单晶的塑性变形
12
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
几何硬化与几何软化 · 几何硬化：如果晶体滑移面原来是处于其法线 与外力轴夹角接近45º 的位向，经滑移和转动 后，就会转到离45º 夹角越来越远的位向，从 而使滑移变得越来越困难。 几何软化：经滑移和转动后，一些原来角度远 离45º 的晶面将转到接近45º ，使滑移变得容易 进行。
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第四章 晶体的塑性变形
1
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第四章 晶体的塑性变形
纳米铜的室温超塑性
2
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。
变形机制
全位错运动的结果
分位错运动的结果
18
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 孪晶的生成方式： 变形孪晶 生长孪晶 退火孪晶
19
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 孪生的位错机制
20
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。 很大，总变形量大。 有一定的临界分切压力 一般先发生滑移
改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）
位移量 不 同 点
对塑变的贡献 变形应力 变形条件
小于孪生方向上的原子间距， 较小。 有限，总变形量小。 所需临界分切应力远高于 滑移 滑移困难时发生
第二节 单晶体的塑性变形
＝scoscos
s ＝ F/A(起始屈服强度)
10
第 四 章 塑 一 滑移 性 6 滑移的临界分切应力 变 形 取决于金属的本性，不受，的影响； 第 或＝90时，s ； 二 ，＝45时，s最小，晶体易滑移； 节 ＝scoscos s的取值 软取向：值大； 单 晶 取向因子：coscos 硬取向：值小。 体 塑 变
11
第二节 单晶体的塑性变形
第 四 章 一 滑移 塑 7 滑移时晶体的转动 性 （1）位向和晶面的变化 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 变 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 形
第二节 单晶体ห้องสมุดไป่ตู้塑性变形
第 （2）取向因子的变化 二 几何软化；，接近45，滑移变得容易。 节 单 晶 体 塑 变
14
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
15
第 四 章 二 孪生 塑 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 性 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 变 向的镜面对称关系。 形 孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012} 第 二 （2）孪生的晶体学 孪生方向 A1<112>,A2<111>,A3<1011> 孪晶区 节 单 晶 体 塑 变
16
第二节 单晶体的塑性变形
第 四 章 二 孪生 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
17
第 四 章 二 孪生 塑 （3）孪生变形的特点 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
相同点
晶体位向
第二节 单晶体的塑性变形
滑移
孪生
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
7
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
8
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
5 滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关。
9
第 四 章 一 滑移 塑 6 滑移的临界分切应力（） 性 ：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 变 (外力在滑移方向上的分解) 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
三、扭折-不均匀变形
21
13
第 四 章 一 滑移 塑 8 多系滑移 性 变 （1）滑移的分类 形 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。
第二节 单晶体的塑性变形
双滑移：在2个滑移系上同时或交替进行的滑移。 第 单滑移：在1个滑移系上进行的滑移。 二 （2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相 节 单 等的一组滑移系。 （3）交滑移： 晶 体 塑 变
4
第二节 单晶体的塑性变形
5
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
3 滑移系
滑移面 （密排面）
（1）几何要素 滑移方向（密排方向） 滑移系
6
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
4 滑移系的个数 滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向 的个数）
一 滑移
1 概念：在切应力作用下，有大量位错yundong导致晶体的一部分相对 于 另 一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产 生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方
式。
3
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。 2 滑移的表象学 电境下：滑移线。
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
几何硬化与几何软化 · 几何硬化：如果晶体滑移面原来是处于其法线 与外力轴夹角接近45º 的位向，经滑移和转动 后，就会转到离45º 夹角越来越远的位向，从 而使滑移变得越来越困难。 几何软化：经滑移和转动后，一些原来角度远 离45º 的晶面将转到接近45º ，使滑移变得容易 进行。
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第四章 晶体的塑性变形
1
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第四章 晶体的塑性变形
纳米铜的室温超塑性
2
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。
变形机制
全位错运动的结果
分位错运动的结果
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 孪晶的生成方式： 变形孪晶 生长孪晶 退火孪晶
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 孪生的位错机制
20
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。 很大，总变形量大。 有一定的临界分切压力 一般先发生滑移
改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）
位移量 不 同 点
对塑变的贡献 变形应力 变形条件
小于孪生方向上的原子间距， 较小。 有限，总变形量小。 所需临界分切应力远高于 滑移 滑移困难时发生
第二节 单晶体的塑性变形
＝scoscos
s ＝ F/A(起始屈服强度)
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第 四 章 塑 一 滑移 性 6 滑移的临界分切应力 变 形 取决于金属的本性，不受，的影响； 第 或＝90时，s ； 二 ，＝45时，s最小，晶体易滑移； 节 ＝scoscos s的取值 软取向：值大； 单 晶 取向因子：coscos 硬取向：值小。 体 塑 变
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第二节 单晶体的塑性变形
第 四 章 一 滑移 塑 7 滑移时晶体的转动 性 （1）位向和晶面的变化 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 变 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 形
第二节 单晶体ห้องสมุดไป่ตู้塑性变形
第 （2）取向因子的变化 二 几何软化；，接近45，滑移变得容易。 节 单 晶 体 塑 变
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
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第 四 章 二 孪生 塑 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 性 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 变 向的镜面对称关系。 形 孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012} 第 二 （2）孪生的晶体学 孪生方向 A1<112>,A2<111>,A3<1011> 孪晶区 节 单 晶 体 塑 变
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第二节 单晶体的塑性变形
第 四 章 二 孪生 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
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第 四 章 二 孪生 塑 （3）孪生变形的特点 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
相同点
晶体位向
第二节 单晶体的塑性变形
滑移
孪生
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
5 滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关。
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第 四 章 一 滑移 塑 6 滑移的临界分切应力（） 性 ：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 变 (外力在滑移方向上的分解) 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
三、扭折-不均匀变形
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第 四 章 一 滑移 塑 8 多系滑移 性 变 （1）滑移的分类 形 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。
第二节 单晶体的塑性变形
双滑移：在2个滑移系上同时或交替进行的滑移。 第 单滑移：在1个滑移系上进行的滑移。 二 （2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相 节 单 等的一组滑移系。 （3）交滑移： 晶 体 塑 变
4
第二节 单晶体的塑性变形
5
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
3 滑移系
滑移面 （密排面）
（1）几何要素 滑移方向（密排方向） 滑移系
6
第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移
4 滑移系的个数 滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向 的个数）
一 滑移
1 概念：在切应力作用下，有大量位错yundong导致晶体的一部分相对 于 另 一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产 生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方
式。
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第 四 章 塑 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。 2 滑移的表象学 电境下：滑移线。
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第五章 金属的塑性变形及再结晶
四、金属的热加工
1．热变形加工与冷变形加工的区别
从金属学的观点来看，热加工和冷加工的区别是以再结晶温 度为界限。在再结晶温度之下进行的变形加工，在变形的同时没 有发生再结晶，这种变形加工称之为冷变形加工。而金属在再结 晶温度以上进行塑性变形就称为热加工。
2．热变形加工对金属组织与性能的影响
（1）改善铸态组织 热变形加工可以使金属铸锭中的组织缺陷显 著减少，如气孔、显微裂纹等，从而提高材料的致密度，使金属 的力学性能得到提高。
在工业上常利用回复现象将冷变形金属低温加热既消除应为去应力退火力稳定组织同时又保留了加工硬化性能这种热处理方法称1再结晶过程变形后的金属在较高温度加热时原子活动能力较强时会在变形随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进使新晶核不断消耗原晶粒而长大
金属材料及热处理
第五章 金属的塑性变形及再结晶
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
2．冷塑性变形对组织结构的影响 1）产生“纤维组织”
塑性变形使金属的晶粒形状发生了变化，即随着金属外形的 压扁或拉长。当变形量较大时，各晶粒将被拉长成细条状或纤维 状，晶界变得模糊不清，形成所谓的“纤维组织”。
2）产生变形织构
由于在滑移过程中晶体的转动和旋转，当塑性变形量很大时， 各晶粒某一位向，大体上趋于一致了，这种现象称择优取向。 这种由于塑性变形引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒 结构称为变形织构。
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3．产生残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变 形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转 化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就 是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产 生的内部变形不均匀而引起的。 第一类内应力，又称宏观内应力。它是由于金属材料各部分变形 不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。 第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应 力或亚晶粒之间的内应力。 第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在 晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。
5.2 晶体的塑性变形
铜多晶试样拉伸后形成的滑移带, 173×
5.2.3 合金的塑性变形
• 合金分类：单相固溶体合金 多相合金 • 合金的塑性变形：单相固溶体合金塑性变形 多相合金塑性变形
一. 单相固溶体合金塑性变形
溶质原子的作用主要表现在固溶强化 (Solid—solution Strenthening)作用，提高塑性变形抗力。 1. 固溶强化 • 固溶强化：固溶体合金的σ－ε曲线：由于溶质原子加 入使σs 和整个σ－ε曲线的水平提高，同时提高了加工 硬化率n。 • 影响固溶强化的因素： ① 溶质原子类型及浓度。 ② 溶质原子与基体金属的原子尺寸差。相差大时强化 作用大。 ③ 间隙型溶质原子比置换型溶原子固溶强化效果好。 ④ 溶质原子与基体金属价电子数差。价电子数差越大， 强化作用大。 固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用、 化学交互作用和静电交互作用。
FCC晶体孪生变形
• FCC晶体的孪生面是（111），孪生方向是[11-2 ]。 图2是FCC晶体孪生示意图。fcc中孪生时每层晶面 的位移是借助于一个不全位错（b=a/6[11-2]）的 移动造成的，各层晶面的位移量与其距孪晶面的 距离成正比。孪晶在显微镜下观察呈带状或透镜 状。每层（111）面的原子都相对于邻层（111） 晶面在[11-2 ]方向移动了此晶向原子间距的一个 分数值。 • 下图2中带浅咖啡色的部分为原子移动后形成的孪 晶。可以看出，孪晶与未变形的基体间以孪晶面 为对称面成镜面对称关系。如把孪晶以孪晶面上 的[11-2 ]为轴旋转180度，孪晶将与基体重合。 其他晶体结构也存在孪生关系，但各有其孪晶面 和孪晶方向。
(4) 孪晶的位错机制
• 孪生变形（ deformation twinning ）是 整个孪晶区发生均匀切变，其各层面的 相对位移是借助于一个 Shockley 不完全 位错移动而造成的。 • 形变孪晶是通过位错增值的极轴机制形 成的。(如：L型扫动位错)
机械工程材料第二章金属塑性变形与再结晶
4. 再结晶与重结晶
相同点：晶粒形核、长大的过程。
不同点： （1）再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化， 重结晶时晶格类型发生改变。 （2）再结晶是对冷塑性变形的金属而言的，没有 发生冷塑性变形的金属不存在再结晶问题。
三、晶粒长大 再结晶刚刚完成后的晶粒是无畸变的等轴晶粒， 如果继续升高温度或延长保温时间，晶粒之间就 会通过晶界的迁移相互吞并而长大。
➢ 产生残余应力。
（二）其他性能
塑性变形影响金属的物理、化学性能， 如电阻增大，导磁率下降，耐腐蚀性能 降低。 密度、导热系数下降。
三、残余应力（约占变形功的10％）
（一）宏观内应力（第一类内应力） 原因：由工件不同部位的宏观变形不均匀而引起的。 作用范围：作用于整个工件。
金属棒弯曲变形后 的残余应力
正火组织
带状组织
金属冷拉拔后 的残余应力
（二）微观内应力（第二类内应力） 原因：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起的。 作用范围：与晶粒尺寸相当。
（三）点阵畸变（第三类内应力）80-90%
原因：晶体缺陷而引起的畸变应力。 作用范围：约几百到几千个原子范围内。
金属强化 主要原因
➢第一类、第二类残余应力： 弊：对金属材料的性二、塑性变形对金属性能的影响
（一）力学性能 加工硬化（形变强化）:随着冷塑性变形量 的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧 性下降的现象。
工业纯铜
45钢
➢加工硬化是强化金属的重要手段之一。
对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。
链条板的轧制
材料为Q345（16Mn) 钢 的自行车链条经过五 次轧制，厚度由3.5mm压缩到1.2mm，总变形 量为65%。
原始横截面积的百分比。
Ψ=
单晶体的塑性变形原理
单晶体的塑性变形原理单晶体是由同一种晶体结构组成的完整晶体，具有高度的有序性和周期性。
在单晶体中，晶体晶格之间的结合力非常强大，使得晶格的平移和扭曲受到很大的限制。
然而，当单晶体受到外力作用时，就会出现塑性变形。
塑性变形是指物体在外力的作用下发生可逆的非弹性变形，即变形后物体可以保持新的形状。
塑性变形主要发生在常温下，与高温下的固溶体形变机制不同，高温下的固溶体形变机制主要是滑移。
单晶体的塑性变形原理可以用绕晶形变和位错划移来解释。
绕晶形变是指在晶体中某个平面内的晶格原子围绕某个原子旋转，从而引起整个晶体的塑性变形。
绕晶形变发生的条件是在某个平面附近存在一定程度的局部解理，即平面上的原子比其他方向上的原子容易移动。
绕晶形变可以分为两种类型：瑞士型形变和墙巢型形变。
瑞士型形变是指当晶体发生外力作用时，原子团块在某些面上的原子重排，使得晶体变形。
这种形变需要较大的应力才能实现，且发生在晶格容易发生切变的面上。
墙巢型形变是指当晶体受到外力作用时，在晶体内部形成位错和蚀斜，从而引起晶体的变形。
位错是晶体中的一种结构缺陷，它是由于晶体中的原子偏离了理想晶格位置而引起的。
蚀斜是指晶格在应力的作用下发生的微小变形。
墙巢型形变发生时，位错在晶体中移动，从而引起晶体变形。
位错划移是单晶体塑性变形的主要方式。
当晶体受到外力作用时，发生位错移动，这种移动可以看作是原子的排列发生了变化，从而引起晶格的变形。
位错划移的机制包括滑移和蠕变。
滑移是指位错在晶体中的某些面上移动，从而引起晶格的变形。
滑移的方向与晶体中原子排列的方向相吻合。
蠕变是指在晶体中，位错不仅在某些面上移动，还在垂直于该面的晶面上移动，从而引起晶体的变形。
除了绕晶形变和位错划移，单晶体的塑性变形还与材料的晶体结构和成分有关。
晶体结构的紧密性和原子间的键合方式都会影响晶体的塑性变形。
对于紧密堆积的晶体结构来说，原子之间的相互作用力较强，使得晶体更加难于发生塑性变形。
工程材料 5 塑性变形
(c) 变形80%
2. 亚组织的细化 塑性变形使晶粒碎化，内部 形成更多位向略有差异的亚晶粒 （亚结构），在其边界上聚集着 大量位错。 3. 产生形变织构 由于塑性变形过程中 晶粒的转动，当变形量达 到一定程度（70％～90％） 以上时，会使绝大部分晶 粒的某一位向与外力方向 趋于一致，形成织构。
产生加工硬化
由于塑性变形的变形度增加， 使金属的强度、硬度提高，而塑 性下降的现象称为加工硬化。
二、冷塑性变形对金属组织的影响 1. 形成纤维组织 金属在外力作用下产生塑性变形时，随着外形变化，而且其 内部的晶粒形状也相应地被拉长或压偏。当变形量很大时，晶粒 将被拉长为纤维状。
(a) 未变形
(b) 变形40%
2. 再结晶退火
把冷变形金属加热到再结晶温度以上，使其产生再结晶的热处 理称为再结晶退火。 生产中金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。
三、晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，金 属晶粒将继续长大是通过晶界的迁移进行的，是大晶粒吞食小 晶粒的过程。这是一个自发的过程。 影响晶粒大小的因素除加热温度和保温时间外，还有晶粒 原始尺寸、杂质的分布、预先变形度等。加热温度和预先变形 度影响最大。
晶粒粗大会使金属的强度，特别是塑性和冲击韧性降低。
1. 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长， 金属晶粒越粗大。
黄铜再结晶后晶粒的长大
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
2. 预变形度的影响
对一般金属，当变形度为2%～10%时，由于变形很不均匀， 会造成晶粒异常长大，应予避免。变形度过大（＞90%），因织 构，晶粒也会粗大。通常变形度为30%～60%。
单晶体的塑性变形培训讲学
角减小，λ角增大。会导致从软取向变成硬取向。单滑移变成多滑
系中
生的滑移带呈交叉形。
称为交滑移。交滑移使加工硬化效果下降。交滑移时产生的滑移带呈曲
位错一定是螺型位错．
-里德源的位错增值机制。若某滑移面有一段刃型位错AB,.
b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动。但由于AB两端
晶体的塑性变形
面（滑移面）上
部引起位相差。
用电子显微镜观察观察，发现每条滑移带是由一组相互平行
移线。滑移带就是相互平行的一组小台阶组成
滑移系的个数等于滑移面个数 ×每个滑移面所具有的滑移方向的
一般滑移系越多，塑性越好。塑性还与滑移面密排程度、滑移方向个数和同
目有关。比如虽然面心和体心立方晶体都是有12个滑移系组成的，
增加了位错线的长度； 导致带割阶的位错运动困难，从而成为后
错，杂质离子，晶界等）的阻碍，领先的位错在障碍前被阻止，
群，并在障碍物前端形成高度应力集
!与塞积的位错数目 ｎ成正比。位错数目 ｎ是与引起塞积的障碍到
特定方向（孪生方向）相对于另一部分作均匀地切变。在金相显微
距的整数倍。这种切变不会改变晶体的点阵类型，但可使变形部分的位
4个，滑移方向3个，而体心立方的滑移面有6个，滑移方向
mcoscoscoscos
AF 晶体中的某个滑移系能否发生滑
当外力 Ｆ增加，使拉伸应力 Ｆ／Ａ
达到屈服极限 σｓ时，这一
τｃ，晶 体就在该滑移系上开始滑移，此时的分切应
最小，容易滑移
＝∞，难以滑移，很吃力
拉伸时，φ角增大，λ角
(见图 (b))。 单位长度位错线所受的滑移
Fa=tb，
A、B发生回转(见图
。 当两端弯出来的线段相互靠近时(见图 (d))， 由于该线段两端平
系中
生的滑移带呈交叉形。
称为交滑移。交滑移使加工硬化效果下降。交滑移时产生的滑移带呈曲
位错一定是螺型位错．
-里德源的位错增值机制。若某滑移面有一段刃型位错AB,.
b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动。但由于AB两端
晶体的塑性变形
面（滑移面）上
部引起位相差。
用电子显微镜观察观察，发现每条滑移带是由一组相互平行
移线。滑移带就是相互平行的一组小台阶组成
滑移系的个数等于滑移面个数 ×每个滑移面所具有的滑移方向的
一般滑移系越多，塑性越好。塑性还与滑移面密排程度、滑移方向个数和同
目有关。比如虽然面心和体心立方晶体都是有12个滑移系组成的，
增加了位错线的长度； 导致带割阶的位错运动困难，从而成为后
错，杂质离子，晶界等）的阻碍，领先的位错在障碍前被阻止，
群，并在障碍物前端形成高度应力集
!与塞积的位错数目 ｎ成正比。位错数目 ｎ是与引起塞积的障碍到
特定方向（孪生方向）相对于另一部分作均匀地切变。在金相显微
距的整数倍。这种切变不会改变晶体的点阵类型，但可使变形部分的位
4个，滑移方向3个，而体心立方的滑移面有6个，滑移方向
mcoscoscoscos
AF 晶体中的某个滑移系能否发生滑
当外力 Ｆ增加，使拉伸应力 Ｆ／Ａ
达到屈服极限 σｓ时，这一
τｃ，晶 体就在该滑移系上开始滑移，此时的分切应
最小，容易滑移
＝∞，难以滑移，很吃力
拉伸时，φ角增大，λ角
(见图 (b))。 单位长度位错线所受的滑移
Fa=tb，
A、B发生回转(见图
。 当两端弯出来的线段相互靠近时(见图 (d))， 由于该线段两端平
多晶体、单晶体金属的塑性变形
(3) bcc 滑移方向为<111>，可能出现的滑移面有 {110}、{112}、{123}如果三组滑移面都能启 动，则潜在的滑移系数目为
临界分切应力 （1）最大分切应力正好落在与外力轴成45o 角的晶面以及与外力轴成45o角的滑移方向上。 假设对一个单晶圆柱体试样作拉伸试验 ，滑 移面的面积 作用在此滑移面上的力
• 处于有利位向的晶粒开始发生塑性变形，说明它 的滑移面上的位错源已经开动，位错沿滑移面向 晶界移动，在晶界处受阻，形成位错的塞积群。 位错的赛积群会在其前沿区域造成很大的应力集 中，随着外加载荷的增大，应力集中也随之增大。 这一应力集中值与外加应力共同作用，会使附近 晶粒的某些滑移系上的分切应力达到临界切应力 值，于是位错源开动，开始塑性变形。同时，由 于先滑移晶粒在发生滑移的同时会出现晶体的转 动，为了与先变形晶粒相协调，就要求相邻晶粒 的滑移应该在几个滑移系同时进行，保证其形状 作相应的改变。晶粒之间也要作相对的滑动来进 行协调。
压缩 压缩时晶体的滑移面， 力图转至与压力方向 垂直的位置。
• 孪生 • 塑性变形的另一种重要形式是孪生。它是晶体在 切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的结晶面 （孪晶面或孪生面）和一定的晶向（孪生方向） 相对于另一部分晶体作均匀地切变的现象。在切 变区域内，与孪晶面平行的每层原子的切变量与 它距孪晶面的距离成正比，并且不是原子间距的 整数倍。这种切变不会改变晶体的点阵类型，但 可以使变形部分的位向发生变化，并与未变形部 分的晶体以孪晶面为分界面构成了镜面对称的 位 向关系。
• 由吕德斯带形成过程可知，它的产生必须 具备下列条件： (1)金属有屈服现象，即金属处于退火状态。 (2)冲压加工时，金属在屈服阶段产生较小 的变形量。
非均匀屈服理论
吉林大学工程材料第2章 金属的塑性变形和再结晶
实质——晶界迁移过程
1、晶粒正常长大： 再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶 粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的 晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的 过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四 、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。 （2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易 于控制。
目的：1. 消除加工硬化 使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）： 能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才 能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、 多晶体金属的塑性变形
700℃
1、晶粒正常长大： 再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶 粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的 晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的 过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四 、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。 （2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易 于控制。
目的：1. 消除加工硬化 使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）： 能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才 能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、 多晶体金属的塑性变形
700℃
第5章 材料的形变和再结晶3
R.C. Zeng et al. / Materials Science and Engineering A 509 (2009) 1 –7 R. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 32 (2010) 411 –419
常见金属加工方法
(a) Rolling. (b) Forging (open and closed die). (c) Extrusion (direct and indirect).(d) Wire drawing. (e) Stamping.
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原
子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形； 正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现
断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑性变形， 但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶格沿另外的方向
三种典型晶格的滑移系
6 <11-20>
(0001)
48
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
面心立方晶体中的滑移系
密排六方晶体中的滑移系
基面滑移面 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
Density)。
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？
这个问题将在后面回答
常见金属加工方法
(a) Rolling. (b) Forging (open and closed die). (c) Extrusion (direct and indirect).(d) Wire drawing. (e) Stamping.
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原
子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形； 正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现
断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑性变形， 但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶格沿另外的方向
三种典型晶格的滑移系
6 <11-20>
(0001)
48
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
面心立方晶体中的滑移系
密排六方晶体中的滑移系
基面滑移面 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
Density)。
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？
这个问题将在后面回答
第四章金属材料的塑性变形与再结晶
滑移方向上原子间距的 小于孪生方向上的原
整数倍，较大。
子间距，较小。
很大，总变形量大。
有限，总变形量小。
有一定的临界分切 压力 一般先发生滑移
所需临界分切应力远高于 滑移
滑移困难时发生
变形机制
全位错运动的结果 分位错运动的结果 34
(二) 多晶体金属的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂
① 晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷
② 晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿 过。
35
当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积 起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加 外力, 从而使金属的变形抗力提高。
36
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
55
(4) 几何硬化：由晶粒转动引 起 由于加工硬化, 使已变形部 分发生硬化而停止变形, 而 未变形部分开始变形。没有 加工硬化, 金属就不会发生 均匀塑性变形。
未变形纯铁
加工硬化是强化金属的重要
手段之一，对于不能热处理
强化的金属和合金尤为重要
变形20%纯铁中的位错
56
2 对力学性能的影响
利弊
d. 孪生本身对金属塑性变形的贡献不大，但形成 的孪晶改变了晶体的位向，使新的滑移系开动， 间接对塑性变形有贡献。
33
总结
滑移
孪生
相同点
晶体位向
位移量 不 同 对塑变的贡献 点
变形应力
变形条件
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不 改变结构。 不改变（对抛光面 改变，形成镜面对称关系 观察无重现性）。 （对抛光面观察有重现性）
1、晶粒取向和晶界对塑性变形的影响