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1、物理冶金课程考题物理冶金课程考题 1、 针对一个无限长的由刃位错构成的位错墙，试推导建立它对滑移面上一个同号刃位错的切应力场表达式。 2、 以一个无限长的由刃位错组成的位错墙为研究对象，推导亚晶界能的表达式。 3、 图1是原子2D堆垛晶体学模型，图中标出的三角形为全等三角形，最邻近原子间距2R。 i) 请指出该模型为何种晶体结构的哪一个晶体学面，并给出该晶体结构单胞的点阵常数； ii) 请指出该模型包含何种晶体缺陷并在图中予以标示，同时指出该缺陷的晶体学特征。 2R4、图2中是具有五重对称的金刚石正二十面体的单晶。 1）分析这些DISC的晶体学特征，这些颗粒是不是准晶？为什么？ 2）形成DIS
2、C颗粒的晶核是什么？该晶核是否为准晶结构？ 图1. 图2. 金刚石正20面体(icosahedron)单晶形貌 5、 低层错能的金属材料经过严重冷变形后，其力学性能和显微组织结构会产生何种变化，采用何种检测手段可以有效表征低层错能金属的这些性能和结构。若采用热加工变形同时将热和力共同作用在低层错能金属上，说明其力学性能和显微组织结构又会发生何种变化。 6、 设计一种测试高强度铝合金再结晶温度的实验方法并说明该方法可能产生的实验误差 试卷解答： 1. 针对一个无限长的由刃位错构成的位错墙，试推导建立它对滑移面上一个同号刃位错的切应力场表达式。 答：根据已有研究，通过弹性理论可以求出刃型位错各应力
3、分量见下： y(3x2+y2)sxx=-D2,22(x+y)22y(x-y)syy=D2,(x+y2)2sxy=n(sxx+syy), x(x2-y2)txy=tyx=D2,(x+y2)2txz=tzx=tyz=tzy=0式中，D=Gb，G为切变模量，n为泊松比，b为柏氏矢量的大小。 2p(1-n)在滑移面上，y=0时，sxx=syy=szz=0，说明在滑移面上，没有正应力，只有切应力。同号刃型位错相斥，因此，该刃型位错所受应力场表达式为： txy=tyx=(Gb1) 2p(1-n)x2. 以一个无限长的由刃位错组成的位错墙为研究对象，推导亚晶界能的表达式。 答：由题目可知，这里亚晶界能是由位
4、错能量E构成的。 假设各刃型位错间距为D，位错线长度为l， 则亚晶界能为 ： g=ElE=， DlDGb2R而 E=ln+E0， 4p(1-n)r0其中g为亚晶界能，E为位错能，D刃型位错间距，l为位错长度，G为切边模量，b为柏氏矢量，n为泊松比。 取R=Dbq，而r0=b，q=b， D2EqGbD则亚晶界能 g=ln+E0 Db4p(1-n)b即g=3. Gqb1qEln+0。 4p(1-n)qb答：i)这是六方晶系的(0001)面，晶体单胞的点阵常数为： a1=a2=a3c,a=b=90,g=120。 ii) 2R答： 图1. 如图所示箭头所在位置就是晶体缺陷所在，这是刃型位错。该缺陷有一
5、个额外的半原子面，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。 4. 1）答：这些颗粒是准晶。准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称，有五重、九重、十二重等。上图中是五重对称。 2）答：晶核为C20H20，是一个正十二面体，它是准晶结构。 5. 低层错能的金属材料经过严重冷变形后，其力学性能和显微组织结构会产生何种变化，采用何种检测手段可以有效表征低层错能金属的这些
6、性能和结构。若采用热加工变形同时将热和力共同作用在低层错能金属上，说明其力学性能和显微组织结构又会发生何种变化。 答：低层错能的金属在经过严重冷变形之后，强度和硬度会提高，但塑性会降低，显微组织结构方面，有可能会产生明显的纤维组织，晶粒会被拉长，位错大量增加。 采用常温拉伸实验，硬度实验等可以检测表征金属的性能，采用金相观察、扫描电镜观察以及投射电镜观察可以表征该种金属的微观结构。 如果采用热加工变形，则金属在热变形过程中会发生动态再结晶，其力学性能强度、硬度提高不会很多，塑性要比冷变形金属的好一点，在微观结构方面，相比冷变形，除被拉长的晶粒之外，还有部分等轴再结晶晶粒，若为热挤压，则晶粒有可
7、能并没有被拉长，而是被挤碎为尺寸很小的晶粒，综合力学性能较好，位错密度较小。 6.设计一种测试高强度铝合金再结晶温度的实验方法并说明该方法可能产生的实验误差。 答：首先确定铝合金熔点。确定熔点可以通过DSC实验分析材料的吸热峰确定。确定熔点之后，金属材料的再结晶温度一般为0.350.4Tm，确定再结晶温度可能的大概范围，在该温度范围内相等间隔选取温度，对变形材料进行退火处理。具体实验方法为：在选取的每个温度下，将试样进行1小时的退火处理，之后观察材料的再结晶程度，材料会在某温度下开始出现全部再结晶，将此温度定为再结晶温度。 可能出现的实验误差：上述所说再结晶温度为0.350.4 Tm，这是人们的经验值，可能并不适合该材料，这样会使再结晶温度的确定变得困难；此外，在上述说法成立的情况下，使用上述实验方法时，选取的温度间隔有可能太大，当发现样品出现全部再结晶组织时，对应的温度要比实际的高。
