《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試大綱

適用專(zhuān)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(cè)試考生對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度以及應(yīng)用基本理論分析問(wèn)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(shí)和工程知識(shí)體系，掌握材料結(jié)構(gòu)及缺陷在凝固、擴(kuò)散、塑性變形和固態(tài)相變過(guò)程中的變化規(guī)律及其對(duì)力學(xué)性能影響的基本原理，初步具備綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程中實(shí)際問(wèn)題的能力。

考生作答時(shí)要語(yǔ)言通順，層次清楚；回答問(wèn)題要點(diǎn)明確，理由充分；畫(huà)圖要求清晰明了；計(jì)算題要有必要步驟，準(zhǔn)確的結(jié)果，合理的計(jì)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(kuò)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(jiǎn)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(shí)；晶體結(jié)構(gòu)、晶胞表達(dá)及計(jì)算；晶體中的缺陷及對(duì)性能影響。

考試要求：

1．掌握晶體的定義及晶體的性能特點(diǎn)，理解空間點(diǎn)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(diǎn)陣的基本類(lèi)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(huà)出立方晶系晶胞的質(zhì)點(diǎn)模型并標(biāo)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(jì)算方法。

3．了解晶體中點(diǎn)、線、面缺陷的具體種類(lèi)及特征，能夠根據(jù)柏氏矢量、位錯(cuò)線、位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向之間相互關(guān)系判斷位錯(cuò)類(lèi)型，能夠運(yùn)用幾何條件及能量條件判斷位錯(cuò)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(duì)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(zhǎng)；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(guò)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(shí)的阻力和驅(qū)動(dòng)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(jì)算。

2．掌握形核率的概念，能夠分析形核率隨過(guò)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(zhǎng)時(shí)固液界面的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)型和晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階機(jī)制，能夠分析溫度梯度對(duì)純金屬晶體長(zhǎng)大形態(tài)（平面狀長(zhǎng)大，樹(shù)枝狀長(zhǎng)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(diǎn)；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(duì)材料性能的影響；掌握成分過(guò)冷的概念及形成，能根據(jù)成分過(guò)冷分析對(duì)晶體組織形態(tài)的影響及原因。

5．了解工業(yè)上細(xì)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(lèi)及結(jié)構(gòu)；二元相圖基礎(chǔ)知識(shí)；鐵碳合金及相圖應(yīng)用，三元相圖基本運(yùn)用。

考試要求：

1．了解組元、相、固溶體、金屬間化合物等專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)；掌握固溶體的類(lèi)型，分析固溶強(qiáng)化的機(jī)理及規(guī)律；掌握金屬間化合物的類(lèi)型、性能的共同特點(diǎn)及應(yīng)用。

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

3．能夠畫(huà)出鐵碳合金相圖，正確標(biāo)注相圖中的點(diǎn)、線、區(qū)（組成相或組織），掌握特征點(diǎn)、線的意義，正確書(shū)寫(xiě)三個(gè)特征反應(yīng)的反應(yīng)式及發(fā)生特征轉(zhuǎn)變點(diǎn)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(huà)出典型成分合金組織示意圖，計(jì)算室溫下的相組成物和組織組成物的相對(duì)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(huà)出給定的成分點(diǎn)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(huà)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(guò)程。

（四）固態(tài)中的擴(kuò)散

考試內(nèi)容：擴(kuò)散現(xiàn)象及本質(zhì)；擴(kuò)散第一定律和第二定律；擴(kuò)散的類(lèi)型及機(jī)制；擴(kuò)散的影響因素。

考試要求：

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

2．掌握自擴(kuò)散與互擴(kuò)散、原子擴(kuò)散與反應(yīng)擴(kuò)散的概念，理解固體中原子擴(kuò)散的空位和間隙機(jī)制，能夠從擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力角度分析上坡擴(kuò)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(duì)擴(kuò)散的影響；能夠利用擴(kuò)散激活能（阿雷尼烏斯公式）計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)，利用給定條件計(jì)算滲層深度與擴(kuò)散時(shí)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(guò)程；滑移及孿生變形；多晶體變形；材料強(qiáng)化方法及原理；塑性變形對(duì)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(huà)出退火態(tài)低碳鋼拉伸時(shí)的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，說(shuō)明變形的各階段及能夠獲得的力學(xué)性能指標(biāo)。

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(huà)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(jī)制及特點(diǎn)，掌握孿生變形現(xiàn)象和特點(diǎn)，能夠運(yùn)用位錯(cuò)理論分析晶體的滑移過(guò)程。

4．理解多晶體塑性變形的過(guò)程及特點(diǎn)，掌握細(xì)晶強(qiáng)化的概念，能夠分析細(xì)化晶粒對(duì)金屬?gòu)?qiáng)度及塑韌性的影響及原因。

5．掌握固溶強(qiáng)化的現(xiàn)象、強(qiáng)化的規(guī)律及強(qiáng)化的機(jī)理；能夠分析細(xì)小第二相分別為硬質(zhì)點(diǎn)（軟質(zhì)點(diǎn)）時(shí)的彌散強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）的機(jī)制。

6．掌握冷塑性變形對(duì)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(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，能夠分析回復(fù)以及再結(jié)晶過(guò)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(lèi)型；相變特點(diǎn)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(lèi)，掌握固態(tài)相變的特點(diǎn)及原因。

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

3．理解缺陷對(duì)固態(tài)相變非均勻形核的作用及原因。

 

參考書(shū)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(jī)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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