材料科学基础复习题52254docx文档格式.docx
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试述马氏体相变的基木特点。
简述材料的熔化爛以及温度梯度对晶休牛长的影响?
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0
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木性以及成分过冷。
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,液同界而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,而晶体的长人不再需要过冷。
8、()金属铸锭的凝固组织通常山表层细晶区、柱状晶牛长区、中心等轴晶区组成,其中呈树枝状生长,几有很强的方向性,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系统白由能增加
C能量守恒D过冷度
卜列稳态凝固中,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止温丿旻梯度B负温度梯度
()山于界而询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.刃位错牛长B.连续牛长C.垂直牛长D.台阶生长
7、()在纯金属液体中形成临界晶核吋,固、液相间的体积自由能差是相变驱动力,小于
新增的晶核表而能,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。
()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、屮心等轴晶区组成,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启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。
试述结品相变的热力学条件,动力学条件,能量条件及结构条件(6分)
第四早
空位与位错
本章的主要内容:
品体中的缺陷,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,派一纳丿J,混合位错的运动
位错的弹性性质:
肓螺错的应力场,頁刃错的应力场,混合肓位错的应力场
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
实际晶体屮的位错:
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。
2fee品体中单位位错(全位错)的柏氏矢量是;
bee品体中单位位错(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位错的柏氏奠量是。
3—-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在某温度卜晶休小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bg=0吋为位错,bg=b时为
位错,bg=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eV,则eV=0时为运动,bV三0时为
运动。
7在位错应变能公式E=Gb2Ln(r/r())/47rk屮,对于刃型位错K等于,对螺型位错K
等于。
9fee晶体中单位位错的柏氏矢量是,肖克莱位错的柏氏矢最是
,弗兰克位错的柏氏矢量是O
10单位体积屮位错线总长度称为o
11螺型位错的应力场只有应力分量,其表达式为o
12简单立方晶体、fee晶体、bee晶体和hep晶体中单位位错的柏氏矢最依次是
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纟fl态称为
14位错概念和位错模型首先是由等人提出來的。
15位错线和柏氏矢最如图所示,其屮AB是位错,BC是位错,DE
是位错。
16对含刃位错的晶体施加垂氏于多余半原了而的压应力有利于攀移,施加拉应力有
助于攀移。
17fee晶体屮单位位错的柏氏矢量是,Shockley位错的柏氏矢量是
Frank位错的柏氏欠量是
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,
图1
19作用在位错线上的力Fd=,这个力凡与位错
方向。
20使弗兰克■…瑞德源“动作”所需的临界切应力o
21位错可定义为o
22位错塞积时障碍物对领先位错的作用力大小为o
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
T,与位错线o2选择
1由于化学交互作用的结果,溶质原了在层错区的偏聚,称为o
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fee晶体中,位错反应能进行。
Aa/6[112]+a/6[110]^a/3[lll]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o
A攀移B交滑移C沿滑移面滑移
5晶体屮点缺陷的存在,使电阻o
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o
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bl之和o
A大于b3B:
小于b3C等于b3
8位错的应变能与其柏氏矢最成正比。
AbBb2Cb3
9两刃型位错及具柏氏矢量如图所示,AB位错向卜•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
扌11折
10fee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—•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
12fee品体中,有根位错线的方向为卜110],b=a/2L110],则此位错。
A不能滑移
B能滑移C能交滑移
13
品体中一位错环,柏氏矢量为b,
在切应力作用下(
A扩人
14滑移线在(A光学显微镜
B缩小
)可观察到:
B电了显微镜
C不变
C肉眼
15位于fee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形变宇晶的形成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了间距)相向运动后,在相遇处()
A相互抵消B形成一排空位C形成一排间隙原了
18在一块晶体中冇一根刃型位错P和一根相同长度的螺型位错Q,比较两者能量冇()
AEp>
EeBEp<
EeCEp=Ee
19位错线受力方向处处垂肓于位错线,在运动过程屮是可变的,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5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人蜃消失
22
第二相硬度不高、
粒了不人时,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,只需耍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()0
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》=单位点阵矢量的位错称为单位位错();
b越人,位错的稳定性越高()。
5fee晶体屮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=tb(),此力垂直于位错线(),使位错产生滑移()。
7Fwnk位错、Lomer位错和而角位错对fee金属的加工硕化起重要作用()。
8金属的层错能越高,越易产生扩展位错。
9晶体屮所有缺陷都会产牛畸变,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李生位错的柏氏欠量比单位位错小。
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/cn?
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而。
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,列兰克■瑞德位错源,
奥罗万机制,科垂耳气团,而角位错,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fee晶体的(・111)面上,全位错的柏氏欠量是哪些?
如果它们是螺型位错,能在哪些而上滑移和交滑移?
2.在A1(铝,fee)单品体中,若(1,1,1)面上有一位错b=a/2[l,0,-1J,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)晶而:
a/2[l,(),-l]fa/6[2,・1,・l]+a/6[l,1,・2]
(11-1)晶面:
a/2[0,1,l]fa/6卜1,2,l]+a/6[l,1,2]
两扩展位错在各自品面上滑动吋,求
(1)两领先位错能否发牛反应,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,其柏氏矢最b=a[10()],t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工的作用下,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,并说明此力打位错线的位向关系,
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,要使位错坏稳定不动,其最小半径多大?
8fee晶体屮,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冇何影响?
9图4是简单立方品体,其中PP,是原位错AB±
的割阶,b为柏氏矢量,试问:
1PP'
是正刃型或负刃型位错?
并在图屮标出其滑移面和多余半原了血的位置。
2若PP,的长度只有1〜2个原子间距(小割阶),原位错向左滑移吋,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fee品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小,有一•个与之平行的螺型位错,二者之间是否产牛交互作用力?
为什么?
13在fee品体中,位错反应a/2[-110]->
a/6[-211]+a/6[-12-l]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)/4Ko若金属材料亚晶尺寸为R=10'
3-10-4cm,r0约为108cmo
(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分析卜•列反应能够进行的原因
1a/2llO-lWa/6Lll・2]+a/6[2亠1]
2求上述两肖克莱不金位错扩展宽度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,位于平行滑移血上,相距h,问:
1e为何值时,这两个位错在滑移方向上作用力为零。
30值在何范围两位错相互吸引?
要使两位错在各口滑移而上相向运动需要施加多犬切应力?
方向如何?
2要使两位错在各白滑移血上反向运动,需施加多人切应力?
图示的两个平行刃空位错位于平行的滑移面上,若方向相反,问:
6=45°
6=90°
时在方向上两个位错间相互作用力为多少?
18图6所示fee结构两个相交的滑移面(111)^1(11-1),其上柏氏矢量分别为a/2[10-l]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相遇吋,两领先不全位错将发生如下反应:
a/6[2-l-l]+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冇何关系?
高温淬火对低温扩散速度冇何影响?
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?
21Fee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人小为0.7MPa的切应力,试计算单位刃型位错和单位螺型受力人小和方向。
A=0.2nm
22试说明:
1汇集在晶内任意一点的各位错线,具柏氏矢量之和为零。
2螺型位错的应力场是径向对称的。
23分析位错少空位,间隙原子之间各种可能的相互作用为转化,并指出在哪些实际过程屮发生?
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fee的(111)面,试分析,这对位错线段,哪一对比较容易通过口身滑移消失?
3.含割阶的螺型位错,在滑移时怎样造成空位。
24在-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?
27铜单晶(fee)三维位错网络结点Z间平均距离为D:
1.计算位错增殖所需应力工
2.如此应力决定材料剪切强度,为达到u/100的强度值,D值多人。
已知:
u=5()MPaa=0.36nm
28从以下各点详细比较刃型位错与螺型位错:
(1)位错线与柏氏矢量的关系
(2)位错进行滑移与攀移运动
(3)位错周围的应力场(4)位错的交割
(5)与晶界的关系(6)应力场的对称性
29分析FCC[-101]晶向上一个单位位错,可与[12-1]晶向上的一个肖克莱不全位错合成一个弗兰克不全位错。
1求合成那兰克不全位错的柏氏矢量。
2这合成位错能否滑移,为什么?
3从能量上分析这个反应能否进行?
3()写出下列位错可滑移面,并指岀是何种类型位错?
1B尸[00-1]位错线的运动方向为[110]
2B2=l/6[ll-2]位错线的走向为[-101]31在面心立方晶体屮把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm推近到3nm需做多少功?
己知:
a=0.3nm,G=7X107Pa
32图10所示的某fee品体中的两个扩展位错其可动性有何差别?
各能进行何种运动,并作简要说明。
图10
33.在柏氏矢量为b的位错I的应力场屮,存在位错II,其柏氏矢聚为b2,如图11,位错I,II均为刃型位错,问:
位错I的应力场中哪一个应力分量使位错II滑移,哪一个应力分量使位错II攀移,写出其受力表达式(不考虑位错运动吋所受阻力)。
34某fee晶体的滑移系为(11-1)[-110],回答如下问题:
1.弓I起滑移的单位柏氏矢量,并说明。
2.如滑移是纯刃型位错引起的,指出位错线方向。
3.滑移时位错线运动方向。
4.如滑移系作用的切应力为工,写出单位刃型位错线受力大小与方向。
35已知铜的空位形成能为l.leV,问从27w升温到1000s时空位浓度增加多少倍(取A=1)36判断图12示三条相互平行位错线LI,L2和L3性质杲同Z处。
|b1|=|b2|=|b3|(夹角91=02=03)
1、金属常见的品体结构为、和;
奥氏体属于结构,铁素体属于结构。
2、陶瓷材料中的结合键主要为o
3、一根柏氏矢呆b=a/2<
的扩展位错滑出晶体麻,在晶体表而产生的台阶的高度为
1、原子间结合键的强键有、和。
6、常见的金属中,Q铁、银、镁分别属于、和
晶体结构
8、曲心立方晶体屮存在的间隙有四面体间隙和,对于铁素体来说碳原了
位于铁原子纽成的间隙内。
1.根据柏氏矢量与位错线Z间的关系,按垂直、平行和夹角大于0度并小于90度。
则相应的位错类型分别为,,
2.面心立方晶体中存在的间隙有和,对于铁素体来说碳
原子位于铁原子组成的间隙内。
1.()螺位错在运动中,既可能滑动,也可能攀移。
2.()两条相互平行的刃位错和螺位错都不存在使对方运动的应力场。
5.()一个位错环既可能是纯的螺位错,也口J能是纯的刃位错。
6()一个位错环既可能是纯的螺位错,也可能是纯的刃位错。
1.()在高分子材料屮,分子内部主要靠范徳华键和红键结合,分子链之间靠共价键结合。
2.()在面心立方晶体屮,下面的位错反应能够进行:
a/2[T10]a/6[T21]+a/6[211]
3.()品体屮所有缺陷都会产生畸变,因而热力学上都是不稳定的。
1
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