《无机材料物理性能》第二章 受力形变（2.2）无机材料的塑性形变

22无机材料的塑性形变 塑性:使固体产生变形的力,在超过该固体的屈服 应力后,出现能使该固体长期保持其变形后的形状 或尺寸,即非可逆性能。 屈服应力:当外力超过物体弹性极限,达到某一点 后,在外力几乎不增加的情况下,变形骤然加快, 此点为屈服点,达到屈服点的应力。 221晶体的塑性形变

2.2.1 晶体的塑性形变 2.2 无机材料的塑性形变 塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服 应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状 或尺寸，即非可逆性能。 屈服应力：当外力超过物体弹性极限，达到某一点 后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快， 此点为屈服点，达到屈服点的应力

1.晶格滑移 滑移:晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 在晶体中有许多族平行晶面,每一族晶面都有 定面间距,且晶面指数小的面,原子的面密度越 大,面间距越大,原子间的作用力小,易产生相 对滑动

滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 在晶体中有许多族平行晶面，每一族晶面都有一 定面间距，且晶面指数小的面，原子的面密度越 大，面间距越大，原子间的作用力小，易产生相 对滑动。 1. 晶格滑移

产生滑移的条件: 面间距大 每个面上是同一种电荷的原子,相对滑动面上的 电荷相反; 滑移矢量(柏格斯矢量)小。 ×× - ×× +-+

＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ 产生滑移的条件： • 面间距大； • 每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的 电荷相反； • 滑移矢量（柏格斯矢量）小。 ＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋

滑移系统和临界分解剪切应力 (1)滑移系统 滑移系统:包括滑移方向和滑移面,即滑移按一定 的晶面和方向进行。 滑移方向与原子最密堆积的方向一致,滑移面是原 子最密堆积面

滑移系统：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定 的晶面和方向进行。 滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原 子最密堆积面。 2. 滑移系统和临界分解剪切应力 （1） 滑移系统

10 面心格子 ■■■■■■■■ 滑移面(111) 滑移面(112) 体心格子 ITi N 滑移面(110) 滑移面(123)方向l

[110] 滑移面（111） 滑移面（110） 滑移面（112） 滑移面（123）方向[111] 面 （111） 心 格 子 体 心 格 子

(2)临界分解剪切应力 滑移面面积:S/cosφ; F在滑移面上分剪力: Fcos y; 滑移面上分剪应力: t= Cosy/S/cos d)=(F/S)cosy coso 方向 在同样外应力作用下,引起滑移面 上剪应力大小决定 cosY cOSφ的 大小 滑移系统越多, cosY cOS￠大的机 会就多,达到临界剪切应力的机会 F 也越多

滑移面面积：S/cos ； F在滑移面上分剪力：Fcos ； 滑移面上分剪应力： = Fcos/(S/cos )=(F/S)coscos 在同样外应力作用下，引起滑移面 上剪应力大小决定 cos  cos 的 大小； 滑移系统越多， cos  cos 大的机 会就多，达到临界剪切应力的机会 也越多。 • • • • • • • • • • • • •               F 滑移面   滑移方向 S （2）临界分解剪切应力

(3)金属与非金属晶体滑移难易的比较 金属 非金属 由一种离子组成 组成复杂 金属键无方向性 共价键或离子键有方向 结构简单 结构复杂 滑移系统多 滑移系统少

金属 非金属 由一种离子组成 组成复杂 金属键无方向性 共价键或离子键有方向 结构简单 结构复杂 滑移系统多 滑移系统少 （3）金属与非金属晶体滑移难易的比较

3.塑性形变的机理(位错运动理论) 从原子尺度变化解释塑性形变:当构成晶体的一部 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时, 晶体出现永久形变,晶体体积没有变化,仅是形状 发生变化。 如果所有原子同时移动,需要很大能量才出现滑动, 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和; 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级; 实际测试结果:晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级

从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时， 晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状 发生变化。 如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和； 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级； 实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级。 3 . 塑性形变的机理（位错运动理论）

(1)形变时晶体中原子的位置 负荷作用前原子的位置 小负荷作用下的应变 高负荷作用下的应变 达到高负荷作用下的状 态除去负荷后原子的位置

负荷作用前原子的位置 小负荷作用下的应变 高负荷作用下的应变 达到高负荷作用下的状 态除去负荷后原子的位置 （1）形变时晶体中原子的位置

(2)在剪应力作用下,原子的局部位移 1′2′3′4′ 1′2′3′4 1′2′3′4 4●● ●● ●●● ● ●。● 6D● ● ●●●。● ● 1234 1234 1234 原子局部位移引起塑性形变的过程 剪力作用,仅引起半个晶面1的原子,从平衡位置 (兰点)位移到一个新位置(红点)

原子局部位移引起塑性形变的过程 剪力作用，仅引起半个晶面1的原子，从平衡位置 （兰点）位移到一个新位置（红点）。 （2）在剪应力作用下，原子的局部位移 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1 2 3 4 1 2 3 4 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1 2 3 4 1 2 3 4 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1 2 3 4 1 2 3 4 • • • • •