2017年江苏大学818金属学及热处理考研大纲

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目录
I 考查目标........................................................................................ 2
II 考试形式和试卷结构 ..................................................................2
III 考查内容..................................................................................... 2
IV. 题型示例及参考答案 ...............................................................2
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全国硕士研究生入学统一考试
金属学及热处理考试大纲
I 考查目标
目的是科学、公平、有效地测试考生是否具备攻读相关专业硕士所必须的基本素质、一
般能力和培养潜能，以利用选拔具有发展潜力的优秀人才入学，为国家的经济建设培养具有
较强分析与解决实际问题能力的高层次、应用型、复合型的材料成型专业人才。考试测试内
容包括金属学基础、热处理原理与工艺和金属材料学三大部分。
具体来说，要求考生：
掌握金属与合金的晶体结构、缺陷、扩散、凝固与相图尤其是铁碳相图、塑性变形及回
复再结晶等，掌握金属及合金固态相变基本理论、加热与冷却时的组织转变、钢的常规热处
理工艺以及化学热处理工艺、了解钢的表面热处理，掌握钢的合金化原理、各种钢典型钢号
及化学成分特点、合金元素作用、热处理特点、组织及用途等。
II 考试形式和试卷结构
一、试卷满分及考试时间
试卷满分为 150 分，考试时间 180 分钟。
二、答题方式
闭卷、笔试。允许使用计算器，但不得使用带有公式和文本存储功能的计算器。
三、试卷内容与题型
名词解释（10 个 ，每题 3 分，共 30 分）
简答题（6 题，每题 8 分，共 48 分）
综合题（4 题，每题 18 分，共 72 分）
III 考查内容
第一篇 金属学基础
1.金属与合金的晶体结构 ：金属的晶体结构、合金相结构、金属晶体的缺陷。
2.纯金属的结晶 ：金属结晶的现象、金属结晶的热力学条件、金属结晶的结构条件、晶
核的形成、晶核的长大。
3.二元合金的凝固与相图：二元合金相图的建立、匀晶相图及固溶体的结晶、共晶相图
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及其合金的结晶、包晶相图及其合金的结晶、二元合金相图的分析及
热力学解释、二元合金相图与性能的关系、合金铸件的组织与缺陷。
4.铁碳合金相图：铁碳合金的组元及基本相、Fe-F3C 相图分析、铁碳合金的平衡结晶过
程及组织、含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响、钢中的杂质元
素及钢锭组织。
5.三元合金相图：三元合金相图的表示方法、三元系平衡相的定量法则、三元匀晶相图、
组元在固态下完全不溶的三元共晶相图。
6.金属的塑性变形和再结晶：金属的变形特性、单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形、
塑性变形对金属组织与性能的影响、冷变形金属的回复与再结晶、金
属的热加工。
7.扩散：扩散的类型、扩散定律、影响扩散的因素。
第二篇 钢的热处理原理与工艺
1.钢的热处理原理：固态相变特点、钢在加热时的转变、钢的过冷奥氏体转变曲线、珠
光体转变、马氏体转变、贝氏体转变、钢在回火时的转变。
2 . 钢的热处理工艺：钢的退火与正火、钢的淬火与钢的回火、钢的化学热处理、钢的表
面处理。
第三篇 金属材料学
1 工业用钢：钢的分类及编号、合金元素在钢中的作用、工程构件用钢、机器零件用钢、
工具钢、特殊钢。
2. 铸铁：铸铁的分类及牌号、组织特征、化学成分特点、常用铸铁、合金铸铁。
3. 有色金属与合金：铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、滑动轴承合金。
IV. 题型示例及参考答案
一. 名词解释（每题 3 分，共 30 分）
1. 晶体结构: 指晶体中原子(或者离子、分子、原子集团)的具体排列情况，也就是晶体中的
这些质点(原子、离子、分子或原子集团)在三维空间有规律的周期性重复排列
方式。
2. 空间点阵: 将晶体结构的实际阵点抽象为纯粹的几何点(阵点)，阵点可以是原子和分子的
中心,也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，各个阵点间的周围环境相
同，这种阵点有规则地周期性重复排列所形成的空间几何图形即称为空间点
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阵。
3. 过 冷 度: 金属的实际结晶温度 Tn 与理论结晶温度 Tm 之差，称为过冷度。以Δ T 表示，
Δ T=Tm-Tn。
4. 成分过冷: 在固液界面前方一定范围内的液相中，其实际温度低于平衡结晶温度，在界面
前方出现了一个过冷区域，平衡结晶温度与实际温度之差即为过冷度，这个由
于液相中的成分变化而引起的过冷度称之为成分过冷。
5. 加工硬化: 在塑性变形过程中随金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变
化，随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高；而塑性、韧性则显
著下降，这一现象称为加工硬化。
6.上坡扩散: 扩散原子由浓度低处向浓度高处的扩散。
7.实际晶粒度：在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小。
8.临界淬火直径：指圆棒试样在某种介质中淬火时，所能得到的最大淬透直径。
9.红硬性：工具钢在较高温度时能保持高硬度的能力。
10.蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的想象。
二、简答题
1. 如图所示,某晶体受到一均匀切应力 τ 的作用,其滑移面上有一柏氏矢量为
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b 的位错环。
(1).分析位错环各点（A、B、C、D）位错及其它位置位错的结构类型。
(2).并说明有无可能各部分都是螺型位错或刃型位错?
答（要点）:
(1) A、C 点是纯刃型位错. B、D 点是纯螺型位错 余者均为混合位错.
(2) 不可能各部分都是螺型位错,因为找不到 b 与位错线处处平行的位错环,但是可
以找到 b 与位错线处处垂直的情况,各部分都是刃型位错的位错环是可以找
到的。
2. 回答下面问题
(1) 试述晶粒位向、晶界对多晶体塑性变形的影响?
(2) 冷拔强化铜丝作导线，冷拔后应如何处理?为什么?
答（要点）:
(1) 多晶体中晶粒位向的不同导致了各晶粒变形的非同时性，由于多晶体中每个晶粒
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都处于其它晶粒的包围中，这就要求变形必须与其临近的晶粒相互协调配合，否则
就不能保持晶粒间的连续性，而造成空隙，导致材料的断裂。所以，多晶体的变形
通常较单晶体来的困难.
(2) 进行回复退火(即去应力退火).
原因：使冷加工金属基本上保持加工硬化状态条件下，降低其内应力，以避免所谓
的”应力腐蚀开裂”。
3. . 用 15 钢制作一要求耐磨的小轴(直径 20mm)，其工艺路线为:下料→锻造→A 热处理→机
加工→B 化学热处理→C 热处理→D 热处理→磨加工.
(1) 写出其中各热处理工序的名称及作用
(2) 说明小轴在使用状态下的显微组织及性能特点
答（要点）:
(1) A 热处理: 正火， 改善低碳钢切削加工性能。
B 化学热处理: 渗碳。 提高小轴表面碳含量，获得轴表面高碳成分。
C 热处理: 淬火获得马氏体。
D 热处理: 低温回火。 消除内应力，使残余奥氏体趋于稳定,获得回火马氏体。
(2) 表面渗碳得到高碳钢成分，淬火回火得到碳化物和马氏体，其性能特点是硬度高
耐磨，心部是低碳钢成分，淬火回火得到低碳回火马氏体，性能特点是强韧性好。
4. 说明 Cu 的质量分数为 4%的 Al-Cu 合金的过饱和固溶体在 130℃时时效脱溶过程及力学
性能的变化.
答（要点）: 脱溶分四个阶段
(1)形成 GPⅠ区，薄片状铜的富集区，薄片两侧有坍塌，造成弹性畸变，导致合金
的硬度升高。
(2) 形成 GPⅡ区，随时间延长,为进一步降低自由能, Cu 原子在 GPⅠ区基础上进一
步富集, GPⅠ区进一步长大,而且 Cu 原子和 Al 原子发生有序化转变,通过均匀形
核、长大，形成较稳定的的 GPⅡ区,又称为θ ″.θ ″(001)面与 Al 保持完全共格。
但在 z 方向依靠正应变均匀形核。才能与 Al 保持共格，故在薄片周围产生弹性畸
变区，使硬度提高。
(3) 形成θ '相.时间进一步延长，θ '通过形核、长大形成.与基体依然保持部分共格,
硬度在做高处以后有些下降.
(4) 形成θ相.最后θ相由θ '长大而成，也有认为其在晶界独立形核长大，共格破坏。
硬度下降开始过时效了。
5．分析：“在液态金属中凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但只要有
足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。”这段话是否正确，并回答纯金属形核时必
须满足哪些条件？
答（要点）：这句话的前半句是正确的，后半句是错误的，任何晶胚成为晶核必须满足
尺寸条件，能量起伏是为 r* ～r0 范围 的晶核提供形成功。形核必须同时满足的条件是：
①必须过冷②满足尺寸条件即 r≥r*③满足能量条件即具有形核功。
6. 简述再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷、热加工？
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答（要点）：再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶核的
形成及长大，以无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒的过程。它的驱动力是储存能；再结晶
完成后继续升高温度或延长保温时间，少数晶粒突发性的不均匀长大，叫二次再结晶。它的
驱动力是界面能。
冷加工：形变时发生加工硬化；热加工：形变时发生动态再结晶。
四、综合题
1. 根据 Fe—C 相图，完成下列问题：
（1）计算含碳为 1.2%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量以及共析体的相对量，并
画出室温下的组织示意图。（12 分）
（2）铁碳相图中共有几种渗碳体类型同时描述它们的形貌。（6 分）
解：（1）F = 6.69- 1.2 / 6.69×100% =82% Fe3C= 1-F% =18%
P = 6.69-1.2 / 6.69-0.77×100% =92.7%
白色的网为二次渗碳体；片状为珠光体
（2）共有 5 种渗碳体。一次渗碳体，从液体中直接结晶出来最粗大呈板条；二次渗
碳体，从 A 中析出为网状；三次渗碳体，从 F 中析出呈小块状；共晶渗碳体，是 A 与渗碳
体的混合物呈花斑状；共析渗碳体，是 F 和渗碳体的混合物呈片状。
2. 论述奥氏体晶核在铁素体和渗碳体相界面处较易形成的原因。（18 分）
答（要点）：（1）在 F 和 Fe3C 两相界面处，碳原子浓度相差大，有利于获得形成 A 晶
核所需的碳浓度。
（2）在 F 和 Fe3C 两相界面处，因为原子排列不规则，Fe 原子可通过短程扩散由旧相
点阵向新相点阵转移。而促使 A 形核。
（3）在 F 和 Fe3C 两相界面处，杂质及其他晶体缺陷较多，所以有高的畸变能。如果
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新相在此形核，则有可能消除部分晶体缺陷，使体系的自由能降低。
3. 从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径?（18 分）
答（要点）：（1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素 Ti、Nb、V 等。
（2）提高钢回火稳定性。如强碳化物形成元素 Ti、Nb、V 等都很有效。
（3）改善基体的韧度。如加 Ni。
（4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。
（5）降低或消除回火脆性。如加入 W、Mo。
（6）在保证强度时，尽可能降低含 C 量.
4. 有一个 45 钢制造的变速箱齿轮，其加工工序为：下料 → 锻造 → 正火→ 粗机加
工 → 调质 → 精机加工 → 高频表面淬火 → 低温回火 → 磨加工。说明各热处理工序的
目的及组织。（18 分）
答（要点）：正火目的是提高切削加工性能，组织为珠光体+铁素体；调质目的为高频表
面淬火做组织准备，组织为回火索氏体；高频表面淬火目的提高变速箱齿轮表面硬度及耐磨
性，表面组织为隐晶马氏体心部组织为回火索氏体；低温回火目的是消除表面淬火的应力，
表面组织为回火马氏体。