西华大学 材料科学基础 2012考试题大概的答案 2012

一、名词解释

4、位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

6、位错密度：单位体积中所含位错线的总长度。=穿过单位截面积的位错线的数目。 8、滑移的临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移方向的分切应力。 11、柏氏矢量：用来揭示位错本质，描述位错行为的矢量。

13、堆垛层错：晶体中某一区域堆垛顺序差错而产生的晶面错排的面缺陷。（简称层错） 14、位错的应变能：晶体中因位错周围弹性应力场的存在而导致的能量增量。 16、全位错：柏氏矢量为单位点阵矢量或其倍数的位错。单位位错是全位错的一种。 单位位错： 柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错。

17、弗兰克尔空位：离位原子跳入晶体点阵间隙中，形成一个空位的同时，还形成了一个间隙原子。

18、层错能：产生单位面积层错所需要的能量。

2、交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移的现象。 3、冷拉：聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。

5、柯氏气团：溶质原子与位错发生交互作用，集聚在位错线附近，以降低体系的畸变能所

形成的溶质原子气团。 9、加工硬化：金属冷变形时，随变形量增加，其强度、硬度上升，而塑性、韧性下降的现

象。

12、多滑移：滑移在两组或多组滑移系上同时或交替进行的滑移。

1、再结晶：冷变形金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的

等轴晶粒取代变形晶粒的过程。 7、二次再结晶（异常长大）：少数晶粒突发性的、不均匀的长大。 10、热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。 冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。

15、回复：冷变形金属加热时，在光学显微组织发生变化之前，所产生的某些亚结构及性能

的变化过程。

19、表面热蚀沟：金属在高温下长时间加热时，晶界与金属表面相交处，为了达到表面张力

间的平衡，通过表面扩散产生的沟状形态。

20、动态再结晶：金属在较高温度下变形时，也能发生回复和再结晶。

二、填空题

1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为（排斥力），而两个平行的异号螺位错之间的作用力为（吸引力）。 2、小角度晶界能随位向差的增大而（增大）；大角度晶界能与位向差（无关）。

3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的（点阵畸变）大小的物理量；该矢量的（模）称为位错强度。

4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越（宽），交滑移越（难）进行。

5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有（正应力）分量，二是（切应力）对称分布。 6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用（去应力）退火，而用作电灯花导线时，则应采用（再结晶）退火。

7、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大（正应力）的方向一致，而与外加的（切应力） 方向垂直。

8、位错的应变能与其柏氏矢量的（模的平方）成正比，故柏氏矢量越小的位错，其能量越（小），在晶体中越稳定。

9、金属的层错能越高，产生的扩展位错的宽度越（小），交滑移越（容易）进行。

10、当晶粒长大的驱动力为畸变能差时，晶界的移动方向为（背向其）曲率中心，当晶粒长大的驱动力为界面能差时，晶界的移动方向为（指向）曲率中心。

11、由于两者的滑移（方向）数不同，导致体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别。

12、聚合型两相合金，第二相为硬脆相，它呈细片状分布在基体上，合金的（综合力学） 性能最好，它呈较粗颗粒状分布于基体上，合金的（塑性）最好。 13、位错的柏氏矢量越小，其能量（低），在晶体中越（稳定）。

14．随冷变形量的增加，金属的强度（上升），塑性（下降）。

15、对于冷变形度较小的金属，再结晶核心一般采用（晶界凸出形核）方式形成。 16、晶体经过塑性变形后，出现了交叉的滑移带，则晶体中一定发生了（多滑移），出现了波纹状的滑移带，则晶体中一定发生了（交滑移）。

17、某位错的柏氏矢量与位错线平行，方向与位错线的正方向一致，该位错为（右螺）位错，方向与位错线的正方向相反，该位错为（左螺）位错。

18、如果两个平行螺位错之间的作用力为吸引力，则它们是（异号）螺位错，如果两个平行螺位错之间的作用力为排斥力，则它们是（同号）螺位错。

19、柏氏矢量是一个反映由（位错）引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为（位错强度）。

20、晶界能随位向差的增大而增大的晶界一般是（小角晶界）；而晶界能与位向差无关的晶界一般是（大角晶界）。 21、在三种典型的金属晶体结构中，金属晶体的晶格类型为（FCC）时，其塑性最好，晶格类型为（HPC）时，其塑性最差。

22、螺型位错的运动方式是只可（滑移），不可（攀移）。 23、多晶体的晶粒越细，则其强度（高），塑性（越好）。

24、对于冷变形度较大的金属，相邻亚晶的取向差较小时，再结晶核心一般采用（亚晶合并形核）方式形成，相邻亚晶的取向差较大时，再结晶核心一般采用（亚晶直接长大形核）方式形成。 25、动态再结晶的组织与静态再结晶的组织比较晶粒更（细小），晶粒内部还有（位错缠结）。 26、某位错的柏氏矢量与位错线垂直，将其顺时针旋转90°后，方向与位错线的正方向一致，该位错为（正刃型），方向与位错线的正方向相反，该位错为（负刃型）。 27、在金属中，当分散相粒子的体积分数（越大），粒子尺寸（越小），金属晶粒的极限平均晶粒尺寸越小。

28、冷变形金属在要求保持其较高硬度时，应采用（去应力）退火，而在要求恢复塑性以便于进一步变形时，则应采用（再结晶）退火。 29、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向（一致），而与外加的剪应力方向（垂直）。

30、当晶粒长大的驱动力为（畸变能差）时，晶界的移动方向为背向率中心，当晶粒长大的驱动力为（界面能差）时，晶界的移动方向为向着曲率中心。

三、问答题

1、加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同?

答：加工硬化是由于位错塞积、缠结及相互作用，阻止了位错的进一步运动。

细晶强化是由于晶界上的原子排列不规则，且杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过；且晶粒细小时，变形均匀，应力集中小，裂纹不易萌生和传播。

固熔强化是由于位错与熔质原子交互作用，即柯氏气团阻碍位错运动。

弥散强化是由于位错绕过、切过第二相粒子，需要增加额外的能量(如表面能或错排能)；同

时，粒子周围的弹性应力场与位错产生交互作用，阻碍位错运动。

2、什么是加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化，它们在本质上有何异同?

答：加工硬化是指金属冷变形时，随着型变量的增加，其强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。

细晶强化是指随着晶粒细化，金属材料力学性能(强度)提高的现象。

固熔强化是指熔质原子融入基体后，使其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 弥散强化是指细小弥散分布的第二项质点显著提高材料强度的现象。

本质见上题

4、若面心立方晶体中有b1= a[ī01]/2的单位位错及b2= a[12 ī]/6的不全围错，此二位错相遇后产生位错反应。

解：（1）位错反应式：b= b1+ b2=a[ī01]/2+ a[12 ī]/6 = a[ī11]/3 因为 squareb1+squareb2>squareb 所以此反应能进行。

(2) 合成位错的柏氏矢量为b= a[ī11]/3。

[ī11]晶向上的原子间距为a√3，|b|=a√3/3

5、金属发生冷变形以后，其组织和性能会发生怎样的变化?

答：金属经冷塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生了变化。

(1)光学显微组织的变化：

塑性变形后，每个晶粒内部出现人量滑移带、孪生带；随变形量的增加，原来的等轴晶粒逐渐沿变形方向伸长为扁平晶粒。

当变形量很大时，成为纤维组织(晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨，而成为的一片纤维状条纹)。

(2) 亚结构的变化

随变形量的增加，晶体中的位错密度迅速增加，经严重冷变形后，位错密度可从原先退火态的1010-1012m-2增至1015-1016i-n-2。经一定量的塑性变形后，晶体中的位错通过运动和交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结。进一步增加变形度，大量位错聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构(位错胞).随变形量增大，位错胞也沿

变形方向仲长，且数量增多，尺寸减小。

性能变化：金属冷变形时，随变形量增加，其强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。 6、说明金属在冷变形、回复、再结晶各阶段的显微组织、亚结构及力学性能特点。 答：冷变形见上题

显微组织：I.回复阶段：显微组织儿乎看不出任何变化，品粒仍保持冷变形后的纤维状组织。 II.再结晶阶段：变形晶粒通过形核和长大过程，完全转变成新的无畸变的等轴晶粒。 亚结构：I.回复阶段： II.再结晶阶段： 力学性能的变化：

I.回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有上升； II.再结晶阶段：强度、硬度显著下降，塑性急剧上升；

7、金属在冷变形、回复、再结晶各阶段，其力学性能、物理性能、化学性能及内应力会发生哪些变化?

答：冷变形见第5题

物理性能的变化：

密度：回复阶段略有增大，再结晶阶段急剧升高

电阻：回复阶段已明显下降，再结晶阶段仍有.显著下降 化学性能：

内应力的变化：在回复阶段明显下降，在再结晶阶段完全消除。

9、铜单晶体拉伸时，若力轴为[001]方向，临界分切应力为0.64MPa，问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变形？ T =σo COSΦCOSλ COSΦ =1/√3 COSλ=1/√2 P=0.64√6 =1.567Mpa

9、什么是单滑移、多滑移和交滑移?三者滑移线的形貌有何特征?

答:单滑移:在具有多组滑移系的品体中，当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行但系滑移。 (只有一个滑移系进行汾移。)滑移线是一系列彼此平行的直线。多滑移:晶体的滑移在两组或者更多的滑移面(系)

上同时进行或者交替进行。其滑移线或者平行，或者交叉。交滑移:在晶体“!，，出现两个或多个滑移面沿着某个共

同的滑移方向同时或交替滑移。其滑移线通常呈折线或波纹状。

21、银纹与裂纹有什么区别?

答:银纹不同于裂纹，裂纹的两个张开面间完全是空的，而银纹面间是由高度取向的纤维束和空位组成，仍具有一定

的强度。银纹的形成是材料在张应力作用下局部屈服和冷拉造成的。

22、什么是冷拉?已冷拉的玻璃态高聚物和部分结晶高聚物分别加热到什么温度之上，冷拉中产生的变形才能恢复?

答:冷拉:在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服

点强度和节约材料为目的。(聚合拉伸时出现的细颈伸展过程) 退火温度再结晶温度

25、与金属材料相比，陶瓷晶体具有哪些特点?

答:(1)陶瓷晶体的弹性模量比金属大得多，常高出几倍。(2)陶瓷晶体的弹性模量是组织敏感参量，与结合键有关，还与相的种类、分布及气孔率有关。(3)陶瓷的压缩强度高于抗拉强度一个数景级。(4)陶瓷的理论强度和实际断裂强度相差一个个数量级。(5)陶瓷晶体在高温下具有良好的抗蠕变性能，而且在高温下也具有一定的塑性。

10、去应力退火过程和动态回复过程？

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，则是通过螺位错的交滑移和刃位错的攀移，使异号位错相互抵消，保持位错增殖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，比静态再结晶晶粒要细。

（一）

晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。 晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格架。 晶胞：空间点阵中最小的几何单元。 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。

晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 （二）

合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过熔炼或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。

组元：组成合金独立的、最基本的单元。

相：在任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质，并与其它部分有明显界面分开的均匀组成部分。

固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相 固溶强化：溶质原子溶入造成的晶格畸变使塑性变形抗力增加，位错移动困难，因而使固溶体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降的现象。

金属间化合物：金属与金属，或金属与类金属之间所形成的晶格类型及性能与任一组元均不相同的固相。具有金属特性。

弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度提高，而塑性、韧性降低不多的现象。

按照SiO4四面体在空间的组合，可将硅酸盐分成四类：岛状结构、 链状结构、层状结构、骨架状结构。

单体：合成高分子化合物的低分子化合物 链节：大分子链中重复结构单元。 聚合度：链节的重复次数。

加聚反应：指一种或几种单体相互加成而连接成聚合物的反应，反应过程中无副产物生成，因此生成物与其单体具有相同的成分。

缩聚反应：指一种或几种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出（缩去）某种低分子物质（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应。

大分子链的空间构型：全同立构、间同立构、无规立构

大分子链的形状有线型、支化型和体型（网型或交联型）三类。 （三）

凝固：物质从液态冷却转变为固态的过程。 结晶：物质从液态冷却转变为晶体的过程。

纯金属的实际开始结晶温度Tn总比其熔点Tm低，这种现象叫做过冷。 Tm与Tn的差值⊿T叫做过冷度。

过冷是结晶的必要条件。

细晶强化：通过细化晶粒使金属的强度、硬度提高，塑性、韧性改善的方法。

均匀形核（/自发形核）：在过冷的液态金属中，依靠液态金属本身的能量变化获得驱动力，由晶胚直接成核的过程。

非均匀形核（/非自发形核）：在过冷的液态金属中，晶胚是依附在其他物质表面上成核的过程。

非均匀形核是形核的主要方式。

形核率N：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。 固、液相之间的体积自由能差，为结晶的动力 表面自由能的增加，为结晶的阻力。

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