2023年河北专升本金属材料及热处理考试大纲

Ⅰ.课程简介

一、内容概述与要求

金属材料及热处理考试是为招收钢铁智能冶金技术专业专科升本科学生而实施的入学 考试。为了体现钢铁智能冶金技术专业对专接本科学生入学应具备的金属学知识和能力的要 求，金属材料及热处理考试分为两大部分：金属学基础部分和热处理原理部分，考试结构构 成主要集中在金属学基础部分。

参加金属材料及热处理考试的考生应理解《金属材料及热处理》中金属的晶体结构、纯 金属的结晶、二元合金的相结构与结晶、铁碳合金、金属及合金的塑性变形、金属及合金的 回复与再结晶、扩散、钢的热处理原理这八部分的基础基本概念和基本理论；掌握上述部分 学习的基本方法；能够运用所学的基础知识来分析并解决一些简单的实际问题。金属学考试 主要是针对考生对金属学基础知识掌握程度的考核，及一些简单实际问题的分析考核。

二、考试形式与考试结构

考试采用闭卷、笔试形式，全卷满分为 150  分，考试时间 75  分钟。

试卷包括填空题、选择题、简答题、综合题。答案均在答题纸上作答。  填空题 40  分， 选择题 40  分，简答题 50  分，综合题 20  分。

Ⅱ.知识要点与考核要求

一、概论

1 ．知识范围

金属学的研究对象，方法以及金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)， 以及金属材料的力学性能 (强度、硬度、塑性、韧性)。

2 ．考核要求

(1) 金属和合金的区别；

(2) 金属材料的机械性能即力学性能都有哪些；

(3) 金属材料的强化机制。

二、金属和合金的固态结构

1 ．知识范围

主要讲述金属和合金的晶体结构和结构缺陷，是重点章之一，本章包括了金属学中最基 本的理论和概念，是学好该课程的基础。

晶体学基础部分应掌握双原子作用模型、晶体与非晶体、晶体结构与空间点阵、晶胞、 晶格、14  种空间点阵、七大晶系、晶面指数与晶向指数、晶带与晶带轴。

纯金属的晶体结构部分应掌握典型金属的晶体结构 (体心立方、面心立方、密排六方)、 晶体中原子的堆垛、晶体结构中的间隙、原子半径、多晶型性、单晶体的各向异性与多晶体 的各向同性，了解亚金属与镧系金属的晶体结构。

晶体缺陷部分应掌握点缺陷，包括空位和间隙原子、点缺陷的平衡浓度、点缺陷的运动； 位错包括刃型位错、螺型位错、柏氏回路与柏氏矢量；界面包括晶界、大角度晶界与小角度 晶界、亚晶界与相界、界面能、堆垛层错。

固态合金的相结构部分应掌握固溶体，包括固溶体的晶体结构、置换固溶体及其溶解度、 间隙固溶体、有序固溶体及固溶体的微观不均匀性；中间相包括中间相的特点及分类、正常 价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物。

2 ．考核要求

(1) 金属的结合键和结合能。

(2) 固态物质的分类 (晶体和非晶体)，空间点阵与晶体结构的区别以及三种典型的金 属晶体结构 (原子数、配位数、原子半径、密排面和密排方向) 。给出晶面指数和晶向指数， 会画出一个晶胞内的晶向和晶面 (不考虑负号)。

(3) 晶体缺陷：点、线、面缺陷。分别了解点缺陷有哪些，线缺陷主要是位错，  位错 分为螺型和刃型，及其和柏氏矢量的关系，面缺陷有哪些。

(4) 组织和相的概念，固溶体和金属化合物的定义及分类。

三、纯金属的结晶

1 ．知识范围

金属结晶的基本规律，即形核和长大过程。金属凝固的基本过程应掌握过冷现象与过冷 度、形核与长大、孕育期。液态金属的微观结构部分，了解液态金属的性质、熔化时体积变 化、熔化潜热、熔化熵。掌握相起伏、相起伏尺寸与过冷度、结晶潜热。纯金属凝固的热力 学条件应掌握自由能 (G) -温度 (T) 曲线、GS＜Gl 时ΔG＜0 单位体积自由能 ( ΔGv) 与 过冷度 ( ΔT) 的关系。形核部分的内容为均匀形核、形核时能量的变化、临界晶核、临界 晶核半径与过冷度、临界过冷度、临界形核功与过冷度、均匀形核率。非均匀形核、临界晶 核半 径与过冷度、临界形核功与过冷度、均匀形核功与非均匀形核功的关系、浸润角、非 均匀形 核率。长大的内容为 S-L  界面原子迁移动力学、动态过冷度、固液界面的微观结构、 粗糙界 面、光滑界面、界面形貌形成的条件、杰克逊因子、晶核长大机制、垂直长大、二 维晶核长大、缺陷长大。纯金属凝固的生长形态应掌握 L-S  界面处的温度分布、正温度梯 度、负温度梯度、垂直生长、平面状、台阶扩展生长、规则的几何外形、树枝状晶体。铸锭 组织及其晶粒度，熟悉通过结晶过程获得细晶粒金属的主要途径，并能应用结晶过程基本理 论说明铸锭组织的形成过程及改变铸锭组织的方法。

2 ．考核要求

(1) 结晶的条件必须要过冷，过冷度的概念，以及结晶的微观过程 (形核和长大)；

(2) 结晶的驱动力和阻力，形核的基础；

(3) 液态金属的结构；

(4) 晶粒大小的控制 (控制过冷度、变质处理、振动和搅拌)；

(5) 铸锭三晶区的形成原因。

四、二元合金相图

1 ．知识范围

相平衡与相平衡图的基本概念、相律；二元相图的基本类型，杠杆定律，相律在相图中 的应用；了解三元合金相图。弄清楚组元、相、组织、相组成物、组织组成物等基本概念； 掌握匀晶、共晶相图、包晶相图，并会分析典型合金的结晶过程，会用杠杆定律，熟知相图 中相组成与性能的关系。

2 ．考核要求

(1) 相律和杠杆定律；

(2) 成分过冷的概念、成分过冷对晶体长大形状和铸锭组织的影响、晶内偏析及解决方法 ；

(3) 熟悉匀晶相图、共晶相图、共析相图。

五、铁碳相图

1 ．知识范围

Fe—Fe3C  相图和典型合金的平衡结晶过程。掌握铁碳合金的基本相和组织，建立合金 成分—组织—性能—用途之间的关系；能默绘 Fe—Fe3C  相图，掌握其点、线、区的物理意 义等。掌握铁碳相图会分析铁碳合金缓冷过程中的组织变化，能应用杠杆定律计算合金的组 织组成物和相组成物的相对量。

2 ．考核要求

(1) 铁碳合金的组元及基本相；

(2) 铁碳相图分析；

(3) 铁碳合金的平衡结晶过程及组织；

(4) 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响；

(5) 钢中的杂质元素。

六、金属及合金中的扩散

1 ．知识范围

扩散的宏观定律，分析扩散的微观机理，给出固态扩散的实验规律和实际应用。内容为 扩散方程，包括扩散第一方程、扩散第二方程、扩散第二方程的解及其应用举例；原子运动 与扩散，包括扩散机理、扩散的激活能；了解反应扩散；影响扩散的因素包括温度、固溶体 类型、晶体结构、合金元素。

2 ．考核要求

(1) 扩散机制、固态金属扩散的条件及分类；

(2) 影响扩散的因素。

七、金属及合金的形变

1 ．知识范围

应力-应变曲线、金属变形的三个阶段。金属的弹性变形：弹性变形的特点及弹性模量、 弹性变形的微观解释。掌握单晶体的塑性变形：滑移及滑移系、滑移带、滑移面、滑移方向、 滑移的临界分切应力、硬位向、软位向、取向因子、影响临界分切应力的因素、滑移时晶面 及晶向的转动等。孪生及扭折：孪生变形、孪生变形的特点、扭折。弄清多晶体的塑性变形： 多晶体的塑性变形的特点、不均匀变形、协调变形、晶界强强化、位错塞积、多晶体屈服强 度高于单晶体。金属塑性变形后的组织与性能：塑性变形对金属组织的影响、显微组织、形 变织构、亚结构、塑性变形后金属性能的变化、加工硬化及其微观解释、择优取向、残余应 力。

2 ．考核要求

(1) 金属及合金的基本塑性变形方式、滑移和孪生的概念；

(2) 三种常见金属的滑移系、面心立方结构和体心立方结构塑性好坏的比较；

(3) 多晶体的塑性变形的特点、细晶强化和加工硬化的机理。

八、回复和再结晶

1 ．知识范围

金属或合金形变后在加热过程中组织结构及性能的变化，即回复，再结晶及再结晶后的 晶粒长大过程。掌握变形金属在加热过程中微观组织结构转变的基本规律，清楚回复及再结 晶对金属组织与性能的影响，明确热加工的概念。

2 ．考核要求

(1) 形变金属与合金在退火过程中三个阶段组织及力学性能的变化；

(2) 再结晶、二次再结晶、热加工的定义。

九、钢的热处理原理

1 ．知识范围

钢的热处理原理。特别是结合铁碳相图选择钢的加热温度、运用 C  曲线确定过冷奥氏 体转变的组织和性能特征。掌握钢的热处理基本原理，结合 C  曲线，分析过冷奥氏体转变 产物的组织和性能。

2 ．考核要求

(1) 普通热处理的分类；

(2) 珠光体、贝氏体、马氏体的分类及组织形态，它们分别属于哪类固态相变；

(3) 调质处理的定义、回火索氏体和索氏体的区别。