單晶體塑性變形

單晶體塑性變形是金屬塑性變形的一種，其實質為組成金屬的晶粒的變形，晶粒變形包括晶內變形和晶間變形。

基本介紹

• 中文名：單晶體塑性變形
• 外文名：Single crystal plastic deformation
• 類型：金屬塑性變形的一種
• 分類：滑移和孿晶

簡介

單晶體的塑性變形，實質上就是分析晶內變形。在整個體積內原子排列方式和排列方向不變的晶體稱為單晶體。根據晶體結構理論，任何一塊單晶體都包含有若干不同方位的晶面。當一塊單晶體材料受外力作用時，其內應力可分解為正應力σ和切應力τ。

正應力

正應力對變形的作用如圖1所示，在正應力作用下，晶體沿正應力方向被拉長。拉長變形的程度與正應力的大小成正比。如果正應力消失，晶體在原子間結合力的作用下恢復原狀。如果正應力超過晶體原子間的結合力，晶格則被拉斷。由此可見，正應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。

圖 1

切應力

沿晶面方向的切應力造成單晶體變形的作用如圖2所示，在切應力作用下，晶體產生剪下變形，即發生晶體歪扭。

圖 2

滑移

當切應力較小時只發生彈性變形，隨著切應力繼續增大到超過原子間結合力時，一部分晶體沿著一定的晶面和一一定的晶向對另一部分晶體作相對滑動，這種滑動稱為滑移。發生滑移的晶面稱為滑移面。滑移面上的原子移動距離為原子間距的整數倍後，在新的位置上重新處於比較穩定的狀態。此時除去應力，晶體的歪扭可以恢復，但已滑移的原子不能回復到變形前的位置上，即產生了塑性變形。

圖 3

晶體在晶面上發生滑移， 實際上並不需要整個滑移面上的所有原子同時剛性移動，而是通過晶體內大量存在的位錯缺陷沿晶面的移動實現的滑移，如圖3所示。

晶體轉動和旋轉

在單晶體滑移變形時，除了兩部分晶體發生相對滑移之外，還有晶體的轉動和旋轉發生。如圖4所示，如果金屬單晶體要保持其外形，並向一定方向產生塑性變形，必然要發生這種轉動和旋轉。

圖 4

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另一部分沿著一定晶面發生轉動的結果，這個晶面稱為孿晶面。轉動後以孿晶面為界面，形成鏡像對稱，如圖5所示。由於轉動後改變了晶格的位向，可以有利於進一步滑移的進行。孿晶只發生在晶體滑移系少的金屬，例如六方晶格金屬產生孿晶變形的傾向較大。

圖 5