(9.3.1)--09单晶体的塑形变形-孪生.pdf

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1、二、孪生二、孪生定义：定义：切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀切变的一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀切变的过程过程。滑移系较少的密排六方晶体（如Mg、Zn）；低温，滑移来不及进行（如Cu在4.2K）；高应变速率，滑移来不及进行（如Fe爆炸变形）。9.2 金属的塑性变形形成条件：形成条件：a.a.变形前变形前b.b.滑移滑移c c.孪生孪生晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图1 1、孪生的形成过程、孪生的形成过程晶体的孪晶面和孪

2、生方向与其晶体结构类型晶体的孪晶面和孪生方向与其晶体结构类型有关有关体心立方晶体为体心立方晶体为面面心立方晶体心立方晶体为为 111 111 密密排六方晶体为排六方晶体为。1121111121012 10119.2 金属的塑性变形发生切变的部分称发生切变的部分称孪生带孪生带或或孪晶孪晶，沿其发生孪生的晶面称沿其发生孪生的晶面称孪生面孪生面。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。b1211222aa1611266a(111)111)面是面心立方的孪晶面面是面心立方的孪晶面,它与它与的的交截线为交截线为,此方向即为孪晶方向此方向即为孪晶方向。以。以晶面晶面平

3、行于纸面平行于纸面,则则(111)(111)面面垂直于垂直于纸面。纸面。晶体发生变形后晶体发生变形后,变形区域作均匀切变变形区域作均匀切变,每每层层(111)(111)面都相对于其相邻晶面沿面都相对于其相邻晶面沿方向位移了方向位移了。第三第三层晶面层晶面GHGH相对于基面相对于基面AB(AB(即孪晶面即孪晶面)正好移动了一个原子正好移动了一个原子间距。这表明孪生时每层晶面的位移是借一个间距。这表明孪生时每层晶面的位移是借一个不全位错不全位错的移的移动造成动造成的。的。可见可见各层晶面的位移量与其距各层晶面的位移量与其距孪晶面孪晶面的距离成正比的距离成正比,变形部变形部分与未变形部分以孪晶面为准

4、分与未变形部分以孪晶面为准,构成镜面对称构成镜面对称,形成孪晶。形成孪晶。孪晶在显微镜下呈带状或透镜孪晶在显微镜下呈带状或透镜状。状。(110)112(110)112b16112孪生孪生切变的结果使均匀切变区中的晶体仍然保持面心切变的结果使均匀切变区中的晶体仍然保持面心立方结构，但位向发生了变化，与未切变区呈镜面对立方结构，但位向发生了变化，与未切变区呈镜面对称。称。孪晶孪晶上述两部分晶体的合称。上述两部分晶体的合称。孪晶界孪晶界均匀切变区和未切变区的分界面。均匀切变区和未切变区的分界面。孪晶孪晶面面发生均匀切变的晶面发生均匀切变的晶面孪生方向孪生方向孪生面移动的方向孪生面移动的方向2 2、孪

5、生的、孪生的特点特点 孪生使一部分晶体发生了均匀的孪生使一部分晶体发生了均匀的切变，而切变，而滑移是不均匀滑移是不均匀的，只的，只集中在集中在一些滑移面上进行。一些滑移面上进行。孪生孪生后晶体变形部分与未变形部分成镜面对称后晶体变形部分与未变形部分成镜面对称关系，位关系，位向发生向发生变化，变化，而而滑移后晶体各部分的位向并未改变滑移后晶体各部分的位向并未改变。孪生的临界分切应力比滑移的高得多孪生的临界分切应力比滑移的高得多,因此因此孪生常萌发于滑移受阻引孪生常萌发于滑移受阻引起的局部应力集中区起的局部应力集中区。9.2 金属的塑性变形铜单晶在4.2K4.2K的拉伸曲线 孪生变形的应力孪生变形

6、的应力-应应变变曲线与曲线与滑移有明滑移有明显不同显不同。孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。但孪生能够改变。但孪生能够改变晶体位向，使滑移系转动到有利的位置。因此当滑移困晶体位向，使滑移系转动到有利的位置。因此当滑移困难时，可通过孪生调整取向而使晶体继续变形。难时，可通过孪生调整取向而使晶体继续变形。孪生变形局部孪生变形局部切变可达较大数量切变可达较大数量,在在变形试样的抛光表变形试样的抛光表面上可以看到面上可以看到浮凸浮凸,经重新抛光后经重新抛光后,表面表面浮凸可以去掉浮凸可以去掉,但在但在偏光下或浸蚀后仍能看到孪晶偏光下或浸蚀后仍能看到孪晶。而滑移变形后的试

7、而滑移变形后的试样经抛光后滑移带消失样经抛光后滑移带消失。3 3、孪晶的形成孪晶的形成形变孪晶：形变过程中形成，在金相形貌上一般呈现透镜形变孪晶：形变过程中形成，在金相形貌上一般呈现透镜片状，多数发源于晶界，终止于晶内，又称机械孪晶。片状，多数发源于晶界，终止于晶内，又称机械孪晶。锌和铁经塑性变形后形成的形变孪晶锌和铁经塑性变形后形成的形变孪晶9.2 金属的塑性变形退火孪晶：变形金属在退火过程中也可能产生孪晶组织，退火孪晶：变形金属在退火过程中也可能产生孪晶组织，退火孪晶的形貌与形变孪晶有较大区别，一般孪晶界面平直，退火孪晶的形貌与形变孪晶有较大区别，一般孪晶界面平直，且孪晶片较厚。且孪晶片较

8、厚。铜晶体中的退火孪晶组织。铜晶体中的退火孪晶组织。9.2 金属的塑性变形4 4、孪生的孪生的位错机制位错机制面心立方面心立方晶体中孪晶体中孪晶的形成晶的形成5 5、滑移和孪生的比较滑移和孪生的比较1)1)相同点：相同点：宏观上宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形都是切应力作用下发生的剪切变形；微观上微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的是晶体的一部一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程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两者都不会改变晶体结构；从机制上看从机制上看，都是位错运动结果，都是位错运动结果。9.2 金属的塑性变形

9、2)2)不同点：不同点：滑移不改变晶体的位相滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向，孪生改变了晶体位向；滑移是全位错运动的结果滑移是全位错运动的结果，孪生是不全位错运动的结孪生是不全位错运动的结果果；滑移是不均匀切变过程滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程；滑移比较平缓滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则孪生则呈呈锯齿状锯齿状；两者发生的条件不同两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大孪生所需临界分切应力值远大于于滑移，因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方滑移，因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变式形变；滑移产生的切变较大滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性（取决于晶体的塑性），），而孪生而孪生切切变较小，取决于晶体结构变较小，取决于晶体结构。9.2 金属的塑性变形三、晶体的扭折三、晶体的扭折扭折是不均匀塑性变形的一种形式扭折是不均匀塑性变形的一种形式，它是在滑它是在滑移和孪生难以实现移和孪生难以实现，或者在变形受到某种约束时或者在变形受到某种约束时才出现的才出现的。在扭折带中在扭折带中，晶体位向有突变晶体位向有突变，有可能使该区有可能使该区域内的滑移系处于有利的位置域内的滑移系处于有利的位置，从而产生滑移从而产生滑移。单晶镉被压缩时的扭折单晶镉被压缩时的扭折