理论剪切强度与材料性质关系

在外力作用下，固体的弹性变形源于原子面之间距离的变化，而塑性变形是由原子面之间发生的剪切分离引起的（见图2-1），这种塑性变形称为滑移。孪晶变形是塑性变形的另一形式。以下重点介绍由滑移引起的塑性变形。

图2-1　弹性变形与塑性变形

（a）变形前；（b）弹性变形；（c）塑性变形

当外力达到或超过原子间相互作用力（内力）的最大值时，材料就发生滑移（滑移距离为一个原子间距）。此时，滑移面上下原子改变结合对象，重新达到平衡，并不发生断裂现象。

假定原子间切应力（见图2-2）可由下式表达：

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图2-2　滑移面上原子间切应力及势能函数

式中：τ为切应力；τ0为切应力的最大值；u为从平衡位置算起的位移。

当位移很小时，式（2-1）可写为

应用剪切胡克定律表达式，可以得到

这里τ0就是理论剪切强度。由式（2-3）知，b0越小或a0越大，则τ0越小，即滑移一般在最密原子面上，沿最密原子方向发生。

材料的理论拉伸强度与理论剪切强度的大小关系（见表1-1）一般为：对于面心立方晶格金属，τ0/σ0≈1/30；对于体心立方晶格金属，τ0/σ0≈1/5；而对于金刚石和氯化钠，则有τ0/σ0≈1。对一般金属而言，滑移要先于断裂发生；而金刚石和氯化钠在外力作用下会直接发生断裂，不会发生滑移。需指出的是，材料是发生滑移还是断裂，除了取决于材料自身的属性之外，还受到环境、应力状态、加载速率等因素的影响。