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滑移 slip 切应力 滑移带 滑移系

(2011-01-16 16:11:46)
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杂谈

    材料的作用下将发生变形。通常把满足虎克定律规定的区域称弹性变形区,把不满足虎克定律和过程不可逆的区域称塑性变形区。由弹性变形区进入塑性变形区称之为屈服。其转折点称为屈服点。该点处的应力称为屈服应力临界应力

    塑性变形有滑移和孪生这两种主要形式。其区别在于:

(1)切变范围:滑移集中在滑移面上;孪生是孪生面外一个区域。
(2)切应变分布:滑移不均匀;孪生均匀。
(3)晶体点阵:滑移不变;孪生也不变。
(4)晶体取向:滑移不变;孪生改变为镜面对称。
(5)变形切应力:滑移的不大;孪生的很大。
(6)外观表观:滑移:滑移面沿密排面,滑移方向沿密排方向;孪生:滑移面为孪生面,滑移方向为孪生方向。

    当材料在外力作用下不能产生位移时,它的几何形状和尺寸将发生变化,这种形变称为应变(Strain)。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定义单位面积上的这种反作用力为应力(Sress)。按照应力和应变的方向关系,可以将应力分为正应力σ和切应力τ,正应力的方向与应变方向平行,而切应力的方向与应变垂直。按照载荷(Load)作用的形式不同,应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。

在切应力作用下,晶体的一部分沿一定的结晶学平面上的一定结晶学方向相对于晶体的另一部分进行移动,使晶面上的原子从一个稳定平衡位置移至另一个平衡位置的过程晶体的滑移过程如图1所示滑移是金属晶体塑性变形的主要方式在滑移过程中,晶体的位向不发生改变,已滑移和未滑移部分仍保持位向的一致;每次滑移量均为晶体在滑移方向上原子间距的整倍数,这个滑移量在应力去除后不能恢复。大量滑移的累积,构成晶体宏观的塑性变形晶体的滑移分单晶体滑移与多晶体滑移。

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单晶体滑移

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   单晶试棒经拉伸变形后如图2所示,试棒除变长外,在其抛光表面上可看到许多与拉仲方向呈45角的平行线条,这些线条称为滑移带在电子显微镜下观察,看出每个滑移带是由许多密集在一起的滑移线群组成的滑移线间距d约lOO个原子间距,而每条滑移线的滑移量s约为1000个原子的问距滑移线或滑移带之间的晶体层片则未发生变形,彼此间仅作了相对位移,如图3所示。

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产生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。滑移面经常是原子最密排的面,滑移方向总是原子排列最密的方向,一个滑移面和该面上一个可能的滑移方向合称为一个滑移系。一个滑移系就是滑移时的一种空间取向或一种可能性。因此,滑移系越多,金属变形能力越大,塑性越好。

面心立方晶系金属有四个等效的{111}面,每个滑移面含三个不同的,可能滑移的方向〈1lO〉,所以有12个滑移系统,以(hkl)[UVW]-表示;密排六方晶系的金属含有(0001)[1120]三个滑移系统。

面心立方金属原子排列最密集的面是{111}共有四个,原子最密集的方向是[110]共有3个,所以它有12个滑移系。

面心立方每个滑移面的滑移方向比体心立方多一个,另外面心立方致密度比体心立方大,所以滑移更加容易。一般来说面心立方的金属比体心立方的塑性好点。

常见金属的滑移系如下:

金属
晶体结构
滑移面
滑移方向
滑移系数目
Cu,Al,Ni
Ag,Au
面心立方
{111}
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12

α-Fe,W,Mo
α-Fe,W
α-Fe,k

体心立方
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<111>
12
12
24
Cd,Zn,Mg α-Ti,Be
α-Ti,Mg,Zr
α-Ti,Mg
密排立方
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3
3
6

 

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(a) 面心立方晶体
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(b) 体心立方晶体
 
 

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(c) 体心立方晶体
 
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(d) 体心立方晶体
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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(e) 密排六方晶体

三种晶体结构的滑移系


  一般来说,fcc和bcc中滑移系较多,故比chp塑性好;对于fcc和bcc,bcc中虽然滑移系的数目多,但滑移面的密排程度低,且滑移方向较少,故bcc的塑性介于fcc和chp之间。
 

 

实验表明,当一定外力作用于晶体时,不是晶体中所有滑移系统都能开动,只有当外力在某个或某几个滑移系的分切应力τ达到一定数值τc后,这些滑移系才能开动。足以开动晶体滑移的最小分切应力τc,称为I临界分切应力。根据拉伸屈服应力和滑移系统相对于单晶体拉伸轴方位,可以测定临界分切应力值。对于常见的纯金属,它们大约为10-4---10-5G。晶体成分、温度和变形速度对临界分切应力有很大的影响。

面心立方晶系的晶体有12个滑移系统,它们的临界分切应力相同。因此,哪个分切应力最先达到临界值的滑移系统,滑移就首先在那个滑移系统上进行;但随着滑移过程的进行,晶体会受到附加力矩的作用,以致发生已滑移系统向施力轴方向的转动,使某些未滑移系统上的分切应力达到临界值,于是更多的滑移系统也参与滑移。这样,就会发生双滑移、三滑移、四滑移等等,总称多滑移。晶体在双滑移过程中,位向保持不变,这样的两个滑移系统称为共轭滑移系统,也称第一个滑移系统为主滑移系,第二个滑移系统为共轭滑移系统。实验结果表明,铝、铜等纯金属的双滑移是同时进行的,而某些合金如a黄铜滑移则是交替进行的。此外,对于一个与主滑移系统有相同的滑移方向、不同的滑移面的系统,如(111){101}称为交滑移系统。



 

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