控制变形原理与应用基础1

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1、8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述晶体的塑性变形是永久剪切变形。从微观角度，变形仅有下述两种根源。变形是在应力下由物质定向扩散引起的，是没有位错介入的Nabarro-Herring蠕变。变形由位错运动引起，我们主要感兴趣于这种情况。位错以保守和非保守两种方式运动，即滑移和攀移。在攀移时吸收或发射点缺陷，这些点缺陷通常是空位。无论滑移或攀移都使晶体产生体积不变的变形，在宏观变形ε和位错移动之间可以建立一个关系式。8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主L、h和L的正平行六面体形

2、状的物质单元中含有柏矢量为b的刃型位错。当位错滑移经过距离L（或扫过面积A）时，单元平均剪切变形可由滑移几何求出。如果物质单元中有Nm个长度为L平行可动位错,当每一个位错在滑移面上移动L时扫过面积A，采用简单的累加方法处理。在从理想化的示意情况转入一个含有非直线位错的实际晶体，在许多滑移面上应该采用基元变形的平均值。变形速度为应变对时间的导数。8.1.1滑移引起的变形8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1滑移引起的变形8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1滑移引起的变形位错密度，m-2S面

3、上的位错根数，根/m-28.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述8.1.1滑移引起的变形物理模型8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述可动位错密度随时间急剧而迅速地变化。这便是在钉扎点上的冻结位错突然释放时的情况，因此有大量的可动位错迅速地扫过距离⊿L，这就是在拉伸曲线上引起锯齿的位错“雪崩”，变形速度由位错的产生来控制，式中的第一项是最重要的（Mecking，Lucke，1970）。8.1.1滑移引起的变形——可动位错迅速增加8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述变形速度由位错的移动控制。即位错移

4、动速度比产生速度小得多。换句话说，在固体变形发生变化的时间△t内可动位错密度为常数。与第二项相比，式中的第一项可以忽略。这种情况在高温变形时最为重要。此时变形速度与位错滑移速度间的关系即为Orowan方程。8.1.1滑移引起的变形——位错的平均速度8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述考虑一种简单的假想情况，在长、高、宽各主L、h和L的正平行六面体形状的物质单元中含有柏矢量为b的刃型位错。并建立坐标系：1、2、3，位错的出露点在1方向。考虑通过吸收空位而攀移的位错①，当位错扫过整个单元时，一个原子面消失，该单元在3方向经受一个伸长的负值

5、。但是由于位攀移是非保守的，此时必须导入第二个位错②以提供第一个位错攀移时需要的空位。该位错本身将通过增加附加半原子面的面积，以与第一个位错相同的速度攀移。设在与位错①与位错②均扫过面积△A，则单元变形的变形可以作如下描述。8.1.2攀移引起的变形8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述8.1.2攀移引起的变形8.1宏观变形与位错运动的关系第八章、塑性变形物理机制概述8.1.2攀移引起的变形整体表现为2方向伸长与滑移的效果相同单元体仍为剪切变形Orowan方程也适用于描述攀移引起的变形8.1宏观变形与位错运动的关系——小结第八章、塑性变形

6、物理机制概述变形速度还可以写成另一种等价形式。若在时间内变形速度保持不变，则变形速度可以表示为位错某种运动频率的函数。第八章、塑性变形物理机制概述——基本变形的频率——变形过程中的一个基本变形每当单元体积内的一个位错扫过面积△A时，物体产生一个“基本变形过程”。ν为该过程的频率。热激活思路的出发点8.1宏观变形与位错运动的关系——小结第八章、塑性变形物理机制概述Eyring(1936)首先借助于现在常用于化学反应的绝对反应速度理论分析了热激活粘滞性流变。Eyring在文章中阐述了“滑移”热激活理论的主要概念。Eyring考虑了由相互之间可以滑移的相互平行

7、的分子层构成的流体的流动，假设运动（变形）是由各层分子从一个平衡位置过渡到另一个相邻平衡位置所引起。为了实现这一过渡，分子必须得到足以越过势垒的激活能，这说明为了通过，分子必须移动它的近邻分子并坠入相邻的洞（平衡位置）。8.2热激活体系8.2.1历史第八章、塑性变形物理机制概述Eyring定义：两个相邻分子层的垂直距离在运动方向分子平衡位置之间的平均距离在运动方向分子间的平均距离垂直于运动方向分子间的平均距离两个相邻分子层的速度差为一层相对于另一层移动所需的每平方厘米的力粘度8.2热激活体系8.2.1历史第八章、塑性变形物理机制概述如果两分子层在时间dt内

8、滑动的距离为dx；相应的剪切变形为d；可以得到粘度的其它形式的表