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材料学考研复习专题:晶体缺陷

时间:2019-08-11 17:26:58 编辑:huangcheng
材料学考研复习的过程中,尤其是强化阶段,大家要时常梳理复习的知识点。广州考研小编为大家带来了材料学考研复习专题:晶体缺陷。

一、试述孪晶与滑移的异同,比较它们在塑性变形过程中的作用。

相同点:都是切应力下的剪切变形,都是塑性变形的一种基本方式,都不改变晶体结构,都是位错运动的结果。不同点:(1)滑移不改变晶体位向;孪生改变晶体位向,形成镜面对称关系。(2)滑移是全位错运动的结果,孪生是不全位错运动的结果。(3)滑移是不均匀切变过程,孪生是均匀切变过程。(4)滑移比较平缓,应力应变曲线较光滑、连续,孪生则呈锯齿状(5)一般先发生滑移,滑移困难时发生孪生。(6)滑移产生的切变较大,而孪生产生的切变较小。作用:塑性变形主要通过滑移实现,孪生对塑性变形的直接贡献不大,但孪生改变了晶体的位向,使原处于不利取向的滑移系转到新有利于发生滑移的取向,从而可以激发进一步的滑移和晶体变形。二、若单晶体铜的表面恰好为{100}晶面,假设晶体可以在各个滑移系上进行滑移。试讨论表面上可能见到的滑移线形貌(滑移线的方位和它们之间的夹角)。若单晶体表面为{111}面呢?

铜晶体为面心立方点阵,其滑移系为{111}〈110〉。若铜单晶体的表面为〈110〉晶面,当塑性变形时,晶体表面出现的滑移线应是{111}与{100}的交线〈110〉。即在晶体表面上见到的滑移线是相互平行的,或者互相成90º夹角。当铜晶体的在表面为{111}晶面族时,表面出现的滑移线为〈110〉,它们要么相互平行,要么相互夹角为60º。三、沿密排六方单晶体的[0001]方向分别加拉伸力和压缩力。说明在这两种情况下,形变的可能性及形变所采取的主要方式。

密排六方金属的滑移面为(0001),而[0001]方向的力在滑移面上的分切应力为零,故单晶体不能滑移。拉伸时,单晶体可能产生的形变是弹性形变或随后的脆断;压缩时,在弹性变形后,可能有孪生。四、给出位错运动的点阵阻力与晶体结构的关系式。说明为什么晶体滑移通常发生在原子的最密排晶面和晶向。

滑移发生在最密排面和密排方向的原因是密排面的面间距最 大,点阵阻力小,因而容易沿着这些面发生滑移。而密排方向的原子间距最 小,即b最 小,点阵阻力小,也即位错b最 小。五、什么是单滑移、多滑移、交滑移?三者的滑移线的形貌各有何特征?

单滑移指晶体中只有一个滑移系进行滑移。滑移线呈一系列彼此平行的直线。这是因为单滑移仅 有一组滑移系,该滑移系中所有的滑移面都互相平行,且滑移方向都相同所致。多滑移是指晶体中有两组或以上的不同滑移系同时或交替地进行滑移。它们的滑移线或者平行,或者相交成一定角度。这是因为这些滑移系的滑移面之间及滑移方向之间都有一定角度。交滑移是指螺型位错在原滑移面运动受阻时,转到与之相交的另一滑移面继续滑移的过程。即一般由两个或以上的滑移面沿共同的滑移方向同时或交替的滑移。它们的滑移线通常为折线或波纹状。这是螺型位错在不同的滑移面上反复进行“扩展”的结果。六、用金相分析如何区分“滑移带”、“机械孪晶”、“退火孪晶”。

滑移带一般不穿越晶界。一般以平行直线和波纹线出现。可以通过抛光去除。机械孪晶也在晶粒内,一般孪晶区域不大,孪晶与基体位向不同。不能通过抛光去除。退火孪晶通常以大条块形态分布于晶内,孪晶界面平直。一般在金相磨面上分布比较均匀。不能通过抛光去除。七、为什么陶瓷实际的抗拉强度低于理论强度,而陶瓷的压缩强度总是高于抗拉强度?

这是由于陶瓷粉末烧结时存在难以避免的显微空隙,在冷却或热循环时由热应力产生了显微裂纹。在裂纹尖 端,会产生严重的应力集中,故其一般在低于理论强度的应力下就会发生断裂。压缩强度高于抗拉强度是因为,在拉伸时,当裂纹一达到临界尺寸就失稳扩展而导致断裂,而压缩时,裂纹或者闭合或者呈稳态地慢慢扩展,并转向平行于压缩轴。 八、试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同?从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶?去应力退火过程中,位错通过攀移和滑移重新排列,从高能态转变为低能态;动态回复过程中,则是通过螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移,使异号位错相互抵消,保持位错增值率与位错消失率之间的动态平衡。从显微组织上观察,静态回复时可见到清晰的亚晶界,静态再结晶时会形成等轴晶粒;而动态回复时形成胞状亚结构,动态再结晶时等轴晶中又形成位错缠结胞,比静态再结晶晶粒更细。 九、某低碳钢零件要求各向同性,但在热加工后形成比较明显的带状组织。请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成的带状组织的因素。一是不在两相区变形;二是减少夹杂元素的含量;三是采用高温扩散退火,消除元素偏析。对于已经出现带状组织的材料,在单相区加热、正火处理,则可以予以消除和改善。 十、为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳?金属材料在热加工过程中经历了动态变形和动态回复及再结晶过程,柱状晶区和粗等轴晶区消失了,代之以较细小的等轴晶粒;原铸锭中许多分散缩孔、微裂纹等由于机械焊合作用而消失,显微偏析也由于压缩和扩散得到一定程度的减弱,故使材料的致密性和力学性能提高。十一、陶瓷晶体塑性变形有何特点?陶瓷一般是多晶陶瓷,且是比较脆的,其化学键主要是离子键和共价键。在共价键键合的陶瓷中,原子之间的键合具有方向性,位错想要运动必须破坏这种特殊的原子键合,而共价键的结合力是很强的,位错运动有很高的点阵阻力。使得陶瓷有很大的脆性。但是离子键键合的单晶陶瓷具有一定的塑性。如图,当位错运动一个原子间距时,同号离子的巨大斥力,使得位错难以运动。但位错如果沿45°方向运动,则在滑移过程中相邻晶面始终由库仑引力保持相吸,因而具有很好的塑性。 十二、图表示再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶前的冷加工量之间的关系。图中曲线表明,三种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。这一现象与通常所说的“退火温度越高,退火后晶粒越大”是否矛盾?不矛盾。再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚好完成但未发生长大时的晶粒尺寸。但晶粒大小是退火温度的弱函数,故图中曲线再结晶终了的晶粒尺寸与退火温度关系不大。再结晶完成以后,若继续保温,会发生晶粒长大的过程。对这一过程而言,退火温度越高,退火后晶粒越大。因为温度越高,晶界移动的激活能就越低晶界的平均迁移率就越高,晶粒长大速率就越快,退火后晶粒越粗大。 十三、灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作,故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时,灯丝在某些情况下就变得很脆,并会在因加热与冷却时的热膨胀所造成的应力下发生破断。试找出一种能延长钨丝寿命的方法。

可以在钨丝中形成弥散、颗粒状的第 二相(如ThO2)以限制晶粒长大。因为晶粒的极 限尺寸R与体积分数φ成反比,与二相颗粒半径r成正比,若选择合适的φ和r,使R尽可能小,即晶粒不再长大,使灯丝的脆性大大降低而不易破断,从而有效地延长了灯丝的寿命。

以上就是材料学考研复习专题:晶体缺陷。更多材料学考研复习专题,持续更新中。

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