北京科技大学2014年攻读硕士学位
《金属学》复习大纲
（适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程、材料物理与化学）
一、金属与合金的晶体结构
1. 原子间的键合
1)金属键, 2)离子键, 3)共价键
2．晶体学基础
1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数
3．金属的晶体结构
1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙， 4）晶体缺陷
4．合金相结构
1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素
4）中间相
5．晶体缺陷
1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷
二、金属与合金的凝固
1．金属凝固的热力学条件
2．形核
1）均匀形核，2）非均匀形核
3．晶体生长
1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷
4．凝固宏观组织与缺陷
三、金属与合金中的扩散
1．扩散机制
2．扩散第一定律
3．扩散第二定律
4．影响扩散的主要因素
四、二元相图
1．合金的相平衡条件
2．相律
3．相图的热力学基础
4．二元相图的类型与分析
五、金属与合金的塑性变形
1．单晶体的塑性变形
1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折
2．多晶体的塑性变形
1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，
3.塑性变形对组织与性能的影响
1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等
六、回复和再结晶
1．回复和再结晶的基本概念
2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化
3．再结晶动力学
4．影响再结晶的主要因素
5．晶粒正常长大和二次再结晶
七、铁碳相图与铁碳合金
1．铁碳相图
2．铁碳合金
3．铁碳合金在缓慢冷却时组织转变
八、固态相变
1．固态相变的基本特点
2．固态相变的分类
3．扩散型相变
1）合金脱溶，2）共析转变，3）调幅分解
4．非扩散型相变
参考书：
1.金属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶金工业出版社，1998；
2.材料科学基础, 余永宁主编, 高等教育出出版社，2006；
3.材料科学基础（第二版）, 胡赓祥等主编, 高等教育出出版社，2006；
4.任何高等学校材料科学与工程专业《金属学》或《材料科学基础》教学参
考书。
考试内容梳理
第一章：金属与合金的晶体结构
① 1)金属键, 2)离子键, 3)共价键
考点：金属键（2001年，2004年，2007年）简述什么是金属键？5分
剖析：金属中自由电子和原子核之间靠静电作用产生的键合力。
②晶体学基础 10分
1)空间点阵（2008年）在空间中由几何阵点周期性规则排列并具有完全相同的
周围环境，在三维空间规则排列的阵列成为空间点阵，简称点阵。5分
2 晶向指数与晶面指数（2008，2007，2006，2005，2004，2003，2002）
画出fcc中（110）晶面原子的排列情况，在体心立方中画出一个最密排方向并表明晶向指数，再画出过该方向的两个不同的低指数晶面，写出对应的晶
面指数，这两个面与其平行的密排方向构成什么关系？20分
3晶系及布喇菲点阵（2007年，2004年）
考点：7中晶系的点阵参数，14种布喇菲点阵，晶体结构与布喇菲点阵的区别。
剖析：布喇菲点阵中每个阵点周围环境相同，法国数学家布喇菲经过推倒
只可能有14种，也可表诉为除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置构成的点阵。
难点：空间点阵与晶体结构的区别
③金属的晶体结构（年年考）20分
1）典型的金属晶体结构 fcc，bcc，hcp，年年考重中之重，考察晶胞中
的原子数，点阵常数与原子半径，配位数和致密度，要烂熟于胸。
2）原子的堆垛方式体心立方：ABABABA或ACACACAC,
面心立方：ABCABCABC或ACBACBACB
3）晶体结构中的间隙:四面体间隙和八面体间隙画图（2008）20分
④合金相结构 20分
1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素（2007，2006，，2005，2004，2003，2001，2000）
所谓固溶体是指溶质原子以原子态溶入金属溶剂的点阵晶格中所组成的单一均匀固体，其特点是保持溶剂的点阵结构类型。置换固VS间隙固溶体？影响固溶度的因素有：
ⅰ：原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于±15℅有利于形成大的代为固溶体，当两组元的直径相对差大于41℅时，有利于形成高的间隙固溶体。
ⅱ：负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大，一般小于0.4～0.5会有较大的溶解度。
ⅲ：电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属中，溶质的原子价越高，溶解度越小：而是相对价效应即高价溶质融入低价溶剂是的高于相反的情况。
4）中间相(2006,2004,)合金中组元之间形成的、与纯组元结构均不同的新相，处在相图的中间区域。
⑤晶体缺陷 20分
1）点缺陷：点缺陷的几种基本类型，空位，间隙，杂质，溶质原子等
2)晶体缺陷的基本类型和特征：点缺陷，线缺陷即位错，面缺陷即晶界相界
（2007，2006，2005）
07：点缺陷和线缺陷为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？举例说明或画图说明什么是小角度晶界的为错模型？描述大角度晶界有何模型？其含义是什么？
解析答案：1：点缺陷产生畸变，是局部能量升高，附近有弹性应变场，为错也是如此，但为错周围应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力;
点缺陷会聚集到为错上是应变能降低，使系统能量降低，吸附溶质的为错是一种稳定的组态，此时为错被钉扎而难以运动，使强度提高，会产生上下屈服点效应。
2：小角度晶界可看成是由大量的、两侧原子完全对应的好区和一组平行或相互垂直的位错组成，取向差完全是靠为错产生的；晶界能是位错能量的加和。大角度晶界模型有非晶模型、小岛模型、重合位置点阵模型，后者的含义是特殊的打角度晶界内一部分原子同属界面两侧点阵，重合点本身构成一超点阵，晶界过其密排面是能量最低。
第二章：金属与合金的凝固
1．金属凝固的热力学条件：△G＜0,对任何一个反应，只有放出能量反应才能发生，金属的凝固和相变同样如此。
2．形核
1）均匀形核，2）非均匀形核
均匀形核：指不依靠外来表面，而在晶体内部自发形核，过冷度要求比较大。
非均匀形核：依靠外来表面或孕育剂形核，过冷度要求较小。
3.晶体生长
1）液固界面的微观结构， 2）成分过冷
如图液固界面的微观结构
2）成分过冷指凝固时，液固界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。
4．凝固宏观组织与缺陷
金属铸锭的组织
1－表层细晶区2－柱状晶区3－中心等轴晶区各个晶区是如何形成的，都有什么特点？
第三章：金属与合金中的扩散
1．扩散机制：交换机制、间隙机制、空位机制、晶界扩散及表面机制，其中空位机制是置换固溶体中最重要机制。
2．菲克第一定律：J=-Dd ，它表示了物质从高的质量浓度区向低的质量浓度区方向迁移。菲克第一定律描述了一种稳态扩散，即浓度质量不随时
间而改变。
3．菲克第二定律 ，是一种非稳态扩散，某点的质量浓度随时间的改变而改变。
4．影响扩散的主要因素
1：温度：是影响扩散最主要的因素，温度越高，扩散系数D 越大。 2：固溶体类型：置换固溶体激活能大，扩散的慢；间隙固溶体扩散激
活能小，扩散的快。
3：晶体结构：低对称性的晶体结构中，存在扩散的各向异性，如六方
结构晶体，平行与垂直基面（0001）的扩散系数不同
4：晶体缺陷：界面表面及位错是扩散的快速通道。
5：熔点。同一合金系中，同一温度下熔点高的合金中扩散慢，熔点低
的扩散快。
第四章：二元相图
1．合金的相平衡条件及相律：
处于平衡状态下的多相（p 个相）体系，每个组元（共有c 个组元）在
各相中的化学势都必须相等。
从相平衡条件可知，处于平衡状态的多元系中可能存在的相数有一定的
限制。这种限制可用吉布斯相律表示为：
f=c-p+2
f 为体系的自由度数，c 为体系的组元数，p 为相数。对于不含气相的体
系，压力一般可认为是常数，因此相律又可写成：
f=c-p+1
相律给出了平衡状态下体系中存在的相数和组元数及温度、压力之间的
关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。
2．相图的热力学基础
①了解固溶体的成份自由能曲线，如图
Ω<0时：曲线为U 形，只有一个最小值
Ω=0时：曲线也为U 形，只有一个最小值
Ω>0时：曲线为∩形，有两个最小值，即固溶体有一定的溶混间隙
②多相平衡的公切线原理
在二元系中，当两相（例如固相α和β）平衡时，热力学条件为
βαβα
μμμμB B A A ==,，即两组元分别在两相中的化学势相等。因此，两相平衡
时的成分由两相成分－自由能曲线的公切线确定。如图
③杠杆法则：α和β两相共存时，可用杠杆法则计算两相的相对量，
应用杠杆法则时要找准三个点，即两个相点和一个成分点。
3．二元相图的类型与分析
①匀晶相图：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变，对应的 固液转变图称为匀晶相图。
②共晶相图：两组元在液态是无限固溶，液相线从两端纯组元向中间凹
下，两液相线交点对应的温度称为共晶温度，在该温度下液相通过共晶凝
固同时结晶出两个固相，这两相的混合物称为共晶组织或共晶体。这种股
也转变图称为共晶相图。
共晶相图／共晶合金的平衡凝固及其组织是考试重点。
第五章 金属与合金的塑性变形
1．单晶体的塑性变形
①滑移：当应力超过晶体的弹性极限时，晶体中就会产生层片之间的相对滑移， 大量的滑移线组成滑移带。
②临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力，它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。θφτCOS COS A
F = ③孪生：晶体受力以后，以产生孪晶的方式进行的均匀切变过程叫孪生，切变区与未切变区呈晶面对称的取向。
④纽折：当晶体不能进行滑移变形，若此时孪生过程也因阻力太大无法进行时，
随着外力继续增大，超过某一临界值时晶体会产生适应性的局部弯曲，
这种变形方式称为扭折，变形区域称为扭折带。
滑移是单晶体变形的主要方式，孪生和扭折是滑移不能进行时的协调性变形。
2．多晶体的塑性变形
1）多晶体塑性变形的特点：
①多晶体中，每个晶粒与周围晶粒取向不同，处于有利位相的先滑移，故滑移开始的早晚不同，滑移系的数目也不相同。
②不同位相晶粒滑移系取向不同，滑移方向也不相同，故滑移不可能从一个晶粒直接延续到另一个晶粒。
③为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，每个晶粒不只是在取向有利的方向进行，而且必须在几个非有利的滑移系上进行才能使其
形状做各种改变。
④多晶体是否能够塑性变形取决于它是否具备5个以上独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协调的要求。
FCC 有12滑移系，BCC 有48个滑移系，它们的多晶体有很好的塑性；而FCP 只有3个独立滑移系，晶粒间协调性很差，所以其多晶体塑性变形能
力低。如g M
2）晶界的影响：
①晶界上原子排列不规则，是严重错排区，位错不能通过，形成位错塞积群。
即晶界阻碍滑移的进行。
②由于晶界数量取决于晶粒的大小，因此晶界对多晶体起始塑变抗力的作用可
通过晶粒大小直接体现。多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的强度S σ与晶粒平均直径ｄ的符合霍尔－佩奇公式：2
1-0d K S +=σσ
第六章 回复和再结晶
1．回复和再结晶的基本概念
回复是指冷变形金属在加热时新的无畸变的晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；
再结晶是指新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒的过程；
晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大；
2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化
组织变化：随退火温度的升高或时间的延长，出现亚晶的合并并长大，再结
晶形核及长大，无位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度
的形变晶粒，然后是晶粒的正常长大
性能的变化：①形变储存能逐渐被释放，特别是再结晶阶段释放的最显著 ②硬度及强度下降，延伸率上升
③电阻降低，密度提高
在结晶时各种性能的变化都比回复时强烈的多。
3．再结晶动力学
横坐标是再结晶的体积分数，纵坐标是时间。再结晶的体积分数公式为：
)3exp(14
3t G N R ?
--=π?，再结晶动力学取决于形核率?N 和长大速率Ｇ的大小。上图为恒温时的动力学曲线，成典型的“Ｓ”形。
4．再结晶温度及影响再结晶的主要因素
再结晶温度是指经过大变形量的冷变形金属，经过1ｈ退火能能完成在结
>95％）所对应的温度定义为再结晶温度。
晶（
R
影响再结晶的主要因素：
①变形程度的影响：冷变形程度越大，储存能越多，再结晶驱动力也越大，
因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。
②原始晶粒尺寸：其他条件相同时，金属的原始晶粒越细小，变形抗力越大，
冷变形后储存的能量越高，再结晶温度也越低。
③溶质原子：溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，阻碍位错的滑移与攀移
及晶界的迁移
④第二相粒子：第二相粒子较大时促进再结晶，第二相粒子较小时阻碍再结
晶
⑤再结晶退火工艺参数：加热温度，加热速度与保温时间等退火工艺参数，
对变形金属的再结晶有着不同程度的影响。
5．晶粒正常长大和二次再结晶
晶粒长大：再结晶完成以后，大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大的过程，其驱动力是总的界面能的降低。
二次再结晶：也称为晶粒的异常长大，是指再结晶结束以后正常长大过程被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。其驱动力是界面能的降低。
第七章、铁碳相图与铁碳合金
1．铁碳相图
铁碳相图是考试重点，每年都会考，考点：
①画出铁碳相图，只画实线部分即可，实线是冷却，虚线是加热溶解
②标出图中各点的字母和成分必须和原图一样，不得更改字母
③标出包晶温度、共晶温度和共析温度以及各相区的相组成
④会用杠杆法则计算某一点的相含量和组织含量
2．铁碳合金及其在缓慢冷却时组织转变
根据碳含量的增加，铁碳合金有以下组织及转变过程：
①工业纯铁室温为α铁素体： 缓慢冷却时组织转变：（多晶型转变）（多晶型转变）固溶体αγδ→→→L ②共析珠光体0.77%C
室温组织：铁素体和渗碳体层片交替的混合物，白色薄片是铁素体，黑色薄片是渗碳体
缓慢冷却时组织转变：)()(30218.077.0共析转变匀晶转变C Fe L +→→αγ
③亚共析钢 室温组织是先共析铁素体和珠光体
200倍，白色先共析铁素体，黑色珠光体
④过共析钢室温组织是网状二次渗碳体和珠光体
白色是二次渗碳体呈网状分布，其余是珠光体
⑤共晶白口铸铁4.3%C 室温组织是珠光体和变态莱氏体
黑色是由共晶奥氏体转变而来的珠光体，白色基体是共晶渗碳体
⑥亚共晶白口铸铁室温组织是黑色树枝状是珠光体，其余为变态莱氏体
⑦过共晶白口铸铁室温组织是一次渗碳体和变态莱氏体
白色条带为一次渗碳体，其余为变态莱氏体
要求：能识别不同的图片，并能描述出缓冷时的组织转变示意图。
第八章固态相变
1．固态相变的基本特点
固态相变与金属的结晶再结晶有着显著的差异，其基本特点是：
①相变阻力中除了界面能又多了应变能一项，相变阻力增大
②形核方面：非均匀形核为主，新旧相具有特定的取向关系，相界面常为共格
或半共格
③生长方面具有惯习现象，即新相沿母相的特定晶面析出长大
④有亚稳相生成，以降低相变阻力
2．固态相变的分类：扩散型相变和非扩散型相变
3．扩散型相变：扩散过程有的扩散
①合金脱溶：当固溶体因温度变化而呈过饱和状态时，其所含的过饱和溶质原子将通过扩散析出新相，脱溶过程难以达到平衡，脱溶产物往往以亚稳态的过渡
相存在。
②共析转变：随着温度的降低从一相中逐渐脱溶出两相的分解过程称共析转变，如共析珠光体
③调幅分解：不经过形核阶段的不稳定分解，母相成分的任何涨落都导致系统的自由能的降低，母相经过上坡过赛的形式自动分解为富A和富B的两个亚稳相。
4．非扩散型相变：扩散过程中不发生原子的扩散，仅依靠切变重排形成亚稳态新相，例如马氏体转变
课程 材料科学基础 （共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上） 一、填空题（1.5×20=30分） 1. 结晶学晶胞是（ ）。 2. 扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）形式表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。 3. 晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的（）。 4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。 5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（ ），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。 6. 依据硅酸盐晶体化学式中（ ）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（ ）。 7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法是（ ）的，因为（ ）。 8. 二级相变是指（ ），发生二级相变时，体系的（ ）发生突变。 9. 驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面属于是（ ）。 10. 固态反应包括（ ），化学动力学范围是指（ ）。 11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO·SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。 二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为 0.068nm， 0.099nm，
0.132nm。（15分） 1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”； 2. 计算TiCaO3的晶格常数； 3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？ 三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分） 1．写出产生TiO2-x的反应式； 2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？ 3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。 四、选择题：下列2题任选1题（12分） 1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。 2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。 五、现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能如下：（15分） 材料最佳性能用途 Y2O3透明，光线传递光学激光杆 Si3N4高温强度，抗蠕变燃气轮机部件 含Co铁氧体较顽力高能量永久磁铁 在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素？ 六、熔体结晶时：（1）图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响； （2）核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？ （3）指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（12分） 七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm，它的密度是3.6g/cm3。（Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27）（12分）
北京科技大学 1995年硕士学位研究生入学考试试题 考试科目: 金属学 适用专业: 金属塑性加工 说明:统考生做1～10题，单考生做1～7题和在8～13题中任选3题。每题10分。 1、什么是固溶体？固溶体可以分为几种？并说明其各自的结晶特点。 2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少？ 3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。 4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。 5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。 6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。 7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。 8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。 9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的？哪些元素是缩小奥氏体区域的？C Si Ti Cr Mo Ni Cu N 10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化？ 11、绘出立方系中｛110｝晶面族所包括的晶面，以及（112）、（123）、（120）晶面。 12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。 13、合金钢中主要的合金相有几种类型？
北京科技大学 1999年硕士学位研究生入学考试试题 考试科目: 金属学 适用专业: 金属塑性加工 1、名词解释:（10分） （1）点阵畸变（2）组成过冷（3）再结晶温度（4）滑移和孪生（5）惯习现象 2、说明面心立方、体心立方、密排六方（c/a≥1.633）三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。（10分） 3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么？（10分） 4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。（10分） 5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程（包括相变转换和成分转换）。（10分） 6、选答题（二选一，10分） （1）铸锭中区域偏析有哪几种？试分析其原因，并提出消除区域偏析的措施。 （2）固溶体结晶的一般特点是什么？简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因，说明消除显微偏析的方法。 7、简述金属或合金冷塑性变形后，其结构、组织和性能的变化。（10分） 8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织，储存能和性能的变化规律。（10分） 9、选答题（二选一，10分） （1）为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能，采用了如下热处理工艺制度，在熔盐浴中505℃保温30分钟后，在水中淬火，然后在190℃下保温24小时，试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。 （2）什么叫固溶体的脱溶？说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。 10、简述固溶强化，形变强化，细晶强化和弥散强化的强化机理。（10分） 11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些？并说明其影响的基本规律。（10分） 12、画出铁碳相图，并写出其中包晶反应，共晶反应和共析反应的反应式。（10分） 13、选做题（二选一，10分） （1）如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件中晶粒大小，并分析原因。 a.水冷模浇铸和砂模浇铸 b.低过热度浇铸和高过热浇铸
一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。
三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，
XX年北京科技大学材料专业考研经验全分享转眼间，已经尘埃落定。回首这一年，有努力，也有回报，有汗水，也有欢笑。这一年，个人的付出固然重要，但诚然，我也从论坛收益良多，现在我小小的总结一下自己的观点，希望能对学弟学哥妹们有所帮助。 先来说说自己的情况:我报考的是北京科技大学材料学院，所考的分数分别为政治58，英语57，数学二115，专业课（材料科学基础）108，总分338。这样一个分数，对于一个工科生而言，算是中规中矩，但是对于今年的北科材料，可算是一个不折不扣的擦线党（初试线337）。即便如此，我想我还是很有必要介绍一下自己的经验。 如今，考研是一个热门的话题。同时，也是大学本科生的一个未来规划中的热门选项。很多人很轻率的就决定考研，对此我是不发表任何评论的。但是，我觉得，一旦决定考研，就要对全局有一个清醒的认识，而不是在模模糊糊的状态下就开始看书，鄙人鱼见，这样只是浪费了自己的时间和经历。 看书前要做好万全准备。大家可能会问要做好哪些准备。且听我慢慢道来。
做好了以上的各种准备，接下来就需要开始各科的复习了。不需要过多的解释，数学和英语都是要从大三下开始的，而政治和专业课是从九月份开始。细节我慢慢道来。 因为本人是工科生，所以只介绍工科生相关经验。我们考的是数学二，也就是只有高数和线性代数。而关于考研复xí，论坛里很多人都会分为三轮，说实话，我自己到目前为止也没好好划分过，所以只按自己的经验一点点介绍。 先插播一下我的学习理念。我觉得作为一个工科生，在学习这一块，理应有些自己的方法。我觉得不管是学什么，首先我们得对这一科有一个全局的把握，其次，我们还要有能力从众多信息中抽象出重点，然后循着重点对症下药。简单来讲，我觉得就是个盖房子的过程，先打地基，再出骨架，最后各种装饰。 频道调回到数学，关于数学的学习，我觉得首先得从书本下手，高数用同济5或者6版的两本书，线代无所谓，大同小异。依据往年的大纲，先把书本过个一遍，对各种概念，各种公式有个初步印象，我觉得这一步很重要：对于基础好的同学，可以作为回顾，对于基础差的同学，可以作为启蒙用。然而这样还不够，书本还要用第二遍，这一遍，最好边看边把你自己认为是重点的句子，定义，概念等抄下来（后期还有大作用），基础好的同学可以随意练练课后习题，基础
北京科技大学 2012年硕士学位研究生入学考试试题 ============================================================================================================= 试题编号： 814 试题名称：材料科学基础（共 3 页） 适用专业：材料科学与工程材料工程(专业学位) 说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。 ============================================================================================================= 一、简答题(8分/题，共40分) 1. 写出七种晶系的名称及点阵参数之间的关系； 2. 简述临界分切应力的概念； 3. 给出一级相变和二级相变的分类原则和相变特征； 4. 分析金属或合金的结晶形态； 5. 给出再结晶温度的定义。 二、纯Cu晶体在常温下的点阵常数为a=0.3615nm: 1. 指出其晶体结构类型和配位数（3分）； 2. 简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径（6分）； 3. 画出Cu原子在（111）晶面的分布情况，并计算其晶面间距和原子在 晶面上的致密度（6分）。（共15分） 三、分别画出下列离子晶体的布拉菲点阵(下图中的点阵参数均为a=b=c， α=β=γ=90o)。(10分) NaCl CaF2CaTiO3
四、示意画出下面的Ti-Zr体系中bcc和hcp相在1155、1139、1000和878K 时 的Gibbs自由焓-成分曲线。(15分) 五、根据下面的Al-Zn相图, 1. 写出其中的三相反应式（4分）； 2. 画出x(Zn)=0.80合金的缓慢冷却曲线，并写出各阶段相对应的组织（8分）； 3. 画出上述合金缓慢冷却到室温时的组织示意图，并计算各组织组成物的 相对含量(8分)。（共20分）
1 2015年行政管理考研指导 《张国庆公共行政学考研解析》，团结出版社，2013年版 （考点精编·习题答案·真题解析·热点解读） 《公共行政学》、《人力资源开发与管理（第二版）》、《公共政策》三门占的分值达到了75%以上。其他的三门的总分大约在80分左右。其中《公共行政学》这本书内容比较多，知识点繁杂，这个可以参考育明教育2013年出版的《张国庆公共行政学考研解析》，涵盖了考点精编·习题答案·真题解析。 《比较政治经济学》每年会有变动。不过，这门课，分值不是很高。这本书大家参考育明教育内部题库就可以了。 《行政法与社会科学》的两本参考书很难复习，但是历年考察的题目基本么有超出育明教育内部题库和复习范围。 行管每年的参考书都有所变动，但是基本的步调还是一致的。现在的一个趋势是要考查数理统计部分，每年都有二三十分的题目。这个的话，育明也有一个内部题库，基本涵盖了所有的考试范围。 此外，考生在复习的时候，还应该多关注一些当前行政管理学界的热点问题，比如“大部制改革”、“公共危机管理”、“政府信息公开”、“政府与媒体的关系”、“李连杰壹基金所引发的对第三部门的思考”、“拆迁引发的对行政执行能力问题的思考”、“交通拥堵等带来的交通管制等问题的思考”、“把权力关进制度的笼子里”、“改革是中国最大的红利”等等方面的问题。 2011年北大行管第一名、育明学员周武良：考研，就是要有方法！ 2010年北大行管第一名、育明学员葛连高： 北大行管辅导，首选育明教育！ 2012年北大行管第二名、育明学员李强：选择育明，选择成功！ 西方国家行政改革的理论背景 20.1 考点、难点、热点归纳 【考点1】新自由主义★★★★★ （一）主体理论 一般认为，新自由主义是亚当·斯密古典自由主义思想基础上建立起来的强调市场导向、主张贸易自由化、价格市场化、产权私有化以及以此为基础的全球化的理论和思想体系。哈耶克1944年的《通往奴役之路》，被认为是标志新自由主义创立的宪章。
材料科学基础习题 叶荷 11 及材料班2013-1-10 第三章二元合金相图和合金的凝固 一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。
2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数ko；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。 4. 相图分折有哪几步？答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题 绘图表示铸锭宏观组织三晶区。 四、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。
材料科学基础考研经 典题目
16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18.为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19.在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样 条件下，单相固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因
16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样条件下，单相 固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因 答：正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大，液相温度T 随之升高的情况，即0>dZ dT 。在这种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的，当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时，它的生长速度就会减慢甚至停止，周围部分的过冷度较凸起部分大，从而赶上来，使凸起部分消失，这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷，在液体处于正的温度梯度下，相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形，其大小与很多因素有关。此时，成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论：⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时，界面不可能出现较大的凸起，此时平界面是稳定的，合金以平面状生长，形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度，从而促进了凸起进一步向液体深处生长，考虑到界面的力学平衡关系，平界面变得不稳定，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时，平界面变得更加不稳定，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形成二次轴，以此类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么？试述它们可能产生的途径？ 答：纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径：⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由于位错间有交互作用。在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷，如带割阶的位错运动会放出空位。⑶辐照。高能粒子（中子、α粒子、高速电子）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置，产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主要区别是什么？ 答：一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能，而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。再结晶温
材料科学基础简答题考研常考题型汇总 1.原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？【11年真题】 答：（1）金属键：基本特点是电子的共有化，无饱和性、无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使得金属具有良好的延展性，又由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电性和导热性能。 （2）离子键：正负离子相互吸引，结合牢固，无方向性、无饱和性。因此，七熔点和硬度均较高。离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此他们都是良好的电绝缘体。 （3）共价键：有方向性和饱和性。共价键的结合极为牢固，故共价键晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价结合的材料一般是绝缘体，其导电能力较差。 （4）范德瓦尔斯力：范德瓦尔斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。它没有方向性和饱和性，其结合不如化学键牢固。 （5）氢键：氢键是一种极性分子键，氢键具有方向性和饱和性，其键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。 2.说明间隙固溶体与间隙化合物有什么异同。 答：相同点：二者一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C、N、H、O、B等非金属元素所组成。 不同点：（1）晶体结构不同。间隙固溶体属于固溶体相，保持溶剂的晶格类
型；间隙化合物属于金属化合物相，形成不同于其组元的新点阵。 （2）间隙固溶体用α、β、γ表示；间隙化合物用化学分子式MX、M2X 等表示。 间隙固溶体的强度、硬度较低，塑性、韧性好；间隙化合物的强度、熔点较高，塑性、韧性差。 3.为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？ 答：因为形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。溶质与溶剂原子尺寸相差较大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度越小。一般来说，间隙固溶体中溶质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。 4.试述硅酸盐的结构和特点？ 答：（1）硅酸盐结构的基本单元是[SiO4]四面体。Si原子位于O原子的四面体间隙内，Si、O之间的结合不仅有离子键还有共价键 （2）每一个氧最多被两个[SiO]四面体共有 （3）[Si]四面体可以孤立存在，也可以共顶点互相连接。 （4）Si-O-Si形成一折线。 分类：含有有限硅氧团的硅酸盐、岛状、链状、层状、骨架状硅酸盐。 5.为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷件开裂破碎？ 答：由于大多数陶瓷由晶相和玻璃相构成，这两种相的热膨胀系数相差很大，高温很快冷却时，每种相的收缩程度不同，多造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。 6.陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊
Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编
东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。
《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳与考研 真题 第1章材料概论 1.1 考点归纳 一、材料的分类 工程材料按属性可分为四类：金属材料、陶瓷材料、高分子材料及由前三类相互组合而成复合材料； 按使用性能可分为两大类：主要利用其力学性能的结构材料和主要利用其物理性能的功能材料。 1．金属材料 （1）金属材料中包括两大类型：钢铁材料和有色金属。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等； （2）在有色金属中，铝及其合金用得最多，这主要是因为铝及其合金的以下特性： ①重量轻，只有钢的1/3； ②有好的导热性和导电性，在远距离输送的电缆中多用铝； ③耐大气腐蚀，可用来制作容器和包装品、建筑结构材料及导电材料。 2．陶瓷材料 （1）传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成，主要作为建筑材料使用；（2）新型的结构陶瓷材料，其化学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是 A12O3、SiC、Si3N4等； （3）新型结构陶瓷在性能上的优点： ①重量轻；
②压缩强度高，可以和金属相比，甚至超过金属； ③熔点高，耐高温； ④耐磨性能好，硬度高； ⑤化学稳定性高，有很好的耐蚀性； ⑥电与热的绝缘材料。 （4）新型结构陶瓷在性能上的缺点： ①容易脆断； ②不易加工成形。 3．高分子材料 （1）高分子材料又称聚合物； （2）按用途可分为：塑料、合成纤维和橡胶三大类型； （3）塑料又分为：通用塑料和工程塑料。 4．复合材料 （1）金属、聚合物、陶瓷自身都各有其优点和缺点，如把两种材料结合在一起，就产生了复合材料； （2）复合材料可分为三大类型：塑料基的复合材料、金属基和陶瓷基的复合材料；5．电子材料、光电子材料和超导材料 （1）电子材料是指在电子学和微电子学中使用的材料，主要包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料等； （2）光电子材料； （3）超导材料。 二、材料性能与内部结构的关系
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。
基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷； 结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的 原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核， 以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过 程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（2 1T G ?∝?）也为无穷大。临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从 模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下 的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c – p + 1其中，f 为 自由度数，c 为 组元数，p 为 相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也 可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它 方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相 同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。
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武汉理工大学2003年研究生入学考试试题 课程材料科学基础 （共3页，共十一题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图直接做在试卷上）一、解释下列基本概念（1.5×20=30分） 初次再结晶；二次再结晶；上坡扩散；扩散通量；高分子的链结构；高分子的聚集态结构；位错滑移，位错爬移；结晶学晶胞；弥勒指数；玻璃转变温度；非晶态结构弛豫；金属固溶体；金属间化合物；重构表面；弛豫表面；一级相变；重构型转变；广义固相反应；矿化剂 二、白云母的理想化学式为KAl 2[AlSi 3 O 10 ](OH) 2 ，其结构如下图所示，试分析白 云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。（15分） 第2题图 三、BaTiO 3和CaTiO 3 均为钙钛矿型结构但BaTiO 3 晶体具有铁电性而CaTiO 3 却没 有，请给予解释。（10分） 四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响？（8分） 五、在制造ZrO 2 耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能，试解释其作用原理，并写出杂质进入基质的固溶方程式。（10分） 六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结
晶有什么共性及个性。（15分） 七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1×108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？（12分） 八、写出下图三元无变量点的平衡过程，指出无变量点的性质，画出三元无变量点与对应的副三角形的几何分布关系。（8分） 第8题图 九、根据下面的三元系统相图回答问题（22分） 1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质 2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质 3. 写出组成点1的平衡冷却过程 4. 组成点2冷却时最先析出种晶相？在哪一点结晶结束?最终产物是什么？ 5. 组成点3加热时在哪一点开始出现液相？在哪一点完全熔化？
1 材料引言 玻璃——玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。 水泥——水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂，石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。 耐火材料——耐火材料是指耐火度不低于1580 摄氏度的无机非金属材料。 硅质耐火材料，镁质耐火材料，熔铸耐火材料，轻质耐火材料，不定形耐火材料。 高聚物——高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。 胶粘剂——胶粘剂是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。 合金——合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质 固溶体——当合金的晶体结构保持溶质组元的晶体结构时，这种合金成为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。 电子化合物——电子化合物是指具有一定（或近似一定）的电子浓度值，且结构相同或密切相关的相。 间隙化合物——由原子半径较大的过渡金属元素（Fe,Cr,Mn,Mo,W,V 等）和原子半径较小的非（准）金属元素（H,B,C,N,Si,等）形成的金属间化合物。 传统无机非金属材料——主要是指由SiO2 及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料等。 新型无机非金属材料——是用氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。 2 晶体结构 晶体——晶体是离子，原子或分子按一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周期性和对称性，因而，晶体具有规则的外形。 晶胞——晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。 晶体结构——晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元而构成，晶体结构的形式是无限多的。 空间点阵——空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。 晶面——可将晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的节点平面，这样的结点平面成为晶面。 晶面指数——结晶学中经常用（h k l）来表示一组平行晶面，成为晶面指数。 晶面族——在对称性高的晶体（如立方晶系）中，往往有并不平行的两组以上的晶面，它们的原子排列状况是相同的，这些晶面构成一个晶面族。 晶向族——晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用{u v w}表示。 晶带或晶带面——在结晶学中，把同时平行某一晶向[u v w]的所有晶面成为一个晶带
西北工业大学 2011年硕士研究生入学考试试题 试题名称：材料科学基础（A卷）试题编号：832 说明：所有答题一律写在答题纸上第 1页共 2页 一、简答题（每题10分，共50分） 1.请从原子排列、弹性应力场、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、 螺位错的主要特征。 2.何谓金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化对后续冷加工带来的困 难？ 3.什么是离异共晶？如何形成的？ 4.形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。 5.两个尺寸相同、形状相同的铜镍合金铸件，一个含90%Ni，另一个含 50%Ni，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析严重？为什么？ 二、作图计算题（每题15分，共60分） 1、写出{112}晶面族的等价晶面。 2、请判定下列反应能否进行： 3、已知某晶体在500℃时，每1010个原子中可以形成有1个空位，请问该晶体 的空位形成能是多少？（已知该晶体的常数a＝0.0539，波耳滋曼常数K ＝1.381×10-23J / K） 4、单晶铜拉伸，已知拉力轴的方向为[001]，σ=106Pa，求(111)面上柏氏矢 量的螺位错线上所受的力（） 三、综合分析题（共40分） 1.经冷加工的金属微观组织变化如图a所示，随温度升高，并在某一温 度下保温足够长的时间，会发生图b-d的变化，请分析四个阶段微观组织、体系能量和宏观性能变化的机理和原因。
1.根据Ag-Cd二元相图： 1)当温度为736℃、590℃、440℃和230℃时分别会发生什么样的三 相平衡反应？写出反应式。 2)分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固过程，绘出冷却曲线，标明各阶 段的相变反应。 3)分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固与较快速冷却时，室温组织会有 什么差别，并讨论其原因。