塑性变形的基本形式：理解变形过程

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：金属塑性变形过程非常复杂，原子离开平衡位置而产生的变形，主要有滑移和孪动两种形式。滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变形，称为晶内变形。工业生产中实际使用的金属则是由多个晶粒组成的集合体，即多晶体。多晶体的变形基本形式仍是滑移和孪动，但在变形过程中，多晶体变形受到晶粒位向的影响和晶界的阻碍，会造成变形不均匀。当晶体间存有杂质时，会使晶间结合力降低，晶界变脆，不利于多晶体进行塑性变形。

金属塑性变形过程非常复杂，原子离开平衡位置而产生的变形，主要有滑移和孪动两种形式。

1.滑移

当作用在晶体上的切应力达到一定数值后，晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分产生滑移。这一晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。图2-1所示为晶格的滑移过程示意图。

金属的滑移面，一般都是晶格中原子分布最密的面，滑移方向则是原子分布最密的结晶方向。这是因为沿着原子分布最密的面和方向滑移的阻力最小。金属晶格中，原子分布最密的晶面和结晶方向越多，产生滑移的可能性越大，金属的塑性就越好。各种晶格，其滑移面与滑移方向及其数量如图2-2、表2-1所示。

图2-1 晶格的滑移过程

a）滑移前 b）弹性变形 c）弹性变形+ 塑性变形 d）塑性变形

图2-2 各种晶格的滑移面与滑移方向

a）体心立方晶格 b）面心立方晶格 c）密排六方晶格

表2-1 常见金属晶格结构及其滑移系

2.孪动

孪动也是在一定的切应力作用下，晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面和方向发生转动的结果，已变形部分的晶体位向发生改变，与未变形部分以孪动面对称，如图2-3所示。

孪动与滑移的主要差别是：①滑移过程是渐进的，而孪动过程是突然发生的；②孪动时原子位置不会产生较大的错动，因此晶体取得较大塑性变形的方式，主要是滑移的作用；③孪动后，晶体内部出现空隙，易于导致金属的破坏；④孪动所要求的临界切应力比滑移要求的临界切应力大得多，只有滑移过程很困难时，晶体才发生孪动。

滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变形，称为晶内变形。工业生产中实际使用的金属则是由多个晶粒组成的集合体，即多晶体。多晶体的变形基本形式仍是滑移和孪动，但在变形过程中，多晶体变形受到晶粒位向的影响和晶界的阻碍，会造成变形不均匀。

多晶体的变形方式除晶粒本身的滑移和孪动外，还有在外力作用下晶粒间发生的相对移动和转动而产生的变形，即晶间变形。凡是加强晶间结合力、减少晶间变形、有利于晶内发生变形的因素，均有利于晶体进行塑性变形。当晶体间存有杂质时，会使晶间结合力降低，晶界变脆，不利于多晶体进行塑性变形。当多晶体变形所受的应力状态为压应力时，增加了晶间变位困难，使脆性材料的晶内变形发生，结果增加了脆性材料的塑性。

图2-3 单晶体的孪动过程

a）孪动前 b）弹性变形 c）孪动发生 d）永久变形

塑性变形的基本形式：理解变形过程

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