1.2.1 單晶體的塑性變形機(jī)構(gòu)

(1)單晶體滑移

滑移是指晶體在外力的作用下, 其中一部分沿著一定晶面和這個(gè)晶面上的一定晶向, 對(duì)其另一部分產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)。此晶面稱為滑移面, 此晶向稱為滑移方向。滑移時(shí)原子移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍, 滑移后晶體的各部分位相仍然一致。滑移結(jié)果, 使大量原子逐步地從一個(gè)穩(wěn)定位置移到另一個(gè)穩(wěn)定位置, 晶體產(chǎn)生宏觀的塑性變形, (圖1-6)。

圖1-6 晶體滑移示意圖

將單晶體或多晶體金屬的磨光試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí), 當(dāng)變形程度不大, 可以清楚地發(fā)現(xiàn), 試樣表面有許多平行而交叉的條紋網(wǎng)格, 這些條紋與拉力的作用方向呈45°角, 這就是晶體的滑移現(xiàn)象。若將滑移條紋放大觀察, 可以看到: 每根條紋是由許多細(xì)小的滑移線所組成, 稱之為滑移帶。用電子顯微鏡觀察滑移帶, 可以進(jìn)一步看到: 滑移帶實(shí)際上是由一群滑移層所形成的滑移線組成的。(圖1-7)

圖1-7 晶體中的滑移帶、 滑移線、 滑移層示意圖

1)滑移面和滑移方向 

通常, 在各種晶體點(diǎn)陣中, 滑移不是沿著任意晶面和晶向, 而總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生的。這是因?yàn)樵用芏茸畲蟮木婊蚓? 其原子間距小, 原子間的結(jié)合力強(qiáng), 同時(shí)在最密晶面之間及最密晶向之間的原子間距最大, 因而晶格原子結(jié)合力最弱, 所以在最小的切應(yīng)力作用下便能引起它們之間的相對(duì)滑動(dòng)。

如表1-1所示, 在面心立方晶格的金屬中, 如銅、 鋁等, 其滑移面是 (111)面, 滑移方向是[110], (圖1-8a)體心立方晶格的金屬如α-鐵、 鉻等, 其滑移面是 (101)面, 滑移方向是[111](圖1-8b); 密排六方晶格的金屬, 如鎂、 鋅等, 其滑移面是 (0001)面, 滑移方向是[1120](圖1-8c)?；泼媾c滑移方向的組合, 稱為滑移系。例如面心立方晶格金屬有四個(gè) (111)面, 而每個(gè)面上有三個(gè)[101]方向, 所以面心立方晶格金屬在外力作用下, 可能有的滑移系是4×3=12, 有12個(gè)滑移系; 體心立方晶格金屬的滑移系是6×2=12, 有12個(gè)滑移系; 密排六方晶格金屬的滑移系是1×3=3, 有3個(gè)滑移系。

表1-1 金屬的主要滑移面、 滑移方向和滑移系

圖1-8 晶體的滑移面

對(duì)金屬來說, 其滑移系越多, 則在一定的條件下受力后產(chǎn)生滑移的可能性越大, 變形越均勻, 它可能承受的變形程度也越大, 即意味著塑性越好, 特別是其中滑移方向的數(shù)目比滑移面數(shù)目的作用更大, 從表1-1可見, 具有體心立方晶格的鐵與具有面心立方晶格的銅及鋁, 雖然它們都具有12個(gè)滑移系, 但鐵的塑性不如銅及鋁; 而具有密排六方晶格的鎂及鋅等, 因其滑移系僅有3個(gè), 故其塑性又遠(yuǎn)比具有體心立方晶格的金屬差。