Qua nhiều công trình nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy thực chất của biến dạng trong đơn tinh thể là sự tr−ợt và song tinh.
Sự tr−ợt:
Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a).
a b
Hình 2-4 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
c d
• Khi tác dụng lên đơn tinh thể thì đơn tinh thể chịu 2 ứng suất: ứng suất pháp và ứng suất tiếp.
• Khi tác dụng lên tinh thể một tải trọng kéo nén thuần tuý tức là véc tơ của ứng suất pháp thẳng góc với mặt tinh thể thì khi tải trọng tăng, khoảng cách giữa các phân tử tăng. Nếu ứng suất pháp nhỏ hơn giới hạn đàn hồi thì sau khi khử bỏ tải trọng , các nguyên tử sẽ trở về vị trí cân bằng. Nếu ứng suất pháp lớn hơn giới hạn đàn hồi thì lúc đó mối liên kết giữa các nguyên tử bị phá vở. Nh− vậy với tải trọng kéo nén thuần tuý, tinh thể chỉ tồn tại biến dạng đàn hồi hay biến dạng phá huỷ.
• D−ới tác dụng của lực P không thẳng góc với mặt phẳng tr−ợt (mặt phảng tinh thể) lực P đ−ợc phân ra hai thành phần:
+ Theo ph−ơng pháp tuyến + Theo ph−ơng tiếp tuyến;
P P2 P1
Hình 2- 5 Sơ đồ nguyên lý gây nên sự tr−ợt
• P1 thẳng góc với mặt tr−ợt gây ra ứng suất pháp ( tải trọng kéo nén thuần tuý) và do đó nó chỉ gây ra biến dạng đàn hồi .
• Lực P2 nằm trên mặt tr−ợt (ứng suất tiếp) là lực xê dịch gây nên sự tr−ợt & là lực duy nhất gây nên biến dạng d−. D−ới tác dụng của phân lực P2 các lớp nguyên tử sẽ tr−ợt lên nhau .
Theo hình thức tr−ợt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt tr−ợt (c). Trên mặt tr−ợt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển t−ơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.
Nh− vậy:
• Tr−ợt là nguyên nhân cơ bản gây nên biến dạng dẽo. ứng suất tiếp lớn nhất mà đạt đ−ợc sự tr−ợt gọi là ứng suất tiếp tới hạn .
• Những mặt phẳng của mạng tinh thể xảy ra sự tr−ợt gọi là mặt tr−ợt .
• Sự tr−ợt xảy ra một cách tuần tự từ mặt tr−ợt này đến mặt tr−ợt khác . ( Mặt tr−ợt sinh ra ở mặt nào có mật độ nguyên tử nhiều nhất vì ở đó khoảng cách giữa các nguyên tử nhỏ nhất.
Song tinh
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa tr−ợt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh.
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy tr−ợt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt tr−ợt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nh−ng khi có song tinh, tr−ợt sẽ xẩy ra thuận lợi hơn.