滑移和孪晶
多晶体的塑性变形机制
多晶体的塑性变形机制
多晶体是由大量晶体颗粒组成的晶粒体，其内部包含了许多晶界。
而塑性变形机制是多晶体在外力作用下发生形变的过程。
在多晶体的
塑性变形中，晶界扮演着关键的角色，影响着材料的塑性行为。
本文
将探讨多晶体的塑性变形机制及其影响因素。
多晶体的塑性变形机制主要有晶体滑移、孪晶形变和再结晶等方式。
晶体滑移是晶格内平面沿晶胞平面方向发生相对滑动，使晶体产生形变。
孪晶形变是晶体中出现特殊结构的孪晶，通过孪晶界的移动来实
现形变。
再结晶是材料在高温下形成新的晶粒结构以释放应力。
在多晶体的塑性变形中，晶界的性质对材料的塑性行为有重要影响。
晶界的迁移与扩散是晶粒体在形变过程中的重要机制，影响了晶粒的
重新排列以适应外力。
此外，晶界强化机制也影响了材料的变形性能，不同形态和性质的晶界对材料的硬度、韧性等性能具有不同影响。
除了晶界的影响，晶体取向和织构对多晶体的塑性变形也具有重要
作用。
晶体取向决定了材料在外力作用下的各向异性表现，不同取向
的晶粒在形变中的行为也有所不同。
织构是晶粒在材料中的排布规律，直接影响了材料的力学性能和变形行为。
总的来说，多晶体的塑性变形机制是一个复杂的过程，受到多种因
素的影响。
晶界、晶体取向和织构等因素共同作用，决定了材料的塑
性行为和性能。
通过深入研究多晶体的塑性变形机制，可以为材料设
计与加工提供科学依据，实现材料性能的优化与提升。
材料科学基础简答题
孪晶和滑移的特点：相同点：●宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；●微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；●两者都不会改变晶体结构；●从机制上看，都是位错运动结果。
不同点：●滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向；●滑移是全位错运动的结果，而孪生是不全位错运动的结果；●滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程；●滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则呈锯齿状；●两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大于滑移，因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变。
●滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性），而孪生切变较小，取决于晶体结构。
回复机制:1）低温回复（0.1－0.3Tm）点缺陷（空位和间隙原子)运动至晶界出或位错处消失、空位和间隙原子结合消失、空位结合成空位对。
结果导致点缺陷密度降低。
2）中温回复（0.3－0.5Tm）位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使变形亚晶规整化。
3）高温回复（>0.5Tm）位错除滑移外，还可获得足够的能量产生攀移，使滑移面上不规整的位错重新分布，形成亚晶界和亚晶粒，使弹性畸变能降低。
位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界）→多边化（亚晶粒）→弹性畸变能降低。
4）位错反应形成亚晶肖脱基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置，而晶体内仅留有空位，晶体中形成了肖特基缺陷滑移：是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
固溶强化：是指由于溶质原子的固溶而引起的强化效应。
扩散：由于物质中原子（或者其他的微观粒子）的微观热运动所引起的强化效应。
影响扩散的因素1.温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大，且空位浓度增大，有利扩散。
2.原子结合键越弱，Q越小，D越大。
3.在间隙固溶体中，扩散激活能较小，原子扩散较快；在置换固溶体中扩散激活能比间隙扩散大得多。
大学材料科学基础第八章材料的变形与断裂(1)
六方晶系则需画图判定。
滑移系数量与金属的塑性 滑移系代表了晶体滑移时可能采取的空间取向，晶 体中滑移系数量越多，滑移时可能采取的空间取向就 越多，滑移就越容易进行，金属的塑性便越好。 面 心 立 方 金 属 ： Cu，Al，Au，Ag,，Ni，γ－Fe， 奥氏体钢，体心立方金属α－Fe，铁素体，Mo，Nb的 塑性很好，而密排六方金属Mg，Zr，Be，Zn的塑性 则较差。当然滑移系数量并不是决定金属塑性高低唯 一的因素，合金的成分、强度的高低、加工硬化的能 力等也会影响到金属的塑性。试验表明，奥氏体钢的 塑性要优于铁素体钢。
金属拉伸曲线分析。 1 弹性变形阶段：ζ－ε呈直线关系。
（弹）塑性变形阶段： ζ-ε不遵循虎克定律
2 均匀塑性变形阶段：屈服阶段：ε增加，ζ基本保 持不变， ζ－ε呈非线性关系。 3 颈缩阶段（局部变形阶段）：变形集中在局部区 域。 4 断裂阶段：从颈缩到断裂。
拉伸试验可以得到以下强度指标和塑性指标：
拉伸条件下滑移系上分切应力的计算。
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
θ－滑移面法线与拉伸轴的夹角
4 力轴作用在任意方向
二、孪晶（孪生）变形
孪生也是金属塑性变形的一种形式，一般情况下， 金属晶体优先以滑移的方式进行塑性变形，但是当滑 移难以进行时，塑性变形就会以生成孪晶的方式进行， 称为孪生。例如滑移系较少的密排六方晶格金属，当 处于硬取向时，滑移系难以开动，就常以孪生方式进 行变形。滑移系较多的fcc、bcc结构的金属一般不发 生孪生变形，但在极低的温度下变形或是形变速度极 快时，也会以孪生的方式进行塑性变形。 定义：晶体在难以进行滑移时而发生的另一种塑 性变形方式，其特点是变形以晶体整体切变的形式 进行而不是沿滑移系发生相对位移。
工业纯铝的塑性变形与再结晶实验方案
实验方案金属的塑性变形与再结晶一，实验目的1、观察显微镜下滑移线、变形孪晶的特征；2、了解金属经冷加工变形后显微组织及性能的变化；二、概述1 显微镜下的滑移线与变形挛晶金属受力超过弹性极限后，在金属中特产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动实质为位错沿滑移面运动的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微姐织是由许多滑移带所组成。
另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。
2、变形程度对金属组织和性能的影响变形前金属为等轴晶粒，轻微量变形后晶粒内即有滑移带出现，经过较大的变形后即发现晶粒被拉长，变形程度愈大，晶粒被拉得愈长，当变形程度很大时，则加剧剧了晶粒沿一定方向伸长，晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
由于变形的结果，滑移带附近晶粒破碎，产生较严重的晶格歪扭，造成临界切应力提高，使继续变形发生困难，即产生了所谓加工硬化现象。
随变形程度的增加，金属的硬度、强度、矫顽力、电阻增加，而塑性和韧性下降。
3、形变金属在加热后组织和性能的影响变形后的金属在较低温度加热时，金属内部的应力部分消除，歪曲的晶格恢复正常，但显微组织没有变化，原来拉长的晶粒仍然是伸长的。
这个过程是靠原子在一个晶粒范围内的移动来实现的，称为回复。
变形后金属加热到再结晶温度以上时，发生再结晶过程，显微组织发生显著变化。
孪晶和滑移的异同点
孪晶和滑移的异同点
孪晶和滑移是固体材料中常见的两种晶体变形机制。
它们在晶
体学和材料科学领域都有重要的意义。
接下来我将从多个角度来分
别介绍它们的异同点。
首先，让我们来看看它们的相似之处。
孪晶和滑移都是固体材
料中的晶体塑性变形机制。
它们都是由外力作用于晶体时引起的晶
格变形，从而使材料产生塑性变形。
此外，它们都可以导致材料的
塑性变形，从而改变材料的形状和性能。
然而，孪晶和滑移也有很多不同之处。
首先，孪晶是指晶体中
出现的一种特殊的晶体结构，通常是由于晶格畸变或者晶体内部发
生相变而形成的。
而滑移是指晶格中原子沿着特定的滑移面和滑移
方向发生滑移，从而引起晶体的塑性变形。
因此，孪晶是一种晶体
结构上的变化，而滑移是一种晶格中原子位置的变化。
其次，孪晶和滑移在形成机制上也有所不同。
孪晶的形成通常
需要一定的条件，比如特定的应力或温度条件，而滑移则是在晶体
受到外力作用时就会发生。
此外，孪晶的形成通常需要一定的能量，而滑移则是在较低的能量条件下就可以发生。
此外，孪晶和滑移在对材料性能的影响上也有所不同。
孪晶可
以使材料的塑性变形能力增强，同时也可能导致材料的脆性增加。
而滑移则可以使材料产生塑性变形，从而增加材料的延展性和韧性。
综上所述，孪晶和滑移是固体材料中常见的两种晶体变形机制，它们在形成机制、对材料性能的影响等方面都有所不同。
深入了解
孪晶和滑移的异同点有助于我们更好地理解材料的塑性变形机制，
从而为材料设计和加工提供理论依据。
滑移和孪晶
二、滑移
（一）、滑移现象
1、滑移带 2、滑移线
（二）滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
Байду номын сангаас
滑移示意图
（三）滑移特征
1、滑移系 1）滑移面：晶体中能够发生滑移的晶面 2）滑移方向：晶体中能够发生滑移的晶向 3） 滑移系 ：晶体中每个滑移面和该面上的一个
孪生示意图
孪晶组织
（一）孪生的特点
?金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形 成镜面对称关系。
?发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。 孪晶一般分为机械孪晶和退火孪晶
?孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移 动的距离是不相等的 。
（二）金属晶体中的孪生现象
? 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。 ? 体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发
刃位错的运动
1、滑移的机理
多 脚虫 的 爬 行
2、位错的易动性
晶体通过位错运动 产生滑移时，只在位 错中心的少数原子发 生移动，它们移动的 距离远小于一个原子 间距，因而所需临界 切应力小，这种现象 称作位错的易动性。
（六）滑移的类型
根据位错运动方式的不同，会出现不同类 型的滑移：单滑移、多滑移、交滑移。
在切应力作用下一个多余半原子面从晶体一侧到另一侧运动即位错自左向右移动晶体通过位错运动产生滑移时只在位错中心的少数原子发生移动它们移动的距离远小于一个原子间距因而所需临界切应力小这种现象根据位错运动方式的不同会出现不同类型的滑移
金属塑性变形机理 ——滑移和孪生
材研1004 程呈
一、塑性变形
? 多晶体的塑性变形： 晶内变形、晶间变形 ? 晶内变形、单晶体变形主要方式： 滑移、孪生 ? 晶间变形的主要方式： 晶粒间相互滑动和转动
滑移和孪生-范性形变
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3.1 范性形变概述
二. 单晶体范性变形的基本形式
虽然从宏观上看，固体范性变形的方式很多，但从微观
角度，单晶体 范性变形的基本方式只有两种：
1. 滑移:
2. 孪生:
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
一. 滑移
1. 定义：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面 (滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分 发生滑动。
未变形
弹性变形 弹塑性变形 塑性变形
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
五. 滑移的位错机制
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
五. 滑移的位错机制
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
五. 滑移的位错机制
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
五. 滑移的位错机制
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
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3.2 滑移、滑移系和Schmid定律
五. 滑移过程的次生现象
➢晶面弯曲
由于局部区域的微观缺陷、杂质等的阻碍作用，滑移面发生弯曲。
➢形变带
由于局部区域存在杂质和各种缺陷，这些区域的转动就受到阻碍，其转角 小于远离杂质和缺陷的区域。转角不同的区域就有位向差，因而在显微镜 下存在反差(衬度)。
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➢弯折带
工程材料与热处理 第4章作业题参考答案
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。
（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。
锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。
2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点：（1）各晶粒不同同时变形；（2）各晶粒变形的不均匀性；（3）各变形晶粒相互协调。
3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。
哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。
晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。
由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。
一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
密排六方由于滑移少，塑性最差。
4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。
动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。
二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。
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发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新 排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
黄铜中的孪晶
锌中的孪晶
四、滑移和孪生的区别
孪生通过切变使晶格位向发生了改变，造成变 形部分与未变形部分形成对称。而滑移变形后， 晶体各部分的相对位向不发生改变。
孪生示意图
孪晶组织
（一）孪生的特点
金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形 成镜面对称关系。
发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。 孪晶一般分为机械孪晶和退火孪晶
孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移 动的距离是不相等的。
（二）金属晶体中的孪生现象
密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。 体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发
金属塑性变形机理 ——滑移和孪生
材研1004 程呈
一、塑性变形
多晶体的塑性变形：晶内变形、晶间变形 晶内变形、单晶体变形主要方式：滑移、孪生 晶间变形的主要方式：晶粒间相互滑动和转动
二、滑移
（一）、滑移现象
1、滑移带 2、滑移线
（二）滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
刃位错的运动
1、滑移的机理
多 脚虫 的 爬 行
2、位错的易动性
晶体通过位错运动 产生滑移时，只在位 错中心的少数原子发 生移动，它们移动的 距离远小于一个原子 间距，因而所需临界 切应力小，这种现象 称作位错的易动性。
（六）滑移的类型
根据位错运动方式的不同，会出现不同类 型的滑移：单滑移、多滑移、交滑移。
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
密排六方晶格
（四）引起滑移的临界切应力
1）滑移面内的切应力分解到滑移方向上的分 切应力是晶体产生滑移的动力。
2）分切应力：τ＝σcosφcosλ（ φ为滑移面与 外力的夹角；λ为滑移方向与外力的夹角）
3） cosφcosλ被称为取向因子，分切应力大的 位向称为软位向，反之为硬位向。
（七）滑移的特点
滑移只能在切应力的作用下发生 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生
（在滑移系中进行） 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍，滑移结
果在晶体的表面上造成台阶。 滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
三、孪生
孪生：在切应力作用下，晶体的一部分 相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶 向（孪生方向）发生切变的变形过程。
4）能使滑移系产生滑移的最小分切应力值称 为临界切应力： τc= σscosφcosλ
（五）位错滑移机制
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑 移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通 过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半 原子面从晶体一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动 时, 晶体产生滑移。
孪生时原子沿孪生方向的相对位移是原子间距 的分数值。而滑移时原子在滑移方向的位移是 原子间距的整数倍。
孪生变形所需的切应力比滑移大得多。因此， 孪生在一般不易滑移的条件下发生，而且孪生
变形的速度很快（接近声速）。
谢 谢！
滑移示意图
（三）滑移特征
1、滑移系 1）滑移面：晶体中能够发生滑移的晶面 2）滑移方向：晶体中能够发生滑移的晶向 3）滑移系：晶体中每个滑移面和该面上的一个
滑移方向组成一个滑移系。 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排 列最密的晶面和晶向。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格