《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試大綱

適用專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程

科目代碼及名稱 考試大綱 

805材料科學(xué)基礎(chǔ) 一、考試目的與要求

測試考生對材料科學(xué)基礎(chǔ)基本理論、基礎(chǔ)知識的掌握程度以及應(yīng)用基本理論分析問題的能力，考生要系統(tǒng)掌握材料成分、結(jié)構(gòu)及性能相關(guān)的理論知識和工程知識體系，掌握材料結(jié)構(gòu)及缺陷在凝固、擴散、塑性變形和固態(tài)相變過程中的變化規(guī)律及其對力學(xué)性能影響的基本原理，初步具備綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程中實際問題的能力。

考生作答時要語言通順，層次清楚；回答問題要點明確，理由充分；畫圖要求清晰明了；計算題要有必要步驟，準確的結(jié)果，合理的計量單位。

二、試卷結(jié)構(gòu)（滿分150分）

1．內(nèi)容比例

晶體結(jié)構(gòu)及缺陷   約15分

金屬的凝固       約30分

相結(jié)構(gòu)與相圖     約40分

固態(tài)中的擴散     約15分

金屬塑性變形和回復(fù)再結(jié)晶   約40分

材料固態(tài)相變     約10分

2．題型比例

（1）客觀題（50分）

概念題  約20分

選擇題  約15分

判斷題  約15分

（2）主觀題（100分）

簡答題  約40分

分析題  約40分

綜合題  約20分

三、考試內(nèi)容與要求

   （一）晶體結(jié)構(gòu)及缺陷

考試內(nèi)容：晶體學(xué)基礎(chǔ)知識；晶體結(jié)構(gòu)、晶胞表達及計算；晶體中的缺陷及對性能影響。

考試要求：

1．掌握晶體的定義及晶體的性能特點，理解空間點陣和晶胞的定義，掌握晶胞的晶格常數(shù)和軸間夾角的表示方法，了解空間點陣的基本類型；

2．掌握三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)的單胞原子數(shù)、配位數(shù)和堆垛方式，能夠分析密排面及密排方向；能夠畫出立方晶系晶胞的質(zhì)點模型并標注給定的晶面和晶向，掌握單胞致密度和晶體理論密度的計算方法。

3．了解晶體中點、線、面缺陷的具體種類及特征，能夠根據(jù)柏氏矢量、位錯線、位錯線運動方向之間相互關(guān)系判斷位錯類型，能夠運用幾何條件及能量條件判斷位錯反應(yīng)；掌握晶粒的概念，理解晶界具有的不同于晶粒內(nèi)部的系列特征及對材料性能的影響。

（二）金屬的凝固

考試內(nèi)容：純金屬的結(jié)晶；均勻形核和非均勻形核；界面結(jié)構(gòu)及生長；合金的結(jié)晶及成分變化；鑄錠組織及控制。

考試要求：

1．掌握純金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象和微觀過程，理解結(jié)晶的熱力學(xué)和結(jié)構(gòu)條件；能夠分析晶胚形成時的阻力和驅(qū)動力，以及系統(tǒng)總自由能隨晶胚半徑的變化關(guān)系，理解臨界形核半徑和臨界形核功的概念并能計算。

2．掌握形核率的概念，能夠分析形核率隨過冷度變化的原因；掌握非均勻形核的概念、非均勻形核形核率的影響因素及在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3．了解晶體生長時固液界面的微觀結(jié)構(gòu)類型和晶體生長的臺階機制，能夠分析溫度梯度對純金屬晶體長大形態(tài)（平面狀長大，樹枝狀長大）的影響。

4．掌握固溶體平衡結(jié)晶與純金屬相比具有的特點；了解宏觀偏析現(xiàn)象及應(yīng)用，理解微觀偏析產(chǎn)生原因及對材料性能的影響；掌握成分過冷的概念及形成，能根據(jù)成分過冷分析對晶體組織形態(tài)的影響及原因。

5．了解工業(yè)上細化晶粒的方法，掌握金屬鑄錠三晶區(qū)組織特征及形成原因，提出鑄錠（件）柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)的控制方法。

（三）材料相結(jié)構(gòu)與相圖

考試內(nèi)容：固體相種類及結(jié)構(gòu)；二元相圖基礎(chǔ)知識；鐵碳合金及相圖應(yīng)用，三元相圖基本運用。

考試要求：

1．了解組元、相、固溶體、金屬間化合物等專業(yè)術(shù)語；掌握固溶體的類型，分析固溶強化的機理及規(guī)律；掌握金屬間化合物的類型、性能的共同特點及應(yīng)用。

2．掌握二元合金的勻晶、共晶、包晶、共析等類型相圖及轉(zhuǎn)變反應(yīng)式，能夠畫出典型成分合金的冷卻曲線分析平衡結(jié)晶過程，掌握平衡相、平衡組織的名稱并運用杠桿定律計算相和組織的含量。

3．能夠畫出鐵碳合金相圖，正確標注相圖中的點、線、區(qū)（組成相或組織），掌握特征點、線的意義，正確書寫三個特征反應(yīng)的反應(yīng)式及發(fā)生特征轉(zhuǎn)變點的碳含量、轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。

4．掌握鐵碳合金中相、組織及組織組成，了解鋼與鐵的成分與組織的關(guān)系；能夠畫出典型成分合金組織示意圖，計算室溫下的相組成物和組織組成物的相對含量。

5．理解三元合金相圖的成分表示方法和相平衡分析，能夠在相圖中畫出給定的成分點或線；能利用固態(tài)完全不溶的三元共晶合金投影圖分析給定成分合金的室溫組織，能畫出給定成分合金的垂直截面圖，并利用投影圖和垂直截面圖分析平衡結(jié)晶過程。

（四）固態(tài)中的擴散

考試內(nèi)容：擴散現(xiàn)象及本質(zhì)；擴散第一定律和第二定律；擴散的類型及機制；擴散的影響因素。

考試要求：

1．理解固體中的擴散現(xiàn)象及與原子運動的關(guān)系，掌握擴散第一定律和第二定律適用條件、基本表述及其對相應(yīng)的擴散過程進行分析的方法。

2．掌握自擴散與互擴散、原子擴散與反應(yīng)擴散的概念，理解固體中原子擴散的空位和間隙機制，能夠從擴散驅(qū)動力角度分析上坡擴散產(chǎn)生的原因。

3．理解溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、化學(xué)成分等因素對擴散的影響；能夠利用擴散激活能（阿雷尼烏斯公式）計算擴散系數(shù)，利用給定條件計算滲層深度與擴散時間。

（五）金屬塑性變形和回復(fù)再結(jié)晶

考試內(nèi)容：拉伸曲線及變形過程；滑移及孿生變形；多晶體變形；材料強化方法及原理；塑性變形對組織及性能的影響；材料回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象及組織性能變化。

考試要求：

1．能夠畫出退火態(tài)低碳鋼拉伸時的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，說明變形的各階段及能夠獲得的力學(xué)性能指標。

2．了解滑移系、臨界分切應(yīng)力的概念，掌握面心和體心立方晶體的滑移面、滑移方向和滑移系數(shù)目，能夠畫出具體的滑移面及該滑移面的滑移方向。

3．了解晶體塑性變形的兩種主要機制及特點，掌握孿生變形現(xiàn)象和特點，能夠運用位錯理論分析晶體的滑移過程。

4．理解多晶體塑性變形的過程及特點，掌握細晶強化的概念，能夠分析細化晶粒對金屬強度及塑韌性的影響及原因。

5．掌握固溶強化的現(xiàn)象、強化的規(guī)律及強化的機理；能夠分析細小第二相分別為硬質(zhì)點（軟質(zhì)點）時的彌散強化（沉淀強化）的機制。

6．掌握冷塑性變形對金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響；理解加工硬化現(xiàn)象，能夠分析加工硬化基本原理和意義。

7．掌握回復(fù)、再結(jié)晶、再結(jié)晶圖的專業(yè)術(shù)語，能夠分析回復(fù)以及再結(jié)晶過程中微觀結(jié)構(gòu)、組織狀態(tài)和性能的變化；掌握再結(jié)晶的影響因素和二次再結(jié)晶現(xiàn)象及原因。

（六）材料固態(tài)相變

考試內(nèi)容：固態(tài)相變的基本類型；相變特點及原因；相變的界面及界面能；固態(tài)相變的非均勻形核。

考試要求：

1．了解固態(tài)相變的概念及分類，掌握固態(tài)相變的特點及原因。

2．掌握固態(tài)相變的界面類型及界面應(yīng)變能和化學(xué)能變化規(guī)律。

3．理解缺陷對固態(tài)相變非均勻形核的作用及原因。

 

參考書目：  

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》（第四版），劉智恩，西北工業(yè)大學(xué)出版社

《金屬學(xué)及熱處理》（第二版），崔忠圻，機械工業(yè)出版社

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》(第三版)，胡賡祥、蔡珣主編，上海交通大學(xué)出版社

 

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