多晶体塑性变形

多晶体的塑性变形机制
多晶体是由大量晶体颗粒组成的晶粒体，其内部包含了许多晶界。

而塑性变形机制是多晶体在外力作用下发生形变的过程。

在多晶体的
塑性变形中，晶界扮演着关键的角色，影响着材料的塑性行为。

本文
将探讨多晶体的塑性变形机制及其影响因素。

多晶体的塑性变形机制主要有晶体滑移、孪晶形变和再结晶等方式。

晶体滑移是晶格内平面沿晶胞平面方向发生相对滑动，使晶体产生形变。

孪晶形变是晶体中出现特殊结构的孪晶，通过孪晶界的移动来实
现形变。

再结晶是材料在高温下形成新的晶粒结构以释放应力。

在多晶体的塑性变形中，晶界的性质对材料的塑性行为有重要影响。

晶界的迁移与扩散是晶粒体在形变过程中的重要机制，影响了晶粒的
重新排列以适应外力。

此外，晶界强化机制也影响了材料的变形性能，不同形态和性质的晶界对材料的硬度、韧性等性能具有不同影响。

除了晶界的影响，晶体取向和织构对多晶体的塑性变形也具有重要
作用。

晶体取向决定了材料在外力作用下的各向异性表现，不同取向
的晶粒在形变中的行为也有所不同。

织构是晶粒在材料中的排布规律，直接影响了材料的力学性能和变形行为。

总的来说，多晶体的塑性变形机制是一个复杂的过程，受到多种因
素的影响。

晶界、晶体取向和织构等因素共同作用，决定了材料的塑
性行为和性能。

通过深入研究多晶体的塑性变形机制，可以为材料设
计与加工提供科学依据，实现材料性能的优化与提升。

第十四讲单晶体多晶体的塑性变形、纯金属形变强化1.施密特定律考点再现：这一部分其实不用多说了，几乎是每一年都会考一道施密特定律的题，今年再考这个题的概率在9成以上。

考试要求：首先要记住公式，知道两个角是那两个，不要弄混，另外就是对施密特定律的求解问题的一些细节处理，要完整，能够得到全部的分数才可。

知识点施密特定律★★★★★上式就是施密特定律。

当在滑移面的滑移方向上，分切应力达到某一临界值τc时，晶体就开始屈服，σ=σs。

cosυcosλ称为取向因子或者施密特因子。

cosυcosλ值大者，称为软取向，材料屈服点较低，反之，cosυcosλ值小者，称为硬取向，材料的屈服点较高。

当滑移面垂直于拉力轴或者平行于拉力轴时，滑移面上的分切应力等于0，不能滑移。

注意点：两个角的求取，υ为滑移方向外力的夹角，λ是滑移面法向与外力的夹角。

这道题的关键就是找对角，计算的部分应该没有难度的。

2.单滑移、多滑移与交滑移考点再现：10年考到了交滑移，在08年之前也涉及到了单滑移和多滑移，所以这一部分还是很有可能在今年的考试中出一道名词解释的。

考试要求：这部分要求不高，主要就是定义的理解和记忆。

知识点单滑移：当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到了临界分切应力，这是发生单滑移。

★★★多滑移：当拉力轴在晶体的特定取向上，可能会使几个滑移系上的分切应力相等，在同时达到临界分切应力是，就会发生多滑移。

★★★交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。

★★★交滑移特征：材料塑性好；纯螺型位错。

★★3.多晶体的塑性变形考点再现：08年考到了多晶体的塑性变形特点，是填空题，对于多晶体塑性变形的传递历来被认为是一个非常好的考点，但是到现在为止还没有考过，越是这样的点，我们越要注意，今年考的可能性不小。

霍尔-佩奇关系在09年就考过，这是一个非常容易出现的考点，在近几年的考试中出场率也非常的高。

多晶体的塑性变形机制在固体力学中，塑性变形指的是材料在受力作用下发生永久形变的过程。

对于多晶体材料，其晶粒的排列会对塑性变形机制产生较大影响。

本文将介绍多晶体塑性变形机制的基本原理，并探讨晶界、位错和滑移等因素在多晶体塑性变形中的作用。

1. 多晶体的结构特点多晶体是由许多晶粒组成的材料，每个晶粒是由同一个晶体结构的晶体单元组成。

晶粒之间的结合称为晶界，晶界的存在对塑性变形机制具有重要的影响。

2. 晶界的作用晶界是晶粒之间的界面，其结构与晶体内部的结构存在差异。

晶界可以阻碍晶体的滑移，限制晶体的塑性变形。

晶界的特殊结构使得晶粒在受力作用下不易发生滑移，从而增加了材料的强度。

此外，晶界还会影响晶体的晶粒生长和晶界迁移，在材料加工和成形过程中起到重要的作用。

3. 位错的作用位错是晶体中的一种缺陷，是晶体结构中的原子偏差或错配。

位错的运动可以引起晶格的畸变和滑移，进而导致材料的塑性变形。

在多晶体材料中，位错在晶粒之间传播并产生滑移，从而实现材料的塑性变形。

位错对材料的强度和韧性有重要影响，是塑性变形机制中不可忽略的因素。

4. 滑移的机制滑移是在晶粒内的位错运动引起的晶体形变。

晶体中存在多个滑面和滑矢量，滑面是晶格面，滑矢量是晶体内位错移动的方向。

当外力作用于晶体时，位错从一个滑面滑移到另一个滑面，这样就实现了晶体的塑性变形。

滑移是晶格错配的唯一处理方式，也是多晶体材料的主要塑性变形机制之一。

5. 多晶体塑性变形的机制综合在多晶体材料中，晶界、位错和滑移是相互关联的，共同作用于塑性变形过程中。

晶界的存在会阻碍滑移，从而提高材料的强度。

位错则通过滑移在晶粒内传播，使得晶体发生塑性变形。

滑移的方向和滑面的选择对材料的塑性变形具有重要影响。

通过合理控制晶粒结构、晶界性质和位错密度等因素，可以调控多晶体材料的塑性变形机制，从而提高材料的塑性和韧性。

总结：多晶体材料的塑性变形机制是一个复杂的过程，涉及晶界、位错和滑移等因素。

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。

晶面间距示意图有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）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有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）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。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）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。

多晶体的塑性变形塑性变形过程由于各晶粒间存在位相差，在外力作用下，位向最有利的少数晶粒开始发生塑形变形，随后这些已变形晶粒中的平面位错群在晶界塞积导致应力集中，这一应力集中和外力叠加，使相邻晶粒的位错源开动，驱动相邻晶粒进行协调的（多滑移）塑形变形。

多晶体塑性变形特点：①各晶粒的变形不是同时进行的；②为了协调先发生塑性变形的晶粒形状的改变，相邻各晶粒必须进行多滑移，其中包括取向并不有利的滑移系上同时进行滑移，这样才能保证其形状作各种相应地改变．根据理论计算，每个晶粒至少需要５个独立的滑移系启动；③受晶界及各晶粒位向不同的影响，各晶粒间、晶粒内的变形是不均匀的。

细晶强化①由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，滑移带终止于晶界；②由于各晶粒间存在位相差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而滑移时必然要发生位错的相互交割．这两者均将大大提高金属材料的强度．显然，晶界越多，即晶粒越细小，则其强化效果越显著。

这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为细晶强化。

多晶体的塑性变形与单晶体塑性变形的区别单晶体产生塑性变形，只与其晶体内部位错滑移有关；多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移，还要考虑晶粒之间的变形协调，即要考虑晶间变形。

晶界在塑性变形中的作用可分2个部分来说：协调作用，多晶体在塑性变形时，各晶粒都要通过滑移或孪生而变形，而个晶粒的变形不能是任意的，必须相互协调，以保证晶界处变形的连续；阻碍作用，晶界之间存在位相差，阻碍位错的运动；多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响，使得其变形抗力比单晶体高得多。

但是归根到底，其塑性变形方式仍是滑移和孪生。

细化晶粒的方法1、增加过冷度：过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。

在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。

2、变质处理：向金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。

多晶体金属的塑性变形本质上，与单晶体无区别。

实际上，存在晶界及晶粒之间的位向差，变形过程复杂，变形抗力高的多。

一、晶粒取向的影响多晶体相邻晶粒位向不同，导致多晶体金属塑性变形有以下两个特点： 各晶粒变形的不同时性；各晶粒变形的相互协调性。

各晶粒变形的不同时性软取向的晶粒，首先开始滑移；周围晶粒位向不同，滑移系取向不同，运动的位错不能越过晶界，在晶界处产生位错塞积。

位错塞积造成很高的应力集中，使相邻晶粒中某些滑移系开动，使应力集中松弛，变形从一个晶粒传向另一个晶粒。

随着变形，各晶粒发生转动和旋转，原软取向→硬取向，而停止滑移，同时原硬取向→软取向，而发生滑移。

随外力的持续，多晶体金属中的晶粒分批地、逐步地发生塑性变形。

各晶粒变形的相互协调性多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包围之中。

要保持晶粒之间的结合和整个晶体的连续性，其变形必须与周围的晶粒相互协调，就使多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力也高于单晶体。

独立滑移系多晶体塑性变形时，要求晶粒至少能在5个独立的滑移系上进行滑移，才能使各晶粒间的变形得到很好的协调。

独立滑移系：指它所产生的晶体形状改变是不能借别的滑移系组合作用而同样得到。

任何变形都可用6个应变分量来表示。

由于塑性变形时体积不变，只有5个独立的应变分量。

独立的应变分量由一个独立的滑移系来产生，需要5个独立滑移系产生5个独立应变分量，以保证晶粒间变形的协调和晶体的连续。

面心立方和体心立方金属滑移系多，能满足，有较好的塑性。

而密排六方金属滑移系少，晶粒间的应变协调性差。

密排六方单晶体处于软取向时，应变可达100% ~200%，但多晶体塑性都很差，强度则较高。

二、晶界（晶粒大小）的影响双晶粒试样变形后，晶界处呈竹节状。

晶界附近滑移受阻，变形量较小。

晶界阻碍位错的通过，即晶界对塑性变形起阻碍作用。

多晶体的强度随晶粒细化而提高。

细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。

细晶强化本质：晶界提高了位错运动的阻力，晶界越多，即晶粒越细，材料的强度越高。