2019江苏大学金属学热处理考试大纲.doc

1目录I 考查目标 .2II 考试形式和试卷结构 .2III 考查内容 .2IV. 题型示例及参考答案 .32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3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-F 3C 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4间点阵。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 T 表示，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 的作用,其滑移面上有一柏氏矢量为 的位错环。b(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?5(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 GP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 GP区，随时间延长,为进一步降低自由能, Cu 原子在 GP区基础上进一步富集, GP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 GP区,又称为 .(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 相.时间进一步延长，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 相.最后 相由 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：6必须过冷满足尺寸条件即 rr* 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？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 FeC 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 / 6.69100% =82% Fe3C= 1-F% =18%P = 6.69-1.2 / 6.69-0.77100% =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7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。