多晶体塑性变形

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孪生变形的特点
(1)孪生是在应力集中的局部 区突然萌生，萌发于局部 应力高度集中的地方。
(2)孪生所需的切应力比滑移 所需的要大10~100倍。
(3)孪生形核难，长大快，通 常以猝发的方式形成并使 应力-应变曲线上呈现锯 齿状 。
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铜单晶在4.2K的拉伸曲线
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孪生的形成
锌晶体中的形变孪晶
铜晶体中的退火孪晶组织
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孪生的位错机制
在孪生过程中，整个孪晶区域作了均匀切变，其各层的相 对移动距离是孪生方向原子间距的分数值，这表明孪生时每层 晶面的位移可以借助于一个不全位错的移动而形成。以面心立 方为例，如果在相邻(111)晶面上依次各有一个a/6[112]不全位错 滑过，滑移的结果是使得晶面逐层发生层错，最终堆垛顺序由 “ABCABCABC”变为“ABCACBACB”，从而形成了一片孪晶 区。
式中：d为滑移面的面间距，b为滑移方向上的点阵间距，v
为泊松比。
与其它位错的交互作用阻力；
位错交割后形成的割阶与扭折；
位错与一些缺陷发生交互作用。
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（2）孪生
孪生是晶体塑性变形的另一种常见方式，是指在 切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面） 和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀 切变的过程。
锥体底面上的两个<110> 方向和[001]垂直。
因此，锥体上有4×2个
滑移系具有相同的施密
特因子，当达到临界切
图fcc晶体中多滑移
应力时可同时开动。
多பைடு நூலகம்体塑性变形
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交滑移
交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方 向进行的滑移。 双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到与原滑移面平行 的平面滑移。
a. 变形前
b. 滑移
c. 孪生
晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图
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发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面 称孪生面。
孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
(a)孪晶面与孪生方向
(b)孪生变形时晶面移动情况
面心立方晶体孪生变形示意图
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面心立方晶体孪晶的高分辨率电镜照片
面心立方多晶晶体体塑中性变孪形晶的形成
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体心立方结构的孪晶
-Fe中的孪晶（冲击条件下）
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六方结构晶体中的孪晶
在3种典型金属结构中，六方结构金属最常出现孪 晶。因孪生往往在滑移困难时出现，六方晶系的滑移 系很少，所以容易出现孪晶。
面对称的{111}极点，此极点即表示滑移面的法线方向；
以三角形的<110>角的对边作为公共边，得出与之对称的
<110>点，此点即代表滑移方向。
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滑移的位错机制
位错运动的阻力主要包含以下几方面：
位错运动的阻力首先来自于点阵阻力（派－纳力），它 相当于简单立方晶体中刃型位错运动所需要的临界分切应 力：
解：铜晶体为面心立方点阵，其滑移系为{111}<110>。若铜 单晶体的表面为{100}晶面，当塑性变形时，晶体表面出现 的滑移线应是{111}与{100}的交线<110>，即在晶体表面上 见到的滑移线是相互平行的，或者互相成90°夹角。
当铜单晶的外表面为{111}晶面时，表面出现的滑移线为 <110>，它们要么相互平行，要么相互交角为60°。
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滑移的表面痕迹
单滑移：单一方向的滑移带；
多滑移：相互交叉的滑移带；
交滑移：波纹状的滑移带。
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映像规则
参考球和立方晶体的球面投影
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晶体的极射赤面投影
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映像规则
立方晶体(001)标准投影图
面心立方晶体的滑移系
以三角形{111}角的对边作为公共边，得出与之呈镜
上节要点回顾
概念：应力、应变、弹性变形、塑性变形、 滑移、滑移系、临界分切应力、取向因子
弹性变形的本质 FCC和BCC晶体中的滑移系
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例1：若单晶铜的表面恰好为{100}晶面，假设晶体可以在各 个滑移系上滑移，试讨论表面上可能看到的滑移线的形貌 （滑移线的方位和他们之间的夹角）。若单晶体表面为 {111}面呢？
形变孪晶：在形变过程中形成的孪晶组织，在金相形貌上一般呈 现透镜片状，多数发源于晶界，终止于晶内，又称机械孪晶。
退火孪晶：变形金属在退火过程中也可能产生孪晶组织，退火孪 晶的形貌与形变孪晶有较大区别，一般孪晶界面平直，且孪晶片 较厚。
孪生形变总是萌发于局部应力高度集中的地方（在多 晶体中往往是晶界），其所需要的临界分切应力远大于滑 移变形所需临界分切应力。
取向因子的变化 几何硬化：，远离45，滑移变得困难； 几何软化：，接近45，滑移变得容易。
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多滑移
滑移过程沿两个以上滑移系同时或交替进行，这种 滑移过程就称为称多滑移。
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对所有的{111}面，φ角 是相同的，为54.7°。
对[101]、[101]、[011]和 [011]方向， λ角也是相 同的，为45°。
已知： s＝ 7.9×105Pa，拉力轴为[123]方向，开动的滑移系 为(111)[101]，则
为拉力轴[123]与(111)晶面的法线(111)之间的夹角，为[123]
与[101]之间的夹角，故
cos 1 2 3 4
14 3 42
cos 1 0 3 2
14 2 7
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讨论：在讨论晶体表面滑移线形貌时，只要考虑晶体的滑移 面与表面的交线形貌就可以。
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例2：铝单晶体在室温时的临界分切应力为7.9×105Pa，若室 温下对铝单晶试样作拉伸实验时，拉力轴为[123]方向，可能 开动的滑移系为(111)[101]，求引起试样屈服所需要加的力。
解：铝晶体为面心立方点阵，其滑移系为{111}<110>， 单晶体拉伸时： s＝scoscos
3
s
7.9105 4 2
1.69106Pa
42 7
讨论：由schmid定律可知，外力在滑移方向上的分切应力为
＝coscos ，当达到临界值时，宏观上金属开始 屈服。此时， = s。
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滑移时晶面的转动
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位向和晶面的变化 拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向； 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。