切削塑性金属时，切削层金属要经过塑性变形才能转变为切屑，可是§3—3讲的变形系数和剪应变只是对塑性变形程度所作的宏观表达，如能对塑性变形的微观机理有所了解，则认识就更为深入，为此还得学习一些有关位错理论的知识。
所 有金属都是结晶性物体，所谓结晶性就是它的原子按一定的规则在空间排列。排列的规则可由空间点阵表示。虽然金属的原子在不停地振动着，时刻改变着它们的位 置，但是每个原子中心的平均位置都处于空间点阵的某一个结点上。空间点阵的最小单位称为单位晶胞。换句话说，空间点阵是由一些单位晶胞连接而成的。金属的 晶胞有三种，即：面心立方晶胞，密排六方晶胞和体心立方晶胞，如图3—3l所示。
当金属内剪应力达到屈服限时便发生塑性变形，此时，晶体内部一部分原子将沿着滑移平面作相对于另一部分原子的移动，如图3—32所示。滑移面AB平行于晶胞中原子密度最大的面，例如面心立方晶胞中ABC体心立方晶胞中ABCD等面(见图3—3la 和c)。滑移方向是质点排列最密的直线方向，如面心晶胞中的AB、AC、BC等和体心立方晶胞中的AC、BD等。滑移面及滑移方向愈多，就愈容易滑移，因 而塑性愈好。体心立方晶胞有六个滑移面、十二个滑移方向，面心立方晶胞有四个滑移面、十二个滑移方向，六方晶胞只有一个滑移面、三个滑移方向。
从理论计算得知，如果相邻两层排列如图3—32所示那样完美的原子作相对滑移，它的屈服剪应力是非常大的，比实际测得的大几十倍。理论值和实测值有如此大的差别的原因，可从研究金属物理的学者提出的位错理论得到解释。
图3—33a表示相邻两层排列完美的原子，它们之间的屈服剪应力等于理论值。但是，在晶体内部原子的排列常常不是那样规则的，原子间隔也不是那样一致，有时有多余的原子挤 进某一层，使原子的排列不规则，如图3—33b所示，称为位错。在图3—33b里 中央竖线所示的位置称为位错中心。在位错中心左边，下层的原于对上层原子的滑移施加阻力，但是右边下层原子对上层原子的滑移却施加推力，恰好和左边的阻力 抵消，因此，上下两层只需不大的剪应力作用便能产生滑移。这就是晶体内部有了位错之后，屈服剪应力比没有位错时小很多的原因。
图3—34表示晶体受到剪应力作用发生塑性变形的过程。最初发生的是弹性变形，当剪应力增大到屈服剪应力时，上排左端原子向右滑移过一个原子距离，同时出现位错中心，在剪应力继续作用下，位错中心向右移动，最后上层原子相对下层原子移动了一个原子距离。
在比较大的剪应力作用下，可以产生一连串的位错中心，当这些位错中心都向右移出晶体边界之外，上层原子相对下层原子的滑移就不只一个原子距离了，而是相当于位错中心数目的原子距离。
位错有两种类型，即：图3—35a表示的刃型位错；图3—35b表示的螺旋型位错。图中的b表示位错向量，它的长度表示位错量，它的方向垂直于位错平面；D表示滑移方向。从图看出，刃型位错的位错向量平行于滑移方向，而螺旋型位锗的位错向量垂直于滑移方向。图3—34c、d、e是刃型位错。
位错可以在晶体凝固时产生，原因是原子在排列时某处出现空缺或过挤，或者由于尺寸不同的杂质原子侵入。此外，足够大的剪应力也能产生位错。因此切削塑性金属时，在毗邻切削刃的剪切面上也能形成位错。
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