中南大学材料科学基础位错课后答案市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

1解释以下基本概念肖脱基空位、弗兰克耳空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错滑移、位错攀移、弗兰克瑞德源、派纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错。位错：以柏氏矢量说明位错密度：vL/V(cm/cm3)；)a1/S(1/cm2）1第1页2纯铁空位形成能为105kJ/mol.将纯铁加热到850后激冷至室温(20)，假设高温下空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度比值。2第2页解答利用空位浓度公式计算Q=105KJ/molKAv（阿伏加德罗常数）1.3810-236.0210238.314J/mol.K在T1=850 (1123K)计算C1后激冷至室温能够认为全部空位保留下来，即在T2=20(293K)计算C2取A1，代入T2，T1及Q，有C1/C2=6.8467210133第3页3计算银晶体靠近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银熔点为960，银空位形成能为1.10eV，1ev）?若已知Ag原子直径为0.289nm，问空位在晶体中平均间距。1eV1.602*10-19J解答得到Cve10.35Ag为fcc，点阵常数为a=0.40857nm，设单位体积内点阵数目为N，则N4/a3，？单位体积内空位数NvN Cv若空位均匀分布，间距为L，则有 =?4第4页4割阶或扭折对原位错线运动有何影响？割阶或扭折对原位错线运动有何影响？解答：取决于位错线与相互作用另外位错柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶”“扭折”能够是刃型、亦可是“螺型”，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且它可因位错线张力而消失“割阶”都是刃型位错，有滑移割阶和攀移割阶，割阶不会因位错线张力而消失，两个相互垂直螺型位错交截造成割节会妨碍位错运动5第5页5如图，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b位错环，并受到一均匀切应力。分析该位错环各段位错结构类型。求各段位错线所受力大小及方向。在作用下，该位错环将怎样运动？在作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？6第6页解答：如图所表示位错类型，其它部位为混合位错 各段位错线所受力：1b，方向垂直位错线 在作用下，位错环扩展 在作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，则Gb/2R，其最小半径应为RGb/2螺型刃型7第7页6在面心立方晶体中，把两个平行且同号单位螺型位错从相距100nm推进到3nm时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm，G=71010Pa）？解答：两个平行且同号单位螺型位错之间相互作用力为：F=b Gb1b2/2r，b1b2，所以F=Gb2/2rfcc中，b=a110/20.3nm=0.3109m从相距100nm推进到3nm时需要功8第8页7在简单立方晶体（100）面上有一个b=a 001螺位错。假如它(a)被（001）面上b=a 010刃位错交割，(b)被（001）面上b=a 100螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？解答1.弯折：被b=a 010刃位错交割，则交截部分位错沿010方向有一段位移（位错线段），此位错线段柏氏矢量仍为b=a 001，故决定新滑移面为（100），故为扭折。2.同理，被a 100螺位错交割，则沿100 方向形成一段位错线段，此位错线段柏氏矢量仍为b=a 001，由100与001 决定滑移面为（0-10），故为割阶a 001a 010a 1009第9页8一个b=a-110/2螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中碰到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。10第10页(111)-110(-1-11)（111）面上b=a-110/2螺位错运动过程中碰到障碍物而发生交滑移，理论上能在任何面上交滑移，但实际上只能在与原滑移面相交于位错线fcc密排面（滑移面）上交滑移。故柏氏矢量为a-110/2螺型位错只能在与相交于-110111面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为螺型位错能在(-1-11)面上交滑移。11第11页9面心立方晶体中，在(111)面上单位位错a-110/2，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证实所形成扩展位错宽度由下式给出：（G切变模量，层错能）14第14页解答思绪发生位错反应：几何条件：反应前柏氏矢量反应后柏氏矢量能量条件反应前反应后几何条件和能量条件均能满足15第15页当两个肖克莱不全位错a-12-1/6 和 a-211/6之间排斥力F（层错能）时，位错组态处于平衡夹角60（120）立方晶系中任意两个晶向 u1v1w1 与 u2v2w2之间夹角故a-12-1/6 和 a-211/6之间夹角cos=1/2故依据位错之间相互作用力16第16页位错210题，P116在面心立方晶体中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一个扩展位错：(111)晶面：a10-1/2 a11-2/6+a2-1-1/6(11-1)晶面：a011/2 a112/6+a-121/6试问：(1)两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错柏氏矢量；(2)用图讲解明上述位错反应过程；(3)分析新位错组态性质17第17页解 答 (1)位错在各自晶面上滑动时，领先位错相遇，设领先位错为(111)晶面a11-2/6 和(11-1)晶面a112/6发生位错反应位错反应为：a11-2/6 a112/6 a110/3 故新位错柏氏矢量为a110/3 18第18页(111)图讲解明位错反应平面(111)19第19页(11-1)平面(11-1)20第20页(111)(11-1)1-10两个平面(h1 k1 l1)与(h2 k2 l2)相交后交线，即为晶带轴，设为，满足hu+kv+lw=0关系，可得u+v+w0 u+v-w0求得uvw比值1:-1:021第21页(111)(11-1)11-2/6112/6（111）面上领先位错a11-2/6（11-1）面上领先位错a112/622第22页11-2/6112/6110(111)晶面a11-2/6 和(11-1)晶面a112/6发生位错反应，新位错柏氏矢量方向为110 23第23页(111)(11-1)11-2/6112/61-10110新位错柏氏矢量方向110 与两个滑移面（111）（11-1）交线1-10垂直，为刃型位错，新位错滑移面为110 与 1-10决定平面，即（001）面，不能滑移24第24页(111)(11-1)11-2/6112/61-10110新位错组态性质：新位错柏氏矢量为a110/3，而两个位错反应后位错线只能是两个滑移面（111）与（11-1）交线，即1-10，即：位错线与柏氏矢量垂直，故为刃型位错，其滑移面为110 与 1-10决定平面，即（001）面，也不是fcc中惯常滑移面，故不能滑移。25第25页11总结位错理论在材料科学中应用26第26页解答1.能够解释实际强度与理论强度差异巨大原因2.能够解释各种强化理论完全消除位错和增加位错强化各种方式（细晶强化，第二相沉淀强化，加工硬化，固溶强化）3.凝固中晶体长大方式之一4.经过位错运动完成塑性变形5.变形中现象如屈服与应变时效，蠕变等；6.空位形成机制之一7.小角晶界模型8.固态相变中晶界等优先形核机制，9.回复再结晶软化机制，多边化和胞状组织结构10.短路扩散机制11.断裂裂纹形核机制27第27页