1、硕士研究生入学考试大纲金属学考试大纲I 考查目标研究生入学考试金属学是为江苏大学材料科学与工程学院招收相关硕士生所设置的具有选拔性质的考试科目。其目的是科学、公平、有效地测试考生是否具备攻读相关硕士生学位所必须的基本素质、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。具体来说。要求考生：1 熟练掌握晶体学基础知识、典型金属的晶体结构及其相关内容。2 掌握合金相的一般规律及其结构特点，固溶体的分类及其影响因素，各种中间相的结构和性能特点。3 熟练掌握纯金属的凝固理论，二元系合金凝固中组织的分析、二元合金的分析方法及应用，能用杠杆定律计算组织组成及相组成的相对量。4 练掌握合金凝固特点
2、以及成分过冷对组织形态的影响以及铸锭的组织与缺陷，了解固溶体合金及共晶合金的凝固理论。5 熟练掌握扩散问题的热力学分析、扩散激活能、影响扩散的因素、反应扩散。6 掌握三元相图成分表示及其性质，三元匀晶相图、三元共晶相图及其凝固，能用杠杆定律和重心法则计算组织组成及相组成的相对量。7 熟练掌握晶体缺陷的分类、概念、特点及性质，位错的弹性性质、位错的运动、实际晶体中的位错、各种金属强化的位错机制。8 熟练掌握单晶体、多晶体的塑性变形特点、变形后的组织性能、合金的塑性变形。9 熟练掌握变形金属在加热过程中产生回复与再结晶的现象、影响再结晶的因素、再结晶后晶粒的长大、动态回复与动态再结晶、金属材料的热
3、压力加工。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、答题方式答题方式为闭卷、笔试。允许使用计算器。三、试卷内容与题型结构1 名词解释（24 分） 2 计算与分析题（4560）3 简答题 （3545） 4 论述题（3040）III 考查内容1 晶体材料的结合键2 空间点阵和晶胞3 典型金属的晶体结构4 晶面指数和晶向指数及其标注5 同素异构和多型性转变6 单晶体、多晶体和非晶体7 合金相与固溶体及其特点与影响因素8 晶体缺陷及其分类9 点缺陷、位错及面缺陷10 位错理论的应用11 扩散的基本描述12 扩散定律13 扩散方程的解及其应用14
4、扩散的微观机制15 扩散的热力学及影响扩散的因素16 反应扩散17 相图的基本知识18 二元系相图19 三元系相图20 相图的热力学基础21 纯金属的结晶22 固溶体的结晶23 共晶合金的凝固24 凝固组织及其控制25 金属及合金的变形26 滑移系27 滑移过程中晶体的转动28 单晶体滑移后的表面形貌29 加工硬化现象30 孪生的微观和宏观特征31 滑移与孪生的比较32 多晶体塑性变形的一般特点33 冷变形金属在加热时的组织与性能的变化34 回复、再结晶与晶粒长大35 金属的热加工IV. 题型示例及参考答案一、名词解释（每题3分，共24分）1 滑移系 2 临界过冷度 3 再结晶织构 4 平衡分
5、配系数5 柯肯达尔效应 6 连接线 7 不全位错 8 柏氏矢量二、AlCu相图的局部如图2-1所示。1 分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡凝固和快速冷却不平衡结晶时室温组织特点。（ 6分）2 图中的相为何种晶体结构？（ 3分）3 计算亚共晶合金在温度为 TE（共晶反应前）时的平衡分配系数（ 5 分）4 画出 T=560温度时各相的自由能成分曲线示意图。 （ 5 分）图 2-1 第二题图三、图3-1为一连铸坯低倍组织照片，说明各晶区的名称及成因；若想得到更多的等轴晶粒，可采用哪些方法或措施？（15分）图3-1 第三题图四、扩散的微观机制有哪些？一般情况下哪种机制扩散速度快，为什么？一个
6、经凝固而有微观非平衡偏析的合金，生产中常采用什么方法使合金均匀化？描述该过程应用哪种扩散第二定律的解？（15 分）五、根据 Fe- Fe3C 相图，计算含 0.4%C 的亚共析钢在室温平衡组织中铁素体与渗碳体的相对重量，以及先共析铁素体和珠光体的相对重量，画出室温下的组织图（标明组织） 。（17 分）591六、试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。 （20分）七、阐述堆垛层错与不全位错的关系，指出 FCC 结构中常产生的不全位错的名称、柏氏矢量和它们各自的特点。 （20 分）八、对图 8-1 所示 Fe-Cr-C 三元相图的变温截面，写出图中合金 Fe-13%
7、Cr-0.2%C 的平衡结晶过程，比较其室温组织与 Fe-0.2%C 合金室温组织的区别。 （10 分）图 8-1 第八题图九、简述再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷、热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？（10 分）参考答案一、名词解释1 滑移系：把一个滑移面和此面上的一个滑移方向组合称为滑移系。2 临界过冷度：形成临界晶核所需要的过冷度。3 再结晶织构：具有变形织构的材料经退火后，在大多数情况下仍然会具有织构，这种织构称为再结晶织构。4 平衡分配系数：某一温度下固相与液相两平衡成分的比值。5 柯肯达尔效应：扩散偶中由于扩散系数不同而引起对接面移动的现象。6 连接
8、线：两个平衡相的成分存在着对应关系，连接对应成分点的直线。7 不全位错：柏矢矢量小于点阵矢量的位错称。8 柏矢矢量：用来描述位错引起晶格畸变的物理量二、答（要点）1 5.6%Cu 合金平衡结晶时室温组织为 + ，快冷不平衡结晶时室温组织还出现少量非平衡共晶组织（+） 共晶体 ， （常以离异共晶组织形态出现） ；5.7%Cu 合金平衡结晶时室温组织为 + +（+） 共晶体 ，快冷不平衡结晶时室温组织中出现离异共晶。2 FCC 结构3 Ko = Cs/Cl=5.65/35.2=0.164 T=560时各相的 GX 曲线示意图略三、答：（要点）晶区组织：表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。细晶区的形
9、成：主要是液体金属浇入锭模后，冷模壁的作用而产生强烈的过冷，且模壁促进非均匀形核。柱状晶区形成：在细晶区的形成过程中，因为模壁温度不断升高，使得细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难或者说基本上不形核了，此时就在细晶的基础上逐渐长大。由于热量的散发垂直于模壁，因此晶体的生长也就沿着与散热相反方向作定向凝固形成柱状晶。中心等轴晶区的形成：主要是由于铸锭中心的液体存在着大量的籽晶，这些籽晶在成分过冷的作用下，形成核心而长大，形成中心等轴晶。慢的冷速、低的浇注温度、均匀散热、变质处理和应用物理方法等，可扩大等轴晶区。四、答：（要点）间隙扩散机制、空位扩散机制、直接换位机制、环形换位机制。间隙扩散机
10、制扩散速度快，因为通过空位扩散的扩散激活能比间隙扩散的要大，它是由两部分能量组成：原子跳动激活能和空位形成能。采用均匀化退火（扩散退火） ，正弦解。五、解：F 与 Fe3C 相对量：F6.69-0.4/6.69 = 94%；Fe3C = 1-F = 6%组织相对量：F 先 = 0.77-0.4/0.77 = 48%，P = 1- F 先 = 52%组织图略六、答：（要点） 。（1）组织结构：形成纤维组织，晶粒沿变形方向被拉长；形成胞状亚结构形成形变织构（2）力学性能：造成加工硬化（3）物理化学性能：电阻率增加、电阻温度系数、导磁率、导热系数均下降；金属的扩散过程加速，化学活性增加，腐蚀速度加快
11、。（4）体系能量：因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增加；因晶粒间变形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。着两部分都称为储存能，前者为主要的。七、答：（要点）如果层错不是贯通整个晶体，而只限于晶体截面的一部分，则此层错与完整晶体之间的交界处，就具有特殊的几何结构，就构成了一个不全位错。FCC 结构中常产生两种不全位错：肖克莱不全位错 b=a/6211；Frank 不全位错 b=a/3 肖克莱不全位错特点：（1）它只能在111面上运动，不能攀移（刃型位错） ，也不能交滑移（螺型位错）（2）它只能在111面上存在，不能在三维空间存在。Frank 不全位错特点：(1)柏
12、矢矢量与位错垂直,是纯刃型位错.(2)柏矢矢量与层错面相垂直,所以它是固定位错.它不能滑移,而只能攀移八、答：（要点）Fe-13%Cr-0.2%C 的平衡结晶过程：L，L（高温） ，L+，（高温），C 2，C 2+，C 2；室温组织为 珠光体+碳化物。Fe-0.2%C 合金室温组织为 铁素体+珠光体，Fe-13%Cr-0.2%C 合金出现了在过共析成分才出现的组织。九、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。组织结构的区别：静态再结晶组织晶粒大小均匀，易形成退火孪晶；动态再结晶晶粒大小很不均匀，晶粒呈现不规则的凹凸状，很难形成退火孪晶。
