【文章內(nèi)容簡介】 (3)面缺陷：面缺陷是指晶體中一維尺度很小而其它二維尺度很大的缺陷。晶體的面缺陷包括晶體的外表面和內(nèi)界面兩類，其中的內(nèi)界面包括晶界、亞晶界、孿晶界、堆垛層錯和相界等。 (4)體缺陷：如果在任意方向上缺陷區(qū)的尺寸可以與晶體或晶粒的線度相比，那么這種缺陷稱為體缺陷。例如：空洞、雜質(zhì)、氣泡、亞結構、沉淀相等。這些缺陷和基質(zhì)晶體已經(jīng)不屬于同一物相，是異相缺陷。4. 闡述位錯理論的重要性，并舉例在工程中的應用。[答]　 陶瓷材料和聚合物材料雖然比較脆，但也有滑移面的存在。金屬材料的變形主要是通過滑移實現(xiàn)的，位錯對于理解金屬材料的一些力學行為特別有用。而位錯理論可以解釋材料的各種性能和行為，特別是變形、損傷和斷裂機制，相應的學科為塑性力學、損傷力學和斷裂力學。另外，位錯對晶體的擴散和相變等過程也有較大影響。首先，滑移解釋了金屬的實際強度與根據(jù)金屬鍵理論預測的理論強度低得多的原因。此外，金屬材料拉伸斷裂時，一般沿450截面方向斷裂而不會沿垂直截面的方向斷裂，原因在于材料在變形過程中發(fā)生了滑移。其次，滑移賦予了金屬材料的延性。如果材料中沒有位錯，鐵棒就是脆性的，也就不可能采用各種加工工藝，如鍛造等將金屬加工成有用的形狀。第三，通過干預位錯的運動，進行合金的固溶強化，控制金屬或合金的力學性能。把障礙物引入晶體就可以阻止位錯的運動，造成固溶強化。如板條狀馬氏體鋼( F12鋼)等。 第四，晶體成型加工過程中出現(xiàn)硬化，這是因為晶體在塑性變形過程中位錯密度不斷增加，使彈性應力場不斷增大，位錯間的交互作用不斷增強，因而位錯運動變得越來越困難。 第五，含裂紋材料的疲勞開裂和斷裂、材料的損傷機理以及金屬材料的各種強化機制都是以位錯理論為基礎。習題3 利用空位和間隙原子的擴散效應進行材料的表面成分的改性，提高材料的加工工藝，空位還可引起電阻率的增加，使材料的密度下降，體積膨脹。從高溫快速冷卻時保留的空位聚集成空位片或與其他晶體缺陷相互作用，可以提高材料的強度。第五章　固體材料的凝固與顯微結構1. 試解釋凝固與結晶、晶胚與形核的相互關系。[答]　物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。凝固的物質(zhì)可以成為晶體，也可以是非晶體。若凝固后的物質(zhì)為晶體，則這種凝固稱為結晶。根據(jù)熱力學判斷，在過冷的液態(tài)金屬中，短程規(guī)則排列結構越大，則越穩(wěn)定，那些尺寸比較大的短程規(guī)則排列結構才有可能成為晶核。因此，把過冷液體中尺寸較大的短程規(guī)則排列結構稱為晶胚。一定溫度下，最大的晶胚尺寸有一個極限值 rmax, 而且，液態(tài)金屬的過冷度越大，實際可能出現(xiàn)的最大晶胚尺寸也越大。在母相中形成等于或大于一定臨界尺寸大小的新相晶核的過程稱為形核。在過冷液態(tài)金屬中，依靠液體金屬本身能量的變化獲得驅(qū)動力，由晶胚直接成核的過程叫均勻形核；若晶胚是依附在其他物質(zhì)表面上形核的過程，叫做非均勻形核。晶胚成核的條件，就是晶胚尺寸必須大于臨界核半徑rc。2. 金屬材料結晶的熱力學條件和結構條件是什么。[答]　 金屬材料結晶的熱力學條件：T Tm，ΔGB 0，即過冷。金屬材料結晶的結構條件：結構起伏（相起伏）和能量起伏。3. 哪些因素會影響金屬材料結晶時的非均勻形核率。[答]　 非均勻形核的形核率，除主要受過冷度的影響外，還受液體內(nèi)懸浮著的固體質(zhì)點的性質(zhì)、數(shù)量、形貌及其物理因素的影響。a. 過冷度影響：由于非均勻形核的形核功小于均勻形核的形核功，即非均勻形核所需要的能量起伏比均勻形核小得多，故凝固時的過冷度遠低于均勻形核需要的過冷度。b.固體雜質(zhì)的影響：相同過冷度下均勻形核和非均勻形核半徑完全一樣，但在曲率半徑相等的條件下，非均勻形核時所需要的晶胚體積與表面積要小得多，且隨θ角的減少而減少，潤濕角θ是判斷固體雜質(zhì)或界面是否能促進晶胚成核及其促進程度的關鍵。θ角大小主要取決于液體、晶核和固體雜質(zhì)之間比表面能的相對大小。：雜質(zhì)表面的形貌各種各樣，有凹凸面，有的是深孔。在這些基面上形核有不同的形核率。因此，凹面容易形核。d. 物理性能的影響：液相宏觀流動會增加形核率，施加電場或磁場也能增加形核率。這是因為液體金屬中已凝固的核心(小晶體)由于受到?jīng)_擊振動而碎裂成幾個核心，或是模壁附近產(chǎn)生的晶核被沖刷走。此效果稱為晶核的機械增值。由于受到機械的作用，而使核心提前形成。4. 為什么大多數(shù)聚合物材料難于結晶。[答]　聚合物從液態(tài)（熔體）轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，主要由其大分子鏈結構所決定。一個巨型分子的運動不像金屬原子那樣可單獨行動，因為它涉及幾百、幾千個原子，自由運動困難；還有一個是動力學的遲緩，表現(xiàn)出特有的粘彈性行為。由于分子內(nèi)結合鍵在液體和固體中都是特定的，粘度大，分子鏈間纏結在一起，這就使得液體大分子不容易組合成晶體的排列。一般而言，大分子熔融液的凝固過程，即使在最有利的情況下也是很緩慢的，形成近程有序、長程無序的形貌，而且隨著凝固的進行，熔體的粘度變得越來越大，分子的擴散和運動更加困難，結晶更難于達到。只有在結構上是規(guī)則的分子，才能形成晶體。無序的分子，具有邊塊（如聚苯乙烯中的苯環(huán)側(cè)基）的分子及鏈分枝的分子、具有弧形基體的分子中的結晶的可能性都是很低的。第六章　材料的力學性能1. 部件設計時，(或σs)還是選取σb，應以什么情況為依據(jù)？[答]　部件設計時，(或σs)及σb的選取應以材料為依據(jù)。(或σs)為屈服強度，屈服強度表征材料發(fā)生明顯塑性變形時的抗力。在拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加而試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱為屈服。許多材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象。因此，%殘余伸長所對應的應力作為條件屈服強度。σb為抗拉強度，試樣能承受的最大載荷除以試樣原始截面積所得的應力，稱為抗拉強度?？估瓘姸仁遣牧显诶鞐l件下能夠承受最大載荷時的相應應力值，表征了材料對最大均勻變形的抗力。脆性材料由于沒有明顯的σs，強度設計常用σs來計算。2. δ與ψ這兩個塑性指標，哪個能更準確地表達材料的塑性？為什么？[答]　斷裂前材料發(fā)生塑性變形的能力叫塑性。常用塑性指標有伸長率δ和斷面收縮率ψ。材料的δ與ψ值越大，說明塑性越好。兩者相比，用ψ表示塑性更接近材料的真實應變。3. 有一碳鋼制支架剛性不足，有人要用熱處理強化方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來解決。哪種方法合理？為什么？[答]　改變零件的截面形狀比較合理，因為材料剛度（彈性模量）一定時，提高材料剛性的辦法主要是從零件設計上，提高零件的橫截面積或改變零件的截面形狀。從使用性能、工藝性能和性價比三方面來比較評價來看，應選擇第三種方法。4. KIC和KI兩者有什么關系？在什么情況下， KI ＝ KIC？[答]　KI為I型應力強度因子，隨應力的增大，當KI增大到某一臨界值時，可使裂紋前沿某一區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應力達到足以使材料分離，導致裂紋突然失穩(wěn)擴展而發(fā)生斷裂，即KI ＝ KIC，其中KIC為材料固有的斷裂韌性，可由材料斷裂試驗測得。KI與KIC的關系和拉伸試驗中的應力σ與σs的關系有的類似。當外加應力增加到屈服應力σs時，試樣才開始發(fā)生明顯的塑性變形，σ是一個不斷變化的值；KI也是一個不斷變化的值；K