[科普中国]-单晶体塑性变形

单晶体塑性变形是金属塑性变形的一种，其实质为组成金属的晶粒的变形，晶粒变形包括晶内变形和晶间变形。

简介单晶体的塑性变形，实质上就是分析晶内变形。在整个体积内原子排列方式和排列方向不变的晶体称为单晶体。根据晶体结构理论，任何一块单晶体都包含有若干不同方位的晶面。当一块单晶体材料受外力作用时，其内应力可分解为正应力σ和切应力τ。

正应力正应力对变形的作用如图1所示，在正应力作用下，晶体沿正应力方向被拉长。拉长变形的程度与正应力的大小成正比。如果正应力消失，晶体在原子间结合力的作用下恢复原状。如果正应力超过晶体原子间的结合力，晶格则被拉断。由此可见，正应力只能造成晶体的弹性变形或断裂，而不能引起晶体的塑性变形。

切应力沿晶面方向的切应力造成单晶体变形的作用如图2所示，在切应力作用下，晶体产生剪切变形，即发生晶体歪扭。

滑移当切应力较小时只发生弹性变形，随着切应力继续增大到超过原子间结合力时，一部分晶体沿着一定的晶面和一一定的晶向对另一部分晶体作相对滑动，这种滑动称为滑移。发生滑移的晶面称为滑移面。滑移面上的原子移动距离为原子间距的整数倍后，在新的位置上重新处于比较稳定的状态。此时除去应力，晶体的歪扭可以恢复，但已滑移的原子不能回复到变形前的位置上，即产生了塑性变形。

晶体在晶面上发生滑移， 实际上并不需要整个滑移面上的所有原子同时刚性移动，而是通过晶体内大量存在的位错缺陷沿晶面的移动实现的滑移，如图3所示。

晶体转动和旋转在单晶体滑移变形时，除了两部分晶体发生相对滑移之外，还有晶体的转动和旋转发生。如图4所示，如果金属单晶体要保持其外形，并向一定方向产生塑性变形，必然要发生这种转动和旋转。

孪晶单晶体塑性变形的形式除滑移外还有一种变形方式称为孪晶。孪晶是晶体在外力作用下晶格的一部分相对另一部分沿着一定晶面发生转动的结果，这个晶面称为孪晶面。转动后以孪晶面为界面，形成镜像对称，如图5所示。由于转动后改变了晶格的位向，可以有利于进一步滑移的进行。孪晶只发生在晶体滑移系少的金属，例如六方晶格金属产生孪晶变形的倾向较大。1

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黄伦先 - 副教授 - 西南大学