孪生变形

正文

孪生变形除位错的滑移外，晶体的变形还可以藉孪生（晶）来实现，一般在变形应变量较小或者材料没有足够的滑移系进行滑移变形（如HCP结构的材料）时占主导变形机理。孪生变形是晶体特定晶面（孪晶面）的原子沿一定方向（孪生方向）协同位移（称为切变）的结果，与滑移变形最大的不同是与滑移面距离不同的原子，滑移距离不一样。每个孪晶都有一个孪生面和一个孪生方向，以面心立方FCC为例，FCC晶体的孪生面是（111），孪生方向是[11-2]。右图是FCC晶体孪生示意图。每层（111）面的原子都相对于邻层（111）晶面在[11-2]方向移动了此晶向原子间距的一个分数值。图中带浅咖啡色的部分为原子移动后形成的孪晶。可以看出，孪晶与未变形的基体间以孪晶面为对称面成镜面对称关系。如把孪晶以孪晶面上的[111]为轴旋转60度，孪晶将与基体重合，所以FCC的孪晶也被称为u003c111u003e 60° Σ3孪晶。其他晶体结构也存在孪生关系，但各有其孪晶面和孪晶方向。

一般滑移变形需要5对独立的滑移系才能进行，对于滑移系较少的材料如镁合金和钛合金，没有足够的滑移系，所以孪生变形，对其塑性变形有重要的作用，但这类变形量较小，所以镁合金，钛合金这类材料室温塑性比较差。但是在高温变形时，孪晶界往往比较高的能量，促进了动态再结晶晶粒在孪晶周围和内部的形核，进而促进了材料的高温变形和组织细化。