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1、第六章 空位与位错一、 名词解释空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N 力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源， 奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形化 二、 问答1 fcc 晶体中，层错能的高低对层错的形成、扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？层错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何？2. 在铝单晶体中（fcc 结构） ， 1） 位错反应102a6+12a能否进行？写出反应后扩展位错宽度的表达式和式中各符号的含义；若反应前的0是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？能在哪个晶面上进行运动？若反应前的12a是螺位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？2） 若（1，1，1）
2、面上有一位错102ab，与 ）（ 面上的位错012ab发生反应，如图 61。写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动。3） 写出（111）与（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错的两个反应式。4） 如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线 AB 相遇时，两领先不全位错为126a和，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成位错为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。图 613 螺旋位错的能量公式为 02ln4rRGbES。若金属材料亚晶尺寸为 R=10-310-4cm，r 0 约为 10-8cm，铜的 G410 6N/cm2，b2.510 8 c
3、m。（1）试估算 Es（2）估算 Cu 中长度为 1 个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量。4 平衡空位浓度与温度有何关系？高温淬火对低温扩散速度有何影响？5 已知 Al 的空位形成能为 0.76eV，问从 27 升温到 627 时空位浓度增加多少倍（取系数 A=1）6 在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错，其位置如图 62 所示 1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？图 627、位错对金属材料有何影响？第七章 金属塑性变形一 名词解释123固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构二 问答1 单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比，有何特点。2 金属晶体塑性变
4、形时，滑移和孪生有何主要区别？3 A-B 二元系中，A 晶体结构是 bcc，形成 固溶体，B 晶体结构是 fcc，形成 固溶体，A 与 B 形成 相，其晶体结构是 hcp：1） 指出 ， 三个相的常见滑移系；2） 绘出它们单晶变形时应力-应变曲线示意图，试解释典型低层错能面心立方单晶体的加工硬化曲线，并比较与多晶体加工硬化曲线的差别。4 简述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构的成因及对金属材料性能的影响。5 为什么金属材料经热加工后机械性能较铸造态好。6 何为加工硬化？列出产生加工硬化的各种可能机制。 （不必说明） ，加工硬化现象在工业上有哪些作用？7 铝单晶体拉伸时，其力轴为001，一个滑移
5、系的临界分切应力为 0.79MN/m2，取向因子 COSCOS=0.41,试问有几个滑移系可同时产生滑移？开动其中一个滑移系至少要施加多大的拉应力？9 简要说明第二相在冷塑性变形过程中的作用。10 讨论织构的利弊及控制方法。11 叙述金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织性能的变化。 12 图 71 所示低碳钢的三条拉伸曲线，1塑性变形；2去载后立即再行加载；3去载后时效再加载。试回答下列问题：1） 解释图示曲线 2 无屈服现象和曲线 3 的屈服现象。2） 屈服现象对金属变形制件表面质量有何影响，如何改善表面质量。13 退火纯 Fe，其晶粒尺寸 d=1/4mm 时，其屈服点 s=100MNm-
6、2；d=1/64mm 时s=250MNm-2。d=1/16mm 时，根据霍尔配奇公式求其 s 为多少？图 71第八章 回复与再结晶1 名词变形织构与再结晶织构，再结晶全图，冷加工与热加工，带状组织，加工流线，动态再结晶，临界变形度，二次再结晶，退火孪晶2 问答1 再结晶与固态相变有何区别？2 简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。3 灯泡中 W 丝在高温下工作，发生显著晶粒长大性能变脆，在热应力作用下破断，试找出两种延长钨丝寿命的方法？4 户外用的架空铜导线（要求一定的强度）和户内电灯用花线，在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？5 纯铝经 90%冷变形后，取
7、三块试样分别加热到 70 ， 150 ，300 ，各保温一小时后空冷，纯铝的熔点为 660。1） 分析所得组织，画出示意图；2） 说明它们强度、硬度的高低和塑性方面的区别并简要说明原因。7 今有工业纯钛、纯铝和纯铅铸锭，试问如何选择它们的轧制开坯温度？开坯后，将它们在室温（20）进行轧制，它们的塑性谁好谁坏？为什么？它们在室温下可否连续轧制下去？钛、铅、铝分别怎样才能轧成很薄的带材？已知：工业纯金属的再结晶温度 T 再 =（0.3-0.4）T 熔 ，钛熔点 1672，883以下为hcp，883以上为 bcc；铝熔点为 660，fcc 结构（面心立方） ；铅熔点为 327，fcc 结构（面心立方
8、） 。8 试说明晶粒大小对金属材料室温及高温力学性能的影响，在生产中如何控制材料的晶粒度。9 如何提高固溶体合金的强度10 试用位错理论解释固溶强化，弥散强化，以及加工硬化的原因。第九章 表面与界面1 名词正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏析2 问答1 试说明界面对复合材料结合强度的影响。2 试述晶界的特性。3 分析晶界能的变化。4 分析影响晶界迁移的因素。第十章 原子扩散1、 简要说明影响溶质原子在晶体中扩散的因素。2、Ni 板与 Ta 板中有 0.05mm 厚 MgO 板作为阻挡层，1400时 Ni 通过 MgO 向 Ta 中扩散，此时 Ni 在 MgO 中的扩散系数为 D=91012 c
9、m2/s，Ni 的点阵常数为 3.6108 cm。问每秒钟通过 MgO 阻挡层在 22cm2 的面积上扩散的 Ni 数目，并求出要扩散走 1mm 厚的 Ni 层需要的时间。3、对含碳 0.1齿轮气体渗碳强化，渗碳气氛含碳 1.2，在齿轮表层下 0.2cm 处碳含量为 0.45%时齿轮达到最佳性能。已知铁为 FCC 结构，C 在 Fe 中的 D00.23，激活能Q32900cal/mol，误差函数如表 101。1）试设计最佳渗碳工艺；2）在渗碳温度不变，在 1000时渗碳，要将渗碳厚度增加 1 倍，即要求在其表面下 0.4cm处渗碳后碳含量为 0.45%所需渗碳时间。表 101 Dtx2与 er
10、f( tx)的对应值Dtx2erf( tx) terf( t2) Dtxerf( tx2)0.0 0.0000 0.7 0.6778 1.4 0.95230.1 0.1125 0.8 0.7421 1.5 0.96610.2 0.2227 0.9 0.7969 1.6 0.97630.3 0.3286 1.0 0.8247 1.7 0.98380.4 0.4284 1.1 0.8802 1.8 0.98910.5 0.5205 1.2 0.9103 1.9 0.99280.6 0.6039 1.3 0.9340 2.0 0.99534 一块厚度 10 毫米，含碳量 0.77%的钢在强脱碳气氛中
11、加热到 800，然后缓慢冷却，试指出试样从表面到心部的组织分布。5 一块用作承载重物的低碳钢板，为提高其表面硬度采用表面渗碳，试分析：1) 渗碳为什么在 -Fe 中进行而不在 -Fe 中进行，即渗碳温度选择要高于 727 ，为什么？2) 渗碳温度高于 1100 会出现什么问题？6 铜-锌基单相固溶体进行均匀化处理，试讨论如下问题：1) 在有限时间内能否使枝晶偏析完全消失？2) 将此合金均匀化退火前进行冷加工，对均匀化过程是加速还是无影响？说明理由。7 原子扩散在材料中的应用8 何谓上坡扩散，举两个实例说明金属中上坡扩散现象。9、简述固溶体合金的扩散机制第六章 空位与位错一、 名词解释空位平衡浓
12、度：金属晶体中，空位是热力学稳定的晶体缺陷，在一定的空位下对应一定的空位浓度，通常用金属晶体中空位总数与结点总数的比值来表示。位错：晶体中的一种原子排列不规则的缺陷，它在某一个方向上的尺寸很大，另两个方向上尺寸很小。柏氏回路：确定柏氏族矢量的过程中围绕位错线作的一个闭合回路，回路的每一步均移动一个原子间距，使起点与终点重合。P-N 力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力扩展位错：两个不全位错之间夹有层错的位错组态堆垛层错：密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体缺陷。弗兰克-瑞德位错源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位
13、错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。Orowan 机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。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。铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。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。多边形化：连续弯曲的单晶体中由于在加热中通过位错的滑移和攀移运动，形成规律的
14、位错壁，成为小角度倾斜晶界，单晶体因而变成多边形的过程。二、 问答1 解答：层错能高，难于形成层错和扩展位错，形成的扩展位错宽度窄，易于发生束集，容易发生交滑移，冷变形中线性硬化阶段短，甚至被掩盖，而抛物线硬化阶段开始早，热变形中主要发生动态恢复软化；层错能低则反之，易于形成层错和扩展位错，形成的扩展位错宽度较宽，难于发生束集和交滑移，冷变形中线性硬化阶段明显，热变形中主要发生动态再结晶软化。2. 解答： 1）对于位错反应，需要同时满足能量条件和几何条件，反应才能进行。在02a6+12a中，22201aab）（）（前，2222 316aab）（）（后，22后前 b，满足能量条件；同时 1016
15、0 ab） （） （后前，满足几何条件，故反应能进行。扩展位错宽度 21）（Gd，G 为切弹性模量，b1、b2 为不全位错柏氏矢量， 为层错能。若反应前的0a是刃位错，则反应后的扩展位错只能在原滑移面上进行滑移；若反应前的12是螺型位错，反应后形成的扩展位错可以进行束集，与其相交面如 ）（ 面相交处束集，而后过渡到 ）（ 1面上进行运动，并有可能再次分解为扩展位错。2）若（1，1，1）面上位错0ab与 ）（ 面上的位错012ab相遇，它们之间能满足能量条件和几何条件，可以发生位错反应，反应式为： 120a。新位错位于（001）面上，是纯刃型位错，由于不在其滑移面111面上，为不可动位错。3） （111）与（111）两个滑移面上全位错分解为肖克莱不全位错的两个反应式为：（111）晶面上：216a， ）（ 面上的位错126012aa4）如果两扩展位错运动分解后的两个领先不全位错为1和26a，两领先位错之间依据能量条件和几何条件要求，可以判断位错反应可以进行。新位错柏氏矢量为106a；新形成位错为在（001）面上刃型位错，牵制到其它两个不全位错和两个层错均不能运动，会引起冷加工中的加工硬化。3 解答：1）将各参数带入公式中可以计算得
