多滑移

在具有多组滑移系的晶体中，当只有一组滑移系处于最有利的取向、分切应力最大时，便进行单系滑移，简称单滑移。若有几组滑移系相对于外力轴的取向相同，分切应力同时达到临界值；或者由于滑移时的转动，使另一组滑移系的分切应力也达到临界值，则滑移就在两组或多组滑移系上同时或交替地进行，这种过程叫作“双滑移”或“多滑移”。

多滑移多滑移简述及举例

施密特定律的意义，不仅在于阐明了晶体开始塑性变形时，切应力需达到某一临界值，而且也容易说明滑移变形可有单滑移、多滑移和交滑移几种情况。

当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到了临界切应力，这时只发生单滑移。在一个晶粒内只有一组平行的滑移线（带）。它是在变形量很小的情况下发生，位错在滑移过程中不会与其它位错交互作用，因此加工硬化也很弱。

当拉力轴在晶体的特定取向上，可能会使几个滑移系上的分切应力相等，在同时达到了临界切应力时，就会发生多滑移。例如，面心立方金属滑移面为

滑移方向为

，4个

构成一八面体，当拉力轴为

时，由几何图形（如图1）可以看出：

（1）对所有

平面，φ角是相同的，为54.7°。

（2）λ角对

，

，

也是相同的，为45°。

（3）锥体底面上的两个

方向和

垂直。

因此，锥体上有4×2=8个滑移系具有相同的施密特因子，当达到了临界切应力时可同时动作。但是，由于这些滑移系是由不同位向的滑移面和滑移方向构成，所以当一个滑移系启动后，另一滑移系的滑动就必须穿越前者，两个滑移系上的位错会有交互作用，产生交割和反应。因而，多系滑移会产生强的加工硬化。

多系滑移时，形成两组或多组交叉的滑移线。由于各组滑移系之间互相穿插和影响，所以多滑移比单滑移困难。通常把单滑移时的力轴取向称为软取向，而多滑移时的力轴取向则为硬取向。晶体变形时，若从单滑移发展成多滑移。称为几何硬化，反之则称为几何软化。

多滑移晶界和多滑移效应

已经发现，对于高纯多晶金属近表面晶粒的变形，一般也可以用在延性单晶体中所观察到的循环损伤机制加以说明。但是，在工业材料中存在沉淀、杂质、夹杂物和晶界等，它们会使疲劳形变表现出一些新的特征。

根据多晶金属的研究结果已经确定，PSB能够在材料体内形成。Winter，Pederson和Rasmussen（1981）研究经受疲劳形变的晶粒尺寸为100～300μm的多晶Cu的体内结构。他们对取自自由表面之下不同深度的TEM薄膜进行观察。在大约10的应变幅下，在多晶疲劳试样内部看到类似于单晶的PSB墙结构，PSB局限于单滑移系上。Pohl，Meyer和Macherauch（1980）也在经受疲劳循环的多晶碳钢的内部截面上观察到PSB。虽然PSB能够穿过小角度晶界，但不能穿过大角度晶界。当应变幅增加到超过10时，与单晶体的情况一样，在多晶Cu中看到迷宫和胞结构。单、多晶Cu之间的主要差别在于，由于存在各种晶粒取向，即使在低应变幅下多晶Cu也出现次级滑移。

关于多晶金属的研究也证实在循环应力。应变曲线上存在不同的区段，PSB的形成对疲劳形变有明显的影响（Lukas和Kunz，1985）。特别应该指出，在粗晶粒Cu的饱和应力-应变曲线上有低应变硬化区（类似于单晶体的B区平台），PSB所占材料体积的连续增加与该区的出现有对应关系；PSB所携带的塑性应变量比基体高。

多滑移面心立方金属单晶体与多晶体的比较

对于取向满足单滑移条件的面心立方单晶体。其循环应力-应变曲线在一较宽的塑性分解切应变幅（γ_pl）范围呈现出一平台。在这一平台区，饱和分解切应力保持不变，即

，变形集中在驻留滑移带中。而驻留滑移带的体积分数随γ_pl增加而增加，以便在一恒定的

值下容纳更大的循环变形。然而在多滑移取向的面心立方单晶体中，往往没有观察到发展完全的PSB，即使对于双滑移取向的单晶体，也仅仅是呈现出一较短的平台。在这些晶体中观察到多滑移和交滑移产生的一些位错组态，如

晶体中的迷宫结构。

多滑移取向Cu单晶体的研究为多晶体的循环响应提供了认识的基础。在一有限的塑性应变幅范围内。许多细晶粒面心立方金属的循环应力-应变曲线可近似用幂律方程进行描述，即

式中的

和

分别表示外加轴向应力和塑性应变幅，k是一试验测定的材料常数，n_f是循环应变硬化指数。通过用Taylor因子M_T（=3.06，对于无序织构的面心立方多晶金属）进行转换，上式可改写成一种可用单晶体进行检验的形式，即：

对于细晶粒Cu多晶体，k'=146MPa和n_f=0.205（Lukas&Kunz，1985）。

对单滑移取向、双滑移取向和多滑移取向Cu单晶体的循环应力-应变曲线进行了对比。实线表示单滑移取向Cu单晶体的循环应力-应变曲线，其B区呈现出一28MPa的饱和应力平台。数据取自宫波、王执锐和王中光（1997）关于具有八个对称滑移系统的

Cu单晶体的实验。可以看到，多滑移取向Cu单晶体不呈现平台。虚线是用Taylor因子修正的用于多晶体的幂函数，即上式。类似于多滑移取向Cu单晶体，面心立方多晶金属的循环应力-应变曲线不呈现平台特征。

总体来说，单滑移取向单晶体有两个方面的因素明显不同于多晶体：

（1）多晶体中晶粒的滑移取向多种多样。

（2）多晶体中相邻晶粒之间的弹性和塑性应变不相容性引起局部多轴加载和明显的多滑移现象。

对于细晶面心立方多晶金属，这两个方面的因素导致多滑移形变，使其循环形变响应类似于多滑移取向单晶体。但这两个因素不支配粗晶面心立方多晶金属的循环形变响应。从统计的观点来看，大多数晶粒的取向并不位于极图标准三角形的边上，而是位于三角形的内部。因而粗晶粒面心立方多晶金属的循环形变表现出与单滑移取向单晶体类似的特征，呈现较低的应变硬化，甚至轻度的平台（例如，Polak，Klesnil和Lukas，1974）。

多滑移织构效应

已经知道。面心立方多晶金属各个晶粒滑移特征的不同（即单滑移或多滑移变形）在循环加载中会引起较强的织构效应。Llanes等人（1993）和Peralta等人（1995）关于粗晶粒Cu多晶（晶粒尺寸≈700μm）的实验结果表明，沿加载轴的

取向织构引起较高的循环硬化，而晶粒尺寸基本相同的无规织构，由于单滑移占主导地位，导致硬化较弱的循环应力-应变曲线。对粗晶粒和细晶粒Cu多晶（晶粒尺寸分别≈700μm和≈100μm）织构效应的对比表明，晶体学织构对多晶循环应力-应变曲线的影响比晶粒尺寸的影响显著得多。