2)臨界切應(yīng)力及其影響因素

金屬晶體內(nèi)存在著滑移系, 僅說(shuō)明金屬有產(chǎn)生滑移的可能性。若使晶體產(chǎn)生滑移, 還必須有外力的作用。晶體在外力作用下, 產(chǎn)生滑移的力是作用在滑移面上沿著滑移方向的切應(yīng)力。當(dāng)此切應(yīng)力數(shù)值的大小達(dá)到一定值的時(shí)候, 晶體才能在這個(gè)滑移系統(tǒng)上進(jìn)行滑移。能夠引起滑移的切應(yīng)力稱為臨界切應(yīng)力, 以τk表示。

臨界切應(yīng)力是標(biāo)志晶體特性的一個(gè)物理量, 它和滑移面與外力間的夾角無(wú)關(guān)。無(wú)論拉伸軸與滑移面成何角度, 反映金屬材料性質(zhì)的臨界切應(yīng)力τk幾乎是一樣的。但金屬本身的化學(xué)成分、 雜質(zhì)含量以及變形溫度、 預(yù)先塑性變形程度等因素對(duì)臨界切應(yīng)力均有影響, 其一般規(guī)律是:

①當(dāng)化學(xué)成分中兩組元在固態(tài)互溶的合金中, 溶質(zhì)元素量增加時(shí), 合金的臨界切應(yīng)力增大。金屬中含有雜質(zhì), 會(huì)使臨界切應(yīng)力增大, 且含量越高越明顯。這是因?yàn)殡s質(zhì)的存在使晶體的點(diǎn)陣產(chǎn)生畸變, 雜質(zhì)原子與金屬原子尺寸的差別越大, 引起的晶體點(diǎn)陣畸變就越強(qiáng)烈。

②溫度升高, 臨界切應(yīng)力降低。因?yàn)闇囟壬吆? 原子的活動(dòng)能力增大, 使結(jié)合力下降。

③預(yù)先的塑性變形會(huì)使臨界切應(yīng)力增加。一般認(rèn)為這是由于變形引起點(diǎn)陣畸變?cè)斐傻摹?/p>

④變形溫度越低, 變形量越大, 臨界切應(yīng)力升高的越多。其它條件相同時(shí), 對(duì)單晶體來(lái)說(shuō)參與滑移的系統(tǒng)越多, 硬化越大, 臨界切應(yīng)力增加的越顯著。

因?yàn)榛泼婧突品较蚺c外力成45°角時(shí), 屈服應(yīng)力σs值最小, 即造成晶體內(nèi)部滑移面上滑移方向內(nèi)的切應(yīng)力達(dá)到臨界值τk所需的外力也最小, 所以把這樣的方位稱為最佳取向或軟取向, 反之稱為硬取向。

(2)單晶體滑移時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)

單晶體在外力作用下即使單純以滑移方式進(jìn)行變形, 情況也很復(fù)雜, 伴隨著滑移的重要現(xiàn)象之一就是晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和受力方式有密切的關(guān)系。在拉伸時(shí), 如果拉伸機(jī)夾頭可自由移動(dòng), 而使滑移面和滑移方向的取向能保持不變, 則拉伸軸的取向要發(fā)生不斷的變化; 如果夾頭固定不動(dòng), 保持拉伸軸方向不變, 則晶體的取向就需要發(fā)生變化, 使滑移方向和拉伸軸間的夾角不斷變小, 因而晶體的取向是旋轉(zhuǎn)的, 這樣旋轉(zhuǎn)的結(jié)果使滑移方向和拉伸軸向一致(圖1-9)。 對(duì)單晶體壓縮時(shí), 結(jié)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)情況與此相似, 但是其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與拉伸時(shí)相反, 即滑移面轉(zhuǎn)向與作用力軸線相垂直的方向(圖1-10)。

圖1-9 單晶體的拉伸

圖1-10 單晶體的壓縮

(3)復(fù)雜滑移

上述的滑移過(guò)程是最簡(jiǎn)單的滑移, 又稱為平移滑移, 簡(jiǎn)單滑移是沿著一定的結(jié)晶平面和結(jié)晶方向進(jìn)行的滑移, 僅存在于塑性變形的初始階段。但實(shí)際過(guò)程并非如此簡(jiǎn)單, 多為復(fù)雜滑移過(guò)程。復(fù)雜滑移, 是繼平移滑移以后出現(xiàn), 或是平移滑移受到阻礙以后而出現(xiàn)的一種復(fù)合型式, 如對(duì)滑移系多的立方晶格, 開(kāi)始時(shí)是那些處于軟取向的滑移系首先開(kāi)始滑移。但隨著滑移的進(jìn)行因滑移面的旋轉(zhuǎn)而使滑移阻力增加, 這樣, 原來(lái)處于軟取向的逐漸變?yōu)橛踩∠? 而原來(lái)處于硬取向的、 不利于開(kāi)始滑移的晶粒, 可因晶粒的旋轉(zhuǎn)而變?yōu)檐浫∠虿㈤_(kāi)始滑移。于是可能產(chǎn)生交叉式的雙滑移(交滑移), 晶體的彎折, 滑移帶的彎曲等多種形式的復(fù)雜滑移過(guò)程。

隨著變形程度的增加, 簡(jiǎn)單滑移轉(zhuǎn)為復(fù)雜滑移。復(fù)雜滑移的特點(diǎn)是, 在滑移帶內(nèi), 產(chǎn)生顯微晶塊的轉(zhuǎn)動(dòng), 它引起滑移帶內(nèi)點(diǎn)陣的不對(duì)稱轉(zhuǎn)向、 滑移帶的彎曲、 滑移帶內(nèi)完整性的破壞以及可能出現(xiàn)的雙滑移等。

雙滑移可以在立方晶格金屬, 如鋁的塑性變形中觀察到。單晶鋁的滑移面和滑移方向組成的滑移系共有12個(gè)?；瓶偸鞘紫仍谙鄬?duì)作用力方向最為有利的系統(tǒng)上開(kāi)始, 因?yàn)樵诖讼到y(tǒng)上, 切應(yīng)力最先達(dá)到臨界值, 由于在變形中滑移阻力的不斷增加或方位的變化, 使滑移進(jìn)行到某種程度后, 可能在另一滑移系統(tǒng)上, 切應(yīng)力也達(dá)到了臨界切應(yīng)力, 并產(chǎn)生了滑移。這時(shí)新的滑移面將切割舊的滑移面?；泼娴倪@種切割, 將引起金屬變形抗力的劇烈升高。

由此可知, 所謂雙滑移就是指從某一變形程度開(kāi)始, 同時(shí)有兩個(gè)滑移系統(tǒng)進(jìn)行工作。這并不意味著它們的作用是同步的, 假如是同步的話, 則變形物體應(yīng)該很快的被破壞。事實(shí)上并不是這樣, 因此, 可以設(shè)想, 兩個(gè)滑移系統(tǒng)是先后進(jìn)行的 (圖1-11)。雙滑移總是導(dǎo)致滑移帶完整性的破壞。應(yīng)該指出: 雙滑移是指在滑移面和滑移方向各不相同的兩個(gè)滑移系統(tǒng)上進(jìn)行的滑移。

與雙滑移相似, 晶體在滑移過(guò)程中, 如果滑移在多個(gè)滑移系統(tǒng)上同時(shí)進(jìn)行時(shí), 則稱此滑移為多滑移。