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1、第1页一、解释概念（ 35=15 分）1. 空位：晶格中某格点上的原子空缺了，则称为空位，这是晶体中最重要的点缺陷。脱位原子有可能挤入格点的间隙位置，形成间隙原子。2. 刃型位错：有一多余半原子面，好象一把刀插入晶体中，使半原子面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。其半原子面与滑移面的交线为刃型位错线。3. 螺型位错：晶体沿某条线发生上下两部分或左右两部分错排，在位错线附近两部分原子是按螺旋形排列的，所以把这种位错称为螺型位错。4. 攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称作攀移。通常把多余半原子面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移。攀移可视为半原子面的伸长或缩短，可通过物质迁
2、移即空位或原子扩散来实现。5. 割阶：一个运动的位错线特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段首先进行滑移。若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为割阶6. 层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序遭到破坏和错排，称为堆垛层错，简称层错。7. 晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界。8. 扭折：一个运动的位错线特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段首先进行滑移。若由此形成的曲折在位错的滑移面上时，称为扭折。9. 柏氏矢量：用来表征位错特征，揭示位错本质的物理量。其大小表示位错的强度，方向及与位错线的关系表示位错的正负及类型。10. 扩展位错：通常把一个全位错
3、分解成两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的位错组态称为扩展位错。第2页11. 科垂尔气团：围绕刃型位错形成的溶质原子聚集物，通常阻碍位错运动，产生固溶强化效果。12. 面角位错：在FCC晶体中形成于两个 111 面的夹角上，由三个不全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。二、填空（ 11515 分）1.螺位错的滑移矢量与位错线_，凡是包含位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些原子_面上进行。2.两柏氏矢量相互垂直的刃型与螺型位错相交，会在刃型位错上形成_，在螺型位错上形成_。3.柏氏矢量的大小，即位错强度。同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致的点阵畸变_，它所处的能
4、量也_。由 PN力公式可知， 使位错移动的临界切应力随a/b 增加而 _，所以滑移通常发生在_面的_方向上。4.两柏氏矢量相互平行的刃型位错交割，会分别在两刃型位错上形成_，而两柏氏矢量相互垂直的刃型位错交割，会在其中的一个刃型位错上形成_。5.面心立方、体心立方和密排六方晶体的堆垛形式分别为沿(110) 密排面的 _、沿滑移面的 _、沿(0001) 密排面的 _。6.在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错以一定的步数作一闭合回路，称为_；在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路_，由 _点到 _点引一矢量，使该回路闭合，这个矢量称为实际晶体中的柏氏矢量。7.面心立方晶体的密排方向为
5、_，其单位位错的柏氏矢量为_；体心立方晶体密排方向为_，单位位错柏氏矢量为 _。密排六方晶体的密排方向为_，单位位错为 _。第3页8.螺位错的柏氏矢量与位错线_，凡是包含位错线的平面都可以作为它的滑移面。9.能够进行交滑移的位错必然是_位错。10.螺型位错的应力场有两个特点，一是没有_分量，二是 _对称分布。11.两个平行刃型位错相互作用时，若只允许滑移，柏氏矢量同号的将_于滑移面排列，异号的将束缚于_线上。12.位错的应变能与其柏氏矢量的_成正比，故柏氏矢量越_的位错，其能量越 _，在晶体中越稳定。13.如果两个平行螺位错之间的作用力为吸引力，则它们是 _螺位错，如果两个平行螺位错之间的作用
6、力为排斥力，则它们是 _螺位错。14.金属的层错能越 _，产生的扩展位错的宽度越_，交滑移越 _进行。15.小角度晶界能随位向差的增大而_；大角度晶界能与位向差_。16.位错塞积会产生 _集中，这是晶体受外力作用产生裂缝的重要机制。17.柯垂耳气团会阻碍位错运动，需要外力作更多的功，这就是_效应。三、判断（ 2x5=10 分）1.螺位错只有一个滑移面。2.一个不含空位的完整晶体在热力学上是稳定的。（）3.一根位错线具有唯一的柏氏矢量，但是当位错线的形状发生改变时，柏氏矢量也会改变。（）4.再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（）第4页5.为降低表面能，自由晶体的外表面通常是其密排面。（
7、）6.金属的加工硬化是指金属在塑性变形后强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。（）7.晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（）8.在相同的条件下，空位形成能越大，则空位浓度越低；加热温度越高，则空位浓度越大。（）9.室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越好。（）10.小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的。（）11.相互平行的刃位错和螺位错不会发生相互作用。（）12.位错线是晶体中已滑移区域和未滑移区域的边界线，因此不可能中断于晶体内部。（）四、判断下列位错反应能否进行，并写出判断依据（2x5=10 分）1 11121112100aaa几何条件： 11 , 11 , 11 2100aa
8、能量条件：222 322 222 123)4343(aababab所以不能反应2 11121112010100aaaa几何条件：第5页110 11 , 11 , 112 1112111211000, 10, 01010100aaaaaaaa右左能量条件：左 =2222 22 12aaabb，右 =22 42 3234343abb，可以反应3. 11121112010100aaaa几何条件 : 左=a1+0 ，0+1，0+0=a110 ，右=(a/2)1+1,1+1,1-1=a110,满足能量条件：222222aaa ，满足可以反应。4.1102 11020112aaa几何条件：110 2 11
9、 ,01 , 10 2110 2011 2aaaa ，能量条件：222222aaa ，可以反应。5.111321161102aaa第6页四、简答（ 21020 分）1. 晶体的实际强度为什么远低于理论强度? 答: 这是因为实际晶体的塑性变形是通过局部滑移进行的，故所加外力仅需破坏局部区域滑移面两边原子的结合键，而此局部区域是有缺陷 ( 即位错 ) 的区域，此处原子本来就处于亚稳状态，只需很低的外应力就能使其离开平衡位置，发生局部滑移。2. 为什么滑移通常总是沿晶体中原子排列最密的晶面和晶向进行？原子排列最密的晶面原子密度最大，原子间距最小，原子间的结合力最强，但晶面间的矩离a 最大，同时晶体沿
10、最密晶向进行滑移时，位错b 最大。根据 P-N力公式，此时位错滑移遇到的点阵阻力最小，在最小的切应力作用下便能引起晶面之间的相对滑动，使晶体产生滑移。3. 金属为什么会退火软化? 答: 经塑性变形的金属其晶粒内部含有大量缠结成网状的位错。当把这种金属加热到稍高的温度，网状位错将移动并重新排列成多边形结构，构成亚晶界。此时位错数量并未减少，金属的机械性质无太大变化。当金属被加热到再结晶温度（约熔点0.4 倍）时，新的晶粒在亚晶界处形核，而消除了大多数位错。因位错数量大幅降低，再结晶的金属具有低强度和高塑性。4. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？答: 位错的交割属于位错与位错之间的交互作
11、用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。5. 晶体为什么会加工硬化? 答: 晶体在塑性变形过程中位错密度不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，因而位错的运动越来第7页b2 D b1 B A C b3 E 越困难。具体地说，引起晶体加工硬化的机制有: 位错的塞积、位错的交割( 形成不易或不能滑移的割阶、或形成复杂的位错缠结) 、位错的反应 ( 形成不能滑移的定位错) 等。五、证明（10 分）1. 一个位错环
12、只有一个柏氏矢量（见右图）。答: 图示中：如果一个位错环有两个不同柏氏矢量b1，b2，则晶体两侧ABC 、ADC 的滑移不同，则两部分的滑移不同，因此在AEC段应有一矢量b3使滑移平衡。根据位错定义（滑移区与未滑移区交界处），若 AEC左侧没滑移，则b3= b2b1；若 AEC右侧没滑移，则b3= b1b2；所以， b3=0, 即 b1=b2, 所以一个位错环只有一个柏氏矢量。证明: 假设有一条位错线PQRSP 组成一位错环，环内没有其它位错线 ( 如图 ) ， 如各处的柏氏矢量不相同， 设 PQR 段的柏氏矢量为b1，其圈内为已滑移区；设RSP段的柏氏矢量为b2，其圈内为已滑移区. 则区和区
13、II为不同程度的滑移区，二者的边界PR必为一位错线。这便与原假设有矛盾，故b1与 b2 不应有差别，即 :b1=b22. 晶体中的位错，或自由封闭，或终止于晶体表面或晶界处，不能在晶体中中断（不能中止于晶体内部）。第8页3. 若一个位错分解为2 个位错，则分解后的2 个位错柏氏矢量之和等于原位错的柏氏矢量，即：b1=b2+b3 证明：如图 , 环绕柏氏矢量为b2、b3 的两位错，做一个大的柏氏回路. 以此回路测得的柏氏矢量为b，应是这两个位错的畸变的总和，则:b=b2+b3，此即表明，用一柏氏矢量为 b 的位错，代替柏氏矢量为b2 和 b3 的两个位错 . 而且，此位错在结点O处与位错 b1
14、联接，实际上是柏氏矢量为b1 的位错线移动、延伸而成的，可把它们看成是一条位错线 . 所以 b=b1，故有 :b1=b2 十 b34. 相交于一点的各位错，同时指向结点或同时离开结点时各位错的柏氏矢量之和为零，即：bi=0证明：由推论3，可得 b1=b2+b3+b4+现将位错、等的方向倒过来，使各个位错的方向都指向同一个结点，则位错、答: 已知 AB位错线， I 为滑移区，为未 滑移区。如果区已滑移，则- 区界 线 BC为位错线；如果区未滑移，则I- 区界线 BC为位错线；所以 BC或 BC必 定有一个是延伸向晶体表面的位错线，矢 量为 b。即位错线不能终止于晶体内部。第9页等的柏氏矢量分别变
15、为-b2，-b3，-b4。令 b2 = -b2，b3= -b3，b4= -b4，那么 b1+b2 +b3 +b4 + = 0 即：bi=0，bi 为指向同一结点的一个位错的柏氏矢量六、计算（ 12 分）1. 如图，三平行刃位错，试分析Q点位错受原点位错作用的运动情况。已知两平行刃型位错间的作用力为：iyxxyxbbFx22222 21 )()(12，jyxxyybbFy22222 21 )()3(122. 如图所示，晶体中有一位错环ABCDA ，柏氏矢量为b，求在正应力作用下各段位错线上的受力。x y Q(x,y) 答：对于 Q点位错 X0，表示位错排斥溶质原子。0 - 溶质原子半径大于溶剂原子半径，且rr0 - 溶质原子处于刃型位错的拉应力区，即正刃型位错的下半部或负刃型位错的上半部，u0，位错吸引溶质原子，即溶质原子半径大于溶剂原子半径时，易聚
