位错考试期末考试

一、解释概念（4×5=20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。二、填空（1×12＝12分）1.螺位错的滑移矢量与位错线（平行），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（密排）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（割阶），在螺型位错上形成（扭折）。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（愈大），它所处的能量也（愈强）。由P—N力公式可知，使位错移动的临界切应力随a/b增加而（减小），所以滑移通常发生在（密排）面的（密排）方向上。3.两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（扭折），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（割阶）。4.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（ABC）、沿滑移面的（ABCDEF）、沿(0001)密排面的（AB/AC）。5.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（柏氏回路）；在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路（不闭合），由（终点）点到（起点）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。6.面心立方晶体的密排方向为（﹤110﹥），其单位位错的柏氏矢量为（a/2﹤110﹥）；体心立方晶体密排方向为（﹤111﹥），单位位错柏氏矢量为（a/2﹤111﹥）。密排六方晶体的密排方向为（﹤1120﹥），单位位错为（a/3﹤1120﹥）。三、判断下列位错反应能否进行，并写出判断依据（2x5=10分）1．]111[2]111[2]100[aaa几何条件：]11,11,11[2]100[aa能量条件：222322222123)4343(aababab所以不能反应2．)0001(]111[2]111[2]010[]100[aaaa几何条件：]110[]11,11,11[2]111[2]111[2]110[]00,10,01[]010[]100[aaaaaaaa右左能量条件：左=22222212aaabb右=22423234343abb可以反应3.]111[2]111[2]010[]100[aaaa几何条件:左=a[1+0，0+1，0+0]=a[110]，右=(a/2)[1+1,1+1,1-1]=a[110],满足能量条件：222222aaa，满足可以反应。4.]110[2]110[2]011[2aaa几何条件：]110[2]11,01,10[2]110[2]011[2aaaa，能量条件：222222aaa，可以反应。四、简答（2×10＝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.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。（注：不必画图）(a)塑性变形(形成网状位错)(b)回复(位错形成多变形结构)(c)再结晶(位错消除)3.两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。4.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）。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b2Db1BACb3E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=b2–b1；若AEC右侧没滑移，则b3=b1–b2；所以，b3=0,即b1=b2,所以一个位错环只有一个柏氏矢量。2.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）。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：iyxxyxbbFx2222221)()(12，jyxxyybbFy2222221)()3(12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。外加应力场为：00000000yy，柏氏矢量为：00ybb所以，kbijbikjibFyyyyyyyAB)(00000000000)(0000000000jjbjkjibFyyyyyBC同理：0,dayycdFkbF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）xyQ(x,y)BCbADxyzyyyyCⅠBⅢ答:已知AB位错线，I为滑移区，Ⅱ为未滑移区。如果Ⅲ区已滑移，则Ⅱ-Ⅲ区界线BC为位错线；如果Ⅲ区未滑移，则I-Ⅲ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。ABⅡC`答：对于Q点位错X0,yx,y0,与原点位错平行且同向，所以由公式可知，滑移力Ｆx0，沿X负方向运动。Ｆy0,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。1.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，，1）用汤普森四面体符号表示位错的分解：，2）分析位错分解后在各自滑移面上滑移后的结果（见右图）。答：1），即，，即，2）当每个位错中的一个不全位错达到交截线BC时，合并，并位于BC上。即：，新位错在BC上，b为61[110]，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。2.刃型位错与溶质原子的尺寸交互作用中有公式,rrVu其中径向应BC2CBC力的平均值)(31xxyyxxrr，溶剂溶质rrrrV,431）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）Δu0，表示位错吸引溶质原子；Δu0，表示位错排斥溶质原子。ε0----溶质原子半径小于溶剂原子半径，且σrr0----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Δu0，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；ε0----溶质原子半径大于溶剂原子半径，且σrr0----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，Δu0，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。