【材科基干货】第26期:单晶体的塑性变形(上)
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发布时间：2025-01-15 05:09
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时间：2025-01-15 05:41
上一期讲解了材料的弹性变形，本期继续深入探讨上海交通大学版《材料科学基础》第五章内容：材料的形变和再结晶，重点聚焦单晶体的塑性变形。
塑性变形指的是外力去除后无法完全恢复的变形。当外加应力超过材料的屈服极限，应力与应变不再呈线性关系，卸载后将残留变形或永久变形，这一现象即为塑性变形。
单晶体的塑性变形主要通过两种微观方式实现：滑移与孪生。滑移是晶体在切应力作用下沿特定晶面发生变形的过程。
滑移的机制涉及以下关键点：弹性外扭后晶格发生滑移，应力去除后，晶体保持永久变形状态；正应力仅使晶格距离加大，不能产生塑性变形直至原子间吸引力破坏，导致材料断裂；正应力方向不能产生塑性变形，但可促使晶格沿其他方向滑移。
滑移在晶体表面形成台阶、滑移线与滑移带，这些特征有助于观察滑移现象。滑移系是滑移面与滑移方向的组合，用{hkl}{110}表示。晶体中滑移系的多少影响其塑性的表现，FCC、BCC与HCP晶体的滑移系数目分别为12、48与3个。
滑移的临界分切应力是决定晶体能否发生滑移的关键参数，它取决于作用在滑移面上沿滑移方向的剪切应力。Schmid定律描述了滑移起始的分切应力与外力、晶体取向的关系。组织敏感参数如金属不纯、变形速度与变形温度等也影响临界分切应力的大小。
晶体滑移本质为位错的运动，位错滑移面为晶体滑移面，其柏氏矢量指向滑移方向。滑移的阻力包括点阵阻力、位错间的交互作用、扭折和割阶对位错的钉扎作用以及位错与其他晶体缺陷的交互作用。派纳力是位错中心偏离平衡位置引起晶体能量增加的阻力。
在滑移过程中，晶体会发生转动以适应变形。拉伸时滑移方向朝向拉伸轴转动，压缩时滑移面朝向压缩面转动。晶体的转动使得不同滑移系交替参与滑移，确保均匀变形。
多系滑移涉及多个滑移面同时或交替进行滑移，形成交滑移现象，包括螺位错的交滑移与双交滑移。滑移表面痕迹可以是单一方向的滑移带、相互交叉的滑移带或波纹状滑移带。
理解晶体滑移的机制对于材料科学基础有重要价值，关注此领域的同学可以加入讨论群324840917，与他人共同探讨相关问题。如有疑问，欢迎在微信留言，小材将定期解答。
