单晶体金属的塑性变形

单晶体的塑性变形原理单晶体是由同一种晶体结构组成的完整晶体，具有高度的有序性和周期性。

在单晶体中，晶体晶格之间的结合力非常强大，使得晶格的平移和扭曲受到很大的限制。

然而，当单晶体受到外力作用时，就会出现塑性变形。

塑性变形是指物体在外力的作用下发生可逆的非弹性变形，即变形后物体可以保持新的形状。

塑性变形主要发生在常温下，与高温下的固溶体形变机制不同，高温下的固溶体形变机制主要是滑移。

单晶体的塑性变形原理可以用绕晶形变和位错划移来解释。

绕晶形变是指在晶体中某个平面内的晶格原子围绕某个原子旋转，从而引起整个晶体的塑性变形。

绕晶形变发生的条件是在某个平面附近存在一定程度的局部解理，即平面上的原子比其他方向上的原子容易移动。

绕晶形变可以分为两种类型：瑞士型形变和墙巢型形变。

瑞士型形变是指当晶体发生外力作用时，原子团块在某些面上的原子重排，使得晶体变形。

这种形变需要较大的应力才能实现，且发生在晶格容易发生切变的面上。

墙巢型形变是指当晶体受到外力作用时，在晶体内部形成位错和蚀斜，从而引起晶体的变形。

位错是晶体中的一种结构缺陷，它是由于晶体中的原子偏离了理想晶格位置而引起的。

蚀斜是指晶格在应力的作用下发生的微小变形。

墙巢型形变发生时，位错在晶体中移动，从而引起晶体变形。

位错划移是单晶体塑性变形的主要方式。

当晶体受到外力作用时，发生位错移动，这种移动可以看作是原子的排列发生了变化，从而引起晶格的变形。

位错划移的机制包括滑移和蠕变。

滑移是指位错在晶体中的某些面上移动，从而引起晶格的变形。

滑移的方向与晶体中原子排列的方向相吻合。

蠕变是指在晶体中，位错不仅在某些面上移动，还在垂直于该面的晶面上移动，从而引起晶体的变形。

除了绕晶形变和位错划移，单晶体的塑性变形还与材料的晶体结构和成分有关。

晶体结构的紧密性和原子间的键合方式都会影响晶体的塑性变形。

对于紧密堆积的晶体结构来说，原子之间的相互作用力较强，使得晶体更加难于发生塑性变形。

苏铁健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。

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。

这是与其它缺陷类型的不同之处，即晶界可以提高材料的综合力学性能。