[科普中國(guó)]-單晶體塑性變形

單晶體塑性變形是金屬塑性變形的一種，其實(shí)質(zhì)為組成金屬的晶粒的變形，晶粒變形包括晶內(nèi)變形和晶間變形。

簡(jiǎn)介單晶體的塑性變形，實(shí)質(zhì)上就是分析晶內(nèi)變形。在整個(gè)體積內(nèi)原子排列方式和排列方向不變的晶體稱為單晶體。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)理論，任何一塊單晶體都包含有若干不同方位的晶面。當(dāng)一塊單晶體材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)應(yīng)力可分解為正應(yīng)力σ和切應(yīng)力τ。

正應(yīng)力正應(yīng)力對(duì)變形的作用如圖1所示，在正應(yīng)力作用下，晶體沿正應(yīng)力方向被拉長(zhǎng)。拉長(zhǎng)變形的程度與正應(yīng)力的大小成正比。如果正應(yīng)力消失，晶體在原子間結(jié)合力的作用下恢復(fù)原狀。如果正應(yīng)力超過晶體原子間的結(jié)合力，晶格則被拉斷。由此可見，正應(yīng)力只能造成晶體的彈性變形或斷裂，而不能引起晶體的塑性變形。

切應(yīng)力沿晶面方向的切應(yīng)力造成單晶體變形的作用如圖2所示，在切應(yīng)力作用下，晶體產(chǎn)生剪切變形，即發(fā)生晶體歪扭。

滑移當(dāng)切應(yīng)力較小時(shí)只發(fā)生彈性變形，隨著切應(yīng)力繼續(xù)增大到超過原子間結(jié)合力時(shí)，一部分晶體沿著一定的晶面和一一定的晶向?qū)α硪徊糠志w作相對(duì)滑動(dòng)，這種滑動(dòng)稱為滑移。發(fā)生滑移的晶面稱為滑移面?；泼嫔系脑右苿?dòng)距離為原子間距的整數(shù)倍后，在新的位置上重新處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。此時(shí)除去應(yīng)力，晶體的歪扭可以恢復(fù)，但已滑移的原子不能回復(fù)到變形前的位置上，即產(chǎn)生了塑性變形。

晶體在晶面上發(fā)生滑移， 實(shí)際上并不需要整個(gè)滑移面上的所有原子同時(shí)剛性移動(dòng)，而是通過晶體內(nèi)大量存在的位錯(cuò)缺陷沿晶面的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的滑移，如圖3所示。

晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)在單晶體滑移變形時(shí)，除了兩部分晶體發(fā)生相對(duì)滑移之外，還有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)發(fā)生。如圖4所示，如果金屬單晶體要保持其外形，并向一定方向產(chǎn)生塑性變形，必然要發(fā)生這種轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

孿晶單晶體塑性變形的形式除滑移外還有一種變形方式稱為孿晶。孿晶是晶體在外力作用下晶格的一部分相對(duì)另一部分沿著一定晶面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，這個(gè)晶面稱為孿晶面。轉(zhuǎn)動(dòng)后以孿晶面為界面，形成鏡像對(duì)稱，如圖5所示。由于轉(zhuǎn)動(dòng)后改變了晶格的位向，可以有利于進(jìn)一步滑移的進(jìn)行。孿晶只發(fā)生在晶體滑移系少的金屬，例如六方晶格金屬產(chǎn)生孿晶變形的傾向較大。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學(xué)