bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

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第六章塑性变形习题集-附部分答案

1.简单立方晶体(100)面有1 个[]010=b 的刃位错(a)在(001)面有1 个b =[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折结还是割阶？ (b)在(001)面有1 个b =[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？解：两位错相割后，在位错留下一个大小和方向与对方位错的柏氏矢量相同的一小段位错，如果这小段位错在原位错的滑移面上，则它是扭折；否则是割阶。

为了讨论方便，设(100)面上[]010=b 的刃位错为A 位错，(001)面上b =[010]的刃位错为B 位错，(001)面上b =[100]的螺位错为C 位错。

(a) A 位错与B 位错相割后，A 位错产生方向为[010]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[010]⋅[100]=0，即小段位错是在A 位错的滑移面上，所以它是扭折；而在B 位错产生方向为[ 010 ]的小段位错，B 位错的滑移面是(001)， [010]⋅[001]=0 ，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。

(b)A 位错与C 位错相割后，A 位错产生方向为[100]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[100]⋅[100]≠0 ，即小段位错不在A 位错的滑移面上，所以它是割阶；而在C 位错产生方向为[]010的小段位错，C 位错的滑移面是(001)，[][]0001010=•，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。

2.下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2 个同号刃位错AB 和CD ，距离为x ，他们作F-R 源开动。

(a)画出这2 个F-R 源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2 位错是异号位错时，情况又会怎样？解：(a)两个位错是同号，当位错源开动时，两个位错向同一方向拱弯，如下图(b)所示。

在外力作用下，位错继续拱弯，在相邻的位错段靠近，它们是反号的，互相吸引，如上图(c)中的P 处所示。

第一章晶体结构习题

Gb 2r ）
C.
τ0=nτ
C.
a 111 2
D.
C 既能滑移又能攀移
26. * fcc 晶体中，有根位错线的方向为[-110]，b=a/2[110]，则此位错_________。 A 不能滑移 B 能滑移 C 能交滑移
27. *两根具有反向柏氏矢量的刃型位错，分别处于两个平行滑移面上（两滑移面相隔一个原子间距）相向运动后，在相遇处（ A 相互抵消 B 形成一排空位）） C 形成一排间隙原子
材料科学基础习题集第一章 1. 名词解释（1）晶体（2）晶体结构（3）空间点阵（4）晶胞（5）晶格常数（点阵常数）（6）配位数（7）致密度（8）同素异构性（9）弗拉克尔空位（10）肖脱基空位（11）位错（12）柏氏矢量（13）全位错（14）不全位错（15）堆垛层错（16）小角度晶界（17）金属键（18）阵点（19）晶胞（20）晶界（21）小角度晶界（22）对称倾斜晶界（23）扭转晶界一．填空题 1. 原子结合键化学键包括（）、（）和（），物理晶体结构
A 随位错线运动方向而改变外力方向一致。
31. 下图中各晶向表示[210]晶向的是哪一个？(
)
32. 下列关于位错应力场描述不正确的是（
）
A. 螺位错只有切应力分量，正应力分量都为零。 B. 螺型位错的应力场会引起晶体的体积膨胀和收缩。 C. 刃位错在滑移面上没有正应力，只有切应力。 D. 刃位错在滑移面上方存在压应力，滑移面下方为张应力。 33. 两平行刃位错的交互作用情况是（ A. 同号相斥，异号相吸；）
），把 b=单位点阵矢量的位错称为单位位错（）。）。
位错的稳定性越高（

分子动力学方法研究刃位错

LAMMPS中晶体建模
region right block 55 INF INF INF INF INF #定义一个区域right，长方体，x方向范围是55到无限远， INF是无限远，单位仍是前面定义的晶格基准 delete_atoms region right #删除该区域的原子 region left block INF 5 INF INF INF INF delete_atoms region l #前面4行指令删除了盒子左右两侧的部分原子，制造出两个自由表面
分子动力学方法研究刃位错
MMPS中晶体建模
2. 如何引入刃位错
3.通过加载使位错移动
LAMMPS中晶体建模
units metal #定义单位系统 /doc/units.html dimension 3 boundary p p p #三个方向均为周期性边界条件
#声明势函数的类型为嵌入原子势 #调用势函数文件Fe_mm.eam.fs #时间步长为0.0025 picoseconds
引入刃位错
compute compute compute
3 all pe/atom 4 all ke/atom 5 all coord/atom 3.0
#计算每个原子的势能 #计算每个原子的动能 #计算每个原子的近邻原子数
velocity boundary set 0 0 0 fix 1 boundary setforce 0.0 0.0 0.0 #把边界原子的速度和受力设为0，即除了人为移动，边界原子将保持静止
variable l loop 45 label loopl #定义一个45次的循环l，l取值从1到45,重复移动左侧边界原子的操作 45次
write_restart restart.fe

bcc Fe的刃型位错中氦-空位团的稳定性

弛豫。系统经过驰豫到达势能最低状态后，一个包含有ａ２１１｛１）型位错的模拟块就形成了，图１／（１＞１０刃见
对于氦与铁中缺陷的相互作用的研究已有很多报道［］模拟显示氦以很大的结合能与铁中晶界结合在一２，
起，不管是间隙形式的氦或替位形式的氦都会被晶界俘获［。近年来，６］氦原子与ａＦ — ｅ中刃位错和螺位错的相互作用有人采用分子动力学方法进行了一定研究［］７。这些工作只研究了单个氦原子与位错的相互作用。然 ≈ 而，在被辐照的材料中，了产生大量的氦原子外，除还会有大量的氦一位团或者氦泡形成。我们采用分子动力空学方法模拟研究了小氦一位（－）空Ｈｅｖ团与ａＦ — ｅ中刃型位错的相互作用，现团和位错的相互作用与团中氦与发空位个数之比（（）：（）密切相关［。Ｋ．ｒｈｔＨｅｖ）ｇ］Ｍｏｉｉｓａ等采用分子动力学方法模拟研究了理想ａＦ — ｅ中氦一
详细研究，与理想Ｆ并ｅ晶体中的情况进行比较。１理论模型基于Ｄａ和Ｂｓｅ等提出的方法建立位错的周期性原子阵列，主要的特点是沿着位错线方向和位错ｗａｋｓ它的滑移方向（伯格斯矢量方向）都采用了周期性边界条件［。１。首先沿着滑移面将晶体分成两部分，部分由Ｎ。一个晶体面构成，而另一部分由Ｎ一１晶体面构成，部分的总宽度相同，个两因此沿伯格斯方向晶面之间的宽度有微小的差别，即在滑移面上，上下两部分的晶体面有一定的错位。晶体的ＸＹｚ轴分别为［１］Ｉｚ和，，１１，Ｔｉ］［Ｔ］向。沿着Ｘ和Ｙ方向也就是伯格斯矢量方向和位错线方向采用了周期性边界条件，ｚ向采用了固１ｏ方沿方定边界。模拟的晶体大小沿Ｅ１］向长约４ａ（。ｌ１方４。ｎ是铁的晶格常数）沿［２和Ｅｉ］向分别长约３ａ和，ＴＴ］ｌｏ方２。４ａ。可移动的原子有１６４０。没有考虑温度效应，有的模拟都是在０Ｋ的条件下采用共轭梯度方法５。００个所

材料科学基础总复习5

填空题1、金属材料在常温或低温下的塑性变形主要以滑移和孪生方式进行，滑移是在滑移系上进行，一个和组成了一个滑移系，滑移以后滑移面两侧的晶体位向关系，当滑移面上的分切应力大于时，处于的滑移系首先。

2、纯元素在均匀形核时，过冷度越大，则临界半径，形核功；界面能越大，则临界半径，形核功。

3、面心立方晶体结构的单位晶胞中含有个原子，原子半径为，致密度为，最密排面的晶面族指数为，若用该晶面族围成一个八面体，该八面体所有棱边的晶向族指数为，在每个晶胞中含有个八面体间隙，其数目是四面体间隙的倍，其尺寸比四面体间隙的（大/小）。

4、螺型位错的柏氏矢量与位错线，位错线与柏氏矢量同向的为螺型位错，反向的为螺型位错，根据柏氏矢量和位错线的关系，该位错线（能/不能）为曲线，刃型位错的位错线（能/不能）为曲线。

5、位错的滑移面是由和决定的平面，刃型位错的滑移面有个，螺型位错的滑移面理论上有个，刃型位错既可以做运动，又可以做运动，但不能进行运动，其易动性比螺型位错的（好/差）。

6、固体中，是唯一的物质迁移方式。

7、晶体的空间点阵分属于大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为，请列举除立方晶系外其他任意三种晶系的名称、、。

铜的晶体结构属于空间点阵。

8.、对同一种高分子材料而言，温度越链段越，分子链的柔性越好。

判断题1、小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。

2、同一种空间点阵可以由无限种晶体结构，而不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵。

3、相界面与晶界的主要区别是相邻两相，不仅位向不同，而且结构或成分也不相同。

4、非均匀形核时晶核与基底之间的接触角越大，其促进非均匀形核的作用越大。

5、单相固溶体合金在平衡结晶是，其液、固相的成分分别沿其液、固相线变化。

6、固态金属中原子扩散的驱动力是浓度梯度。

7、空间点阵只有14种，而晶体结构可以有无限种。

8、密排六方结构原子的最密排面的堆垛顺序为ABCABC…9、点缺陷是热平衡缺陷，在一定的温度时晶体中的点缺陷具有一定的平衡浓度。

说明刃型位错的结构特点

说明刃型位错的结构特点
刃型位错是一种基本位错类型，指的是晶体中沿着刃形晶体面发生的
位错。

它是一种线状位错，具有以下结构特点：
1.一条直线：刃型位错沿着晶体的刃形晶面产生，呈现出一条直线的
形态，且直线方向与晶体的刃线平行。

2.相邻层错向相反：刃型位错是由两个相邻的基本位错组成的，这两
个基本位错的方向相反，形成一个锯齿状的线状位错。

3.弯曲现象：与直线位错不同，刃型位错有时会出现弯曲现象。

这是
因为刃面晶体表面的切应力引起的，导致位错在晶体内部产生弯曲。

4.可以产生排列错：由于刃型位错是由两个基本位错组成，若位错线
与样品表面平行，则产生排列错。

这种排列错可通过电子显微镜观察并计数。

综上所述，刃型位错是一种晶体中常见的位错类型，它具有线状位错
的特点，沿着刃形晶面发生。

刃型位错的结构特征是由两个基本位错组成，相邻的基本位错的方向相反，且随着切应力的作用，位错线可能会出现弯曲。

刃型位错对材料性能具有影响，因此研究刃型位错结构特点对于理解
材料的力学性质以及物理性质至关重要。

材料科学模拟题答案(简答题)_moni

简答题答案(模拟题部分)测试一1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。

共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。

金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。

分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。

氢键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。

2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？晶胞原子数配位数致密度面心立方41274%体心立方2868%3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，[110]b = ，试说明该位错属于什么类型。

因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。

4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。

●相同点：小原子溶入●不同点：若小原子溶入后，大小原子数量成比例，在选取点阵时，大小原子点阵可以合并，这实际上改变了大原子的点阵结构，因此认为形成新相，称为间隙相（间隙化合物）。

●若小原子溶入后，分布随机，大小原子点阵不能合并，仍然保留大原子点阵，称为间隙固溶体。

5．试从扩散系数公式0exp[/()]D D Q kT =-，说明影响扩散的因素。

从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q 和温度T 有关。

扩散激活能越低扩散系数越大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶界和位错处的扩散系数较大。

温度越高，原子活性越大，扩散系数越大。

6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值。

随过冷度增大，形核率先增后减。

测试三1．何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？答：空间点阵是对晶体结构按照一定法则进行的高度数学抽象；晶体结构是对晶体的直观表示。

点阵只有七大类，14种，晶体结构有无限多种。

大连理工大学材料科学基础复习思考及习题(第三章)

/ cm3 )
理论密度、实际密度的区别
3、在某晶体的扩散实验中发现，在500 oC时，1010个原子中有1个原子具有足够的激活能，可以跳出其平衡位置而进入间隙位置；在600 oC时，此比例会增加到109。
（1）求此跳跃所需要的激活能；
（2）在700 oC时，具有足够能量的原子所占的比例为多少？

Va Va
(0.012 3 4104 )% 1104
根据20 oC和1020 oC时的浓度，可求解出空位形成能和形成熵。
位错中的矢量
柏氏回路的确定：
位错线方向柏氏回路方向
正位错
刃型位错矢量关系：位错线方向
螺型位错矢量关系：
柏氏矢量方向
位错线方向
右螺旋（正向平行）
位错环上每点柏氏矢量相同（同一位错线上），位错性质可以不同。
位错的应变能
6、已知铜单晶的点阵常数a = 0.35 nm，切变模量G = 4x104 MPa，有一位错 b a [1 01] ，其位错线方向为 [1 01] ，试计算该位错的应变能。
2
解：根据已知条件，柏氏矢量和位错线的方向一致，为螺型位错。
8、在铝试样中，测得晶粒内部位错密度为 5 x 109 /cm2。假定位错全部集中在亚晶界上，每个亚晶粒的截面均为正六边形（边长为a）。亚晶界倾
斜角为 = 5o，若位错全部为刃型位错，柏氏矢量大小等于 b = 2 x 10-10
m，试求亚晶界上的位错间距和亚晶的平均尺寸（约等于正六边形边长a）。
g/cm3，试计算其空位粒子数分数，（试求106Pt中所含的空位数目）。
设空位粒子数分数为x，则：

4 (1 x) ACu a3 N A

不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移及其与^(12)[111]位错环相互作用行为

11¯1不同温度下bcc-Fe 中螺位错滑移及其与½[]位错环相互作用行为*王瑾† 贺新福曹晗贾丽霞豆艳坤杨文(中国原子能科学研究院, 反应堆工程技术研究部, 北京　102413)(2020 年10 月8日收到; 2020 年11 月9日收到修改稿)11¯1¯211¯110¯211采用分子动力学方法模拟研究了不同温度下bcc-Fe 中螺位错滑移行为和螺位错与½[ ]位错环相互作用机制. 结果表明, 螺位错在低温2 K 剪切应力下主要沿( )面滑移; 随温度逐渐升高到823 K, 它容易发生交滑移, 该交滑移在( )和( )面之间交替进行, 因此随温度升高, 临界剪切应力逐渐降低. 当螺位错滑移靠近位错环时, 不同温度下螺位错与位错环相互作用机制不同: 低温2 K 时, 螺位错与位错环之间存在斥力作用, 当螺位错滑移靠近位错环过程中, 螺位错发生交滑移, 切应力比无位错环时有所降低; 中温300 K 和600 K 时, 螺位错与位错环间斥力对螺位错的滑移影响减弱, 螺位错会滑移通过位错环并与之形成螺旋结构, 阻碍螺位错继续滑移, 切应力有所升高; 高温823 K 时, 螺位错因热激活更易发生交滑移, 位错环也会滑移, 两者在整个剪切过程中不接触, 剪切应力最低.关键词：bcc-Fe, 螺位错, 位错环, 分子动力学PACS ：87.10.Tf, 87.15.A–　DOI: 10.7498/aps.70.202016591 引　言在聚变反应堆中, 核结构材料将遭受恶劣的工作环境(高温、高压和高通量的中子辐照), 由此材料会发生级联碰撞和He 辐照损伤, 经长时间服役,出现肿胀、硬化和脆化等性能恶化[1−3]. 低活化铁素体/马氏体钢(reduced activation ferritic/mar-tensitic steels, RAFM)作为典型的体心立方(bcc)结构Fe 基材料, 因具有抗高热负荷性能, 抗高能粒子辐照性能和较好力学性能成为未来聚变堆候选结构材料. 然而目前RAFM 钢的发展瓶颈为辐照脆化和高温强度不足. 辐照硬化脆化主要归因于位错环、富 Cr 析出物、He 泡等辐照缺陷阻碍位错运动[4−25]. Hardie 等[4]发现 Fe-Cr 合金在辐照下会产生富Cr 析出相, 随后, 文献[5−7]采用分子¯11111¯1动力学方法对富Cr 析出物与位错的相互作用机制及硬化机理进行了研究, 模拟发现富Cr 析出物会阻碍位错运动, 引起剪切应力增大, 且不同析出物尺寸、Cr 含量和切过位置均会对硬化效果产生不同影响. 与之类似, He 泡[8−10]和位错环[11−15]也会阻碍位错滑移进而产生硬化. Terentyev 等[11]发现½[ ]位错环与刃位错之间存在排斥作用, 而当位错环上富集Cr 时则由排斥转为吸引. Rong 等[12]发现½[111]位错环迁移能很低, 容易被刃位错拖拽并随之一起滑移. ½[ ]位错环与刃位错的相互作用与温度(300—900 K)相关[13]: 当温度较高时, 位错环被刃位错拖拽一起运动; 当温度较低时, 位错环会被刃位错线拖拽一段距离后从位错上分离出来. 可见, 温度会影响位错环与刃位错的相互作用机制. 近年来, Liu 和 Biner [14]模拟研究了100—300 K 下½[111]位错环对螺位错滑移行为* 国家自然科学基金(批准号: U1867217)和国家重点研发计划(批准号: 2018YFE0308104)资助的课题.† 通信作者. E-mail: wangjin118114@© 2021 中国物理学会 Chinese Physical Society⟨111⟩11¯1的影响, 结果表明, 当½[111]位错环较小时, 环会发生旋转, 先被螺位错吸收随后又释放出位错环; 当½[111]位错环较大时, 先形成[100]位错片段, 最后½[111]位错环完全转变成[100]位错环.然而高温下½ 位错环对螺位错滑移行为的研究还相对较少. 相对于刃位错而言, 螺位错因较低可移动性, 对材料的塑性变形行为具有更为重要的影响[24,25]. 因此为了充分地理解螺位错在bcc-Fe 结构材料中所扮演的角色, 本文模拟研究了不同温度下螺位错的滑移行为和½[ ]位错环对螺位错滑移的影响, 并详细探讨了温度对位错环和螺位错之间相互作用的影响机制.2 原子模型与方法11¯111¯1112¯11011¯1¯11011¯111¯111¯1为了探究螺位错滑移行为及其与½[ ]位错环相互作用机制, 构建了如图1所示的两种初始构型. 图1(a)是螺位错模型, 图1(b)是含½[ ]位错环的螺位错模型. 这两个模型中x , y , z 轴取向分别为: [ ], [ ], [ ]. 模型尺寸是40.56 nm ×30.28 nm × 14.34 nm (晶格常数a 0 = 2.8553 Å),共包含1528242个原子. 螺位错滑移面法向为[ ], 位错线方向为 [ ], 柏氏矢量方向为 [ ].图1(b)中½[ ]位错环位于螺位错滑移面上, 位错环直径1.5 nm, 距离螺位错12 nm. 建立好模型后, 对上述模型进行能量最小化处理得到稳定构型, 随后进行模拟.采用分子动力学程序Lammps [26]进行模拟,Fe 原子间相互作用势函数的选取来自于文献[27].在整个模拟过程中, x 和y 方向采用自由边界条件,z 方向采用周期性边界条件[15]. 首先, 对初始构型进行能量最小化处理, 得到稳定构型; 随后, 采用NPT 系综, 对模型在一定温度2, 300, 600和823 K 下进行弛豫, 保持温度稳定; 最后, 采用NVT 系综, 对弛豫后的构型进行剪切变形, 沿着z 方向施加应变率为3.0 × 108 s –1, 时间步长为1 fs.⟨111⟩在模拟分析中采用开源可视化工具OVITO (open visualization tool) [28], 用公共近邻分析法CNA (common neighbor analysis)分析原子结构的转变, 位错提取算法DXA (dislocation extraction algorithm)分析不同柏氏矢量的位错. Fe 原子均用蓝色球形原子表示, 错排原子用白色球形原子表示, ½ 位错用绿色线条表示.3 模拟结果与讨论3.1 切应力-应变曲线11¯1图2为不同温度下螺位错及其与½[ ]位错环模型切应力-应变曲线, 图3(a)—(f)分别为2 K 下螺位错在剪切过程中不同应变量下z 截面构型图, 为了便于分析, 模型中均删除bcc 结构的Fe 原子, 仅剩余错排原子(包括界面原子、间隙原子和位错结构原子). 由图2可知, 当温度为2 K 时, 螺位错切应力-应变曲线包含4个阶段, 分别为I, II, III 和IV. 阶段I 为弹性变形阶段, 该阶段内螺位错未发生移动, 模型仅发生弹性变形, 应力Screw dislocation[112]½[111]dislocation loop- [111]- [110]-(a)(b)11¯1图 1 (a)螺位错模型和(b)含½[ ]位错环的螺位错模型11¯1Fig. 1. (a) Model of screw dislocation; (b) model of screw dislocation with ½[ ] dislocation loop./G P a11¯1图 2 不同温度下螺位错及其与½[ ]位错环模型切应力-应变曲线11¯1Fig. 2. Shear stress-strain (t -e ) curves of screw dislocationmodel with and without ½[ ] loop under different tem-peratures.¯21111¯1随应变量增加而线性增加, 应变区间和应力区间分别为e = 0—0.03和t = 0—0.98 GPa, 当e = 0时, 构型如图3(a)所示, 螺位错未滑移, 稳定存在于基体中, 图3(a)右上角为位错结构放大图. 阶段II 为位错滑移启动阶段, 该阶段内应力仍随应变量增大而增大, 但由于位错已准备启动滑移, 因此曲线斜率比阶段I 稍有降低, 应变区间和应力区间分别为e = 0.03—0.048和t = 0.98—1.45 GPa,当e = 0.03时, 螺位错结构发生变化, 准备启动滑移(图3(b)); 当e = 0.048时, 螺位错以扭结对形核[29]并开始滑移(图3(c)). 阶段III 为稳定滑移阶段, 如图3(d)和图3(e)所示, 位错以扭结对形式沿着( )面[15]稳定滑移, 应变区间e = 0.048—0.068, 该阶段内应力出现平台, 平台应力值为1.45 GPa, 不随应变量增大发生变化, 位错划过后在基体内残留下空位, 这些空位以聚集的错排原子显示(图3(e)), 是与文献[30]结论相似. 阶段IV 为位错划出模型阶段, 当e = 0.075时, 位错已经划出模型, 基体中仅剩下残余空位, 模型构型如图3(f)所示, 图3(f)右上角为临近右边界模型x 截面局部放大图, 可见残余空位线性排列, 该阶段剪切应力引起弹性变形, 应力随应变量增加线性增加, 应变区间和应力区间分别为e = 0.068—0.075和t = 1.45—1.52 GPa. 随着温度升高和½[ ]位错环插入, 切应力-应变曲线与单根螺位错模型存在明显不同(见图2), 这表明温度和位错环的存在会显著影响螺位错滑移行为, 下文3.2节和3.3节将详细阐明该滑移行为的差异.3.2 温度对螺位错滑移行为的影响¯211¯110由图2可知, 随温度升高, 螺位错切应力-应变曲线与2 K 时明显不同, 均不存在应力平台阶段. 图4(a)和图4(d), 图4(b)和图4(e), 图4(c)和图4(f)分别为300, 600和823 K 下螺位错在应变量e = 0.03和0.045下的z 截面构型图. 当e =0.03时, 螺位错因温度升高均已发生了滑移, 如图4(a)—(c)所示, 模型基体(尤其是螺位错附近)产生大量错排原子, 600和823 K 下错排原子数目明显比300 K 多, 图右上角为螺位错及其附近原子结构放大图, 这些错排原子会促进螺位错滑移, 因此温度越高, 螺位错滑移应力越低(与图3(b)和图2相对应); 当e = 0.045时, 螺位错均已滑移出模型, 如图4(d)—(f)所示, 详细观察发现, 位错划过后在基体内会残留些许空位, 这些空位排布可用来近似表征位错的滑移痕迹. 与2 K 下模型对比发现, 300, 600和823 K 下位错滑移痕迹存在不同, 这主要归因于螺位错的交滑移行为. 已有研究表明, 螺位错典型滑移面为{112}和{110}[15], 在本文中, 当温度从2 K 升高到823 K 时, 由于温度热激活作用[13−15], 它会沿着( )和( )面发生交替滑移, 因此模型临界剪切应力逐渐降低, 与图2中e = 0—0.045时的切应力-应变曲线变化相对应;(d)(e)(f)Screw dislocationReading to slideKink -pairSliding along (211) plane-Remained vacanciesRemained vacanciesScrew dislocation图 3 随应变量增加的螺位错模型构型图　(a) e = 0; (b) e = 0.03; (c) e = 0.048; (d) e = 0.058; (e) e = 0.068; (f) e = 0.075Fig. 3. Configurations of screw dislocation model with increasing strain: (a) e = 0; (b) e = 0.03; (c) e = 0.048; (d) e = 0.058;(e) e = 0.068; (f) e = 0.075.当e > 0.045时, 300, 600和823 K 下位错均已滑移出模型, 由于交滑移的发生, 位错滑移出模型时距离底端边界的位置明显比2 K 时有所升高(823 K 较为明显), 而应变量有所降低, 这表明温度越高, 位错滑移速度越快, 交滑移越明显.11¯13.3 螺位错与½[ ]位错环相互作用11¯1¯211¯110¯110¯211当模型中存在位错环时, 不同温度下位错环对螺位错滑移行为产生不同影响. 图5(a)—(c)分别为2 K 下含½[ ]位错环的螺位错模型在不同应变量下z 截面构型图. 当e = 0.015时, 螺位错未发生滑移, 螺位错和位错环z 截面结构如图5(a)所示, y 截面结构和位错环结构放大图如右上角所示; 当e = 0.03时, 螺位错准备发生滑移, 位错环发生旋转[31](图5(b)); 当e = 0.06时, 螺位错未滑移通过位错环, 而是从位错环上面滑过并在模型右界面上划出, 位错环完整保留在基体内, 螺位错滑移轨迹上留下残余空位缺陷(图5(c)). 与不含位错环模型相比, 该模型中螺位错滑移轨迹存在不同,这主要是由于当螺位错滑移靠近位错环时, 两者之间的排斥作用[11]导致螺位错在( )面上滑移受阻, 它会沿着( )面滑移, 之后在( )和( )面之间发生交滑移, 因此螺位错滑移出模型时距离底端边界的位置明显升高, 模型切应力明显降低,与图2中切应力-应变曲线相对应.随着温度升高到300 K 和600 K 时, 螺位错¯21111¯1会滑移通过位错环并与位错环发生交互作用, 模型在不同应变量下z 截面构型如图6(a)—(c)和图6(d)—(f)所示. 当e = 0.015时, 由于温度升高,位错环容易翻转, 螺位错也在热激活作用下已经发生了滑移(图6(a)和图6(d)), 此时螺位错与位错环间距离明显比图5(a)近; 当e = 0.03时, 螺位错沿着( )面滑到位错环处, 与之相互作用形成螺旋(helix turn)[14](图6(b)和图6(e)), 该结构阻碍螺位错继续滑动, 因此切应力有所升高(图2); 之后, 螺旋只能沿着螺位错线柏氏矢量方向发生滑移, 当e = 0.045时, 新的½[ ]位错环从螺位错中分离出来(图6(c)和图6(f)), 该新位错环与螺位错柏氏矢量方向一致, 但沿着Z 轴向上滑移了一定距离, 这与文献[14]研究结论一致. 可见, 当温度为300和600 K 时, 螺位错在剪切运动过程中,会与位错环发生交互作用: 一方面, 位错环会阻碍螺位错运动, 起到硬化效果; 另一方面, 螺位错成为位错环快速滑移运动的通道, 促使位错环发生滑移.随着温度进一步升高到823 K, 模型在不同应变量下z 截面构型如图7(a)—(c)所示. 当e =0.015时, 由于温度很高, 位错环更容易发生翻转,螺位错也更容易发生交滑移(图7(a)); 当e = 0.03时, 螺位错继续交滑移, 位错环也因热激活继续翻转, 它们之间没有接触(图7(b)); 当e = 0.045时,位错环沿Z 轴向下滑移了一段距离, 同时螺位错也滑移接近模型右边界(图7(c)). 由此可知, 823 K(d)(e)(f)Remained vacancies Remained vacanciesRemained vacanciesDisorder atoms Moredisorder atomsScrew dislocationhas slidedScrew dislocationhas slidedSlip traceSlip traceSlip traceScrew dislocation has slided图 4 不同温度下螺位错模型在e = 0.03 (a), (b), (c)和0.045 (d), (e), (f)时的构型图　(a), (d) 300 K; (b), (e) 600 K; (c), (f) 823 K Fig. 4. Configurations of screw dislocation model when e = 0.03 (a), (b), (c) and 0.045 (d), (e), (f) under different temperatures:(a), (d) 300 K; (b), (e) 600 K; (c), (f) 823 K.下螺位错始终未滑移通过位错环, 这与2 K 下位错滑移过程相似, 但不同的是, 由于此时温度较高,位错滑移速度增加, 同时螺位错更易发生交滑移,因此螺位错滑移出模型的应变量和切应力与2 K 下模型要低.综上所述, 当模型中存在位错环时, 不同温度下螺位错与位错环相互作用机制可分为三方面: 低温2 K 时, 螺位错与位错环之间存在斥力作用, 当螺位错滑移靠近位错环时, 螺位错发生交滑移, 未通过位错环, 因此位错环没有产生阻碍作用, 剪切应力比纯螺位错模型要低; 中温300和600 K 时,位错环容易翻转, 螺位错与位错环间斥力对螺位错Remained vacanciesDislocation loopDislocation loop Dislocation loopScrew dislocation图 5 2 K 下随应变量增加含位错环的螺位错模型构型图　(a) e = 0.015; (b) e = 0.03; (c) e = 0.06Fig. 5. Configurations of screw dislocation model with dislocation loop with increasing strain at 2 K: (a) e = 0.015; (b) e = 0.03;(c) e = 0.06.(a)(b)(c)(d)(e)(f)Dislocation loopflippedDislocation loopflippedScrew dislocation has slided Screw dislocationhas slidedHelix turnHelix turnNew dislocation loopSliding alongaxisNew dislocation loopSliding alongaxis图 6 不同温度下含位错环的螺位错模型在 e = 0.015 (a), (d), 0.03 (b), (e)和0.045 (c), (f)时构型图　(a), (b), (c) 300 K;(d), (e), (f) 600 KFig. 6. Configurations of screw dislocation model with dislocation loop when e = 0.015 (a), (d), 0.03 (b), (e), and 0.045 (c), (f) un-der different temperatures: (a), (b), (c) 300 K; (d), (e), (f) 600 K.(a)(b)(c)Dislocation loop has flippedScrew dislocationhas slidedGo on flippingInitial dislocation loop Sliding along axis图 7 823 K 下随应变量增加含位错环的螺位错模型构型图　(a) e = 0.015; (b) e = 0.03; (c) e = 0.045Fig. 7. Configurations of screw dislocation model with dislocation loop with increasing strain at 823 K: (a) e = 0.015; (b) e = 0.03;(c) e = 0.045.滑移影响减弱, 两者靠近时螺位错滑移通过位错环, 螺位错继续滑移受位错环所阻碍, 因此剪切应力有所升高; 高温823 K 时, 斥力影响更弱, 位错环更容易翻转和滑移, 螺位错也更容易发生交滑移, 该温度下螺位错交滑移行为占主导, 在整个滑移过程中始终未通过位错环, 因此位错环没有产生阻碍作用, 剪切应力与纯螺位错模型差距不大.4 结　论在前人研究螺位错滑移行为的基础上, 本文进一步揭示了不同温度下螺位错的滑移行为, 详细探讨了位错环缺陷与螺位错的相互作用机制, 结论归结如下:¯211¯110¯2111) 当温度为2 K 时, 单根螺位错在剪切应力下沿着( )面滑移, 临界剪切应力为1.45 GPa;随温度逐渐升高到823 K, 切应力逐渐降低, 螺位错易在( )和( )面发生交滑移, 其中823 K 下交滑移行为较明显.2) 低温2 K 时, 螺位错易发生交滑移, 螺位错在整个滑移运动过程中未通过位错环, 切应力低于纯螺位错模型.3) 中温300 K 和600 K 时, 螺位错滑移通过位错环, 并与之相互作用形成螺旋结构, 阻碍螺位错继续滑移, 切应力高于纯螺位错模型.4) 高温823 K 时, 螺位错更易发生交滑移, 位错环也更容易翻转和滑移, 螺位错在整个滑移运动过程中始终未通过位错环, 切应力与纯螺位错模型差距不大.⟨111⟩⟨100⟩该研究对服役过程中核结构材料的塑性变形行为有一定理论指导意义, 但是由于结构材料基体内不仅存在位错环, 还有位错环, 而且不同类型位错环拥有不同柏氏矢量, 因此本文只是研究了位错环一隅, 为了完整全面地阐明位错环与螺位错相互作用机制, 还需进一步研究.参考文献U llmaier H 1984 Nucl. Fusion 24 1039[1]S okolov M A, Tanigawa H, Odette G R, Shiba K, Klueh R L2007 J. Nucl. Mater. 367 68[2]D ai Y, Long B, Tong Z F 2008 J. Nucl. Mater. 377 115[3]H ardie C D, Williams C A, Xu S, Roberts S G 2013 J. Nucl.Mater. 439 33[4]S uganuma K, Kayano H 1983 J. Nucl. Mater. 118 234[5]T erentyev D, Haghighat S M H, Schaublin R 2010 J. Appl.Phys. 107 55[6]J ia L X, He X F, Dou Y K, Wu S, Wang D J, Yang Wen2017 Nuclear Power Engineering 38 115 (in Chinese) [贾丽霞,贺新福, 豆艳坤, 吴石, 王东杰, 杨文 2017 核动力工程 38 115][7]W ang Y X, Xu Q, Yoshiie T, Pan Z Y 2008 J. Nucl. Mater.376 133[8]O setsky Y N, Stoller R E 2015 J. Nucl. Mater. 465 448[9]Y ang L, Zhu Z Q, Peng S M, Long X G, Zhou X S, Zu X T,Heinisch H L, Kurtz R J, Gao F 2013 J. Nucl. Mater. 441 6[10]T erentyev D, Bergner F, Osetsky Y 2013 Acta Mater. 61 1444[11]R ong Z, Osetsky Y N, Bacon D J 2005 Philos. Mag. 85 1473[12]J ia L X, He X F, Dou Y K, Wang D J, Wu S, Cao H, YangW 2019 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 456 103[13]L iu X Y, Biner S B 2008 Scripta Mater. 59 51[14]H ale L M, Zimmerman J A, Weinberger C R 2014 Comput.Mater. Sci. 90 106[15]Y ang L, Gao F, Kurtz R J, Zu X T 2015 Acta Mater. 82 275[16]Z hang L, Fu C C, Hayward E, Lu G H 2015 J. Nucl. Mater.459 247[17]M artinez E, Schwen D, Caro A 2015 Acta Mater. 84 208[18]Z hurkin E E, Terentyev D, Hou M, Malerba L, Bonny G 2011J. Nucl. Mater. 417 1082[19]W akai E, Hishinuma A, Kato Y, Yano H, Takaki S, Abiko K1995 J. Phys. IV France 5 C7-277[20]X u H X, Stoller R E, Osetsky Y N, Terentyev D 2013 Phys.Rev. Lett. 110 265503[21]T erentyev D, Bacon D J, Osetsky Y N 2010 Philos. Mag. 901019[22]P ascale E T, Shehadeh M A 2018 Int. J. Plasticity 9 2[23]S ong G, Lee S W 2019 Comput. Mater. Sci. 168 172[24]X ia Z Y, Zhang Z J, Yan J X, Yang J B, Zhang Z F 2020Comput. Mater. Sci. 174 109503[25]L AMMPS Molecular Dynamics Simulator http://lammps./ [2020-10-7][26]C aro A, Hetherly J, Stukowski A, Caro M, Martinez E,Srivilliputhur S, Zepeda-Ruiz L, Nastasi M 2011 J. Nucl.Mater. 418 261[27]S tukowski A 2010 Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18 015012[28]G ordon P A, Neeraj T, Li Y, Li J 2010 Modell. Simul. Mater.Sci. Eng. 18 085008[29]J aime M, Wei C, Vasily V B 2004 Nature Mater. 3 158[30]B acon D J, Osetsky Y N, Rong Z 2006 Philos. Mag. 86 3921[31]11¯1Screw dislocation slip and its interaction with ½[]dislocation loop in bcc-Fe at different temperatures *Wang Jin † He Xin -Fu Cao Han Jia Li -Xia Dou Yan -Kun Yang Wen(Reactor Engineering Technology Research Department , China Institute of Atomic Energy , Beijing 102413, China )( Received 8 October 2020; revised manuscript received 9 November 2020 )Abstract11¯1¯211¯110¯211Reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel, as a typical body centered cubic (bcc) iron based structure material, has become a candidate material for future fusion reactor. Nano-scale prismatic interstitial dislocation loops formed in irradiated RAFM have been studied for many years because of their significant influences on the mechanical properties (e.g. irradiation embrittlement, hardening, creep, etc.). Compared with edge dislocation, screw dislocation has very important influence on plastic deformation behavior because of its low mobility. Thus, the mechanism of interaction between screw dislocation and interstitial dislocation loops has become an intense research topic of interest. In this study, the slip behavior of screw dislocation and the mechanisms of interaction between screw dislocation and ½[ ] dislocation loop in bcc-Fe at different temperatures are investigated by molecular dynamics simulation. The results show that the screw dislocation mainly slides along the ( ) plane at a low temperature of 2 K under the increase of shear stress. With the temperature increasing to 823 K, it is prone to cross slip, and then the cross slip occurs alternately in the ( ) plane and the ( ) plane. Therefore, with the increase of temperature, the critical shear stress decreases gradually. When the screw dislocation slips close to the dislocation loop, the mechanism of interaction between screw dislocation and dislocation loop is different at different temperature: at low temperature of 2 K, there is repulsive force between screw dislocation and dislocation loop, when screw dislocation slip approaches to the dislocation loop, the cross slip of screw dislocation can occur, and shear stress is lower than that from the model without dislocation loop; at medium temperatures of 300 K and 600 K, the influence of repulsive force on the cross slip of screw dislocation can be weakened, and screw dislocation will slip through the dislocation loop then form the new structure named helix turn, which further hinders screw dislocation slipping and results in the increase of shear stress; at a high temperature of 823 K, the screw dislocation is more likely to cross slip due to the thermal activation, and the slip of dislocation loop is also easier to occur, but the screw dislocation and the dislocation loop do not contact each other in the whole shearing process, therefore the shear stress is lowest.Keywords: bcc-Fe, screw dislocation, dislocation loop, molecular dynamicsPACS: 87.10.Tf, 87.15.A – DOI: 10.7498/aps.70.20201659* Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. U1867217) and the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFE0308104).† Corresponding author. E-mail: wangjin118114@。

材料科学基础位错课后答案

材料科学基础位错课后答案一、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”。

FH付华-《材料科学基础》作业答案

• （1）CsCl内离子在<111>方向相接触.
• （2）每单位晶胞内有2个离子; • （3） Cs+和Cl-离子的
配位数是8.
[CsCl 8] 或 [ClCs8]配位六面体。
21
（4）
对CsCl晶体，晶体结构为简单立方，晶胞中含有一个正离子一个负离子，沿体对角线正负离子相切:
3a2r 2r
38
4、（3-8）比较刃位错和螺位错的异同点。
39
位错线和柏氏矢量的关系
刃位错
垂直。刃位错线不一定是直线，可以是折/曲线
螺位错
平行。螺位错线一定是直线。
不同点
刃位错的滑移面只有一个。螺位错的滑移面不是唯一的。
有无无（位错线和柏氏矢量垂有（位错线和柏氏矢量平行，滑
交滑移直所以其构成的平面，不移可以从一个滑移面到另一个滑
所以，
4r 3a
r 3a0.1363nm 4
20
8\2-15:CsCl中铯与氯的离子半径分别为0.167nm、 0.181nm。试问（1）在CsCl内离子在<100>或<111> 方向是否相接触？（2）每单位晶胞内有几个离子？（3）各离子的配位数是多少？（4）密度 ρ和堆积系数（致密度）K？
1 2a1011 6a121 1 3a111
36
3-11
全位错 • 几何条件：
shockley不全位错
Franker不全位错
• 能量条件：
37
shockley不全位错
全位错
Franker不全位错
b=a/3<111>和｛111｝面垂直。纯刃位错。
b垂直于滑移面，不是fcc晶体的滑移方向，不能滑移，只可攀移。

材料科学基础复习题与部分答案

单项选择题：第 1 章原子结构与键合1.高分子材料中的 C-H 化学键属于。

（A）氢键（B ）离子键（ C）共价键2.属于物理键的是。

（ A ）共价键（ B）范德华力（ C）离子键3.化学键中通过共用电子对形成的是。

（ A ）共价键（ B）离子键（ C）金属键第 2章固体结构4.以下不具有多晶型性的金属是。

（A）铜（ B）锰（ C）铁5.fcc 、 bcc 、hcp 三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。

（ A ） fcc（ B） bcc（ C） hcp6.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。

（A）氮（ B）碳（ C）硼7.面心立方晶体的孪晶面是。

（ A ） {112}（B ） {110}（ C） {111}8.以下属于正常价化合物的是。

（ A ） Mg 2Pb（B ） Cu5Sn（ C） Fe3C第 3章晶体缺陷9.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为。

（ A ）肖特基缺陷（B ）弗仑克尔缺陷（ C）线缺陷10.原子迁移到间隙中形成空位 -间隙对的点缺陷称为。

（ A ）肖脱基缺陷（B ） Frank 缺陷（ C）堆垛层错11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？（ A ）垂直（B）平行（C）交叉12.能进行攀移的位错必然是。

（ A ）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错13.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（ A ）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金14.大角度晶界具有 ____________ 个自由度。

（A）3（B）4（C）5第 4 章固体中原子及分子的运动15.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

（ A ）距离（B）时间（C）温度16.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。

（ A ）原子互换机制（B）间隙机制（C）空位机制17.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是（ A ）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制18.原子扩散的驱动力是。

石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【章节题库】第4章~第6章【圣才出品】

几何条件：能量条件：
b
b
a [111]
前
后
b
2
2 a2
3b2 1 a2
前3
后3
几何条件和能量条件均满足。
7．一个 b＝a/2
的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发
生交滑移，请写出交滑移系统。
答：所有包含螺位错方向的面都是滑移面，对于 FCC 晶体滑移面（111）来说，只有
a）位错环及所受应力状况；b）位错环的平衡形状图 4-2
答：位错环的平衡形状如图 4-2（b）所示。
6．若面心立方晶体中有 b＝ a [101]的单位位错及 b＝ a [121]的不全位错，此二位
2
6
错相遇能否进行位错反应？为什么？
答：能够发生反应。
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4．请说明什么是全位错和不全位错，并请写出 FCC、BCC 和 HCP 晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。
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答：全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍。不全位错是指柏氏矢量不等于点阵矢量的滑移面上，正方形的两边分别沿 x 和 y 轴，柏氏矢量沿 z 轴。如果位错环只能滑移，示意画出在以下两种应力分布情况下位错环的平衡形状：
【答案】√
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【解析】书写缺陷方程时要注意：（1）缺陷所带电荷的确定；（2）保持位置关系比例
不变。
2．非化学计量化合物结构缺陷也是一种杂质缺陷。（）【答案】× 【解析】非化学计量化合物是指有些化合物，其化学组成会明显的随着周围气氛的性质和压力的大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，而非化学计量化合物结构缺陷正是由此而产生的缺陷。

材料科学基础期末试卷题集

材料科学基础期末试卷题集《材料科学基础》试卷Ⅲ一、填空题(20分，每空格1分)1. 相律是在完全平衡状态下，系统的是系统的平衡条件的数学表达式： f=C-P+2 。

2. 二元系相图是表示合金系中合金的3. 晶体的空间点阵分属于大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为 =900交（任选三种）。

4. 合金铸锭的宏观组织包括5.．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过和扭折等方式。

6.二、单项选择题(30分，每题1.5分)1. A.B 二组元形成共晶系，则（ A ）A. 具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好B. 具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好C. 具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好D. 不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好2. 简单立方晶体的致密度为（ C ）A. 100%B. 65%C. 52%D.58%3. 运用区域熔炼方法可以（ D ）A. 使材料的成分更均匀B. 可以消除晶体中的微观缺陷C. 可以消除晶体中的宏观缺陷D. 可以提高金属的纯度4. 能进行攀移的位错可能是（ B ）。

A. 肖克利位错B. 弗兰克位错C. 螺型全位错D. 前三者都不是5. 欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免：（ A ）A. 在临界形变量进行塑性变形加工B. 大变形量C. 较长的退火时间D. 较高的退火温度6. 实际生产中金属冷却时( C)。

A. 理论结晶温度总是低于实际结晶温度;B. 理论结晶温度总是等于实际结晶温度;C. 理论结晶温度总是高于实际结晶温度;D. 实际结晶温度和理论结晶温度没关系.7. 相互作用参数Ω的物理意义是：（ A）A. Ω>0表示固溶体内原子偏聚B. Ω>0表示固溶体内原子短程有序C. Ω>0表示固溶体内原子完全无序D. Ω<0表示固溶体内原子偏聚8. 单晶体的临界分切应力值与( C )有关。

A. 外力相对于滑移系的取向B. 拉伸时的屈服应力C. 晶体的类型和纯度D. 拉伸时的应力大小19. fcc晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为[10]，滑移面为（111），则位错线方向平2行于（ B ）。

材料科学基础练习题

第2章固体结构一、填空题1.所谓_______________是指晶体结构中任一原子周围最近邻且___________的原子数；而_______________是指晶体结构中原子体积占总体积的百分比。

面心立方和密排六方结构的致密度均为____________，是纯金属中最密集的结构。

2.组成合金的基本的___________的物质称为组元。

组元可以是金属和非金属元素，也可以是化合物。

固态下所形成的合金相基本上可分为_________和__________两大类。

3.固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的________________，它保持着_____________的晶体结构类型。

4.影响固体溶解度的因素很多，主要取决于四个因素：a._____________，b.__________，c._________________，d.___________________5. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，若晶体点阵常数为a，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，若晶体点阵常数为a，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为___________，若晶体点阵常数为a和c，原子的半径是____________。

6.铝晶体属于_____________点阵。

“材料科学与工程基础”第二章习题答案题目整合版

“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。

ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角；（b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。

（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。

（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。

或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。

室温下的原子半径R ＝1.444A 。

（见教材177页）点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。

在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以（2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即碳占据八面体的10％。

5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。

请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。

见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。

材料科学基础课后习题

1、作图表示立方晶体的晶面及晶向。

2、在六方晶体中,绘出以下常见晶向等。

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、镁的原子堆积密度与所有hcp金属一样,为0、74。

试求镁单位晶胞的体积。

已知Mg的密度,相对原子质量为24、31,原子半径r=0、161nm。

5、当CN=6时离子半径为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。

试确定在镍的(100),(110)及(111)平面上1中各有多少个原子。

8、石英的密度为2、65。

试问:1)1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(假设原子就是球形的)？9、在800℃时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,试问这种瞧法就是否正确？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。

12、设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。

晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AB,段与滑移面垂直。

位错的柏氏矢量b与平行而与垂直。

试问:1)欲使段位错在ABCD滑移面上运动而不动,应对晶体施加怎样的应力？2)在上述应力作用下位错线如何运动？晶体外形如何变化？13、设面心立方晶体中的为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为。

(完整版)材料科学基础习题库第一章-晶体结构

（一）．填空题1．同非金属相比，金属的主要特性是__________2．晶体与非晶体的最根本区别是__________3．金属晶体中常见的点缺陷是__________ ，最主要的面缺陷是__________ 。

4．位错密度是指__________ ，其数学表达式为__________ 。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做__________ ，而晶胞是指__________ 。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是__________ ，而面心立方晶格是__________ 。

7．晶体在不同晶向上的性能是__________，这就是单晶体的__________现象。

一般结构用金属为__________ 晶体，在各个方向上性能__________ ，这就是实际金属的__________现象。

8．实际金属存在有__________ 、__________ 和__________ 三种缺陷。

位错是__________ 缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度__________ 得多。

9．常温下使用的金属材料以__________ 晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以__________ 晶粒为好。

‘10．金属常见的晶格类型是__________、__________ 、__________ 。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为__________ ，OC晶向指数为__________ ，OD晶向指数为__________ 。

12．铜是__________ 结构的金属，它的最密排面是__________ ，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为__________ 。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有__________ ，属于面心立方晶格的有__________ ，属于密排六方晶格的有__________ 。