材料科学基础复习题.docx

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材料科学基础复习题

5、Al-wCu4%合金在130～150℃人工时效发生的相变顺序为：

α相→α相+→α相+→α相+θ'相→α相+。

、固态相变时，非均匀形核时体系自由能变化由四部分组成：

缺陷处体系自由能降低的部分、、、。

在一定条件下固体中的扩散的快慢与激活能Q有关，影响激活能Q的主要因素有扩散机制、、、。

1.扩散按是否有新相生成可分为______________和___________。

马氏体按其基本形态可分为____________和_____________。

7、马氏体相变和Al—Cu合金的淬火时效分别属于______________和___________相变。

（）5、调幅分解不存在形核势垒，新旧两相完全共格，因此，在形核和长大时不存在界面能和应变能。

（）6、扩散的根本驱动力是扩散前后体积自由能差，与界面能无关。

（）8、扩散型相变中往往先产生亚稳定的过渡相，过渡相与母相的界面能一般很低，保持共格与半共格的关系。

9、（）固态相变中的4（）结晶、重结晶、再结晶、二次再结晶都是形核-长大过程。

非均匀形核，一般在不平衡缺陷处，如晶界、层错、夹杂物等能量较高的位置处形成。

5、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，结晶的均匀形核没有。

A．界面能B．内能C．弹性应变能D．共格弹性应变能

8、（）原子在纯材料中的扩散，属于空位扩散，其扩散激活能有两项构成，分别为空位形成能和。

A．空位迁移能B．自扩散形成能C．界面能D．弹性应变能

7、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，固态相变中增加了一项。

A．界面能B．内能C．弹性应变能D．共格弹性应变能

9、（）间隙原子或空位在晶体内部点阵中的扩散，通常称为或点阵扩散。

A．间隙扩散B．互扩散C．体扩散D．自扩散

10、（）固态相变非均匀形核时，体系自由能变化由四部分组成，既包括动力又包括阻力，其中为阻力。

A．弹性应变能和界面能B．体积自由能和缺陷处体系自由能降低的部分

C．界面能和体积自由能D．缺陷处体系自由能降低的部分和应变能

8.（）扩散的驱动力从本质上来讲是：

A浓度梯度、B化学位梯度C应力梯度

4、反应扩散：

4.空位扩散与扩散型相变

2..简述扩散需要的基本条件。

4、简述马氏体相变的基本特征，以及位错马氏体的形态

4、分别画出固态相变经典形核长大与调幅分解长大示意图，并简单分析调幅分解长大。

5、从定义、能量、结构角度，简述半共格界面，并画出简图。

2、试述原子在晶体中扩散的微观机制和固态金属扩散的条件。

3、马氏体的基本形态有哪些？

试述马氏体相变的基本特点。

简述材料的熔化熵以及温度梯度对晶体生长的影响？

5、简述冷变形金属的组织以及冷变形金属回复阶段力学性能

宏观偏析是指宏观范围内的成分不均匀，也叫正常偏析，它有两种特殊形式，只在特定合金中产生，称为和。

在生产中，控制晶粒尺寸的主要途径有____________________________、_______________________、振动和搅拌等。

金属固溶体结晶形核比纯金属形核所多的基本条件为_________。

7、（）纯材料凝固时晶体的生长机制取决于材料的本性以及成分过冷。

10、（）树枝状偏析与宏观偏析均可采用扩散退火的方法来消除。

10（）在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶核。

（）3、固溶体合金在非平衡结晶过程中，液固界面上液相成分和固相成分不沿着平衡相图固相线和液相线变化，。

6.（　　）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。

10.（　　）金属形核需要过冷，而晶体的长大不再需要过冷。

8、（）金属铸锭的凝固组织通常由表层细晶区、柱状晶生长区、中心等轴晶区组成，其中呈树枝状生长，且有很强的方向性，但杂质较多。

A．表层细晶区B．柱状晶生长区C．中心等轴晶区D．细小的中心等轴晶区

4、（）生产中使用的区域熔炼提纯方法是利用哪一种偏析情况。

A微观偏析B宏观偏析C比重偏析

8、（）凝固过程中，相变驱动力与过冷度的关系为________

A成正比B成反比C没关系

9、凝固的热力学条件为：

（）

A形核率B系统自由能增加

C能量守恒D过冷度

下列稳态凝固中，哪一种情况下会出现宏观偏析严重。

A　凝固速度非常缓慢B凝固速度很大C一般条件

在下列哪一种温度分布情况下，生长形态为树枝状生长。

A正温度梯度B负温度梯度

（）由于界面前沿液相中的成分差别所引起的过冷称为_______

A临界过冷B动态过冷C成分过冷

6、（）纯金属结晶过程中，不同界面有不同的长大方式，粗糙界面的生长为。

A．刃位错生长B．连续生长C．垂直生长D．台阶生长

7、（）在纯金属液体中形成临界晶核时，固、液相间的体积自由能差是相变驱动力，小于新增的晶核表面能，形核还必须依靠液体中的提供动力。

A．相起伏B．结构起伏C．浓度起伏D．能量起伏

（）6、纯金属结晶过程中，不同界面有不同的长大方式，光滑界面的生长为。

A．刃位错生长B．连续生长C．垂直生长D．台阶生长

（）7、宏观偏析是指宏观范围内的成分不均匀，也叫正常偏析，它有两种特殊形式，称为比重偏析和。

A．反偏析B．结构偏析C．浓度偏析D．树枝偏析

（）9、金属铸锭的凝固组织通常由表层细晶区、柱状晶生长区、中心等轴晶区组成，其中可能均匀形核。

A．表层细晶区B．柱状晶生长区C．中心等轴晶区D．整个凝固区

3、简述影响成分过冷的因素，以及成分过冷对固溶体合金晶体生长形态的影响？

3、成分过冷：

5、均匀形核：

胞状偏析树枝偏析与平衡分配系数

4、简述金属铸锭的宏观组织有何特点以及形成过程？

（6分）

简述纯金属结晶相变形核的热力学条件、能量条件、结构条件。

试述结晶相变的热力学条件，动力学条件，能量条件及结构条件（6分）

第四章空位与位错

本章的主要内容：

晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类

晶体缺陷的形成

点缺陷：

点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响

位错：

位错理论的起源：

理论切变强度，位错学说

位错的观察

位错基本类型及特征：

刃型位错，螺型位错，混合位错

柏氏矢量：

确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度

外力场中作用在位错线上的力

位错运动：

滑移，攀移，派一纳力，混合位错的运动

位错的弹性性质：

直螺错的应力场，直刃错的应力场，混合直位错的应力场

位错的应变能及位错线张力

位错间的交互作用：

两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用，

位错的相互交截：

螺型位错与螺型位错，刃错与刃错，螺错与刃错

位错的塞积

位错的增殖

实际晶体中的位错：

单位位错，堆垛层错，不全位错：

肖克莱，弗兰克不全位错

位错反应及汤普逊四面体

位错与溶质原子的交互作用：

弹性交互作用，柯垂尔气团，斯诺克气团，静电交互作用

化学交互作用

1填空

1空位是热力学_______________的缺陷，而位错是热力学_____________的缺陷。

2fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;hcp晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;fcc中Frank位错的柏氏矢量是___________。

3一根柏氏矢量b=a/2<110>的扩展位错滑出晶体后，在晶体表面产生的台阶的高度为_____________________。

4在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为__________________。

为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则b=0时为_______位错，b=b时为________________位错，b=-b时为______________位错。

5三根右螺型位错线的正向都指向位错结点，则它们的柏氏矢量之和等于______。

6设位错运动时引起晶体体积的变化为V，则V=0时为___________运动，V0时为______________运动。

7在位错应变能公式E=Gb2Ln（r/r0）/4k中，对于刃型位错K等于_________，对螺型位错K等于_____________。

9fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是________________，肖克莱位错的柏氏矢量是____________，弗兰克位错的柏氏矢量是_______________。

10单位体积中位错线总长度称为________________。

11螺型位错的应力场只有_______应力分量，其表达式为________________________。

12简单立方晶体、fcc晶体、bcc晶体和hcp晶体中单位位错的柏氏矢量依次是_____________、_______________________、______________________。

13通常把一个全位错分解为两个________________位错，中间夹一片层错的位错组态称为______________。

14位错概念和位错模型首先是由_________________等人提出来的。

15位错线和柏氏矢量如图所示，其中AB是___________位错，BC是__________位错，DE是________________位错。

16对含刃位错的晶体施加垂直于多余半原子面的压应力有利于______攀移，施加拉应力有助于______攀移。

17fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是__________________，Shockley位错的柏氏矢量是__________，Frank位错的柏氏矢量是___________________。

18.图1为ABC位错线，AB是_____________位错，BC是________________位错，在切应力作用下，AB_______________运动，BC向______________运动。

图1

19作用在位错线上的力Fd=_________________________，这个力Fd与位错____________方向。

20使弗兰克----瑞德源“动作”所需的临界切应力________________________________。

21位错可定义为_____________________________________________________。

22位错塞积时障碍物对领先位错的作用力大小为__________________________________。

23在外加应力作用下，当位错在晶体中滑动时，刃型位错的运动方向与b_____________与________________________，与位错线_________________________________。

2选择

1由于化学交互作用的结果，溶质原子在层错区的偏聚，称为____________。

A斯诺克气团B铃木气团C柯垂耳气团

2层错的边缘一定是________________。

A肖克莱位错B弗兰克位错C不全位错

3在fcc晶体中，位错反应_______________能进行。

Aa/6[112]+a/6[110]a/3[111]Ba/2[10-1]a/6[2-1-1]+a/6[11-2]

4肖克莱位错具有螺型、刃型和混合型三种，它们能够_______________。

A攀移B交滑移C沿滑移面滑移

5晶体中点缺陷的存在，使电阻________。

A增大B减小C不变

6把一根右螺型位错线的正方向反向，则此位错_______。

A变为左螺型位错B仍为右螺型位错

7三个位错及其柏氏矢量如图所示，则b2与b1之和_________。

A大于b3B:

小于b3C等于b3

8位错的应变能与其柏氏矢量__________成正比。

AbBb2Cb3

9两刃型位错及其柏氏矢量如图所示，AB位错向下滑移与CD位错交割后，则________

AAB产生割阶BAB产生扭折CCD产生割阶DCD产生扭折

10fcc晶体的（111）面按ABCBABCABC···顺序堆垛时，其中含有________。

A一片抽出型层错B一片插入型层错C一片抽出型和插入型层错

11Shockley位错__________。

A只能滑移B只能攀移C既能滑移又能攀移

12fcc晶体中，有根位错线的方向为[-110]，b=a/2[110]，则此位错_________。

A不能滑移B能滑移C能交滑移

13晶体中一位错环，柏氏矢量为b，在切应力作用下（）

A扩大B缩小C不变

14滑移线在（）可观察到：

A光学显微镜B电子显微镜C肉眼

15位于fcc晶格的（001）面上，l=[-110]，b=a/2[110]的位错（）

A能滑移B不能滑移C能交滑移

16空位（）过程中重要作用。

A形变孪晶的形成B自扩散C交滑移

17两根具有反向柏氏矢量的刃型位错，分别处于两个平行滑移面上（两滑移面相隔一个原子间距）相向运动后，在相遇处（）

A相互抵消B形成一排空位C形成一排间隙原子

18在一块晶体中有一根刃型位错P和一根相同长度的螺型位错Q，比较两者能量有（）

AEp>EeBEp

19位错线受力方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑移的方向（）

A随位错线运动方向而改变B始终同柏氏矢量方向一致C始终同外力方向一致。

20冷加工金属回复时位错（）

A大量消失B增殖C重排

21冷加工回复时位错（）

A增殖B大量消失C重排

22第二相硬度不高、粒子不大时，位错主要通过（）

A绕过机制B切割机制C热激活机制

3判断

1任何位错反应的发生，只需要判断其是否满足热力学条件即可。

（）

2一个位错环不可能处处都是螺位错，也不可能都是刃位错。

（）

3降低层错能的溶质原子与层错发生交互作用，使层错的宽度增大。

（），难于束集（），交滑移容易（）。

4柏氏矢量（b）的方向表示它与位错线的取向和位错的性质（），b的模量b表示位错线周围点阵畸变程度，即位错的强度（）；实际晶体中的b都是点阵矢量（），把b=单位点阵矢量的位错称为单位位错（）；b越大，位错的稳定性越高（）。

5fcc晶体中的扩展位错都可束集和交滑移（）。

6外力场作用在单位长度位错线上的力F=b（），此力垂直于位错线（），使位错产生滑移（）。

7Frank位错、Lomer位错和面角位错对fcc金属的加工硬化起重要作用（）。

8金属的层错能越高，越易产生扩展位错。

（）

9晶体中所有缺陷都会产生畸变，因而热力学上都是不稳定的。

（）

10刃型位错与螺型位错均可产生交滑移。

（）

11一条位错线，不管形状如何，均具有唯一的柏氏矢量。

（）

12孪生位错的柏氏矢量比单位位错小。

（）

13两平行位错的柏氏矢量垂直，则它们之间一定没有交互作用。

（）

14铝和铜层错能分别是200尔格/cm2和70尔格/cm2，切变模量分别为2655Kg/mm2和4405Kg/mm2，所以铝的扩散位错比铜的扩展位错宽。

（）

15螺型位错同刃型位错一样都存在多余半原子面。

（）

16位错是柏氏矢量不为零的晶体缺陷。

（）

17纯金属在热力学上实际上是不稳定的。

（）

18理想无缺陷金属在热力学上是稳定的。

（）

19金属的层错能越高，越易产生扩展位错。

（）

20晶体中所有缺陷都会产生畸变，因而热力学上都是不稳定的。

（）

21刃型位错与螺型位错均可产生交滑移。

（）

22位错受力方向都是晶体滑移方向。

（）

23金属在回复过程中会发生位错的攀移。

（）

24金属的强度和塑性都受位错运动的控制。

（）

4名词

空位的平衡浓度，位错，螺旋位错，混合位错，柏氏回路，位错密度，P-N力，割阶，扭折，位错反应，位错的线张力和作用在位错线上的力，扩展位错，不全位错，层错------层错能，位错增殖-------位错塞积，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，斯诺克气团，多边形化，

位错与滑移线，单滑移与交滑移，

5问答

1在fcc晶体的（-111）面上，全位错的柏氏矢量是哪些？

如果它们是螺型位错，能在哪些面上滑移和交滑移？

2.在Al（铝，fcc）单晶体中，若（1，1，1）面上有一位错b=a/2[1，0，-1]，与（1，1，-1）面上的位错b=a/2[0，11]发生反应时：

1写出位错反应方程式，判断位错反应方向。

2说明新位错的性质，是否可动。

3在面心立方晶体中，（1，1，1）晶面和（1，1，-1）晶面上分别形成一个扩展位错

（111）晶面：

a/2[1，0，-1]a/6[2，-1，-1]+a/6[1，1，-2]

（11-1）晶面：

a/2[0，1，1]a/6[-1，2，1]+a/6[1，1，2]

两扩展位错在各自晶面上滑动时，求

（1）      两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；

（2）      分析新位错的组态性质。

4试总结位错在材料中的作用和影响。

;’’’’’’’’’’’’’’’’’’5分析位错促进相变形核的主要原因。

7如图3所示，在简单立方晶体的（001）面上有一个方形位错环ABCD，其柏氏矢量b=a[100]，为切应力：

1指出位错环各段位错的类型和其中刃型部分多余半原子面的位置，

2说明位错环在切应力的作用下，各段位错线的运动方向，

3写出单位长度位错线的受力公式，并说明此力与位错线的位向关系，

4若位错环不变，b反向，则位错环怎样运动？

1        切应力作用下，要使位错环稳定不动，其最小半径多大？

8fcc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？

9图4是简单立方晶体，其中PP’是原位错AB上的割阶，b为柏氏矢量，试问：

1PP’是正刃型或负刃型位错？

并在图中标出其滑移面和多余半原子面的位置。

2        若PP’的长度只有1~2个原子间距（小割阶），原位错向左滑移时，在此割阶的后面是留下一串空位还是一串间隙原子？

并说明原因。

10何谓可动位错和固定位错？

就fcc晶体中的可动位错和固定位错各举两个实例，它们在塑性变形时各起什么作用？

11一个右螺型位错，把其位错线的正方向反向，是否会变成左螺型位错？

为什么？

12回答下列问题：

1写出两平行螺型位错间的交互作用力公式，分别说明两个平行的同号和异号螺型位错间的交互作用力。

2在一个刃型位错的应力场中，有一个与之平行的螺型位错，二者之间是否产生交互作用力？

为什么？

13在fcc晶体中，位错反应a/2[-110]a/6[-211]+a/6[-12-1]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a/2[-110]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？

14螺旋位错的能量公式为Es=Gb2Ln（R/r0）/4。

若金属材料亚晶尺寸为R=10-3~10-4cm，r0约为10-8cm。

（1）试估算Es

（2）估算Al中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量，b=a/2{101}，a=2.8A

15分析下列反应能够进行的原因

1a/2[10-1]a/6[11-2]+a/6[2-1-1]

2求上述两肖克莱不全位错扩展宽度d。

3计算出两扩展位错间的作用力。

16图5所示方向相同的两个平行刃型位错，位于平行滑移面上，相距h，问：

1为何值时，这两个位错在滑移方向上作用力为零。

3        值在何范围两位错相互吸引？

要使两位错在各自滑移面上相向运动需要施加多大切应力？

方向如何？

2要使两位错在各自滑移面上反向运动，需施加多大切应力？

方向如何？

图示的两个平行刃型位错位于平行的滑移面上，若方向相反，问：

=45O，=90O时在方向上两个位错间相互作用力为多少？

18图6所示fcc结构两个相交的滑移面（111）和（11-1），其上柏氏矢量分别为a/2[10-1]和a/2[011]的位错，当层错能不高时，两个全位错分解为扩展位错。

1写出（111）与（11-1）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。

2如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB相遇时，两领先不全位错将发生如下反应：

a/6[2-1-1]+a/6[-121]a/6[110]

分析a/6[110]为何类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。

19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？

20       设AB为一混合位错，其位错线方向与柏氏矢量方向如图7所示，试画出B点处的刃型位错分量，并说明它是正刃型位错还是负刃型位错？

1

图8

图7

21Fcc晶体可动滑移系为（11-1）[-110]

1． 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量，并说明之。

2． 如果滑移是由纯刃位错引起的，试指出位错线的方向。

3． 如滑移是由纯螺旋位错引起的，试指出位错线方向。

如该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃型位错和单位螺型受力大小和方向。

A=0.2nm

22试说明：

1汇集在晶内任意一点的各位错线，其柏氏矢量之和为零。

2螺型位错的应力场是径向对称的。

23分析位错与空位，间隙原子之间各种可能的相互作用与转化，并指出在哪些实际过程中发生？

25两螺型位错，其中一个含一对扭折，另一个含一对割阶，如图8所示：

1． 在图上标明扭折与割阶，指出其柏氏矢量方向。

2． 若图面为fcc的（111）面，试分析，这对位错线段，哪一对比较容易通过自身滑移消失？

3． 含割阶的螺型位错，在滑移时怎样造成空位。

24       在一个刃型位错附近放置另一个刃型位错，其位置如图9所示（I，II，III，IV，V位置），两刃型位错同号，问它们在滑移面上受力方向如何？

图9

27铜单晶（fcc）三维位错网络结点之间平均距离为D：

1． 计算位错增殖所需应力

2． 如此应力决定材料剪切强度，为达到u/100的强度值，D值多大。

已知：

u=50