《金屬材料學》課程教學大綱

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《金屬材料學》課程教學大綱一、課程說明課程名稱：金屬材料學所屬專業(yè)：材料物理專業(yè)課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課學分：3課程簡介：《金屬材料學》是一門綜合性和應用性較強的專業(yè)必修課。根據(jù)材料物理專業(yè)先修課程和教學內(nèi)容，本課程包括金屬學和金屬材料兩大部分，其中金屬學的內(nèi)容作為《材料科學基礎》課程的補充和深入，金屬材料部分在《材料科學基礎》、《材料力學性能》等課程的基礎上，系統(tǒng)介紹金屬材料合金化的一般規(guī)律及金屬材料的成分、工藝、組織、性能及應用的關系。課程的學習，使學生系統(tǒng)掌握有關金屬材料學方面的知識，培養(yǎng)學生研究開發(fā)和合理應用金屬材料的初步能力。目標與任務；通過本課程的學習主要掌握：1.金屬材料的成份、組織結(jié)構及性能三者間的關系，金屬的基本理論和知識。2.合金元素在鋼中的作用、原理和規(guī)律；3.鋼的熱處理原理以及其與合金化的配合；4.掌握各類鑄鐵的成分組織和性能特點；5.常用有色金屬及其合金的成分、性能和熱處理特點.先修課程：《材料科學基礎》、《材料力學性能》等。教材與主要參考書。教材：《金屬學與熱處理》第二版，崔忠圻主編，哈爾濱工業(yè)大學出版社。參考書：《金屬材料學》第二版，吳承建陳國良強文江等編著，冶金工業(yè)出版社?！督饘俨牧蠈W》第二版，戴起勛主編程曉農(nóng)主審，化學工業(yè)出版社?！恫牧峡茖W基礎》，胡賡祥、蔡荀主編，上海交通大學出版《材料科學基礎》，潘金生等編，清華大學出版社二、課程內(nèi)容與安排緒論講授，2學時內(nèi)容及基本要求1.金屬材料的發(fā)展概況。2.了解金屬材料在國民經(jīng)濟中的地位與作用。3.本課程的性質(zhì)、地位和任務。第一章金屬的晶體結(jié)構第一節(jié)金屬的結(jié)合方式第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構第三節(jié)實際金屬的晶體結(jié)構教學方法與學時分配講授，5學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1．組成材料的原子間的鍵合方式及其與性能間的關系。2．晶體學基礎的基本概念和應用。4.點缺陷、線缺陷、面缺陷。5.刃型位錯、螺型位錯的結(jié)構特征、應力場、相互作用、增殖及其對性能的影響。【重點掌握】：位錯的概念，柏氏矢量及其性質(zhì)。位錯的運動，兩種位錯的應力場的特征，位錯的能量，位錯的受力和線張力，位錯的相互作用。實際晶體中的位錯，不全位錯，堆垛層錯，位錯反應，擴展位錯，位錯的增殖?！菊莆铡浚壕骈g距，晶帶，六方系的三軸制和四軸制的表示方法晶體、典型金屬的晶體結(jié)構，晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)和致密度，晶體中原子的堆垛方式，晶體結(jié)構中的間隙。【了解】：三種典型化學鍵的特征與材料性能的關系。位錯概念的提出過程。湯姆遜四面體?！倦y點】：合金的相結(jié)構和分類。位錯結(jié)構、柏氏矢量、應力場和相互作用。第二章純金屬的結(jié)晶第一節(jié)純金屬的結(jié)晶過程第二節(jié)結(jié)晶的熱力學條件第三節(jié)形核規(guī)律第四節(jié)長大規(guī)律第五節(jié)結(jié)晶理論的某些實際應用教學方法與學時分配講授，3學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.純金屬的凝固過程。2.結(jié)晶的熱力學條件。3.形核及長大的規(guī)律。4.凝固理論的應用。【重點掌握】：結(jié)晶的熱力學條件，過冷度的概念。均勻形核和非均勻形核的條件和規(guī)律，形核率。長大的方式和規(guī)律，線長大速度。細化金屬鑄件的晶粒的方法。【掌握】：單晶、微晶、納米晶、非晶、準晶的概念。定向凝固與快速凝固?！玖私狻浚簡尉w的制備，急冷技術。【難點】：形核的條件和規(guī)律，長大的方式和規(guī)律。第三章二元合金的結(jié)晶第一節(jié)合金的相和相結(jié)構。第二節(jié)相圖的基本知識第三節(jié)勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶第四節(jié)共晶相圖及其合金的結(jié)晶第五節(jié)包晶相圖及其合金的結(jié)晶第六節(jié)其他類型的二元合金相圖第七節(jié)二元相圖的分析和使用第八節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷教學方法與學時分配講授，4學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.合金的相結(jié)構：一次固溶體、二次固溶體、置換固溶體、間隙固溶體、固溶度的影響因素，超結(jié)構，中間相，正常價化合物、電子化合物，間隙相和間隙化合物，拓撲密堆相。2.相圖的基本知識，二元相圖的基本類型，二元相圖的分析與使用方法。【重點掌握】：相律，杠桿定理，二元相圖的幾何規(guī)律。勻晶相圖，固溶體合金的非平衡凝固，溶質(zhì)再分配和成分過冷，合金生長形態(tài)。共晶相圖，偽共晶、非平衡共晶、離異共晶的概念。包晶相圖，具有包晶轉(zhuǎn)變的非平衡凝固。二元相圖的基本分析方法。合金的相結(jié)構，固溶體、金屬間化合物的分類、特征?！菊莆铡浚浩渌愋偷亩鄨D。復雜二元相圖的分析方法。根據(jù)相圖判斷合金的性能。鑄件組織與缺陷，偏析。【難點】：非平衡凝固、溶質(zhì)再分配、成分過冷。二元相圖的分析和使用。金屬間化合物的分類、特征。第四章三元相圖第一節(jié)三元相圖的成分標示法第二節(jié)三元系平衡轉(zhuǎn)變的定量法則第三節(jié)三元勻晶相圖第四節(jié)三元共晶相圖第五節(jié)三元合金相圖的四相平衡轉(zhuǎn)變第六節(jié)具有化合物的三元相圖及其分割第七節(jié)三元合金相圖應用舉例教學方法與學時分配講授，5學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.三元相圖的成分表示方法及定量法則。2.三元勻晶相圖、三元共晶相圖。3.四相平衡轉(zhuǎn)變。4.三元相圖應用舉例?！局攸c掌握】：直線定律和重心定律。三元勻晶相圖和三元勻晶合金的凝固過程。三元共晶相圖和三元共晶合金的凝固過程。三元相圖應用舉例。【掌握】：四相平衡轉(zhuǎn)變。具有化合物的三元相圖及其分割?！倦y點】：三元共晶相圖和三元共晶合金的凝固過程，四相平衡轉(zhuǎn)變。第五章金屬及合金的塑性變形與斷裂第一節(jié)金屬的變形特性第二節(jié)單晶體的塑性變形第三節(jié)多晶體的塑性變形第四節(jié)合金的塑性變形第五節(jié)塑性變形對金屬組織與性能的影響第六節(jié)金屬和合金強化的位錯解釋第七節(jié)斷裂教學方法與學時分配講授，4學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.塑性變形的機理，塑性變形對組織與性能的影響，滑移系，晶體轉(zhuǎn)動。2.金屬強化的位錯解釋。3.斷裂理論?！局攸c掌握】：滑移，滑移系，滑移的臨界分切應力，滑移時的晶體轉(zhuǎn)動，多滑移和交滑移。孿生及其特點，扭折及其特點。多晶體的塑性變形過程，晶粒尺寸對塑性變形的影響。單晶體和多晶體的應力應變曲線。變形過程顯微組織和性能的變化，應力和織構。金屬強化的位錯解釋。Griffith理論和斷裂韌性。影響材料斷裂的基本因素?！菊莆铡浚簭椥宰冃螜C制。孿生晶體學。裂紋的萌生機制?！倦y點】：多滑移和交滑移，固定位錯。金屬強化的位錯解釋。第六章金屬及合金的回復與再結(jié)晶第一節(jié)形變金屬及合金在退火過程中的變化第二節(jié)回復第三節(jié)再結(jié)晶第四節(jié)晶粒長大第五節(jié)金屬的熱加工教學方法與學時分配講授，3學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.形變金屬材料退火時的回復、再結(jié)晶、晶粒長大過程及其機制。2.金屬的熱變形。【重點掌握】：形變金屬退火是顯微組織的變化過程。不同溫度下的回復機制。再結(jié)晶的形核機制。影響再結(jié)晶的因素，再結(jié)晶后晶粒的大小。晶粒的正常長大和異常長大過程及影響因素。動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶?！菊莆铡浚夯貜蛣恿W。再結(jié)晶動力學。超塑性。【難點】：再結(jié)晶形核機制、晶粒長大過程及其機制。第七章鋼的熱處理原理和工藝第一節(jié)概述第二節(jié)鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變第四節(jié)鋼在回火時的轉(zhuǎn)變第五節(jié)鋼的退火與正火第六節(jié)鋼的淬火與回火第七節(jié)其他類型的熱處理教學方法與學時分配講授，3學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.固態(tài)相變中的形核、長大。2.鋼的加熱轉(zhuǎn)變過程，擴散對奧氏體化轉(zhuǎn)變、均勻化和晶粒長大的影響。3.鋼的冷卻轉(zhuǎn)變及動力學過程，TTT曲線和CCT曲線及應用。4.珠光體、索氏體、屈氏體、上貝氏體、下貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間。5.珠光體、馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變的機理和特征。6.退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點。回火過程組織的轉(zhuǎn)變?；鼗鸫嘈浴！局攸c掌握】：1.固態(tài)相變的基本特征。2.鋼的加熱轉(zhuǎn)變過程，擴散多奧氏體化轉(zhuǎn)變和均勻化的影響。3.TTT曲線和CCT曲線。珠光體、索氏體、屈氏體、上貝氏體、下貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間。4.碳和合金元素對C曲線的影響。5.珠光體、馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變的機理和特征。6.退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點。7.回火過程組織的轉(zhuǎn)變?；鼗鸫嘈??！菊莆铡浚罕砻鏌崽幚砗突瘜W熱處理。【難點】：加熱和冷卻過程晶粒大小的影響因素，馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變機理。退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點的區(qū)分。第八章鋼鐵材料基礎第一節(jié)鋼鐵的冶煉第二節(jié)碳和雜質(zhì)元素對碳鋼的組織和性能的影響第三節(jié)鋼的分類和編號教學方法與學時分配講授，2學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1．鋼鐵冶煉過程的氧化還原反應。2．碳和雜質(zhì)元素對碳鋼的組織和性能的影響。3．鋼的分類和號。【重點掌握】：鋼的分類和鋼的編號。碳和雜質(zhì)元素對碳鋼的組織和性能的影響?！菊莆铡浚轰撹F冶煉過程的氧化還原反應?！玖私狻浚轰撹F冶煉工藝?！倦y點】：鋼的編號方法和規(guī)律。第九章工程結(jié)構鋼第一節(jié)工程結(jié)構鋼的合金化第二節(jié)鐵素體-珠光體鋼第三節(jié)低碳貝氏體鋼和馬氏體鋼第四節(jié)工程結(jié)構鋼的冶金工藝特點教學方法與學時分配講授，3學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.工程結(jié)構鋼的性能要求和特征。2.工程結(jié)構的合金化原則。3.碳素工程結(jié)構鋼、低合金高強度鋼、微合金鋼、低碳貝氏體鋼、針狀馬氏體鋼、低碳馬氏體鋼、雙相鋼的合金化和熱處理特點?！局攸c掌握】：不同種類工程結(jié)構鋼的組織、性能、合金化的區(qū)別。微合金元素在鋼中的作用?！菊莆铡浚汗こ虡嫾娩摰姆蹢l件及性能要求?！玖私狻浚汗こ探Y(jié)構鋼的冶金工藝特點、控制軋制和控制冷卻。工程構件用鋼的發(fā)展趨勢。【難點】：不同種類工程結(jié)構鋼的組織、性能、合金化的區(qū)別。第十章機械制造結(jié)構鋼第一節(jié)結(jié)構鋼的強度和脆性第二節(jié)鋼的淬透性第三節(jié)調(diào)質(zhì)鋼第四節(jié)低溫回火狀態(tài)下使用的結(jié)構鋼第五節(jié)高合金超高強度結(jié)構鋼第六節(jié)軸承鋼第七節(jié)滲碳鋼和氮化鋼第八節(jié)其他機械制造結(jié)構鋼教學方法與學時分配講授，5學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：3.結(jié)構鋼的強化和韌化原理和特點、合金化原則。4.淬透性對鋼的組織和性能的影響。5.調(diào)質(zhì)鋼、低溫回火鋼、非調(diào)質(zhì)微合金鋼的種類、組織和性能特點、熱處理特點。6.滾動軸承鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、超高強度鋼等特殊結(jié)構鋼的性能和工藝特點。【重點掌握】：調(diào)質(zhì)鋼的種類和特點、合金化、熱處理。低溫回火鋼的種類和特點、合金化、熱處理。軸承鋼和彈簧鋼。【掌握】：非調(diào)質(zhì)鋼、超高強度鋼的種類和特點、合金化、熱處理。【了解】：滲碳鋼和氮化鋼、高猛鋼、易切削鋼?！倦y點】：各種結(jié)構鋼的性能特點、組織特點、熱處理工藝、合金化特點的區(qū)分。第十一章工具鋼第一節(jié)碳素及低合金工具鋼第二節(jié)高速工具鋼第三節(jié)冷作模具鋼第四節(jié)熱作模具鋼教學方法與學時分配講授，4學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼的組織性能特點和要求。2.高速鋼中的合金元素和作用，高速鋼的熱處理。3.冷作模具鋼和熱作模具鋼的組織性能特點和要求、合金化特點?！局攸c掌握】：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼的組織、性能和合金化特點。【掌握】：掌握各種工具鋼和模具鋼的熱處理特點。【了解】：量具用鋼?！倦y點】：各種工具鋼的分類、組織和性能特點的區(qū)分。第十二章不銹耐蝕鋼第一節(jié)鋼的耐蝕性第二節(jié)不銹耐蝕鋼的組織第三節(jié)不銹耐蝕鋼的腐蝕特性第四節(jié)不銹耐蝕鋼的強化與脆性第五節(jié)不銹耐蝕鋼種教學方法與學時分配講授，2學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：4.鋼的鈍化現(xiàn)象，提高鋼抗蝕性的途徑、不銹鋼組織、性能的要求，不銹鋼的合金化。5.鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的成分、組織、性能及熱處理特點。6.復相不銹鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用?！局攸c掌握】：鋼的鈍化原理，提高鋼抗蝕性的途徑、不銹鋼組織、性能的要求，不銹鋼的合金化。鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的成分、組織、性能及熱處理特點?！菊莆铡浚簭拖嗖讳P鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用。【難點】：各種不銹鋼的成分、性能及熱處理特點的區(qū)分。第十三章耐熱鋼和耐熱合金第一節(jié)耐熱鋼和合金的工作條件及性能第二節(jié)鐵素體型耐熱鋼第三節(jié)工業(yè)爐用耐熱鋼第四節(jié)奧氏體型耐熱鋼第五節(jié)鎳基耐熱合金第六節(jié)新型耐熱合金教學方法與學時分配講授，2學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：3.熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關系。4.珠光體型耐熱鋼、馬氏體型耐熱鋼、奧氏體型耐熱鋼的合金化特點。5.工業(yè)爐用耐熱鋼的性能要求和組織、性能特點。6.鎳基高溫合金的組織和性能特點。【重點掌握】：熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關系。鐵素體型耐熱鋼和奧氏體型耐熱鋼?！菊莆铡浚汗I(yè)爐用耐熱鋼，高溫鎳基合金?！玖私狻浚盒滦湍蜔岷辖稹倦y點】：各類耐熱鋼的成分、組織、性能、熱處理的特點和區(qū)分。第十四章鑄鐵第一節(jié)鑄鐵中石墨的形態(tài)控制第二節(jié)常用鑄鐵第三節(jié)合金鑄鐵教學方法與學時分配講授，3學時內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.石墨組織的形成過程，石墨形態(tài)的影響因素和控制。2.灰口鑄鐵、球面鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的組織、性能特點。3.耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能鑄鐵的組織和性能?！局攸c掌握】：石墨組織的形成過程，石墨形態(tài)的影響因素和控制。灰口鑄鐵、球面鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的組織、性能特點。【掌握】：耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能鑄鐵的組織和性能?！倦y點】：石墨組織的形成過程，石墨形態(tài)的影響因素和控制。第十五章有色金屬及合金第一節(jié)鋁及鋁合金第二節(jié)鈦及鈦合金第三節(jié)銅及銅合金第四節(jié)軸承合金教學方法與學