为什么单晶体具有各向异性

为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？答：在单晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子间的结合力就不同，因而晶体在不同方向上性能各异。而多晶体是由许多位向不同的单晶体组成的，各个晶粒在整块金属内的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值，所以一般不显示各向异性。综述晶体缺陷对金属强度的作用和机理。答：①空位、置换原子、间隙原子均提高材料强度(固溶强化)。点缺陷造成晶格畸变，与位错相互作用，增大了位错运动阻力。间隙原子的作用最大，置换原子次之，空位的作用最小。当位错密度非常低时，位错降低强度，因为位错破坏了晶体的完整性，通过位错滑移比完整晶体的滑移更容易进行。但当位错密度较高时，随位错密度的增大强度提高，因为位错与位错交割时增大了位错阻力。位错不能直接通过大角度晶界、相界、孪晶界，所以提高强度(细晶强化)，小角度晶界对位错运动也有一定阻碍作用也能提高强度，但效果很小。1.假设过冷液体中出现一个立方体晶胚，证明形核功AGc=l/3Ac。(Ac为临界晶核表面积)。说明形核功和临界晶核尺寸的意义。证明：设晶核边长为a,贝yAG=a3AG+6xa2xcvdAG=3a2AG+12ac=0dav得:a一企一注c3AGAGvvAG=a3AG+6a2c=一^4^+ccvc(AG)2(AG)2vv=32(-^)2c=2a2c=丄AcAGc3cv简述湿润角e,杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。答：①e角越小，形核率越大。杂质粒子的晶体结构与固相晶体结构越相似，形核率越大。凹面比凸面形核率大。根据形核理论说明变质处理细化晶粒的机理。答：根据形核理论，形核需要一定的形核功，变质处理减小了形核功，因而更容易形核，提高了形核率，或者降低长大速度，增大形核率与长大速率的比值，使晶粒细化，从而使铸件的晶粒细化。铸锭的典型宏观组织由哪几个晶区组成？说明等轴晶区性能特点，为了扩大等轴晶区，应采取哪些措施？答：铸锭的典型宏观组织由三个晶区组成，即表面细晶区，柱状晶区和中心等轴晶区。等轴晶区易于进行压力加工，性能不显方向性，但显微缩孔增多，组织不够致密。降低冷却速度，降低浇注温度、搅拌和孕育处理都可以增加等轴晶区。1.铝单晶体沿［123］轴拉伸，Tk=0.79MPa，若拉应力达到3.2MPa，问(111)［110］、(111)［101］、(111)［011］三个滑移系哪些发生滑移？哪个先滑移？并画出先发生滑移的滑移系的滑移面及滑移方向。解答：三个滑移系的取向因子m分别为

=3.2x(1-2=3.2x(1-2+3)(1+2)

1476=0.56<0.79=3.2x(-1+2+E(1+3)=1.493>0.7914.6t=3.2x（1-2+3）（2+3）=0.933>0.79发生滑移14J62.铜的Tk=0.49MPa，用单晶体拉伸时，拉伸轴为[111]晶向，问（1）可能开动的等效滑移系有几个？是哪些？并分别绘图示之。（2）引起屈服所需的拉伸应力是多少？（111）[110][101]解答：（1）（111）[110][011]6个滑移系（带负号的滑移方向与[111]垂直），图略。（111）[011][101]2TL（2）6个滑移系的m值相等，m=，◎=亠=0.49x3“6十2=1.8MPa3j6sm3•叙述金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、力学性能特点。答：金属在冷变形过程中晶粒被拉长，形成纤维组织，强度提高，塑性和韧性降低。金属在回复过程中组织不发生变化，强度也基本不变（略有降低）。金属在再结晶过程中，重新形核和长大，无畸变的等轴晶粒代替拉长的晶粒，强度显著降低，而塑性和韧性显著提高。4.说明下列现象的原因：（1）滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的方向；（2）晶界处滑移的阻力大于晶粒内部；（3）Zn、Cu、Cr的塑性不同。/kd、答:（1）由派-纳力计算公式：t=cexp（-）可知，滑移面的面间距越大或柏氏矢量的模b越小，则晶格阻力越小。所以，滑移面是原子密度最大的晶面（面间距最大），滑移方向是原子密度最大的方向（柏氏矢量的模越小）。（2）位错不能直接通过晶界，在晶界处造成塞积，因此其阻力大于晶内。（3）Zn属于密排六方，Cu属于面心立方，Cr属于体心立方，三者晶体结构类型不同，面心立方的塑性最好，密排六方的塑性最差。5•说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么？答：金属在冷塑性变形过程中，随塑性变形量的增大，位错密度和空位密度提高，它们运动的驱动力是外加的切应力。金属在回复过程中，空位和位错密度减小，它们运动的驱动力是体系的自由能减小。金属在再结晶阶段，空位和位错密度进一步减小，它们运动的驱动力是体系的自由能减小。1•试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。答：溶质原子使晶格发生畸变，形成应力场，这种应力场与位错发生交互作用，阻碍位错运动，产生强化作用，即固溶强化。金属在冷塑性变形过程中，随塑性变形量的增大，位错密度提高，位错与位错的交割增加，从而增加了位错运动阻力，产生加工硬化现象。位错绕过粒子形成位错环或结果粒子增加新的界面，都需要增加新的能量，从而产生强化效应，即弥散强化。5．何谓成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？答：由于成分分布不同，导致实际熔点与实际温度之差随离固-液界面向液体的距离增大而增大的现象叫成分过冷。成分过冷大容易出现树枝晶，成分过冷小容易出现平面晶。7.为什么铸造合金常选用共晶成分或接近于共晶成分的合金？用于压力加工的合金用何种成分的合金为好？答：