位错期末考试(2)

1、一、解释概念（3X5=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，可通过物质迁移即空位

2、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：通常把一个全位错分解成两

3、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。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（1X15=15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,它所处的能量也o由-N力公式可知

4、，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,其单位位错白柏氏矢量为；体心立方晶体密排方向为,单位位错柏氏

5、矢量为o密排六方晶体的密排方向为,单位位错为O8. 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.

6、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。（）5. 为降低表面能，自由晶体的外表面通常是其密排面。（）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

7、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，弁写出判断依据（2x5=10分）aa-1. a100>21112111a几何条件：a100-11,11,11能量条件：b2=a2（b；）3a2b；=3a2）=1a2442所以不能反应aa一2. a100a010

8、>-111-111几何条件：aa一一111111=22左二a100a010=a10,01,00=a110a一11,11,11=a110222222223332能量条件：左=b+b2=a+a=2a，右=b3+b4=4+=3a,可以反应aa一3. a100+a010T-111+-111几何条件：左=a1+0,0+1,0+0=a110,右=(a/2)1+1,1+1,1-1=a110,满足222aaa能量条件：万.万万，满足可以反应。aa一a4.金011金102110a_a_a_a_几何条件：-011+-101=鼻0+1,1+0,1-1=鼻110,222aaa能量条件：ya-5,可以反应。aaa

9、5a101a121,-111四、简答（2X10=20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

10、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，网状位错将移动弁重新排列成多边形结构，构成亚晶界。此时位错数量弁未减少，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

11、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 .一个位错环只有一个柏氏矢量（见右图）a答：图示中：如果一个位错环有两个不同柏氏矢量bi,b2,则晶体两侧ABCADC勺滑移不同，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

12、区与未滑移区交界处）若AEC左侧没滑移，则b3=b2-bi;若AEC右侧没滑移，则b3=bi-b2；所以，b3=0,即bi=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PQRS图成一位错环，环内没有其它位错线（如图），如各处的柏氏矢量不相同，设PQRK的柏氏矢量为bi,其圈内为已滑移区I;设RSP段的柏氏矢量为b2,其圈内为已滑移区n.则区I和区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bi与b2不应有差别，即:bi=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）答：已知ab位错线，I为滑移区

13、，n为未滑移区。如果田区已滑移，则n-田区界线BC为位错线；如果田区未滑移，则I-田区界线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bo即位错线不能终止于晶体内部。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+b3一条位错线.所以b=b1,故有:b1=b2十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

14、错bl联接，实际上是柏氏矢量为bl的位错线移动、延伸而成的，可把它们看成是4.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、等的柏氏矢量分别变为-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

15、作用的运动情况。已知两平行刃型位错间的作用力为:x=-blb2WfiFy2-1)(x2+y2)2，bib2y(y23x2)-j21-(x2y2)2答：对于Q点位错X<0,IX>N,y<0,与原点位错平行且同向，所以由公式可知，滑移力Fx<0,沿X负方向运动。Fy<0,沿Y负方向运动；如果Fx绝对值小于Fy绝对值，结果位错可滑至此对角线处，处于亚稳状态；反之位错会滑到离原点位错越来越远的位置。2 .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解：首先设位错环的正方向如图上箭头所示，然后按力的表达式求各段受力000外加应力场为：

16、"二*y0柏氏矢量为：b=(0by0)000000iIIIIVI*所以，Fab=0by00y0j-i=byj(T)yybkI。Jk!Jjf'000；i|FBC=0by00yy0jj="yyj(j)=0000k同理：FCd=Tyybk,Fda=0所以，在正应力作用下，刃型位错作攀移运动，螺位错不受力，不动。七、分析（16分）一（7k=G4=-1011.计算（12分）：在汤普森四面体中（见左图），C1、C2分别代表处于111面平行于BC的位错线，2-ab2=DC=-0111X*tltl»2LIL"u1）用汤普森四面体符号表示位错的分解:M1£

17、;-32TT+512011|112+121266,2662）分析位错分解后在各自滑移面上滑移后的结果（见右图）。答“和吁衿*削"CgC知质划触2+72ijUDa+M,2）当每个位错中的一个不全位错达到交截线BC时，合弁，弁位于BC上。即：针21+*凯。c+csaS1新位错在BC上，b为6110,滑移面为（001）,该位错线是不可滑动的，牵制了三个不全位错和两片层错，这样形成于两个111面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的组态，它对FCC金属加工硬化起重要作用。1一一一、2.刃型位错与溶质原子的尺寸交互作用中有公式U一心口其中径向应力的平均值一Cxx+oyy+仃xx）,3V

18、4二；rjr=r溶质-r溶剂1）分析溶质原子的分布情况；2）说明这种尺寸交互作用的后果；3）如果是间隙原子，分析分布情况。答：1）Au<0,表示位错吸引3§质原子；Au>0,表示位错排斥溶质原子。£<0-溶质原子半径小于溶剂原子半径，且（Trr<0-溶质原子处于刃型位错的压应力区，即刃型位错的半原子面区，此时AU<0,溶质原子位错被吸引，即溶质原子半径小于溶剂原子半径时，易聚集于刃型位错的上半原子面区；£>0-溶质原子半径大于溶剂原子半径，且。rr>0-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，Au<0,位错吸引溶质原子，即溶质原子半径大于溶剂原子半径时，易聚集于刃型位错的下半区，无半原子面区。2）这种位错与溶质原子的交互作用会引起溶质原子向位错线集聚，在位错线附近形成溶质原子气团，称作柯氏气团，使位错相对稳定，即起钉扎作用。3）如果是间隙原子，则易聚集于刃型位错的下部。3.在铝单晶体（FCC吉构）中，试分析：aa-aa-1.若位错反应R110L&quo