晶体缺陷及固态相变复习题

第一部分：晶体缺陷
晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。

晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。

一、点缺陷
定义：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷，称为点缺陷。

1点缺陷的类型：空位、间隙原子、异类原子。

2点缺陷与扩散的关系：⎪⎩
⎪⎨⎧−→−−→−弥扩散异类原子自扩散间隙原子空位 3点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在，使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小，使离子晶体的导电性改善。

过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。

4获得过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火。

二、线缺陷
1定义：线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺陷，如各类位错。

位错：位错是晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子方向发生了某种有规律的错排现象；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。

2位错的三种基本类型：刃型位错、螺型位错和混合位错。

它们与柏氏矢量的关系：
刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。

螺型位错：柏氏矢量与位错线平行。

混合位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直，而是与位错线相交成任意角度。

3位错的运动形式或方式有哪些？
位错的基本运动形式是滑移，此外，刃型位错还有攀移，螺型位错还有交滑移。

刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。

对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移而，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。

4扭折、割阶的定义；割阶对位错运动有什么影响？
一个运动的位错线，特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段（n个原子间距）首先进行滑移。

若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上时，称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。

扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动，几乎不产生阻力，而且扭折在线张力作用下易于消失。

但割阶则与原位错线不在同一滑移面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，通常称此为割阶硬化。

5单位位错线所受到的滑移力、攀移力、应变能公式（只记公式结果）：
各类位错系数是多少？
6单位位错与不全位错的基本概念
单位位错：柏氏矢量恰好等于单位点阵矢量的位错。

不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。

7层错与不全位错的关系
不全位错出现于层错区和完整晶体的交界处。

肖克莱不全位错的滑移可引起层错面得扩大或缩小。

弗兰克不全位错的柏氏矢量与层错面垂直。

8扩散与位错
如果扩散元素沿位错管道迁移，所需要的激活能较小，所以扩散速率较高。

在高温下，位错对晶体的总扩散的贡献并不大，只有在较低温度下才能显示出其重要性。

冷变形会增加金属材料的界面和位错密度，也会加速扩散过程的进行。

9第二相粒子与位错的关系，绕过机制，切过机制
绕过机制：位错绕过不易形变粒子，粒子对位错的斥力足够大，运动位错线在粒子前受阻、弯曲。

随外加切应力增加，留下位错环，其余位错继续滑移。

通常称为奥罗万机制。

切过机制：短程交互作用和长程交互作用。

10汤普森四面体（点、线、面）
如果以α，β，γ，8 分别代表与A ，B ，C ，D 点相对面的，心，把4个面以三角形ABC 为底展开，得图3.40(c) 。

由图中可见: (1)四面体的4个面即为4个可能的滑移面:(111) ，(111) ，(111) ，(111)面。

(2) 四面体的6个棱边代表12个晶向，即为面心立方晶体中全位错12 个可能的柏氏矢量。

(3) 每个面的顶点与其中心的连线代表24个1/6 <112> 型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24 个肖克莱不全位错的柏氏矢量。

(4）4个顶点到它所对的三角形中点的连线代表8个1/3<111>型的滑移矢最，它们相当于面心立方晶体中可能有的8个弗兰克不全位错的柏氏矢量。

(5) 4个面中心相连即αβ，αγ，αδ，βγ，γδ，βδ为1/6<110>是压杆位错的一种。

11罗麦-柯索尔位错（位错方向）
位错方向[110]
形成于两个{111}面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态称为“Lomer-Cottrell位错"，也称为面角位错。

12位错增殖的5种机制：F-R位错源、双交滑移、单边F-R位错源、刃型位错线部分攀移、空位片塌陷
13位错密度与强度关系（图）
三、面缺陷
1基本概念与类型，对性能的影响
基本概念：面缺陷，其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称为二维缺陷。

类型：外表面和内界面。

外表面：固体材料与气体或液体的分界面。

内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、层错和相界面等。

对性能的影响：
（1）阻碍位错运动，引起界面强化，提高材料的强度。

阻碍变形，使变形分布均匀，提高材料的塑性，强度、塑性的提高使材料的韧性也得到改善；
（2）具有较高的能量，在化学介质中不稳定，产生晶界腐蚀；（3）界面减少，晶粒增大，可提高导磁率，降低矫顽力；
（4）在高温下界面强度降低，成为薄弱环节；
（5）影响形变过程及形变金属加热时发生的再结晶过程；
（6）结晶凝固和固态相变都是新相生核和核心长大过程，形核依附界面，长大依靠界面迁移。

2晶界的位错结构
（1）倾侧晶界①对称倾侧晶界：E=E0θ（A-lnθ）E0=Gb/[4π(1-v)] [Read-Shockley公式] ②不对称倾侧晶界：E=E0θ（A-lnθ）
E0=Gb（cosΦ+sinΦ）/[4π(1-v)]
（2）扭转晶界E=E0θ（A-lnθ）E0=Gb/2π
（3）一般小角度晶界
各段位错现均为螺形位错；晶界平面必须为（111）面；
第二部分固态相变
1固态相变的特点？相变阻力大等6个特点。

？
（1）固态相变阻力大（2）原子迁移率低（3）非均匀形核（4）低温相变时会出现亚稳相（5）新相往往都有特定的形状（6）按新
相-母相界面原子的排列情况不同，存在共格、半共格、非共格等多种结构形式的界面（7）新相和母相之间存在一定的位相关系（8）为了维持共格，新相往往在母相的一定界面上开始形成。

（1）相界面：按结构特点可分为共格界面、半共格界面(部分共格界面)和非共格界面三类；
（2）位向关系，它们常以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶面互相平行；
（3）惯习面，固态相变时，新相往往在母相的一定结晶面上开始形成的晶面；
（4）应变能，在固态相变过程中，新、旧两相的比容不同，并且由于母相是固体，新相形成时的体积变化将受到周围母相的约束，不能自由胀缩而产生应变，使系统额外地增加的能量；
（5）晶体缺陷的影响，如晶界、位错和空位；
（6）原子的扩散，有许多固态相变，新、旧两相的成分不同，相变必须通过某些组元的扩散才能进行。

在这种情况下，扩散就成为相变的控制因素。

但是，固态金属中原子的扩散速度远低于液态的原子，如液态金属中扩散系数可达10-70cm2/sec，而固态中仅约
10-7~10-8 cm2/天，两者之间要相差几个数量级。

因此原子的扩散速度对固态相变有很重要的影响。

2固态相变类型：不同分类方式、不同类型
（1）按热力学分类：一级相变和二级相变
（2）按原子迁移情况分类：分为扩散型和无扩散型两大类。

3沉淀⎩
⎨⎧不连续沉淀概念连续沉淀，调幅分解的 沉淀的定义：从过饱和固溶体中析出第二相或形成溶质原子富集的亚稳区等过渡相的过程称为沉淀，或称脱溶。

沉淀类型 ：沉淀形式可分为连续沉淀和不连续沉淀两类。

连续沉淀又分为均匀沉淀和局部沉淀，而不连续沉淀则总是局部沉淀。

4时效过程（Al-4.5%Cu 合金）α'→CPI 区（盘状）→θ''→θ'→θ（CuAl 2）
5马氏体相变特点7个
(1)无扩散性 （2）表面浮凸和形状改变 （3）惯习面及其不应变性 （4）新、旧相之间保持一定的位相关系 （5）马氏体内往往有亚结构 （6）马氏体相变的可逆性（7）马氏体有一定的起始相变温度Ms 和一定的终了相变温度Mf （8）奥氏体的热稳定化 （9）形变诱发马氏体相变。