中南大学材料科学基础位错课后答案-PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,1,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、位错的滑移、位错的攀移、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：,v,L/V(cm/cm,3,),；,),a,1/S(1/cm,2,）,2,2,纯铁的空位形成能为,105kJ/mol.,将纯铁加热到,850,后激冷至室温,(20),，假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。,3,解答,利用空位浓度公式计算,Q=105KJ/mol,KAv,（阿伏加德罗常数）,1.3810,-23,6.0210,23,8.314J/mol.K,在,T1=850 (1123K),计算,C,1,后激冷至室温可以认为全部空位保留下来，即在,T2=20(293K),计算,C,2,取,A,1,，代入,T2,，,T1,及,Q,，有,C1/C2=6.8467210,13,4,3,计算银晶体接近熔点时多少个结点上会出现一个空位（已知：银的熔点为,960,，银的空位形成能为,1.10eV,，,1ev,）,?,若已知,Ag,的原子直径为,0.289nm,，问空位在晶体中的平均间距。,1eV,1.602*10,-19,J,解答,得到,Cv,e,10.35,Ag,为,fcc,，点阵常数为,a=0.40857nm,，,设单位体积内点阵数目为,N,，则,N,4/a,3,，？,单位体积内空位数,Nv,N C,v,若空位均匀分布，间距为,L,，则有,=?,5,4,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的另外的位错的柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶”,“扭折”可以是刃型、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的交截造成的割节会阻碍位错运动,6,5,如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为,b,的位错环，并受到一均匀切应力,。,分析该位错环各段位错的结构类型。,求各段位错线所受的力的大小及方向。,在,的作用下，该位错环将如何运动？,在,的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？,7,解答：,如图所示位错类型，其他部位为混合位错,各段位错线所受的力：,1,b,，方向垂直位错线,在,的作用下，位错环扩展,在,的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，则,Gb/2R,，其最小半径应为,R,Gb/2,螺型,刃型,8,6,在面心立方晶体中，把两个平行且同号的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=710,10,Pa,）？,解答：两个平行且同号的单位螺型位错之间相互作用力为：,F=b,Gb,1,b,2,/2r,，,b,1,b,2,，所以,F=Gb,2,/2r,fcc,中，,b=a110/2,0.3nm=0.310,9,m,从相距,100nm,推进到,3nm,时需要功,9,7,在简单立方晶体的（,100,）面上有一个,b=a 001,的螺位错。如果它,(a),被（,001,）面上的,b=a 010,刃位错交割，,(b),被（,001,）面上,b=a 100,的螺位错交割，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,，故决定的新的滑移面为（,100,），故为扭折。,2.,同理，被,a 100,的螺位错交割，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,决定的滑移面为（,0-10,），故为割阶,a 001,a 010,a 100,10,8,一个,b=a-110/2,的螺位错在（,111,）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。,11,(111),-110,(-1-11),（,111,）面上,b=a-110/2,的螺位错运动过程中遇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的,fcc,密排面（滑移面）上交滑移。,故柏氏矢量为,a-110/2,的螺型位错只能在与相交于,-110,的,111,面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为的螺型位错能在,(-1-11),面上交滑移。,12,在,fcc,晶体的,(-111),面上，全位错的柏氏矢量有哪些？如果它们是螺型位错，能在哪些面上滑移和交滑移？,13,(-111),110,0-11,101,(1-11),如图可知。,fcc,晶体的,(-111),面上全位错的柏氏矢量有,a101/2,、,a110/2,和,a0-11/2,，它们是螺型位错能在原滑移面,(-111),面上滑移,.,理论上能在任何面上交滑移，但实际上在与原滑移面相交于位错线的,fcc,密排面（滑移面）上滑移。故柏氏矢量为,a110/2,的螺型位错只能在与相交于,110,的,111,面上交滑移，利用晶体学知识可知柏氏矢量为,a110/2,的螺型位错能在,(1-11),面上交滑移。,14,9,面心立方晶体中，在,(111),面上的单位位错,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，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：（,G,切变模量，,层错能）,15,解答思路,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,16,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,17,位错,2,10,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，求出新位错的柏氏矢量；,(2),用图解说明上述位错反应过程；,(3),分析新位错的组态性质,18,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),晶面的,a11-2/6,和,(11-1),晶面的,a112/6,发生位错反应,位错反应为：,a11-2/6,a112/6 a110/3,故新位错的柏氏矢量为,a110/3,19,(111),图解说明位错反应,平面,(111),20,(11-1),平面,(11-1),21,(111),(11-1),1-10,两个平面,(h,1,k,1,l,1,),与,(h,2,k,2,l,2,),相交后交线，即为晶带轴，设为,，满足,hu+kv+lw=0,关系，可得,u+v+w,0,u+v-w,0,求得,uvw,比值,1:-1:0,22,(111),(11-1),11-2/6,112/6,（,111,）面上领先位错,a11-2/6,（,11-1,）面上领先位错,a112/6,23,11-2/6,112/6,110,(111),晶面的,a11-2/6,和,(11-1),晶面的,a112/6,发生位错反应，新位错的柏氏矢量方向为,110,24,(111),(11-1),11-2/6,112/6,1-10,110,新位错柏氏矢量方向,110,与两个滑移面（,11111-1,）的交线,1-10,垂直，为刃型位错，新位错滑移面为,110,与,1-10,决定的平面，即（,001,）面，不能滑移,25,(111),(11-1),11-2/6,112/6,1-10,110,新位错的组态性质：,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,）的交线，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,决定的平面，即（,001,）面，也不是,fcc,中的惯常滑移面，故不能滑移。,26,11,总结位错理论在材料科学中的应用,27,解答,可以解释实际强度与理论强度差别巨大原因,可以解释各种强化理论完全消除位错和增加位错强化的各种方式（细晶强化，第二相沉淀强化，加工硬化，固溶强化）,凝固中晶体长大方式之一,通过位错运动完成塑性变形,变形中的现象如屈服与应变时效，蠕变等；,空位的形成机制之一,小角晶界模型,固态相变中晶界等优先形核机制，,回复再结晶软化机制，多边化和胞状组织结构,短路扩散机制,断裂裂纹形核机制,