑移方向上的分切应力
S
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