• 临界分切应力取决于金属本性 • 在一定条件下，为一个定值。 ζs 随取向因子变化
45 cos cos =0. 5 软取向 90或 90 cos cos =0 硬取向
软取向 ζs 具有最小值， 金属最容易开始滑移. 硬取向 ζs
无穷大，
金属无法滑移.
k ：条件断裂强度 材料对塑性变形的极限抗力
塑性断裂:产生一定量塑性变形后的断裂 材料的塑性：材料在断裂前的塑性变形量 塑性指标：延伸率δ和断面收缩率ψ 材料的韧性：材料对断裂的抵抗能力 ; 可以由应力-应变曲线下面的面积进行度量
? k
F A0
<
b
假象 A瞬时截面积； 在变形过程中截面积不断变化
应力集中
n 0
0
n
：位错数
：滑移方向上 的分切应力
23
晶粒尺寸
应力集中
§6-2 单晶体的塑性变形
二、孪生
：滑移；孪生
孪生是冷塑性变形的另一种重要形式，常作为滑移不易 进行时的补充。
一些密排六方的金属如Zn，Mg等常发生孪生变形。
体心立方及面心立方结构的金属在形变温度很
低．形变速率极快时，也会通过孪生方式进行塑变。
位错移动一个原子间距时，位错中心附近的少数 原子只作远小于 一个原子间距的弹性偏移，需 要很小的切应力就可实现。
19
§6-2 单晶体的塑性变形
多 脚 虫
的 爬 行
20
§6-2 单晶体的塑性变形
滑移线的实质：
一条位错线移动到晶体表面时，会在留下一个原子间距的滑移台阶，其大小等 于柏氏矢量长度。大量的位错线移动到晶体表面后，形成显微镜能够观察到的 滑移痕迹，即为滑移线。
滑移线
塑性变形后在晶体表面产生的一个个小台阶9
§6-2 单晶体的塑性变形
滑移的表象学 光镜下：滑移带 电境下：滑移线
滑移的特点 ：
⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。 临界切应力：产生滑移的最小切应力
滑移线和滑移带的示意图
10
§6-2 单晶体的塑性变形
滑移的特点 ： ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面（ 密排面 ）和晶向
29
§6-3 多晶体的塑性变形
塑性变形方式：
滑移（主）；孪生等
受到晶界的阻碍和位 向不同的晶粒的影响
保持晶粒之间的结合 和整个物体的连续性
晶粒
单晶体
晶界
多晶体
30
§6-2 单晶体的塑性变形
一、多晶体的塑性变形过程
形成位错的平面塞积群
形成高度应力集中 应力集中+外加应力
相邻晶粒某些滑移系上的分 切应力达到临界切应力值
8
§6-2 单晶体的塑性变形
常温和低温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生
一 、滑移 在切应力作用下，晶体的一部分相 对于另一部分沿着一定的晶面和晶 向产生相对位移，且不破坏晶体内 部原子排列规律性的塑性变形方式
滑移面
滑移方向
滑移带
放大 3.25% Si-Fe单晶体中的平直滑移带 单晶体 塑性 光镜 表面抛光 变形 观察
2
铸态组织的缺点
材料的性能？ 改善铸态组织 制成型材或工件
§6-1 金属的变形特性
金属变形
弹性变形（elastic deformation） 弹塑性变形（plastic deformation） 断裂（fracture）
利用金属的应力—应变曲线（载荷—变形曲线），研究金属变形特点 一、工程应力——应变曲线 应力（工程应力或名义应力）
4 3 12
{111}
1 3 3
<1120>
{0001} --
<111>
<110>
BCC
FCC 三种常见金属结构的滑移系
HCP
13
§6-2 单晶体的塑性变形
晶体中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好 金属塑性的好坏，与滑移面上原子的密排程度、滑移方向 的数目有关，密排程度愈高、滑移方向愈多，塑性愈好。 对比BCC和FCC的塑性
F A0
F 载荷
A 0 试样的原始截面积
应变（工程应变或名义应变）
L L0 L 试样变形后的长度 L0 L0 试样的原始标距长度
低碳钢ζ—ε曲线
3
§6-1 金属的变形特性
(1)

<
(2)
e < < s
0.2 :
e
e
：弹性变形阶段，线性阶段 服从虎克定律 ：σ= Eε ：弹性极限， 材料保持完全弹性变形时的最大应力 ：微量塑性变形起始阶段
位错蜷线⇒位错环+位错线
弗兰克－瑞德位错增值机制
Si中的位错源
22
§6-2 单晶体的塑性变形
3.位错的塞积 弗兰克位错源产生的大量位错沿滑移面运动，遇到障碍物 （固定位错、杂质、晶界等）的阻碍，领先的位错在障碍 物前被阻止，后续位错被塞积，形成平面塞积群，并在障 碍物的前端形成高度的应力集中。
5
F 载荷
A 0 原始截面积
§6-1 金属的变形特性
二、真应力－真应变曲线
真实应力 t
F A
L
F ：瞬时载荷 A : 瞬时截面积
P163 图6-3真应力-应变曲线
真实应变
dL L t ln L0 L L0
加工硬化(形变强化): 随变形量的增加，塑性变形抗力不断增加的现象
细晶强化 ：细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法
33
§6-3多晶体的塑性变形
二、晶粒大小对塑性变形的影响
霍尔—配奇公式
常温下，金属材料的屈服强度 ζs与晶粒直径d有如下关系式
s 0 kd

1 2
晶 粒 大 小 与 金 属 强 度 关 系
孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑
移后晶体各部分位向均未改变。
中在一些滑移面进滑移只集 孪生对塑变的直接贡献比滑移小很多
28
第六章 金属及合金的塑性变形与断裂
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 金属的变形特性 单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属的断裂
F F F
• 几何软化：
• 由硬取向逐渐变为软取向， 使滑移越来越容易的现象
F F
18
§6-2 单晶体的塑性变形
（六）滑移的位错机制
1.位错的运动及晶体的滑移
发现问题 解决问题
理论计算值与实测数据的差别悬殊
：滑移；孪生
位错学说
晶体的滑移不是晶体的一部分相对另一部分作整 体的刚性移动，而是位错在一定切应力的作用下 沿着滑移面逐步移动的结果。
32
§6-3 多晶体的塑性变形
二、晶粒大小对塑性变形的影响 晶界的存在使变形的晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒 中的滑移带都终止在晶界附近，晶界越多，阻力越大；
各晶粒存在位相差，为了协调变形，每个晶粒都进行多滑移， 必然产生位错的交割，晶粒越多，割阶越多，阻力越大
金属材料的强度 晶粒愈细，强化效果愈好
24
§6-2 单晶体的塑性变形
二、孪生
孪生：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向 相对于另一部分所发生的均匀切变。
一定晶面：孪生面 一定方向：孪生方向 不改变晶体结构，改变变形部分的位向
晶体的孪生面和孪生方向与其晶体结构类型有关。 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和 孪生面 孪生方向 晶向相对于另一部分产生相对位移。 一定晶面 bcc：滑移面； {112} <111>
16
§6-2 单晶体的塑性变形
（四）滑移时晶体的转动
随着滑移的进行，晶体取向发生改变的现象称晶 体的转动，包括滑移面的转动和滑移方向的改变
17
§6-2 单晶体的塑性变形
拉伸时
滑移面和滑移方向逐渐趋于
平行于拉伸轴方向。 F
F
压缩时
滑移面逐渐趋于与压力轴线
方向垂直
• 几何硬化：
• 由软取向逐渐变为硬取向， 使滑移越来越困难的现象 F
6 2 12 面心立方结构塑性优于体心立方结构
FCC
4 3 12
BCC
6 2 12
14
密排面×密排方向=滑移系
§6-2 单晶体的塑性变形
（三）滑移的临界分切应力
滑移只能在切应力的作用下发生。
临界切应力 K ：产生滑移的最小切应力 设对一单晶圆柱体试样作拉伸试验

Fcos F cos cos A A cos
一定晶向 ：滑移方向 {111} <112> fcc 不破坏晶体内部原子排列规律性（晶体结构） {1012} <1011> hcp
25
-
§6-2 单晶体的塑性变形
二、孪生
26
§6-2 单晶体的塑性变形
二、孪生
孪生变形后晶体的变形部分 与未变形部分以孪晶界为分 界面构成了镜面对称的位向 关系．金相显微镜下一般呈 条带状，有时为透镜状。
s：屈服极限，材料开始发生塑性变形的最小应力
条件屈服极限，材料无明显 屈服时，产生0.2%残余变形 的应力值为其屈服极限

表示材料对起始微量塑性变形的抗力 (3)
s < < b
b
:抗拉强度,
:均匀塑性变形阶段
材料对最大均匀塑性变形的抗力
4
§6-1 金属的变形特性
(4)
b
之后： 不均匀塑变阶段 试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈
6
§6-1 金属的变形特性
三、金属的弹性变形
金属晶格在外力作用 实质： 下产生的弹性畸变。
平衡位置：作用力为零 受到外力作用，偏离平衡 位置：作用力不为零 所加外力小于原子之间的结 合力时，两者处于平衡状态 去除外力，在原子之间的结 合力的作用下，原子立即恢 复平衡位置，金属晶体在外 力作用下产生的宏观变形随 之消失 ⇒ 弹性变形 虎克定律 ζ= Eε