第3章 单晶铜拉伸试样表面滑移痕迹分析

金属材料的变形实际是众多取向不同的晶粒复杂滑移变形的集合，研究金属的非线性力学行为需要在单晶晶粒塑性变形的基础上进行，需要考虑金属材料细观尺度下单晶晶粒的变形模式。而对晶体塑性的计算分析一般都采用Hutchinson^［68］建议的黏塑性模型来计算，该模型对滑移系的启动取决于局部应力场下的滑移系分解剪应力的大小（一般由Schmid定律τ^（α）=P^（α）*：σ计算^［23］确定），因此在分解剪应力大的滑移面沿分解剪应力的滑移变形也大。应用该理论对金属塑性滑移分析的合理性往往只是通过试样应力应变响应来间接加以证实，而从对试样滑移带描述来证实理论合理性的研究则很少。对单晶体试样在加载过程中滑移带走向的分析目前多是在循环加载条件下开展的试验研究（循环加载下滑移带比较明显），这些研究只考虑很少几种晶体取向。

单晶试样表面若经过仔细的研磨和抛光，在加载进入塑性状态后可在试样表面观察到大量的滑移痕迹（滑移带），试样的晶体取向不同其表面留下的滑移带也不同。滑移带的走向理论上由活动的晶体滑移面与试样表面的交线来确定，因此如果晶体塑性理论正确的话，在已知晶体取向的前提下可以通过滑移带来判定哪些滑移面出现了大量位错沿滑移面的运动。如果用晶体塑性理论能正确描述材料试样的滑移带走向，就说明晶体塑性理论对晶体塑性变形模式描述是正确的。

基于晶体学理论、位错理论和连续介质力学理论的研究，晶粒的变形可分解为弹性和塑性两个部分：弹性变形由晶格的畸变造成，而塑性变形由晶粒内的位错沿特定的结晶学平面的滑移造成^［70］。

Taylor和Elam^［21-22］对晶体滑移与塑性变形之间的关系做出了开创性的定量研究，而后Hill^［70］在考虑位错滑移的晶体学性质基础上，建立了晶体大变形的运动学模型。进而Asaro和Rice^［25］及Peirce等^［41］进一步建立和发展了晶体塑性的本构方程，Chen等^［71］对改进多晶介质塑性分析的均匀化方法作了新的探讨。与离散位错方法或分子动力学方法^［72-73］对晶体塑性变形进行分析时采用的观测尺度不同，采用晶体塑性理论进行分析时其有效分辨尺度大于微米，不能分辨离散的位错运动。晶体塑性理论中对晶体滑移的描述是一种连续滑移的描述，这种描述与不连续的位错运动宏观效应相同而微观存在很大的差异。它考虑了材料的晶体学结构导致的滑移变形模式，用连续滑移近似描述应力驱动下的大量位错，但不考虑位错运动的微观尺度离散型和不均匀性^［74］。它能否用连续滑移的描述合理刻画单晶晶粒在变形过程中材料的滑移痕迹需要作进一步的分析和证实。

为探讨晶体塑性理论对晶体材料变形方式描述的合理性，本章针对不同取向FCC单晶铜试样在单轴拉伸下试样表面滑移带的走向进行分析，通过这些分析来检验晶体塑性理论用于不同取向单晶试样拉伸试验数值模拟对滑移带走向描述的合理性。