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目錄
I 考查目標........................................................................................ 2
II 考試形式和試卷結構 ..................................................................2
III 考查內容..................................................................................... 2
IV. 題型示例及參考答案 ...............................................................2
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全國碩士研究生入學統一考試
金屬學及熱處理考試大綱
I 考查目標
目的是科學、公平、有效地測試考生是否具備攻讀相關專業碩士所必須的基本素質、一
般能力和培養潛能，以利用選拔具有發展潛力的優秀人才入學，為國家的經濟建設培養具有
較強分析與解決實際問題能力的高層次、應用型、復合型的材料成型專業人才。考試測試內
容包括金屬學基礎、熱處理原理與工藝和金屬材料學三大部分。
具體來說，要求考生：
掌握金屬與合金的晶體結構、缺陷、擴散、凝固與相圖尤其是鐵碳相圖、塑性變形及回
復再結晶等，掌握金屬及合金固態相變基本理論、加熱與冷卻時的組織轉變、鋼的常規熱處
理工藝以及化學熱處理工藝、了解鋼的表面熱處理，掌握鋼的合金化原理、各種鋼典型鋼號
及化學成分特點、合金元素作用、熱處理特點、組織及用途等。
II 考試形式和試卷結構
一、試卷滿分及考試時間
試卷滿分為 150 分，考試時間 180 分鐘。
二、答題方式
閉卷、筆試。允許使用計算器，但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。
三、試卷內容與題型
名詞解釋（10 個 ，每題 3 分，共 30 分）
簡答題（6 題，每題 8 分，共 48 分）
綜合題（4 題，每題 18 分，共 72 分）
III 考查內容
第一篇 金屬學基礎
1.金屬與合金的晶體結構 ：金屬的晶體結構、合金相結構、金屬晶體的缺陷。
2.純金屬的結晶 ：金屬結晶的現象、金屬結晶的熱力學條件、金屬結晶的結構條件、晶
核的形成、晶核的長大。
3.二元合金的凝固與相圖：二元合金相圖的建立、勻晶相圖及固溶體的結晶、共晶相圖
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及其合金的結晶、包晶相圖及其合金的結晶、二元合金相圖的分析及
熱力學解釋、二元合金相圖與性能的關系、合金鑄件的組織與缺陷。
4.鐵碳合金相圖：鐵碳合金的組元及基本相、Fe-F3C 相圖分析、鐵碳合金的平衡結晶過
程及組織、含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響、鋼中的雜質元
素及鋼錠組織。
5.三元合金相圖：三元合金相圖的表示方法、三元系平衡相的定量法則、三元勻晶相圖、
組元在固態下完全不溶的三元共晶相圖。
6.金屬的塑性變形和再結晶：金屬的變形特性、單晶體的塑性變形、多晶體的塑性變形、
塑性變形對金屬組織與性能的影響、冷變形金屬的回復與再結晶、金
屬的熱加工。
7.擴散：擴散的類型、擴散定律、影響擴散的因素。
第二篇 鋼的熱處理原理與工藝
1.鋼的熱處理原理：固態相變特點、鋼在加熱時的轉變、鋼的過冷奧氏體轉變曲線、珠
光體轉變、馬氏體轉變、貝氏體轉變、鋼在回火時的轉變。
2 . 鋼的熱處理工藝：鋼的退火與正火、鋼的淬火與鋼的回火、鋼的化學熱處理、鋼的表
面處理。
第三篇 金屬材料學
1 工業用鋼：鋼的分類及編號、合金元素在鋼中的作用、工程構件用鋼、機器零件用鋼、
工具鋼、特殊鋼。
2. 鑄鐵：鑄鐵的分類及牌號、組織特征、化學成分特點、常用鑄鐵、合金鑄鐵。
3. 有色金屬與合金：鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、滑動軸承合金。
IV. 題型示例及參考答案
一. 名詞解釋（每題 3 分，共 30 分）
1. 晶體結構: 指晶體中原子(或者離子、分子、原子集團)的具體排列情況，也就是晶體中的
這些質點(原子、離子、分子或原子集團)在三維空間有規律的周期性重復排列
方式。
2. 空間點陣: 將晶體結構的實際陣點抽象為純粹的幾何點(陣點)，陣點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，各個陣點間的周圍環境相
同，這種陣點有規則地周期性重復排列所形成的空間幾何圖形即稱為空間點
4
陣。
3. 過 冷 度: 金屬的實際結晶溫度 Tn 與理論結晶溫度 Tm 之差，稱為過冷度。以Δ T 表示，
Δ T=Tm-Tn。
4. 成分過冷: 在固液界面前方一定范圍內的液相中，其實際溫度低于平衡結晶溫度，在界面
前方出現了一個過冷區域，平衡結晶溫度與實際溫度之差即為過冷度，這個由
于液相中的成分變化而引起的過冷度稱之為成分過冷。
5. 加工硬化: 在塑性變形過程中隨金屬內部組織的變化，金屬的機械性能將產生明顯的變
化，隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度顯著升高；而塑性、韌性則顯
著下降，這一現象稱為加工硬化。
6.上坡擴散: 擴散原子由濃度低處向濃度高處的擴散。
7.實際晶粒度：在某一具體的加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小。
8.臨界淬火直徑：指圓棒試樣在某種介質中淬火時，所能得到的最大淬透直徑。
9.紅硬性：工具鋼在較高溫度時能保持高硬度的能力。
10.蠕變：金屬在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產生塑性變形的想象。
二、簡答題
1. 如圖所示,某晶體受到一均勻切應力 τ 的作用,其滑移面上有一柏氏矢量為
?
b 的位錯環。
(1).分析位錯環各點（A、B、C、D）位錯及其它位置位錯的結構類型。
(2).并說明有無可能各部分都是螺型位錯或刃型位錯?
答（要點）:
(1) A、C 點是純刃型位錯. B、D 點是純螺型位錯 余者均為混合位錯.
(2) 不可能各部分都是螺型位錯,因為找不到 b 與位錯線處處平行的位錯環,但是可
以找到 b 與位錯線處處垂直的情況,各部分都是刃型位錯的位錯環是可以找
到的。
2. 回答下面問題
(1) 試述晶粒位向、晶界對多晶體塑性變形的影響?
(2) 冷拔強化銅絲作導線，冷拔后應如何處理?為什么?
答（要點）:
(1) 多晶體中晶粒位向的不同導致了各晶粒變形的非同時性，由于多晶體中每個晶粒
5
都處于其它晶粒的包圍中，這就要求變形必須與其臨近的晶粒相互協調配合，否則
就不能保持晶粒間的連續性，而造成空隙，導致材料的斷裂。所以，多晶體的變形
通常較單晶體來的困難.
(2) 進行回復退火(即去應力退火).
原因：使冷加工金屬基本上保持加工硬化狀態條件下，降低其內應力，以避免所謂
的”應力腐蝕開裂”。
3. . 用 15 鋼制作一要求耐磨的小軸(直徑 20mm)，其工藝路線為:下料→鍛造→A 熱處理→機
加工→B 化學熱處理→C 熱處理→D 熱處理→磨加工.
(1) 寫出其中各熱處理工序的名稱及作用
(2) 說明小軸在使用狀態下的顯微組織及性能特點
答（要點）:
(1) A 熱處理: 正火， 改善低碳鋼切削加工性能。
B 化學熱處理: 滲碳。 提高小軸表面碳含量，獲得軸表面高碳成分。
C 熱處理: 淬火獲得馬氏體。
D 熱處理: 低溫回火。 消除內應力，使殘余奧氏體趨于穩定,獲得回火馬氏體。
(2) 表面滲碳得到高碳鋼成分，淬火回火得到碳化物和馬氏體，其性能特點是硬度高
耐磨，心部是低碳鋼成分，淬火回火得到低碳回火馬氏體，性能特點是強韌性好。
4. 說明 Cu 的質量分數為 4%的 Al-Cu 合金的過飽和固溶體在 130℃時時效脫溶過程及力學
性能的變化.
答（要點）: 脫溶分四個階段
(1)形成 GPⅠ區，薄片狀銅的富集區，薄片兩側有坍塌，造成彈性畸變，導致合金
的硬度升高。
(2) 形成 GPⅡ區，隨時間延長,為進一步降低自由能, Cu 原子在 GPⅠ區基礎上進一
步富集, GPⅠ區進一步長大,而且 Cu 原子和 Al 原子發生有序化轉變,通過均勻形
核、長大，形成較穩定的的 GPⅡ區,又稱為θ ″.θ ″(001)面與 Al 保持完全共格。
但在 z 方向依靠正應變均勻形核。才能與 Al 保持共格，故在薄片周圍產生彈性畸
變區，使硬度提高。
(3) 形成θ '相.時間進一步延長，θ '通過形核、長大形成.與基體依然保持部分共格,
硬度在做高處以后有些下降.
(4) 形成θ相.最后θ相由θ '長大而成，也有認為其在晶界獨立形核長大，共格破壞。
硬度下降開始過時效了。
5．分析：“在液態金屬中凡是涌現出小于臨界晶核半徑的晶胚都不能成核，但只要有
足夠的能量起伏提供形核功，還是可以成核的。”這段話是否正確，并回答純金屬形核時必
須滿足哪些條件？
答（要點）：這句話的前半句是正確的，后半句是錯誤的，任何晶胚成為晶核必須滿足
尺寸條件，能量起伏是為 r* ～r0 范圍 的晶核提供形成功。形核必須同時滿足的條件是：
①必須過冷②滿足尺寸條件即 r≥r*③滿足能量條件即具有形核功。
6. 簡述再結晶與二次再結晶的驅動力，并如何區分冷、熱加工？
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答（要點）：再結晶通常是指經冷變形的金屬在足夠高的溫度下加熱時，通過新晶核的
形成及長大，以無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒的過程。它的驅動力是儲存能；再結晶
完成后繼續升高溫度或延長保溫時間，少數晶粒突發性的不均勻長大，叫二次再結晶。它的
驅動力是界面能。
冷加工：形變時發生加工硬化；熱加工：形變時發生動態再結晶。
四、綜合題
1. 根據 Fe—C 相圖，完成下列問題：
（1）計算含碳為 1.2%的鐵碳合金在室溫時平衡狀態下相的相對量以及共析體的相對量，并
畫出室溫下的組織示意圖。（12 分）
（2）鐵碳相圖中共有幾種滲碳體類型同時描述它們的形貌。（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%
白色的網為二次滲碳體；片狀為珠光體
（2）共有 5 種滲碳體。一次滲碳體，從液體中直接結晶出來最粗大呈板條；二次滲
碳體，從 A 中析出為網狀；三次滲碳體，從 F 中析出呈小塊狀；共晶滲碳體，是 A 與滲碳
體的混合物呈花斑狀；共析滲碳體，是 F 和滲碳體的混合物呈片狀。
2. 論述奧氏體晶核在鐵素體和滲碳體相界面處較易形成的原因。（18 分）
答（要點）：（1）在 F 和 Fe3C 兩相界面處，碳原子濃度相差大，有利于獲得形成 A 晶
核所需的碳濃度。
（2）在 F 和 Fe3C 兩相界面處，因為原子排列不規則，Fe 原子可通過短程擴散由舊相
點陣向新相點陣轉移。而促使 A 形核。
（3）在 F 和 Fe3C 兩相界面處，雜質及其他晶體缺陷較多，所以有高的畸變能。如果
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新相在此形核，則有可能消除部分晶體缺陷，使體系的自由能降低。
3. 從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有哪些途徑?（18 分）
答（要點）：（1）細化奧氏體晶粒。如強碳化物形成元素 Ti、Nb、V 等。
（2）提高鋼回火穩定性。如強碳化物形成元素 Ti、Nb、V 等都很有效。
（3）改善基體的韌度。如加 Ni。
（4）細化碳化物。碳化物細小、園整、分布均勻和適量對韌度有利。
（5）降低或消除回火脆性。如加入 W、Mo。
（6）在保證強度時，盡可能降低含 C 量.
4. 有一個 45 鋼制造的變速箱齒輪，其加工工序為：下料 → 鍛造 → 正火→ 粗機加
工 → 調質 → 精機加工 → 高頻表面淬火 → 低溫回火 → 磨加工。說明各熱處理工序的
目的及組織。（18 分）
答（要點）：正火目的是提高切削加工性能，組織為珠光體+鐵素體；調質目的為高頻表
面淬火做組織準備，組織為回火索氏體；高頻表面淬火目的提高變速箱齒輪表面硬度及耐磨
性，表面組織為隱晶馬氏體心部組織為回火索氏體；低溫回火目的是消除表面淬火的應力，
表面組織為回火馬氏體。
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