1.单晶体的塑性变形

在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移方式进行。滑移是金属塑性变形的最基本方式。所谓滑移，是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑动位移的现象。例如，对一个表面经过抛光的纯锌单晶体进行拉伸试验，在试样的表面上出现了许多互相平行的倾斜线条的痕迹，称为滑移带，如图1-16所示。

图1-16 锌单晶体滑移变形示意图

a）拉应力 b）压应力

滑移变形具有以下特点：

（1）滑移在切应力的作用下产生 要使某一晶面滑动，作用在该晶面上的力必须是相互平行、方向相反的切应力（垂直于该晶面的正应力只能引起伸长或收缩），而且切应力只有达到一定值，滑移才能进行。当原子滑移到新的平衡位置时，晶体就产生了微量的塑性变形，如图1-17所示。许多晶面滑移的总和，就产生了宏观的塑性变形。

（2）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向发生 研究表面发现，滑移优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生。晶体中能够产生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。一般来说，滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。

图1-17 晶体在切应力作用下的变形

a）未变形 b）弹性变形 c）弹塑性变形 d）塑性变形

通常，滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。这是因为原子密度最大的晶面的面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；对于滑移方向为原子密度最大的方向，是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错的阻力最小。

（3）滑移时两部分晶体的相对位移是原子间距的整数倍 晶体滑移后，在其表面上出现滑移痕迹，通常称为滑移带。在电子显微镜下观察还会发现，任何一条滑移带实际上都是由若干条滑移线组成的。

（4）滑移的同时伴随着晶体的转动 单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动，如图1-16b右图所示。(www.daowen.com)

滑移的机理：大量的理论和试验研究的结果证明，晶体滑移时，整个滑移面上的全部原子并不一起移动，因为那么多的原子同时移动，需要克服的滑移阻力十分巨大，实际上滑移是通过位错在滑移面上的运动来实现的，如图1-17所示。

图1-17所示为一刃型位错在切应力τ的作用下在滑移面上的运动过程，即通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动造成一个原子间距滑移的过程。从图1-17可以看出，当一条位错线扫过滑移面到达金属表面时，便产生一个原子间距的滑移量。在同一滑移面上，若有大量位错移出，则会在金属表面形成一条滑移线，于是就产生了宏观的塑性变形。

2.多晶体的塑性变形

（1）晶粒取向的影响 晶粒取向对多晶体塑性变形的影响，主要表现在各晶粒变形过程中的相互制约和协调性。

当外力作用于多晶体时，晶体的各向异性使位向不同的各个晶体所受应力并不一致，处于有利位向的晶粒首先发生滑移，处于不利方位的晶粒却还未开始滑移。但多晶体中每个晶粒都处于其他晶粒包围之中，它的变形必然与其邻近晶粒相互协调配合，不然就难以变形，甚至不能保持晶粒之间的连续性，会造成空隙而导致材料的破裂。为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，每个晶粒不只是在取向最有利的单滑移系上进行滑移，而必须在几个滑移系（其中包括取向并非有利的滑移系）上进行，其形状才能相应地作各种改变。理论分析指出，多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在5个独立的滑移系上进行滑移。可见，多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间的协调的，即一个多晶体是否能够产生塑性变形，取决于它是否具备5个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协调的要求。这就与晶体的结构类型有关：滑移系很多的面心立方和体心立方晶体能满足这个条件，因而具有这类结构的多晶体金属（如铁、铜等）的形变能力可以得到充分的发挥，故具有很好的塑性；相反，密排六方晶体由于滑移系少，晶粒之间的应变协调性很差，所以其多晶体（如锌等金属）的塑性变形能力较低。

（2）晶界的影响 由于晶界上原子排列不规则，点阵畸变严重，何况晶界两侧的晶粒取向不同，滑移方向和滑移面彼此不一致，因此，滑移要从一个晶粒直接延续到下一个晶粒是极其困难的，在室温下晶界对滑移具有阻碍效应。对只有2～3个晶粒的试样进行拉伸，结果表明，在晶界处呈竹节状，如图1-18所示。

图1-18 两个晶粒试样在拉伸时的变形

a）拉伸前 b）拉伸后

多晶体试样经拉伸后，每一晶粒中的滑移带都终止在晶界附近。在变形过程中，位错难以通过晶界，被堵塞在晶界附近，这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错运动。这种现象又叫“竹节”现象。因此，对多晶体而言，外加应力必须大至足以激发大量晶粒中的位错源动作，产生滑移，才能觉察到宏观的塑性变形。很显然，晶界越多，晶体的塑性变形抗力越大。

（3）晶粒大小的影响 在一定体积内，晶粒的数量越多，晶粒就越细，并且不同位向的晶粒也越多，因而其塑性变形的抗力也就越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高，而且塑性和韧性也较好。因为晶粒越细，在同样的变形条件下，变形量可以分散到更多的晶粒内进行，使各晶粒的变形比较均匀，而不致过分集中在少数晶粒上，使其严重变形。另一方面，晶粒越细，晶界就越多，越曲折，越有利于阻止裂纹的传播，从而在其断裂前能承受较大的塑性变形，吸收较多的功，表现出较好的塑性和韧性。

因此，一般在室温下使用的结构材料都希望获得细小而均匀的晶粒。因为细晶粒不仅使材料具有较高的强度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能。故生产中总是尽可能地细化晶粒。