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1、1第5章 材料的形变和再结晶2材料受力材料受力材料受力材料受力F弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形断裂断裂断裂断裂3弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形阶段阶段阶段阶段屈服塑屈服塑屈服塑屈服塑性变形性变形性变形性变形均匀塑均匀塑均匀塑均匀塑性变形性变形性变形性变形不均匀集中不均匀集中不均匀集中不均匀集中塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形4外力较小时产生弹性变形外力较小时产生弹性变形外力较小时产生弹性变形外力较小时产生弹性变形，外力较大时产生塑性变形外力较大时产生塑性变形外力较大时产生塑性变形外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂而当外力过大时就会发生断裂而当
2、外力过大时就会发生断裂而当外力过大时就会发生断裂，e、s、b分别为弹分别为弹分别为弹分别为弹性极限性极限性极限性极限、屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度。在整个变形过程中在整个变形过程中在整个变形过程中在整个变形过程中，对对对对材料组织材料组织材料组织材料组织、性能影响最大的是弹性能影响最大的是弹性能影响最大的是弹性能影响最大的是弹塑性阶段的塑性变形塑性阶段的塑性变形塑性阶段的塑性变形塑性阶段的塑性变形部分部分部分部分。研究材料的变形规律及其微观机制研究材料的变形规律及其微观机制研究材料的变形规律及其微观机制研究材料的变形规律及其微观机制，分析了解各种内外
3、分析了解各种内外分析了解各种内外分析了解各种内外因素对变形的影响因素对变形的影响因素对变形的影响因素对变形的影响，以及研究讨论冷变形材料加热时在以及研究讨论冷变形材料加热时在以及研究讨论冷变形材料加热时在以及研究讨论冷变形材料加热时在回复再结晶过程中组织回复再结晶过程中组织回复再结晶过程中组织回复再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律结构和性能的变化规律结构和性能的变化规律结构和性能的变化规律，具有具有具有具有十分重要的理论和实际意义十分重要的理论和实际意义十分重要的理论和实际意义十分重要的理论和实际意义。55.1 弹性和粘弹性弹性和粘弹性弹性和粘弹性弹性和粘弹性弹性变形弹性变形弹性变形弹性变
4、形塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形65.1.1弹性变形的本质rUOr00dUdr=(a)rFO斜率S0r00吸引力排斥力(b)弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形是指外力去除是指外力去除是指外力去除是指外力去除后能够完全恢复的那部后能够完全恢复的那部后能够完全恢复的那部后能够完全恢复的那部分变形分变形分变形分变形，可从原子间结可从原子间结可从原子间结可从原子间结合力的角度来了解它的合力的角度来了解它的合力的角度来了解它的合力的角度来了解它的物理本质物理本质物理本质物理本质。图图图图5.2（a）体系能量与原体系能量与原体系能量与原体系能量与原子间距的关系和子间距的关系和子间距的关系和子间距的关系和（
5、b）原原原原子作用力和距离的关系子作用力和距离的关系子作用力和距离的关系子作用力和距离的关系75.1.2弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的主要特征是弹性变形的主要特征是弹性变形的主要特征是弹性变形的主要特征是：（1）理想的弹性变形是可逆变形理想的弹性变形是可逆变形理想的弹性变形是可逆变形理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形加载时变形加载时变形加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状卸载时变形消失并恢复原状卸载时变形消失并恢复原状卸载时变形消失并恢复原状。（2）金属金属金属金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载陶瓷和部分高分子材料
6、不论是加载陶瓷和部分高分子材料不论是加载陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时或卸载时或卸载时或卸载时，只要在弹性变形范围内只要在弹性变形范围内只要在弹性变形范围内只要在弹性变形范围内，其应力与应其应力与应其应力与应其应力与应变之间都保持单值线性函数关系变之间都保持单值线性函数关系变之间都保持单值线性函数关系变之间都保持单值线性函数关系，即服从虎克即服从虎克即服从虎克即服从虎克（Hooke）定律定律定律定律：在正应力下在正应力下在正应力下在正应力下，=E，在切应力下在切应力下在切应力下在切应力下，=G，式中式中式中式中，分别为正应力和切应力分别为正应力和切应力分别为正应力和切应力分别为正应力和
7、切应力；，分别为正应变和切应分别为正应变和切应分别为正应变和切应分别为正应变和切应变变变变；E，G分别为弹性模量分别为弹性模量分别为弹性模量分别为弹性模量（杨氏模量杨氏模量杨氏模量杨氏模量）和切变模量和切变模量和切变模量和切变模量。Robert Hooke 1635 17038弹性模量与切变模量之间的关系为弹性模量与切变模量之间的关系为弹性模量与切变模量之间的关系为弹性模量与切变模量之间的关系为：式中式中式中式中，v为材料泊松比为材料泊松比为材料泊松比为材料泊松比，表示侧向收缩能力表示侧向收缩能力表示侧向收缩能力表示侧向收缩能力。一般金属材一般金属材一般金属材一般金属材料的泊松比在料的泊松比在
8、料的泊松比在料的泊松比在0.250.35之间之间之间之间，高分子材料则相对较大些高分子材料则相对较大些高分子材料则相对较大些高分子材料则相对较大些。弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是是是是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量表征晶体中原子间结合力强弱的物理量表征晶体中原子间结合力强弱的物理量表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。金刚石一类金刚石一类金刚石一类金刚石一类的共价键晶体由于其原子间结合力很大的共价键晶体由于其原子间结合力很大的共价键晶体由于其原子间结合
9、力很大的共价键晶体由于其原子间结合力很大，故其弹性模故其弹性模故其弹性模故其弹性模量很高量很高量很高量很高；金属和离子晶体的则相对较低金属和离子晶体的则相对较低金属和离子晶体的则相对较低金属和离子晶体的则相对较低；而分子键的而分子键的而分子键的而分子键的固体如塑料固体如塑料固体如塑料固体如塑料、橡胶等的键合力更弱橡胶等的键合力更弱橡胶等的键合力更弱橡胶等的键合力更弱，故其弹性模量更故其弹性模量更故其弹性模量更故其弹性模量更低低低低，通常比金属材料的低几个数量级通常比金属材料的低几个数量级通常比金属材料的低几个数量级通常比金属材料的低几个数量级。910（3）弹性变形量随材料的不同而异弹性变形量随
10、材料的不同而异弹性变形量随材料的不同而异弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材料多数金属材料多数金属材料多数金属材料线性弹性变量不超过0.5%高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料非线性高弹性变量最高可达1000%低于比例极限e的应力范围内符合虎克定律一般 情况不符合虎克定律115.1.3弹性的不完整性弹性的不完整性弹性的不完整性弹性的不完整性多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶态或者是两者皆有的物质，其内部存在各种类型的缺陷，弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象，称之为弹性的不完整性弹性的不完整性弹性的不完整性弹性的不完整性。
11、弹性的弹性的弹性的弹性的不完整性不完整性不完整性不完整性包申格效应包申格效应包申格效应包申格效应弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效弹性滞后弹性滞后弹性滞后弹性滞后121包申格效应包申格效应包申格效应包申格效应材料经预先加载产生少量塑性变形材料经预先加载产生少量塑性变形材料经预先加载产生少量塑性变形材料经预先加载产生少量塑性变形（小于小于小于小于4），），），），而后同向加载而后同向加载而后同向加载而后同向加载则则则则 e升高升高升高升高，反向加载则反向加载则反向加载则反向加载则 e下降下降下降下降。此现象称之为包申格效应此现象称之为包申格效应此现象称之为包申格效应此现象称之为包申格效应。它是它是
12、它是它是多晶体金属材料的普遍现象多晶体金属材料的普遍现象多晶体金属材料的普遍现象多晶体金属材料的普遍现象。2弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效一些实际晶体一些实际晶体一些实际晶体一些实际晶体，在加载或在加载或在加载或在加载或卸载时卸载时卸载时卸载时，应变不是瞬时达应变不是瞬时达应变不是瞬时达应变不是瞬时达到其平衡值到其平衡值到其平衡值到其平衡值，而是通过一而是通过一而是通过一而是通过一种弛豫过程来完成其变化种弛豫过程来完成其变化种弛豫过程来完成其变化种弛豫过程来完成其变化的的的的。这种在弹性极限这种在弹性极限这种在弹性极限这种在弹性极限 e范范范范围内围内围内围内，应变滞后于外加应应变滞后于外加
13、应应变滞后于外加应应变滞后于外加应力力力力，并和时间有关的现象并和时间有关的现象并和时间有关的现象并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性称为弹性后效或滞弹性称为弹性后效或滞弹性称为弹性后效或滞弹性。c应变应变应变应变adOcabanan00时间时间时间时间恒应力下的应变弛豫恒应力下的应变弛豫恒应力下的应变弛豫恒应力下的应变弛豫13由于应变落后于应力由于应变落后于应力由于应变落后于应力由于应变落后于应力，在在在在-曲线上使加载线与卸载线不重合曲线上使加载线与卸载线不重合曲线上使加载线与卸载线不重合曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线而形成一封闭回线而形成一封闭回线而形成一封闭回线，称之为
14、称之为称之为称之为弹性滞后弹性滞后弹性滞后弹性滞后。3.弹性滞后弹性滞后弹性滞后弹性滞后OOO(a)(b)(d)(c)弹性滞后弹性滞后弹性滞后弹性滞后(环环环环)与循环韧性与循环韧性与循环韧性与循环韧性(a)单向加载单向加载单向加载单向加载;(b)交变加载交变加载交变加载交变加载(慢慢慢慢);(c)交变加载交变加载交变加载交变加载(快快快快);(d)交变加载塑性滞后交变加载塑性滞后交变加载塑性滞后交变加载塑性滞后145.1.4粘弹性变形形式除了弹性变形变形形式除了弹性变形变形形式除了弹性变形变形形式除了弹性变形、塑性变形外还有一种粘性流动塑性变形外还有一种粘性流动塑性变形外还有一种粘性流动塑性
15、变形外还有一种粘性流动。所谓所谓所谓所谓粘性流动粘性流动粘性流动粘性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便会发生没有确定形状的流变有确定形状的流变有确定形状的流变有确定形状的流变，并且在外力去除后并且在外力去除后并且在外力去除后并且在外力去除后，形变不能回复形变不能回复形变不能回复形变不能回复。纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律纯粘性流动服从牛顿粘性流动定律：ddt式中 为应力，为应变速率，称为拈度
16、系数，反映了流体的内摩擦力，即流体流动的难易程度，其单位是Pa s15一些非晶体一些非晶体一些非晶体一些非晶体，有时甚至多晶体有时甚至多晶体有时甚至多晶体有时甚至多晶体，在比较小的应力时可以在比较小的应力时可以在比较小的应力时可以在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性同时表现出弹性和粘性同时表现出弹性和粘性同时表现出弹性和粘性，这就是这就是这就是这就是粘弹性现象粘弹性现象粘弹性现象粘弹性现象。1.Maxwell 模型模型模型模型对解释应力松弛特别有用对解释应力松弛特别有用对解释应力松弛特别有用对解释应力松弛特别有用应力随时间的变化应力随时间的变化应力随时间的变化应力随时间的变化E=式中，称为
17、松弛系数E=)exp()exp()(00tEtt=162.Voight 模型模型模型模型可用来描述蠕变回复可用来描述蠕变回复可用来描述蠕变回复可用来描述蠕变回复、弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效和弹性记忆等过程和弹性记忆等过程和弹性记忆等过程和弹性记忆等过程。粘弹性变形的特点是应变落后于应力粘弹性变形的特点是应变落后于应力粘弹性变形的特点是应变落后于应力粘弹性变形的特点是应变落后于应力。当加上周期应当加上周期应当加上周期应当加上周期应力时力时力时力时，应力应力应力应力应变曲线就成一回线应变曲线就成一回线应变曲线就成一回线应变曲线就成一回线，所包含的面积即所包含的面积即所包含的面积即所包含的面积
18、即为应力循环一周所损耗的能量为应力循环一周所损耗的能量为应力循环一周所损耗的能量为应力循环一周所损耗的能量，即内耗即内耗即内耗即内耗。()dtEdt=+E=175.2晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形?材料的塑性变形材料的塑性变形材料的塑性变形材料的塑性变形：是微观结构的相邻部分产生是微观结构的相邻部分产生是微观结构的相邻部分产生是微观结构的相邻部分产生永久性位移永久性位移永久性位移永久性位移，但并不引起材料破裂的现象但并不引起材料破裂的现象但并不引起材料破裂的现象但并不引起材料破裂的现象。185.2.1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形主要
19、主要主要主要滑移滑移滑移滑移孪生孪生孪生孪生扭折扭折扭折扭折高温情况高温情况高温情况高温情况扩散性变形扩散性变形扩散性变形扩散性变形晶界滑动和移动晶界滑动和移动晶界滑动和移动晶界滑动和移动191滑移滑移滑移滑移a滑移线与滑移带滑移线与滑移带滑移线与滑移带滑移线与滑移带当应力超过晶体的弹性极限后当应力超过晶体的弹性极限后当应力超过晶体的弹性极限后当应力超过晶体的弹性极限后，晶体中就会产生层片晶体中就会产生层片晶体中就会产生层片晶体中就会产生层片之间的相对滑移之间的相对滑移之间的相对滑移之间的相对滑移，大量的层片间滑动的累积就构成晶大量的层片间滑动的累积就构成晶大量的层片间滑动的累积就构成晶大量的
20、层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形体的宏观塑性变形体的宏观塑性变形体的宏观塑性变形对滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已滑移带形成示意图20?位错在切应力作用下沿滑移面移动，直到移出晶体表面消失，晶体产生一个原子间距的滑移量?位错移动过程中只需位错附近少数原子移动很小距离，其所需的切应力也较小21b滑移系滑移系滑移系滑移系塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，
21、这些晶面和晶向分别称为这些晶面和晶向分别称为这些晶面和晶向分别称为这些晶面和晶向分别称为“滑移面滑移面滑移面滑移面”和和和和“滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向”。晶晶晶晶体结构不同体结构不同体结构不同体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同其滑移面和滑移方向也不同其滑移面和滑移方向也不同其滑移面和滑移方向也不同。滑移面通常是滑移面通常是滑移面通常是滑移面通常是原子的密排面原子的密排面原子的密排面原子的密排面滑移方向通常是滑移方向通常是滑移方向通常是滑移方向通常是原子的密排方向原子的密排方向原子的密排方向原子的密排方向原子密度最大的晶面其面间距最原子密度最大的晶面其面间距最原子密度最大的晶面其面间距
22、最原子密度最大的晶面其面间距最大大大大，点阵阻力最小点阵阻力最小点阵阻力最小点阵阻力最小，因而容易沿因而容易沿因而容易沿因而容易沿着这些面发生滑移着这些面发生滑移着这些面发生滑移着这些面发生滑移最密排方向上的原子间距最最密排方向上的原子间距最最密排方向上的原子间距最最密排方向上的原子间距最短短短短，即位错即位错即位错即位错b最小最小最小最小2223一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系滑移系滑移系滑移系在其他条件相同时在其他条件相同时在其他条件
23、相同时在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多晶体中的滑移系愈多晶体中的滑移系愈多晶体中的滑移系愈多，滑移过程滑移过程滑移过程滑移过程可能采取的空间取向便愈多可能采取的空间取向便愈多可能采取的空间取向便愈多可能采取的空间取向便愈多，滑移容易进行滑移容易进行滑移容易进行滑移容易进行，它的塑它的塑它的塑它的塑性便愈好性便愈好性便愈好性便愈好面心立方晶体的滑移系共有11143=12个；体心立方晶体，可同时沿110112123晶面滑移，故滑移系共有11062+112121+123241=48个；而密排六方晶体的滑移系仅有(0001)13=3个。由于滑移系数目太少，hcp多晶体的塑性不如fcc或bcc的好。
24、24111111(110)011101110(111)11062滑移系数滑移系数滑移系数滑移系数6212 11143滑移系数滑移系数滑移系数滑移系数431225c滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力晶体的滑移是在切应力作用下进行的晶体的滑移是在切应力作用下进行的晶体的滑移是在切应力作用下进行的晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时但其中许多滑移系并非同时但其中许多滑移系并非同时但其中许多滑移系并非同时参与滑移参与滑移参与滑移参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界而只有当外
25、力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时值时值时值时，该滑移系方可以首先发生滑移该滑移系方可以首先发生滑移该滑移系方可以首先发生滑移该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界该分切应力称为滑移的临界该分切应力称为滑移的临界该分切应力称为滑移的临界分切应力分切应力分切应力分切应力滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈服的物理量服的物理量服的物理量服的物理量。其数值与晶体的类型其数值与晶
26、体的类型其数值与晶体的类型其数值与晶体的类型、纯度纯度纯度纯度，以及温度等以及温度等以及温度等以及温度等因素有关因素有关因素有关因素有关，还与该晶体的加工和处理状态还与该晶体的加工和处理状态还与该晶体的加工和处理状态还与该晶体的加工和处理状态、变形速度变形速度变形速度变形速度，以及滑移系类型等因素有关以及滑移系类型等因素有关以及滑移系类型等因素有关以及滑移系类型等因素有关cos cosFA=26计算分切应力的示意图计算分切应力的示意图计算分切应力的示意图计算分切应力的示意图F在滑移方向的分力为在滑移方向的分力为在滑移方向的分力为在滑移方向的分力为cosF滑移面的面积为滑移面的面积为滑移面的面积
27、为滑移面的面积为/cosA外力对滑移面的分切应力为外力对滑移面的分切应力为外力对滑移面的分切应力为外力对滑移面的分切应力为cos cosFA=cos cos为取向因子为取向因子为取向因子为取向因子F/A 为宏观上的起始屈服强度为宏观上的起始屈服强度为宏观上的起始屈服强度为宏观上的起始屈服强度当当当当 =45 时时时时，取向因子有最取向因子有最取向因子有最取向因子有最大值大值大值大值1/2法线法线法线法线滑移滑移滑移滑移方向方向方向方向F F F FAA/cos270121084260.10.10.30.30.590=o0=ocos cos镁晶体拉伸的屈服应力与晶体取向的关系当当当当909090
28、90或或或或90909090时时时时s均为均为均为均为无限大无限大无限大无限大这说明当滑移面与外力方向这说明当滑移面与外力方向这说明当滑移面与外力方向这说明当滑移面与外力方向平行平行平行平行，或垂直时不可能产生或垂直时不可能产生或垂直时不可能产生或垂直时不可能产生滑移滑移滑移滑移当当当当 =45 时时时时，s最小最小最小最小，即即即即产生滑移的最小分切应力产生滑移的最小分切应力产生滑移的最小分切应力产生滑移的最小分切应力通常称取向因子大的为软取通常称取向因子大的为软取通常称取向因子大的为软取通常称取向因子大的为软取向向向向，取向因子小的为硬取向取向因子小的为硬取向取向因子小的为硬取向取向因子小
29、的为硬取向屈服应力屈服应力屈服应力屈服应力(s)28d滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动单晶体滑移时单晶体滑移时单晶体滑移时单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外除滑移面发生相对位移外除滑移面发生相对位移外除滑移面发生相对位移外，往往伴随着往往伴随着往往伴随着往往伴随着晶面的转动晶面的转动晶面的转动晶面的转动，对于只有一组滑移面的对于只有一组滑移面的对于只有一组滑移面的对于只有一组滑移面的hcp，这种现象尤这种现象尤这种现象尤这种现象尤为明显为明显为明显为明显FFFF拉伸实验时单晶发生滑移拉伸实验时单晶发生滑移拉伸实验时单晶发生滑移拉伸实验时单晶发生滑移与转动示意图
30、与转动示意图与转动示意图与转动示意图由于拉伸夹头不能做由于拉伸夹头不能做由于拉伸夹头不能做由于拉伸夹头不能做横向动作横向动作横向动作横向动作，单晶体的单晶体的单晶体的单晶体的取向必须进行相应的取向必须进行相应的取向必须进行相应的取向必须进行相应的转动转动转动转动，滑移面区域平滑移面区域平滑移面区域平滑移面区域平行轴向行轴向行轴向行轴向2912121122单晶拉伸时晶体转动的力偶作用单晶拉伸时晶体转动的力偶作用单晶拉伸时晶体转动的力偶作用单晶拉伸时晶体转动的力偶作用右图为单晶发生转动的力偶作用机制右图为单晶发生转动的力偶作用机制右图为单晶发生转动的力偶作用机制右图为单晶发生转动的力偶作用机制a中
31、中中中，在力偶作用下滑移面将产生转动并逐渐趋于与轴在力偶作用下滑移面将产生转动并逐渐趋于与轴在力偶作用下滑移面将产生转动并逐渐趋于与轴在力偶作用下滑移面将产生转动并逐渐趋于与轴向平行向平行向平行向平行ab有有有有效效效效分分分分切切切切应应应应力力力力使滑移使滑移使滑移使滑移方向转方向转方向转方向转至最大至最大至最大至最大分切应分切应分切应分切应力方向力方向力方向力方向30晶体受压时的晶面转动(a)压缩前(b)压缩后晶体受压变形时也要发生晶面转动晶体受压变形时也要发生晶面转动晶体受压变形时也要发生晶面转动晶体受压变形时也要发生晶面转动，但转动的结果是使滑但转动的结果是使滑但转动的结果是使滑但转
32、动的结果是使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直移面逐渐趋于与压力轴线相垂直移面逐渐趋于与压力轴线相垂直移面逐渐趋于与压力轴线相垂直晶体在滑移时滑移面晶体在滑移时滑移面晶体在滑移时滑移面晶体在滑移时滑移面，滑移方向都是改变的滑移方向都是改变的滑移方向都是改变的滑移方向都是改变的。导致滑移面上的分切应导致滑移面上的分切应导致滑移面上的分切应导致滑移面上的分切应力也随之变化力也随之变化力也随之变化力也随之变化由于由于由于由于45454545时分切应时分切应时分切应时分切应力最大力最大力最大力最大，滑移转动后滑移转动后滑移转动后滑移转动后趋近趋近趋近趋近45454545；若若若若远离远离远离远离45454
33、545，则分切应力逐渐则分切应力逐渐则分切应力逐渐则分切应力逐渐减小而使滑移系的进一减小而使滑移系的进一减小而使滑移系的进一减小而使滑移系的进一步滑移趋于困难步滑移趋于困难步滑移趋于困难步滑移趋于困难。31e多系滑移多系滑移多系滑移多系滑移对于具有多组滑移系的晶体对于具有多组滑移系的晶体对于具有多组滑移系的晶体对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最有利的滑移系滑移首先在取向最有利的滑移系滑移首先在取向最有利的滑移系滑移首先在取向最有利的滑移系（其其其其分切应力最大分切应力最大分切应力最大分切应力最大）中进行中进行中进行中进行，但由于变形时晶面转动的结果但由于变形时晶面转动的结果但由于变形时
34、晶面转动的结果但由于变形时晶面转动的结果，另一组滑另一组滑另一组滑另一组滑移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上，于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同时进行或交替地于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同时进行或交替地于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同时进行或交替地于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同时进行或交替地进行进行进行进行，从而产生多系滑移从而产生多系滑移从而产生多系滑移从
35、而产生多系滑移f滑移的位错机制滑移的位错机制滑移的位错机制滑移的位错机制实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低34个数量级个数量级个数量级个数量级，表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性整体位移整体位移整体位移整体位移，而是借助位错在滑移面上运动来逐步
36、地进行的而是借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的而是借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的而是借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发生晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发生晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发生晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发生，这说明位错的运这说明位错的运这说明位错的运这说明位错的运动要克服阻力动要克服阻力动要克服阻力动要克服阻力3212图中图中图中图中1和和和和2为等同位置为等同位置为等同位置为等同位置，当位错处于这当位错处于这当位错处于这当位错处于这种平衡位置时种平衡位置时种平衡位置时种平衡位置时，其能量最小其能量最小其能量最小
37、其能量最小，相当于相当于相当于相当于处在能谷中处在能谷中处在能谷中处在能谷中。当位错从位置当位错从位置当位错从位置当位错从位置1移动到位移动到位移动到位移动到位置置置置2时时时时，需要越过一个势垒需要越过一个势垒需要越过一个势垒需要越过一个势垒，这就是说这就是说这就是说这就是说位错在运动时会遇到点阵阻力位错在运动时会遇到点阵阻力位错在运动时会遇到点阵阻力位错在运动时会遇到点阵阻力。由于由于由于由于派尔斯派尔斯派尔斯派尔斯（Peierls）和纳巴和纳巴和纳巴和纳巴（Nabarro）首先估算了这一阻力首先估算了这一阻力首先估算了这一阻力首先估算了这一阻力，故又称为派一故又称为派一故又称为派一故又称
38、为派一纳纳纳纳（P-N）力力力力2222expexp1(1)1P NGdGWbb=式中式中式中式中，b为滑移方向上的原子间距为滑移方向上的原子间距为滑移方向上的原子间距为滑移方向上的原子间距，d为滑移面的面间距为滑移面的面间距为滑移面的面间距为滑移面的面间距，为为为为泊松比泊松比泊松比泊松比，W=d/(1-)代表位错宽度代表位错宽度代表位错宽度代表位错宽度332孪生孪生孪生孪生a孪生变形过程孪生变形过程孪生变形过程孪生变形过程切变并未使晶体的点阵类型发生变化切变并未使晶体的点阵类型发生变化切变并未使晶体的点阵类型发生变化切变并未使晶体的点阵类型发生变化，但它却使均匀切变区中的晶但它却使均匀切变
39、区中的晶但它却使均匀切变区中的晶但它却使均匀切变区中的晶体取向发生变更体取向发生变更体取向发生变更体取向发生变更，变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向,这一变形这一变形这一变形这一变形过程称为过程称为过程称为过程称为孪生孪生孪生孪生34b孪生的特点孪生的特点孪生的特点孪生的特点（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的孪生变形也是在切应力作用下发生的孪生变形也是在切应力作用下发生的孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受并通常出现于滑移受并通常出现于滑移受并通常出现于滑移受阻而引起的应力
40、集中区阻而引起的应力集中区阻而引起的应力集中区阻而引起的应力集中区，因此因此因此因此，孪生所需的临界切应力要比滑移时孪生所需的临界切应力要比滑移时孪生所需的临界切应力要比滑移时孪生所需的临界切应力要比滑移时大得多大得多大得多大得多。（2）孪生是一种均匀切变孪生是一种均匀切变孪生是一种均匀切变孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面平行的每一层原即切变区内与孪晶面平行的每一层原即切变区内与孪晶面平行的每一层原即切变区内与孪晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离子面均相对于其毗
41、邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离，且每一且每一且每一且每一层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比。（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。35c孪晶的形成孪晶的形成孪晶的形成孪晶的形成形成孪晶的主要三种方式形成孪晶的主要三种方式形成孪晶的主要三种方式形成孪晶的主要三种方式“变形孪晶变形孪晶变形孪晶变形孪晶”通过机械变
42、形而产生的孪晶通过机械变形而产生的孪晶通过机械变形而产生的孪晶通过机械变形而产生的孪晶，也称为也称为也称为也称为“机械孪晶机械孪晶机械孪晶机械孪晶”，它的特征通常呈透镜状或片状它的特征通常呈透镜状或片状它的特征通常呈透镜状或片状它的特征通常呈透镜状或片状“生长孪晶生长孪晶生长孪晶生长孪晶”它包括晶体自气态它包括晶体自气态它包括晶体自气态它包括晶体自气态（如气相沉积如气相沉积如气相沉积如气相沉积）、）、）、）、液态液态液态液态（液相凝固液相凝固液相凝固液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶或固体中长大时形成的孪晶或固体中长大时形成的孪晶或固体中长大时形成的孪晶“退火孪晶退火孪晶退火孪晶退火孪晶”,变
43、形金属在其再结晶退火过程中形变形金属在其再结晶退火过程中形变形金属在其再结晶退火过程中形变形金属在其再结晶退火过程中形成的孪晶成的孪晶成的孪晶成的孪晶，它往往以相互平行的孪晶面为界横贯它往往以相互平行的孪晶面为界横贯它往往以相互平行的孪晶面为界横贯它往往以相互平行的孪晶面为界横贯整个晶粒整个晶粒整个晶粒整个晶粒，是在再结晶过程中通过堆垛层错的生是在再结晶过程中通过堆垛层错的生是在再结晶过程中通过堆垛层错的生是在再结晶过程中通过堆垛层错的生长形成的长形成的长形成的长形成的36d.滑移和孪生滑移和孪生滑移和孪生滑移和孪生是晶体是晶体是晶体是晶体塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形的的的的两种主要形式两
44、种主要形式两种主要形式两种主要形式，它们之间它们之间它们之间它们之间的的的的异同异同异同异同：（1）切变范围切变范围切变范围切变范围：滑移集中在滑移面上滑移集中在滑移面上滑移集中在滑移面上滑移集中在滑移面上；孪生是孪生面外孪生是孪生面外孪生是孪生面外孪生是孪生面外一个区域一个区域一个区域一个区域。（2）切应变分布切应变分布切应变分布切应变分布：滑移不均匀滑移不均匀滑移不均匀滑移不均匀；孪生均匀孪生均匀孪生均匀孪生均匀。（3）晶体点阵晶体点阵晶体点阵晶体点阵：滑移不变滑移不变滑移不变滑移不变；孪生也不变孪生也不变孪生也不变孪生也不变。（4）晶体取向晶体取向晶体取向晶体取向：滑移不变滑移不变滑移不
45、变滑移不变；孪生改变为镜面对称孪生改变为镜面对称孪生改变为镜面对称孪生改变为镜面对称。（5）变形切应力变形切应力变形切应力变形切应力：滑移的不大滑移的不大滑移的不大滑移的不大；孪生的很大孪生的很大孪生的很大孪生的很大。（6）外观表观外观表观外观表观外观表观：滑移滑移滑移滑移：滑移面沿密排面滑移面沿密排面滑移面沿密排面滑移面沿密排面，滑移方向沿密滑移方向沿密滑移方向沿密滑移方向沿密排方向排方向排方向排方向；孪生孪生孪生孪生：滑移面为孪生面滑移面为孪生面滑移面为孪生面滑移面为孪生面，滑移方向为孪生方向滑移方向为孪生方向滑移方向为孪生方向滑移方向为孪生方向。37滑移孪生滑移0.25 0.500.10
46、0.751.25 1.502.55.07.510铜单晶在铜单晶在铜单晶在铜单晶在4.2K的拉伸曲线的拉伸曲线的拉伸曲线的拉伸曲线当应力增加到一定值时出现当应力增加到一定值时出现当应力增加到一定值时出现当应力增加到一定值时出现反复变化的情况反复变化的情况反复变化的情况反复变化的情况，主要是由主要是由主要是由主要是由孪晶造成的孪晶造成的孪晶造成的孪晶造成的一段后又呈光滑曲线一段后又呈光滑曲线一段后又呈光滑曲线一段后又呈光滑曲线，由于孪晶造成了晶体方由于孪晶造成了晶体方由于孪晶造成了晶体方由于孪晶造成了晶体方位的变化位的变化位的变化位的变化，使某些滑移使某些滑移使某些滑移使某些滑移系处于有利的位向系
47、处于有利的位向系处于有利的位向系处于有利的位向，于于于于是开始滑移变形是开始滑移变形是开始滑移变形是开始滑移变形38对称性低对称性低对称性低对称性低、滑移系少的晶体容易发生孪生滑移系少的晶体容易发生孪生滑移系少的晶体容易发生孪生滑移系少的晶体容易发生孪生，形变形变形变形变孪晶常见于密排六方和体心立方晶体孪晶常见于密排六方和体心立方晶体孪晶常见于密排六方和体心立方晶体孪晶常见于密排六方和体心立方晶体，面心立方面心立方面心立方面心立方晶体中很难发生孪生晶体中很难发生孪生晶体中很难发生孪生晶体中很难发生孪生。孪生本身对金属塑性变形的贡献不大孪生本身对金属塑性变形的贡献不大孪生本身对金属塑性变形的贡献
48、不大孪生本身对金属塑性变形的贡献不大，但形成的但形成的但形成的但形成的孪晶改变了晶体位向孪晶改变了晶体位向孪晶改变了晶体位向孪晶改变了晶体位向，使新滑移系开动使新滑移系开动使新滑移系开动使新滑移系开动，间接对间接对间接对间接对塑性变形有贡献塑性变形有贡献塑性变形有贡献塑性变形有贡献。密排六方金属密排六方金属密排六方金属密排六方金属：孪生面为孪生面为孪生面为孪生面为 1 0 1 2 孪生方向为孪生方向为孪生方向为孪生方向为体心立方金属体心立方金属体心立方金属体心立方金属：孪生面为孪生面为孪生面为孪生面为 1 1 2 孪生方向为孪生方向为孪生方向为孪生方向为面心立方金属面心立方金属面心立方金属面心
49、立方金属：孪生面为孪生面为孪生面为孪生面为 1 1 1 孪生方向为孪生方向为孪生方向为孪生方向为39e孪生的位错机制孪生的位错机制孪生的位错机制孪生的位错机制由于孪生变形时由于孪生变形时由于孪生变形时由于孪生变形时，整个孪晶区发生均匀切变整个孪晶区发生均匀切变整个孪晶区发生均匀切变整个孪晶区发生均匀切变，其各层晶面的相其各层晶面的相其各层晶面的相其各层晶面的相对位移是借助一个不全位错对位移是借助一个不全位错对位移是借助一个不全位错对位移是借助一个不全位错（肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错肖克莱不全位错）运动而造成的运动而造成的运动而造成的运动而造成的CBACBACBABCABCACB
50、A面心立方晶体中孪晶的形成面心立方晶体中孪晶的形成面心立方晶体中孪晶的形成面心立方晶体中孪晶的形成在在在在111滑移面上有个全滑移面上有个全滑移面上有个全滑移面上有个全位错位错位错位错a/2扫过扫过扫过扫过，滑滑滑滑移两侧晶体产生一个原移两侧晶体产生一个原移两侧晶体产生一个原移两侧晶体产生一个原子间距的相对滑移量子间距的相对滑移量子间距的相对滑移量子间距的相对滑移量，且且且且111面的堆垛顺序不面的堆垛顺序不面的堆垛顺序不面的堆垛顺序不变变变变，为为为为ABCABC如果在相互平行且相邻的一组如果在相互平行且相邻的一组如果在相互平行且相邻的一组如果在相互平行且相邻的一组111上各有一个肖克莱不全