【正文】 多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。 位錯增殖的極軸機制： fcc 中 OA、 OB和 OC三條位錯線相交于結點 O， OA、 OB不在滑移面上，屬不動位錯 —— 極軸位錯， OC為可動的不全位錯，且只能繞極軸轉動，每當它在（ 111）面上掃過一圈，就產生一個單原子層的孿晶，同時又沿著螺旋面上升一層，這樣不斷轉動，上述過程逐層地重復進行，就在晶體中形成一個孿晶區(qū)域。顯然（ 1）此應力場反作用于位錯源，并有可能使其停止開動 —— 加工硬化 由此可見在塞積群中位錯的分布是不均勻的，越靠近障礙物，位錯間距越小。 D 位錯的塞積 pileup of dislocation 由同一位錯源產生的，具有相同 b的位錯在滑移面上運動，若遇到障礙（如晶界、孿晶界、固定位錯、雜質原子等） 受阻，而外力又不足以克服障礙的阻力時，位錯便被迫堆積在障礙物前形成塞積群。故運動時割階段所受到的晶格阻力較大，但總的來說，這類滑移割階給原位錯所帶來的滑移阻力要小于螺位錯的割階。這實際上也是在晶體中產生位錯的一種方式。這種位錯偶為降低應變能經常會斷開而留下一個長的位錯偶，使位錯仍回復原來帶割階的狀態(tài)，而長的位錯偶又常會再進一步裂成小的位錯環(huán)。 螺型位錯割階的運動可分三種情況： a）割階的高度只有 1~2個原子間距，此時螺位錯運動可以把割階拖著走，所謂拖著走是指割階通過攀移運動而使其跟著螺位錯運動，而在其后留下一排點缺陷（空位或間隙原子） b）割階高度在幾個原子間距到 20nm之間，此時位錯不能拖著割階一起運動。位錯所產生的刃型割階 NN39。的運動方向，從而成為螺型位錯繼續(xù)運動的阻礙。（均屬刃型） 由于 MM39。固定 21 bb?? ?交截后各自產生了一個割階 MM39。扭折（刃型） 21 bb ?? ?（ 3）兩螺型位錯的交截 AA39。 （ 2）刃型位錯和螺型位錯的交截 當一個運動的刃型位錯 AA‘和一個不動的螺型位錯 BB‘在 時的交截： AA’上產生一長度與 b2相等的 MM‘刃型割階，它的存在給 AA’繼續(xù)運動增添阻力； BB39。屬螺型且均在原來的滑移面上，能沿原滑移面滑移。仍位于Pxy面上可滑動 位錯 AB和 xy交截后，則相應在各自位錯線上產生一段扭折 PP39。 21 bb?? ?21 //bb??（ 1）兩個互相垂直的刃位錯的交割： 位錯 xy向下移動與不動位錯 AB交割后，位錯線 AB上產生一個長度與 b1相等刃型割階 PP39。通常把位錯線彼此切割（即彼此交叉通過）的過程叫做位錯的交割。 C. 位錯的交割（ Crossings of dislocations） 晶體中存在大量的具有不同柏氏矢量的位錯。由于擴展位錯只能在原滑移面上滑移，若要進行交滑移，擴展位錯必須首先束集為全位錯，然后再由該全位錯交滑移到另一滑移面上并重新分解為擴展位錯，繼續(xù)進行滑移。因此，形成束集需要能量，稱為束集能，束集能越大，越難束集。 B. 擴展位錯的束集與交滑移 擴展位錯系由兩個不全位錯和中間夾的一片層錯所構成。由于這對割階與原位錯線不在同一滑移面上，這就使原位錯在平行于原滑移面的滑移面上滑移時產生了一個 F－ R源。 （ 2）雙交滑移位錯增殖機制 螺位錯的滑移面不是唯一的 若螺型位錯經交滑移后再轉回到與原滑移面相平行的晶面上繼續(xù)擴展時，則稱雙交滑移。 可動位錯線段也越短 →L↓→ tc ↑(加工硬化 )。 F－ R源發(fā)生作用所需的臨界切應力為 LGbrGbc ?? 2t 只有 t tc時才能使 F－ R源開動，并源源不斷地產生位錯環(huán)。m,n兩處同屬純螺型位錯，但位錯性質恰好相反，相吸！相遷時，彼此便會抵消，這使原來整根位錯線斷開成兩部分，外面為封閉的位錯環(huán)，里面為一段連接 A和 B的位錯線，在線張力作用下變直恢復到原始狀態(tài)。位錯線發(fā)生彎曲，甚至兩端分別繞 AB發(fā)生回轉。 一般經充分退火的金屬，位錯密度約為 106 cm2 經強烈塑性變形后，位錯密度增至 1012 cm2 晶體的滑移過程不僅沒有降低位錯數量，反而大大增加，這意味著，在變形過程中位錯以某種機制增殖了。 位錯運動首先遇到點陣阻力 —— 派納力： ])1( 2e xp [1 2)2e xp (1 2 bvavGb wvGNP ?? ??t 從上式可知 a↑b↓則 t ↓故晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集的晶面并沿著最密集的晶向進行。因為位錯運動時只要求其中心附近少數原子移動很小的距離（小于一個原子間距），因此所需的應力要比晶體作整體剛性滑移時小得多。 四 塑變的位錯機制 ?t 2Gm ?1. 滑移的位錯機制 根據剛性滑移模型推導出的理論切變強度 (G一般為 104～ 105MPa），即使采用修正值 30G與實測值（約為 1～ 10MPa）之間相差 3～ 4個數量級。另外由于扭折引起晶體的再取向，即有可能使扭折帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，促使晶體形變能力進一步發(fā)揮。 扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對稱變化。 三 扭折 Kink hcp的 Cd壓縮時，外力與 (0001)面平行，故在 (0001)面的 t＝ 0，若此時孿生過程的阻力也很大，不能進行。 3. 孿生形變的意義 ? 孿生的主要特點 ： ? Ⅰ ）孿生是均勻切變， ? Ⅱ ）相對移動距離不是孿生方向的原子間距的整數 倍，孿生面兩邊晶體位向不同成鏡面對稱； ? Ⅲ ）切變區(qū)內與孿生面平行的每一層原子面均相對 其鄰面沿孿生方向位移了一定距離，且每一層 原子相對于孿生面的切變量和它與孿生面的距 離成正比； ? Ⅳ ）孿生改變了晶體取向，因此出現孿晶的試樣經 重新拋光，腐蝕后仍能顯現出來。但是孿生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢獻卻很大。但孿晶的長大速度極快（與沖擊波的速度相當）有相當數量的能量被釋放出來，故?？陕犚娒黠@可聞“咔、嚓”聲，也稱孿生吼叫。 ? 不同晶體結構往往有不同孿生面和孿生方向： ? fcc： {111}112 hcp:{1012}1011 ? bcc: {112}111 2. 孿晶的形成 變形（機械）孿晶：變形產生 呈透鏡狀或片狀 生 長 孿 晶 ：晶體生長過程中形成 退 火 孿 晶 ：退火過程中形成 形核 長大 兩個階段 變形孿晶的生長大致可分為 孿生臨界切應力比滑移的大得多，只有在滑移很難進行的條件下才會發(fā)生。 綜上所述，滑移變形的基本特點： Ⅰ ) 滑移變形系不均勻的切變，它只集中在某些晶面上； Ⅱ ) 滑移結果兩部分晶體產生相對移動，移動的距離 △ ＝ nb， 仍保持晶體學的一致性； Ⅲ ) 沿著一定的晶面和晶向進行，滑移系較多的材料為（ fcc） 一般具有較好塑性； Ⅳ ) 在切應力作用下，且 t＞ tc； Ⅴ ）滑移同時，滑移面和滑移方向將發(fā)生轉動； Ⅵ ）實質位錯沿滑移面的運動過程 二 孿生 （ Twin） 滑移系較少的 hcp，或在低溫下或者當滑移受阻時晶體會 以另一種變形方式 —— 孿生變形進行 Deformation by twinning 1. 孿生變形過程 孿生是在切應力作用下沿特定的晶面（ twin plane）與晶向（ twin direction）產生的均勻切變。 時， ss?min 首先發(fā)生滑移 ＝ 2tc 快速確定具有最大取向因子 cosφcosλ的滑移系方法 映象規(guī)則： 利用投影圖中心部分的八個取向三角形 4. 晶體在滑移時的轉動 （ rotation） 滑移面上發(fā)生相對位移 晶體轉動 空間取向發(fā)生變化 晶體滑移 在 拉伸 時使滑移面和滑移方向逐漸轉到與應力軸 平行 在 壓縮 時使滑移面和滑移方向逐漸轉到與應力軸 垂直 21 ss 轉動的原因 兩對力偶： 為上下兩滑移面的法向分應力 在該力偶作用下，使滑移面轉至軸向平行 21 tt ????垂直于滑移方向的分切應力 在該力偶作用下，使滑移方向轉到最大分切應力方向 21 tt ?? 是 //滑移方向的真正引起滑移的有效分切應力 晶體滑移 ?晶體轉動 ?位向變化 ?取向因子變化 ?分切應力值變化 幾何 硬 軟 化現象 5. 多系滑移 Multiple slip 外力下，滑移首先發(fā)生在分切應力最大，且 te tc的滑移系－原始滑移系（ primary slip system）上。 或 ?＝ 90 176。 3. 滑移所需臨界分切應力 Critical（ resolved） shear stress t 滑移 圓柱形試樣單向拉伸時作用在滑移面上沿滑移方向的 ??st c osc osc os ????? AP其中 AP為作用在試樣橫斷面上的拉伸應力 ?c o sc o s ? 為取向因子（ Schmid） t晶體滑移 必須使 t≥ tc （臨界分切應力） tc 取決晶體中原子間的結合力，即與晶體類型、純度（雜 質）、溫度以及變形速度有關，與外力無關。第五 (1)章 材料的塑性變形 The plastic deformation of materials 材料不同，其彈、塑性性能差異很大 塑性變形，對鍛、軋、拉、擠有重要作用， 對鑄造、熱處理則 要盡量避免 彈性變形（ elastic deformation） 塑性變形（ plastic deformation） 外力 材料 外形尺寸變化 內部組織、性能變化 塑性變形 ※ 1. 彈性和粘彈性 (Elasticity and Viscoelasticity) 一. 彈性變形 (Elastic Deformation) 低碳鋼的拉伸試驗 彈性變形 : 可逆性 外力去處后可完全恢復 r=r0 原子處于平衡位置 位能 U 為 Umin 最穩(wěn)定 F=0 r r0 即偏離其平衡位置 F＞引力 ＜斥力 力圖使原子恢復其 原來的平衡位置 變形消失 本質 :可從原子間結合力的角度來了解之 應力 應變關系 (StressStrain behavior) 虎克定律 (Hooke’s law) s = Ee t = Gg 廣義虎克定律 矩陣表達式 二 彈性模量 E (Elastic modulus) 表征晶體中原子間結合力強弱的物理量 , 反映原子間的結合力 ,是組織結構不敏感參數。對晶體而言，系各向異性 沿原子最密排的晶向 Emax 沿原子最疏的晶向 Emin 工程上 E系材料剛度的度量 彈性變形量隨材料不同而異 Emodulus of elasticity (Young’s modulus) Gshear modulus upoisson’s ratio G = E/2(1+u) 三 彈性的不完整性 1. 包申格效應 （ Bauschinger effect） 經預先加載產生少量變形（ 4%）