2)臨界切應力及其影響因素

金屬晶體內存在著滑移系, 僅說明金屬有產生滑移的可能性。若使晶體產生滑移, 還必須有外力的作用。晶體在外力作用下, 產生滑移的力是作用在滑移面上沿著滑移方向的切應力。當此切應力數值的大小達到一定值的時候, 晶體才能在這個滑移系統上進行滑移。能夠引起滑移的切應力稱為臨界切應力, 以τk表示。

臨界切應力是標志晶體特性的一個物理量, 它和滑移面與外力間的夾角無關。無論拉伸軸與滑移面成何角度, 反映金屬材料性質的臨界切應力τk幾乎是一樣的。但金屬本身的化學成分、 雜質含量以及變形溫度、 預先塑性變形程度等因素對臨界切應力均有影響, 其一般規(guī)律是:

①當化學成分中兩組元在固態(tài)互溶的合金中, 溶質元素量增加時, 合金的臨界切應力增大。金屬中含有雜質, 會使臨界切應力增大, 且含量越高越明顯。這是因為雜質的存在使晶體的點陣產生畸變, 雜質原子與金屬原子尺寸的差別越大, 引起的晶體點陣畸變就越強烈。

②溫度升高, 臨界切應力降低。因為溫度升高后, 原子的活動能力增大, 使結合力下降。

③預先的塑性變形會使臨界切應力增加。一般認為這是由于變形引起點陣畸變造成的。

④變形溫度越低, 變形量越大, 臨界切應力升高的越多。其它條件相同時, 對單晶體來說參與滑移的系統越多, 硬化越大, 臨界切應力增加的越顯著。

因為滑移面和滑移方向與外力成45°角時, 屈服應力σs值最小, 即造成晶體內部滑移面上滑移方向內的切應力達到臨界值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)單晶體滑移時的轉動

單晶體在外力作用下即使單純以滑移方式進行變形, 情況也很復雜, 伴隨著滑移的重要現象之一就是晶體的轉動。晶體的轉動和受力方式有密切的關系。在拉伸時, 如果拉伸機夾頭可自由移動, 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, 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的, 這樣旋轉的結果使滑移方向和拉伸軸向一致(圖1-9)。 對單晶體壓縮時, 結晶面的轉動情況與此相似, 但是其轉動的方向與拉伸時相反, 即滑移面轉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)復雜滑移

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

隨著變形程度的增加, 簡單滑移轉為復雜滑移。復雜滑移的特點是, 在滑移帶內, 產生顯微晶塊的轉動, 它引起滑移帶內點陣的不對稱轉向、 滑移帶的彎曲、 滑移帶內完整性的破壞以及可能出現的雙滑移等。

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。滑移總是首先在相對作用力方向最為有利的系統上開始, 因為在此系統上, 切應力最先達到臨界值, 由于在變形中滑移阻力的不斷增加或方位的變化, 使滑移進行到某種程度后, 可能在另一滑移系統上, 切應力也達到了臨界切應力, 并產生了滑移。這時新的滑移面將切割舊的滑移面。滑移面的這種切割, 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始, 同時有兩個滑移系統進行工作。這并不意味著它們的作用是同步的, 假如是同步的話, 則變形物體應該很快的被破壞。事實上并不是這樣, 因此, 可以設想, 兩個滑移系統是先后進行的 (圖1-11)。雙滑移總是導致滑移帶完整性的破壞。應該指出: 雙滑移是指在滑移面和滑移方向各不相同的兩個滑移系統上進行的滑移。

與雙滑移相似, 晶體在滑移過程中, 如果滑移在多個滑移系統上同時進行時, 則稱此滑移為多滑移。