6.1.2 多晶体金属的塑性变形
实际上金属是多晶体，多晶体金属的塑性变形与单晶体比较并无本质上的差别，即每个晶粒的塑性变形仍以滑移或孪生等方式进行。但由于晶界的存在和每个晶粒中的晶格位向不同，故在多晶体中的塑性变形过程要比单晶体中复杂得多。
1．晶界和晶粒位向的影响
（1）晶界的影响
以仅由两个晶粒构成的试样来进行拉伸试验。经过变形会出现明显的所谓“竹节”现象，即试样在远离夹头和晶界的晶粒中都会出现明显的缩颈，而在晶界附近则难以变形。晶界附近为什么具有明显较高的塑性变形抗力？这主要是由于在晶界附近为两晶粒晶格位向的过渡之处，晶格排列紊乱，加上晶界处的杂质原子也较多，也增大其晶格畸变，因而使该处在滑移时位错运动的阻力较大，难以发生变形。
（2）晶粒位向的影响
不仅晶界的存在会增大滑移抗力，而且多晶体中各晶粒晶格位向的不同也会增大其滑移抗力，因为其中任一晶粒的滑移都必然会受到它周围不同晶格位向晶粒的约束和障碍，各晶粒必须相互协调，相互适应，才能发生变形。因此，多晶体金属的塑性变形抗力总是高于单晶体。
（3）晶粒度的影响
金属的塑性变形抗力，不仅与其原子间的结合力有关，而且还与金属的晶粒度有关，即金属的晶粒愈细，金属的强度便愈高。因为，金属的晶粒愈细，其晶界总面积便愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也便愈大，如图6-7所示。
图6-7 低碳钢的强度与晶粒大小的关系
金属的晶粒愈细，不仅强度愈高，而且塑性与韧性也较高。因为晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便愈多，变形时同样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因而，断裂前便可发生较大的塑性形变量，具有较高的冲击载荷抗力。
所以，在工业上通过压力加工和热处理使金属获得细而均匀的晶粒，是目前提高金属材料力学性能的有效途径之一。
2．多晶体的塑性变形过程
在多晶体金属中，由于每个晶粒的晶格位向都不同，其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在外力的作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受到的分切应力便不同。
从材料力学中可知道，在拉伸试验时，试样中的分切应力是在与外力成45°的方向上为最大，在与外力相平行或垂直的方向上为最小。
（1）软位向：凡滑移面和滑移方向处于或接近于与外力成45°夹角的晶粒必将首先发生滑移变形，通常称这种位向的晶粒为处于软位向。
（2）硬位向：滑移面和滑移方向处于或接近于与外力相平行或垂直的晶粒则称它们处于硬位向，因为在这些晶粒所受到的分切应力最小，最难发生滑移。
（3）多晶体塑性变形的特点。
①不均匀性：由于多晶体金属中每个晶粒所处的位向不同，金属的塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过程。
②不同时性：首批处于软位向的晶粒发生滑移时，由于晶界的影响及其周围处于较硬位向的晶粒尚不能发生滑移而只能以弹性变形相适应，便会在首批晶粒的晶界附近造成位错堆积，随着外力增大至应力集中达到一定程度，形变才会越过晶界，传递到另一批晶粒中。如图6-8所示，A晶粒首先滑移，位错在滑移面两端接近晶界的区域塞积起来，产生很大的附加应力场，外应力和附加应力的逐步增大最终会使取向不利的相邻晶粒B和C中某些滑移系中的位错源也开动起来，而发生相应的滑移，而B和C的滑移会使位错塞积群前端的应力松弛，这样A晶粒的位错源就会重新开动，并进而使位错滑出这个晶体，晶粒A也就开始了形状的改变，并与B或C的滑移以某种关系连接起来。
图6-8 多晶体滑移示意图
随着滑移的发生，首批晶粒的位向同时也在发生转动，这也会使这些晶粒从软位向逐步转到硬位向，不能再继续发生滑移，而促使另一批晶粒开始滑移变形。
③各晶粒变形的相互协调性：每个晶粒必须同时沿几个滑移系进行，即能进行多系滑移或滑移时进行孪生变形。要相互协调必须是多系滑移。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
