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物理冶金學(xué)第四章習(xí)題及答案-展示頁(yè)

2025-06-16 20:33本頁(yè)面
  

【正文】 下圖所示的面心立方晶體的(111)滑移面上有兩條彎折的位錯(cuò)線OS和O’S’,其中O’S’位錯(cuò)的臺(tái)階垂直于(111),它們的柏氏矢量如圖中箭頭所示。位錯(cuò)源每增殖一個(gè)位錯(cuò)環(huán)且位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出晶體,晶體中就多一層原子面。如果拉應(yīng)力足夠大,而且溫度足夠高,則BC位錯(cuò)向下負(fù)攀移,DA位錯(cuò)向上負(fù)攀移。(4)在拉應(yīng)力的作用下,左側(cè)晶體的運(yùn)動(dòng)方向與的方向相同。根據(jù)右手定則,這種運(yùn)動(dòng)必然伴隨這位錯(cuò)環(huán)的各邊向環(huán)的外側(cè)運(yùn)動(dòng),從而導(dǎo)致位錯(cuò)環(huán)擴(kuò)大。這樣,ABCDA就是在滑移面上已滑移區(qū)(環(huán)內(nèi))和未滑移區(qū)(環(huán)外)的邊界,因而是一個(gè)位錯(cuò)環(huán)。(2)設(shè)想在完整晶體中有一個(gè)貫穿晶體的上、下表面的正四棱柱,它和滑移面MNPQ交于ABCDA。(2)在晶體的上下底面施加一對(duì)平行于的切應(yīng)力,且下底面內(nèi)的切應(yīng)力與同向平行;(3)滑移面下部晶體相對(duì)于上部晶體產(chǎn)生與相同的滑移,并在晶體側(cè)表面形成相應(yīng)臺(tái)階。(2)指出使位錯(cuò)環(huán)向外運(yùn)動(dòng)所需施加的切應(yīng)力的方向。7. 在如圖所示的立方體形晶體中,ABCD滑移面上有一個(gè)位錯(cuò)環(huán),其柏氏矢量平行于AC。設(shè)占一半能量的區(qū)域半徑r為10xcm,則由,可解得x=,即r==。5. 計(jì)算產(chǎn)生1cm長(zhǎng)的直刃型位錯(cuò)所需要的能量,并指出占一半能量的區(qū)域半徑(設(shè)r0=1nm,R=1cm,G=50GPa,b=,ν=1/3)。刃位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直,如果柏氏矢量垂直位錯(cuò)環(huán)所在的平面,則位錯(cuò)環(huán)處處都是刃型位錯(cuò)。這二者是矛盾的,所以這時(shí)不可能的。現(xiàn)把回路移動(dòng)到L2 位置,按柏氏回路性質(zhì),柏氏回路在完整晶體中移動(dòng),它所得的柏氏矢量不會(huì)改變,仍為b。解:設(shè)有一位錯(cuò)C終止在晶體內(nèi)部,如圖所示,終點(diǎn)為A。在晶體內(nèi)部,它只能形成封閉的環(huán)或與其它位錯(cuò)相遇于節(jié)點(diǎn)。朝向節(jié)點(diǎn)的各位錯(cuò)的柏氏矢量之總和必然等于離開節(jié)點(diǎn)的位錯(cuò)的柏氏矢量之總和。第四章 習(xí) 題1. 解釋下列基本概念及術(shù)語(yǔ)刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò) 柏氏矢量 混合位錯(cuò) 割階與扭折 位錯(cuò)密度 位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) 位錯(cuò)的彈性應(yīng)變能 線張力 位錯(cuò)的滑移 位錯(cuò)的攀移 位錯(cuò)塞積 柯氏氣團(tuán) 完全位錯(cuò) 不全位錯(cuò) 堆垛層錯(cuò) 層錯(cuò)能 擴(kuò)展位錯(cuò) 位錯(cuò)反應(yīng) 肖克萊不全位錯(cuò) 洛瑪-柯垂耳位錯(cuò) 束集 弗蘭克不全位錯(cuò)2. 簡(jiǎn)述柏氏矢量的特性解:(1)柏氏矢量與所作的柏氏回路的起點(diǎn)選擇、具體途徑無(wú)關(guān)。(2)如果所作的柏氏回路包含有幾個(gè)位錯(cuò),則得出的柏氏矢量是這幾個(gè)位錯(cuò)的柏氏矢量之總和。(3)從柏氏矢量的這些特性可知,位錯(cuò)線只能終止在晶體表面或晶界上,而不能中斷于晶體的內(nèi)部。3. 證明位錯(cuò)線不能終止在晶體內(nèi)部。繞位錯(cuò)C作一柏氏回路L1,得柏氏矢量b。但從另一角度看,L2 內(nèi)是完整晶體,它對(duì)應(yīng)的柏氏矢量應(yīng)為0。4. 一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺型位錯(cuò),能否各部分都是刃型位錯(cuò)?為什么?解:螺型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線平行,一根位錯(cuò)只有一個(gè)柏氏矢量,而一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不可能與一個(gè)方向處處平行,所以一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不能各部分都是螺型位錯(cuò)。這種位錯(cuò)的滑移面是位錯(cuò)環(huán)與柏氏矢量方向組成的棱柱面,這種位錯(cuò)又稱棱柱位錯(cuò)。解:產(chǎn)生1cm長(zhǎng)的直刃型位錯(cuò)所需要的能量W1等于1cm長(zhǎng)的直刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能。6. 同一滑移面上的兩根正刃型位錯(cuò),其柏氏矢量為,相距,當(dāng)遠(yuǎn)大于柏氏矢量模時(shí),其總能量為多少?若它們無(wú)限靠近時(shí),其能量又為多少?如果是異號(hào)位錯(cuò)結(jié)果又如何?解:當(dāng)兩根刃型位錯(cuò)相距很遠(yuǎn)時(shí),總能量等于兩者各自能量之和,無(wú)論是同號(hào)位錯(cuò)還是異號(hào)位錯(cuò),均有當(dāng)兩根正刃型位錯(cuò)無(wú)限靠近時(shí),相當(dāng)于柏氏矢量為2的一個(gè)大位錯(cuò)的能量當(dāng)兩根異號(hào)刃型位錯(cuò)無(wú)限靠近時(shí),相遇相消,其總能量為零。(1)指出位錯(cuò)環(huán)各部分的位錯(cuò)類型。(3)位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出晶體后晶體外形如何變化?解:(1)1點(diǎn)為正刃型位錯(cuò),2點(diǎn)為右螺型位錯(cuò),3點(diǎn)為負(fù)刃型位錯(cuò),4點(diǎn)為左螺型位錯(cuò),其余均為混合位錯(cuò)。8. 已知位錯(cuò)環(huán)ABCDA的柏氏矢量為,外應(yīng)力為和,如圖所示,問(wèn):(1)位錯(cuò)環(huán)各邊分別是什么位錯(cuò)?(2)如何局部滑移才能得到這個(gè)位錯(cuò)環(huán)?(3)在足夠大的切應(yīng)力的作用下,位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)?晶體將如何變形?(4)在足夠大的拉應(yīng)力的作用下,位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)?它將變成什么形狀?晶體將如何變形?解:(1)AB是右螺型位錯(cuò),CD是左螺型位錯(cuò);根據(jù)右手法則,BC是正刃型位錯(cuò),DA是負(fù)刃型位錯(cuò)?,F(xiàn)讓ABCDA上部的柱體相對(duì)于下部的柱體滑移,柱體外的各部分晶體均不滑移。(3)在切應(yīng)力的作用下,位錯(cuò)環(huán)下部晶體的運(yùn)動(dòng)方向與的方向相同。當(dāng)位錯(cuò)環(huán)滑移出晶體后,滑移面上部晶體相對(duì)于下部晶體在反向平行于的方向上滑移與大小相同的距離;同時(shí),晶體的左右兩個(gè)側(cè)面形成兩個(gè)相反的臺(tái)階,臺(tái)階的寬度與的大小相同。根據(jù)右手定則,BC位錯(cuò)受力向下,DA位錯(cuò)受力向上,而AB和CD兩螺型位錯(cuò)不受力。由于A、B、C、D四點(diǎn)的釘扎作用,形成了兩個(gè)B-H位錯(cuò)源。所增多的原子面上的原子來(lái)自于晶體中其他原子的擴(kuò)散,同時(shí)在晶體中產(chǎn)生相應(yīng)的空位,因此,雖然晶體形狀不變,但是y方向的厚度增大。(1)判斷位錯(cuò)線上各段位錯(cuò)的類型。(2)OS上的各位錯(cuò)段都可在該滑移面內(nèi)滑移,O’S’上的1~3~4段位錯(cuò)不能運(yùn)動(dòng),而其余各段都可以在該滑移面內(nèi)滑移。(1)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量;(2)如果滑移是由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起的,試指出位錯(cuò)線的方向;(3)如果滑移是由純螺型位錯(cuò)引起的,
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