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臨界切應力
鎖定
臨界分切應力:單晶體開始屈服時作用在滑移面的滑移方向(即滑移系)上的分切應力。在其作用下,晶體中的位錯剛好能夠克服阻力,開始增殖和運動,並導致晶體塑性變形的開始。因此臨界分切應力取決於位錯開始運動所遇到的阻力(與點陣阻力、位錯林阻力、晶格畸變阻力等),它是一個材料常數,與材料的晶體結構及純度有關,試驗温度和變形速率也對測出的臨界分切應力值有影響。
[1]
- 中文名
- 臨界切應力
- 外文名
- Critical resolved shear stress
- 簡 稱
- CRSS
- 定 義
- 把滑移系分動所需的最小分切應力
- 影響因素
- 温度、變形速率、雜質含量等
臨界切應力簡介
材料在力的作用下將發生變形。通常把滿足虎克定律規定的區域稱彈性變形區,把不滿足虎克定律和過程不可逆的區域稱塑性變形區。由彈性變形區進入塑性變形區稱之為屈服。其轉折點稱為屈服點。該點處的應力稱為屈服應力或臨界應力。
有些材料的屈服現象並不明顯,為了便於比較,就人為規定應力—應變偏離直線關係達某值(例如,通常規定為0.2%的永久變形)時的點為屈服點,該處的應力為臨界應力。應該指出,塑料材料的臨界應力和加載速度,工作温度等有非常明顯的依賴關係。
材料發生形變時內部產生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定義單位面積上的這種反作用力為應力(Stress)。
臨界切應力臨界切應力定律
只有某個滑移繫上的切應力
達到某一臨界值
時,該滑移才能發生,即沿某滑移系發生滑移的力學條件是:
這就是施密特(Schmid)臨界切應力定律。氣稱為臨界切應力,它表示晶體對滑移變形的抗力,從這個意義上來看,它類似於晶體的彈性模量E或G。但是
和E或G有顯著的區別,如前所述,E或G是一個對組織不敏感的性能指標,
則是一個對組織結構敏感的性能指標,金屬的純度、變形速度和變形温度、金屬的加工和處理狀態都對其有很大的影響;
來源於晶體中位錯運動的阻力,
是作用在滑移繫上驅動滑移的動力。
下面考察承受拉伸的單晶體發生滑移變形時所需的拉應力。如圖1所示,設拉力P的作用方向與滑移面的法線N的夾角為φ,與滑移方向t的夾角為λ,試樣的橫截面積為A0,則拉力P在滑移繫上引起的分切應力為:
以式
代入上式,得到使單晶體試樣發生滑移變形所需的拉應力,即單晶體的流動應力(屈服應力)
具有多個滑移系的晶體受力發生滑移變形時,滑移將首先在軟取向的滑移繫上進行。hcp金屬的滑移系較少,因此在不同方向拉伸hcp單晶時,流動應力變化較大。fcc金屬有較多的滑移系,在不同方向拉伸時,流動應力變化不大,變化範圍最多也不超過2倍。bcc金屬也有較多的滑移系,情況與fcc金屬相似。
臨界切應力影響因素
影響臨界切應力的因素很多。
温度是最重要的影響因素之一。通常,滑動所需的臨界切應力隨着温度的升高而減小,但對不同的滑移系,其減小的速率不一樣。表示了在不同的温度下,石英中不同的滑移系具有不同的臨界切應力,這是J.D.Blacic(1975)的觀察結果。在低温時,石英的
滑移要比
更容易一些,在高温時則正好相反。在不同温度下有不同的活動滑移系,因而,晶軸相對於所加應力的旋轉也不同,低温和高温下最終所形成的優選方位型式也不同。