第一章 位错理论基习题
金属塑性变形物理基础位错理论
E螺=
Gb2
4
ln
R r0
E刃=
Gb2 ln R
4 (1 ) r0
则 E刃=
1
1
E螺，一般取0.3，
2
所以 E 螺= 3 混合位错
E混=
Gb 2
4 (1 )
E刃 （1-cos2)ln
R r0
• 汇集一点的位错线，它们的柏氏矢量和 为零；
• 一根位错线不能终止在晶体内部，只能 终止在晶体表面。
位错环 b
1.2.3 位错密度——描述位错多少的参数 (1) 定义：单位体积中位错的总长度。
V = L cm/cm3
(2) 位错的形成——液态结晶时形成。晶体 经过塑性变形回复和再结晶及其它热处 理，位错的密度变化。
体的一边贯通到另一边，而是有时终止 在晶体的中部。
1934年，提出了位错的概念，
1947年低碳钢的屈服效应，位错理论得到 了很大发展，
1950年以后，用电镜直接观察到位错。至 此，位错的存在才最终得到间接证明。 从此以后，位错理论得以迅速发展。它 是一门很重要的基本理论。
1.2 位错模型和柏氏矢量 1.2.1 位错的分类：
如1-2图所示,若位错线上的原子沿切 应力方向移动不到一个原子间距,周围其 它原子稍作调整,多余半原子面和位错线 就可以向前移动一个原子间距。可见位 错移动具有易动性。
• 图1-2示出了位错由晶体的一端扫到另一端
（2）螺位错的滑移运动 如图所示位错线上的原子只需在切应
力作用下向前移动一个原子间距的分数倍 的距离，位错线可以向左移动一个原子间 距。
设m= b
化简得
位错理论1-位错的结构
把位错环分成几段，而每一段有它自己不
同的柏氏矢量。
48
Conservation of Burgers vector
柏氏矢量守恒性的推论3
描述：位错线不可能中断于晶体内部
中断于：dis. Ring; dis. node; surface of crystal
证明：
设位错AB的柏氏矢量为b，其中断于B点 I区——已滑移区；II区——未滑移区 所以：未涉及的III区只能是两情况之一：
Байду номын сангаас刃型位错的基本特点：
位错线（dislocation line）是多余半原子 面和滑移面的交线，但位错线不一定就是 直线
直线 折线 位错环
19
Edge Dislocation
刃型位错的基本特点：
刃位错的点阵畸变相对于多余半原子面是左右对 称的
对于正刃位错：滑移面上部位错线周围原子受压， 向外偏离平衡；滑移面下部位错线周围原子受拉， 向内偏离平衡。
20
Edge Dislocation
刃型位错的基本特点：
位错线垂直于滑移矢量
b
21
目录
位错理论之序 滑移和位错 刃型位错 螺型位错 柏氏矢量及其守恒性 混合位错
22
Screw Dislocation
螺型位错的结构
ABCD面为滑移面：在 t作用下发生滑移 EF：位错线
华科工程材料学习题(含答案)
工程材料学习题绪论、第一章一．填空题1.纳米材料是指尺寸在0.1—100nm之间的超细微粒,与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如表面与界面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。
（体积效应、宏观量子隧道效应）2.固体物质按其原子(离子、分子)聚集的组态来讲,可以分为晶体和非晶体两大类。
3.工程材料上常用的硬度表示有布氏硬度（HB)、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）以及显微硬度等.4.在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料等几大类.5.结合键是指在晶体中使原子稳定结合在一起的力及其结合方式.6.材料的性能主要包括力学性能、物理化学性能和工艺性能三个方面。
7.金属晶体比离子晶体具有较强的导电能力。
8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个阶段。
9.金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。
二．选择题1.金属键的特点是B:A．具有饱和性B。
没有饱和性 C. 具有各向异性D。
具有方向性2.共价晶体具有A：A。
高强度B。
低熔点 C. 不稳定结构D。
高导电性3.决定晶体结构和性能最本质的因素是A：A。
原子间的结合力 B. 原子间的距离C。
原子的大小 D. 原子的电负性4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：BA. 最高B。
最低 C. 居中 D. 不确定5.稀土金属属于B：A。
黑色金属 B. 有色金属 C. 易熔金属 D. 难熔金属6.洛氏硬度的符号是B：A．HB B。
HR C。
HV D.HS7. 表示金属材料屈服强度的符号是B。
A. σe B. σs C。
σB。
D. σ—1 8。
下列不属于材料的物理性能的是D：A. 热膨胀性B。
电性能 C. 磁性能 D. 抗氧化性三．判断题1。
物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动.√2。
用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
第一章 位错理论基习题.ppt
• 从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类 型：即刃型位错和螺型位错。 不同点：（1）刃型 位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无； （2）刃型位错必须与滑移方向垂直，也垂直与滑 移矢量；而螺型位错线 与滑移矢量平行，且位错线 的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 （3）刃型 位错的滑移线不一定是直线，可以是折线或曲线； 而螺位错的 滑移线一定是直线。 （4）刃位错的滑 移面只有一个，其不能在其他面上进行滑移；而螺 位错 的滑移面不是唯一的。 （5）刃位错周围的点 阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变；而螺 位错只有切应变而无正应变。 相同点：二者都是线 缺陷。 图略。
程中的哪些现象？
一、选择题
• 1. 晶体中产生一个空位或间隙原子时， _______。 A. 晶体体积V增加了一个原子体积，点阵常 数a不变 B. V和a都有变化，其中一个空位引起的体 积膨胀小于一个原子体积 C. 间隙原子引起的体积膨胀比空位引起的 体积膨胀小
• 2.有两根平行右螺旋位错，各自的能量都为 E1，当他们无限靠近时，总能量为______。 A. 2E1 B. 0 C. 4E1
第一章 位错理论基础
习题课
位错理论基础
点 位位位位位堆
缺
错
错
错
错
错
垛
陷 、的 的 的 与 的 层
线
原
应
运
溶
增
错、
缺
子
力
动
质
殖
位
陷 、模 场 与 原 与 错
面
型
与
晶
子
赛
反
缺
应体的积应
陷
变的有几种？ • 点缺陷与线缺陷会产生那些交互作用？ • 如何观察位错？ • 用晶格缺陷可解释金属塑性变形及加热过
材料科学基础经典习题及答案
第一章 材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
完整word版位错习题解答
1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 . 9 .练习题m （金属所）简单立方晶体，一个 Volltera过程如下：插入一个（110）半原子面，然后再位移［110］/2，其边缘形成的位错的位错线方向和柏氏矢量是什么？在简单立方晶体中有两个位错，它们的柏氏矢量b和位错的切向t分别是：位错（1）的b(1)=a[010] , t(1)=[010];位错⑵的b(2)=a[010] , t(2)=[ 001 ]。
指出两个位错的类型以及位错的滑移面。
如果滑移面不是惟一的，说明滑移面所受的限制。
以一个圆筒薄壁“半原子面”插入晶体，在圆筒薄壁下侧的圆线是不是位错？写出距位错中心为 R1范围内的位错弹性应变能。
如果弹性应变能为R1范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离 R2为多大？这个结果说明什么？面心立方晶体两个平行的反号刃型位错的滑移面相距50 nm，求它们之间在滑移方向以及攀移方向最大的作用力值以及相对位置。
已知点阵常数a=0.3 nm，切变模量G=7 1010Pa, =0.3。
当存在过饱和空位浓度时，请说明任意取向的位错环都受一个力偶作用，这力偶使位错转动变成纯刃型位错。
面心立方单晶体（点阵常数a=0.36 nm）受拉伸形变，拉伸轴是［001］，拉伸应力为1MPa。
求b=a［ 101 ］/2及t平行于［121 ］的位错在滑移和攀移方向所受的力。
若空位形成能为 73kJ/mol，晶体从1000K淬火至室温（约 300K）, b约为0.3nm,问刃位错受的攀移力有多大？估计位错能否攀移？当位错的柏氏矢量平行 X1轴，证明不论位错线是什么方向，外应力场的对位错产生作用力。
证明在均匀应力场作用下，一个封闭的位错环所受的总力为0。
b, A位错距表面的距离为 l1, B位错距表。
求这两个位错所受的映像力。
33分量都不会10.11.两个平行自由表面的螺位错，柏氏矢量都是面的距离为I2, 12> 11,晶体的弹性模量为12.一个合金系，在某一温度下的fee和hep结构的成分自由能-成分曲线在同一成分有最小值。
中南大学材料科学基础课后习题答案1位错
一、解释以下基本概念肖脱基空位：晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。
脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位称为肖脱基空位弗兰克耳空位：晶体中的原子挤入结点的空隙形成间隙原子，原来的结点位置空缺产生一个空位，一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克耳（Frenkel ）缺陷。
刃型位错：晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这个原子平面中断处的边沿及其周围区域是一个刃型位错。
螺型位错：沿某一晶面切一刀缝，贯穿于晶体右侧至BC 处，在晶体的右侧上部施加一切应力τ，使右端上下两部分晶体相对滑移一个原子间距，BC 线左边晶体未发生滑移，出现已滑移区与未滑移区的边界BC 。
从俯视角度看，在滑移区上下两层原子发生了错动，晶体点阵畸变最严重的区域内的两层原子平面变成螺旋面，畸变区的尺寸与长度相比小得多，在畸变区范围内称为螺型位错混合位错：位错线与滑移矢量两者方向夹角呈任意角度，位错线上任一点的滑移矢量相同。
柏氏矢量：位错是线性的点阵畸变，表征位错线的性质、位错强度、滑移矢量、表示位错区院子的畸变特征，包括畸变位置和畸变程度的矢量就称为柏氏矢量。
位错密度：单位体积内位错线的总长度ρυ=L/υ ；单位面积位错露头数ρs =N/s位错的滑移：切应力作用下，位错线沿着位错线与柏氏矢量确定的唯一平面滑移, 位错线移动至晶体表面时位错消失，形成一个原子间距的滑移台阶，大小相当于一个柏氏矢量的值. 位错的攀移: 刃型位错垂直于滑移面方向的运动, 攀移的本质是刃型位错的半原子面向上或向下运动，于是位错线亦向上或向下运动。
弗兰克—瑞德源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。
派—纳力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力单位位错：b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。
位错习题答案
位错习题答案位错习题答案位错是晶体中晶格的缺陷，它对材料的力学性能和物理性能有着重要的影响。
位错习题是学习材料科学与工程中位错概念和位错运动的重要方式。
下面将给出一些位错习题的答案，帮助读者更好地理解位错的性质和行为。
1. 位错的定义是什么？答：位错是晶体中晶格的缺陷，是晶体中原子排列的一种异常。
它是由于晶体中原子的错位或错配而引起的，可以看作是晶体中的一条线或面。
位错的存在会导致晶体中的原子排列出现错位，从而影响材料的力学性能和物理性能。
2. 位错的分类有哪些？答：位错可以分为线状位错和面状位错两种类型。
线状位错是指晶体中原子排列出现线状缺陷，常见的有边错和螺旋错。
面状位错是指晶体中原子排列出现面状缺陷，常见的有晶格错和堆垛错。
3. 位错的运动方式有哪些？答：位错的运动方式可以分为刃位错的滑移和螺位错的螺旋运动。
刃位错的滑移是指位错沿晶体中某个晶面方向滑动，从而改变晶体中原子的排列。
螺位错的螺旋运动是指位错沿晶体中某个晶面形成螺旋线运动，从而改变晶体中原子的排列。
4. 位错对材料的性能有什么影响？答：位错对材料的性能有着重要的影响。
位错的存在会导致材料的塑性变形，使材料具有较好的可塑性和可加工性。
位错也会影响材料的力学性能，如强度、韧性和硬度等。
此外，位错还会影响材料的电学、热学和磁学性能。
5. 如何通过位错来改变材料的性能？答：通过控制位错的类型和密度，可以改变材料的性能。
增加位错密度可以提高材料的塑性和可加工性，但会降低材料的强度。
减小位错密度可以提高材料的强度和硬度，但会降低材料的可塑性。
此外，通过引入位错可以改变材料的晶体结构，从而影响材料的电学、热学和磁学性能。
6. 位错的观测方法有哪些？答：位错的观测方法主要有透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射等。
透射电子显微镜可以观察到位错的形貌和分布情况，扫描电子显微镜可以观察到位错的表面形貌。
X射线衍射可以通过位错对X射线的散射来确定位错的类型和密度。
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• 3. 位错上的割阶一般通过______形成。 A. 孪生 B. 位错的交滑移 C. 位错的交割
二、判断题
• 1. 扩展位错之间常夹有一片层错区，因此 扩展位错是面位错。
• 2. 两个相互平行的位错，一个为纯螺型， 另一个为纯韧型，则这两个位错之间没有 相互作用。
三、简答题
• 1.画出刃型位错和螺型位错的示意图，并说 明它们的异同点？
• 2. 试比较位错的滑移与攀移？
• 滑移：刃位错、螺位错；位错扫过滑移面； 体积不变；室温、高温// 攀移：刃位错； 多余半原子面的扩展与收缩；体积变化； 高温
• 3.位错的反应条件为何
• 4 总结位错在材料中的作用。
• 5说明存在于面心立方晶格金属中（111） 面的位错b1=a/2[101]及（111）面的位错 b2=a/2[011]能发生反应的原因；生成位错 的柏氏矢量及位错的属性是什么？
一、选择题
• 1. 晶体中产生一个空位或间隙原子时， _______。 A. 晶体体积V增加了一个原子体积，点阵常 数a不变 B. V和a都有变化，其中一个空位引起的体 积膨胀小于一个原子体积 C. 间隙原子引起的体积膨胀比空位引起的 体积膨胀小
• 2.有两根平行右螺旋位错，各自的能量都为 E1，当他们无限靠近时，总能量为______。 A. 2E1 B. 0 C. 4E1
• 从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类 型：即刃型位错和螺型位错。 不同点：（1）刃型 位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无； （2）刃型位错必须与滑移方向垂直，也垂直与滑 移矢量；而螺型位错线 与滑移矢量平行，且位错线 的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 （3）刃型 位错的滑移线不一定是直线，可以是折线或曲线； 而螺位错的 滑移线一定是直线。 （4）刃位错的滑 移面只有一个，其不能在其他面上进行滑移；而螺 位错 的滑移面不是唯一的。 （5）刃位错周围的点 阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变；而螺 位错只有切应变而无正应变。 相同点：二者都是线 缺陷。 图略。
位错理论基础
点 位 缺 错 陷 、 的 线 原 缺 子 陷 、 模 型 面 缺 陷
位 错 的 应 力 场 与 应 变 能
位 错 的 运 动 与 晶 体 的 塑 性
位 错 与 溶 积
堆 垛 层 错 、 位 错 反 应
常见问题
• 晶格缺陷有几种？ • 点缺陷与线缺陷会产生那些交互作用？ • 如何观察位错？ • 用晶格缺陷可解释金属塑性变形及加热过 程中的哪些现象？
计算和讨论
• 判断在FCC中下列反应是否能够进行，并确 认在无外力作用下的反应方向。 (1)1/3[112]+1/2[111] 1/6[111] (2)1/6[112]+1/6[110] 1/3[111] (3) 1/2[101] 1/6[211]+1/6[112]