《金屬材料學(xué)》課程教學(xué)大綱

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《金屬材料學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程說(shuō)明課程名稱：金屬材料學(xué)所屬專業(yè)：材料物理專業(yè)課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)分：3課程簡(jiǎn)介：《金屬材料學(xué)》是一門綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)必修課。根據(jù)材料物理專業(yè)先修課程和教學(xué)內(nèi)容，本課程包括金屬學(xué)和金屬材料兩大部分，其中金屬學(xué)的內(nèi)容作為《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的補(bǔ)充和深入，金屬材料部分在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料力學(xué)性能》等課程的基礎(chǔ)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(yīng)用的關(guān)系。課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握有關(guān)金屬材料學(xué)方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生研究開(kāi)發(fā)和合理應(yīng)用金屬材料的初步能力。目標(biāo)與任務(wù)；通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)主要掌握：1.金屬材料的成份、組織結(jié)構(gòu)及性能三者間的關(guān)系，金屬的基本理論和知識(shí)。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(diǎn)；5.常用有色金屬及其合金的成分、性能和熱處理特點(diǎn).先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料力學(xué)性能》等。教材與主要參考書。教材：《金屬學(xué)與熱處理》第二版，崔忠圻主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。參考書：《金屬材料學(xué)》第二版，吳承建陳國(guó)良強(qiáng)文江等編著，冶金工業(yè)出版社。《金屬材料學(xué)》第二版，戴起勛主編程曉農(nóng)主審，化學(xué)工業(yè)出版社?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》，胡賡祥、蔡荀主編，上海交通大學(xué)出版《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，潘金生等編，清華大學(xué)出版社二、課程內(nèi)容與安排緒論講授，2學(xué)時(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用。3.本課程的性質(zhì)、地位和任務(wù)。第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬的結(jié)合方式第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，5學(xué)時(shí)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(guān)系。2．晶體學(xué)基礎(chǔ)的基本概念和應(yīng)用。4.點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。5.刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征、應(yīng)力場(chǎng)、相互作用、增殖及其對(duì)性能的影響。【重點(diǎn)掌握】：位錯(cuò)的概念，柏氏矢量及其性質(zhì)。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，兩種位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)的特征，位錯(cuò)的能量，位錯(cuò)的受力和線張力，位錯(cuò)的相互作用。實(shí)際晶體中的位錯(cuò)，不全位錯(cuò)，堆垛層錯(cuò)，位錯(cuò)反應(yīng)，擴(kuò)展位錯(cuò)，位錯(cuò)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(gòu)，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(gòu)中的間隙。【了解】：三種典型化學(xué)鍵的特征與材料性能的關(guān)系。位錯(cuò)概念的提出過(guò)程。湯姆遜四面體?！倦y點(diǎn)】：合金的相結(jié)構(gòu)和分類。位錯(cuò)結(jié)構(gòu)、柏氏矢量、應(yīng)力場(chǎng)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(guò)程第二節(jié)結(jié)晶的熱力學(xué)條件第三節(jié)形核規(guī)律第四節(jié)長(zhǎng)大規(guī)律第五節(jié)結(jié)晶理論的某些實(shí)際應(yīng)用教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，3學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.純金屬的凝固過(guò)程。2.結(jié)晶的熱力學(xué)條件。3.形核及長(zhǎng)大的規(guī)律。4.凝固理論的應(yīng)用?！局攸c(diǎn)掌握】：結(jié)晶的熱力學(xué)條件，過(guò)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(zhǎng)大的方式和規(guī)律，線長(zhǎng)大速度。細(xì)化金屬鑄件的晶粒的方法?！菊莆铡浚?jiǎn)尉?、微晶、納米晶、非晶、準(zhǔn)晶的概念。定向凝固與快速凝固?！玖私狻浚?jiǎn)尉w的制備，急冷技術(shù)。【難點(diǎn)】：形核的條件和規(guī)律，長(zhǎng)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(gòu)。第二節(jié)相圖的基本知識(shí)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(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，4學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.合金的相結(jié)構(gòu)：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(gòu)，中間相，正常價(jià)化合物、電子化合物，間隙相和間隙化合物，拓?fù)涿芏严唷?.相圖的基本知識(shí)，二元相圖的基本類型，二元相圖的分析與使用方法?！局攸c(diǎn)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(guò)冷，合金生長(zhǎng)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(gòu)，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(fù)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?！倦y點(diǎn)】：非平衡凝固、溶質(zhì)再分配、成分過(guò)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(biāo)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?jiǎng)蚓鄨D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(yīng)用舉例教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，5學(xué)時(shí)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?jiǎng)蚓鄨D、三元共晶相圖。3.四相平衡轉(zhuǎn)變。4.三元相圖應(yīng)用舉例?！局攸c(diǎn)掌握】：直線定律和重心定律。三元?jiǎng)蚓鄨D和三元?jiǎng)蚓Ш辖鸬哪踢^(guò)程。三元共晶相圖和三元共晶合金的凝固過(guò)程。三元相圖應(yīng)用舉例?！菊莆铡浚核南嗥胶廪D(zhuǎn)變。具有化合物的三元相圖及其分割?！倦y點(diǎn)】：三元共晶相圖和三元共晶合金的凝固過(guò)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(duì)金屬組織與性能的影響第六節(jié)金屬和合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋第七節(jié)斷裂教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，4學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.塑性變形的機(jī)理，塑性變形對(duì)組織與性能的影響，滑移系，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)。2.金屬?gòu)?qiáng)化的位錯(cuò)解釋。3.斷裂理論?！局攸c(diǎn)掌握】：滑移，滑移系，滑移的臨界分切應(yīng)力，滑移時(shí)的晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，多滑移和交滑移。孿生及其特點(diǎn)，扭折及其特點(diǎn)。多晶體的塑性變形過(guò)程，晶粒尺寸對(duì)塑性變形的影響。單晶體和多晶體的應(yīng)力應(yīng)變曲線。變形過(guò)程顯微組織和性能的變化，應(yīng)力和織構(gòu)。金屬?gòu)?qiáng)化的位錯(cuò)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(jī)制。孿生晶體學(xué)。裂紋的萌生機(jī)制。【難點(diǎn)】：多滑移和交滑移，固定位錯(cuò)。金屬?gòu)?qiáng)化的位錯(cuò)解釋。第六章金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶第一節(jié)形變金屬及合金在退火過(guò)程中的變化第二節(jié)回復(fù)第三節(jié)再結(jié)晶第四節(jié)晶粒長(zhǎng)大第五節(jié)金屬的熱加工教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，3學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.形變金屬材料退火時(shí)的回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大過(guò)程及其機(jī)制。2.金屬的熱變形。【重點(diǎn)掌握】：形變金屬退火是顯微組織的變化過(guò)程。不同溫度下的回復(fù)機(jī)制。再結(jié)晶的形核機(jī)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(zhǎng)大和異常長(zhǎng)大過(guò)程及影響因素。動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶?！菊莆铡浚夯貜?fù)動(dòng)力學(xué)。再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。超塑性?！倦y點(diǎn)】：再結(jié)晶形核機(jī)制、晶粒長(zhǎng)大過(guò)程及其機(jī)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(shí)的轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第四節(jié)鋼在回火時(shí)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(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，3學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.固態(tài)相變中的形核、長(zhǎng)大。2.鋼的加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程，擴(kuò)散對(duì)奧氏體化轉(zhuǎn)變、均勻化和晶粒長(zhǎng)大的影響。3.鋼的冷卻轉(zhuǎn)變及動(dòng)力學(xué)過(guò)程，TTT曲線和CCT曲線及應(yīng)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(jī)理和特征。6.退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點(diǎn)?；鼗疬^(guò)程組織的轉(zhuǎn)變?；鼗鸫嘈浴！局攸c(diǎn)掌握】：1.固態(tài)相變的基本特征。2.鋼的加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程，擴(kuò)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(duì)C曲線的影響。5.珠光體、馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變的機(jī)理和特征。6.退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點(diǎn)。7.回火過(guò)程組織的轉(zhuǎn)變。回火脆性?！菊莆铡浚罕砻鏌崽幚砗突瘜W(xué)熱處理?！倦y點(diǎn)】：加熱和冷卻過(guò)程晶粒大小的影響因素，馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變機(jī)理。退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點(diǎn)的區(qū)分。第八章鋼鐵材料基礎(chǔ)第一節(jié)鋼鐵的冶煉第二節(jié)碳和雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼的組織和性能的影響第三節(jié)鋼的分類和編號(hào)教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，2學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1．鋼鐵冶煉過(guò)程的氧化還原反應(yīng)。2．碳和雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼的組織和性能的影響。3．鋼的分類和號(hào)?！局攸c(diǎn)掌握】：鋼的分類和鋼的編號(hào)。碳和雜質(zhì)元素對(duì)碳鋼的組織和性能的影響?！菊莆铡浚轰撹F冶煉過(guò)程的氧化還原反應(yīng)?！玖私狻浚轰撹F冶煉工藝。【難點(diǎn)】：鋼的編號(hào)方法和規(guī)律。第九章工程結(jié)構(gòu)鋼第一節(jié)工程結(jié)構(gòu)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(gòu)鋼的冶金工藝特點(diǎn)教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，3學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.工程結(jié)構(gòu)鋼的性能要求和特征。2.工程結(jié)構(gòu)的合金化原則。3.碳素工程結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)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(diǎn)?！局攸c(diǎn)掌握】：不同種類工程結(jié)構(gòu)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?gòu)件用鋼的服役條件及性能要求?！玖私狻浚汗こ探Y(jié)構(gòu)鋼的冶金工藝特點(diǎn)、控制軋制和控制冷卻。工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展趨勢(shì)?！倦y點(diǎn)】：不同種類工程結(jié)構(gòu)鋼的組織、性能、合金化的區(qū)別。第十章機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼第一節(jié)結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)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(gòu)鋼第五節(jié)高合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)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(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，5學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：3.結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)化和韌化原理和特點(diǎn)、合金化原則。4.淬透性對(duì)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(diǎn)、熱處理特點(diǎn)。6.滾動(dòng)軸承鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、超高強(qiáng)度鋼等特殊結(jié)構(gòu)鋼的性能和工藝特點(diǎn)。【重點(diǎn)掌握】：調(diào)質(zhì)鋼的種類和特點(diǎn)、合金化、熱處理。低溫回火鋼的種類和特點(diǎn)、合金化、熱處理。軸承鋼和彈簧鋼?！菊莆铡浚悍钦{(diào)質(zhì)鋼、超高強(qiáng)度鋼的種類和特點(diǎn)、合金化、熱處理?！玖私狻浚簼B碳鋼和氮化鋼、高猛鋼、易切削鋼。【難點(diǎn)】：各種結(jié)構(gòu)鋼的性能特點(diǎn)、組織特點(diǎn)、熱處理工藝、合金化特點(diǎn)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(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，4學(xué)時(shí)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(diǎn)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(diǎn)和要求、合金化特點(diǎn)。【重點(diǎn)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(diǎn)?！菊莆铡浚赫莆崭鞣N工具鋼和模具鋼的熱處理特點(diǎn)?！玖私狻浚毫烤哂娩?。【難點(diǎn)】：各種工具鋼的分類、組織和性能特點(diǎn)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(qiáng)化與脆性第五節(jié)不銹耐蝕鋼種教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，2學(xué)時(shí)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(diǎn)。6.復(fù)相不銹鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用?！局攸c(diǎn)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(diǎn)?！菊莆铡浚簭?fù)相不銹鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用?！倦y點(diǎn)】：各種不銹鋼的成分、性能及熱處理特點(diǎn)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(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，2學(xué)時(shí)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(guān)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(diǎn)。5.工業(yè)爐用耐熱鋼的性能要求和組織、性能特點(diǎn)。6.鎳基高溫合金的組織和性能特點(diǎn)?！局攸c(diǎn)掌握】：熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關(guān)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(diǎn)】：各類耐熱鋼的成分、組織、性能、熱處理的特點(diǎn)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(xué)方法與學(xué)時(shí)分配講授，3學(xué)時(shí)內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：1.石墨組織的形成過(guò)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(diǎn)。3.耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能鑄鐵的組織和性能?！局攸c(diǎn)掌握】：石墨組織的形成過(guò)程，石墨形態(tài)的影響因素和控制?；铱阼T鐵、球面鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的組織、性能特點(diǎn)?！菊莆铡浚耗湍?、耐熱、耐蝕等特殊性能鑄鐵的組織和性能?！倦y點(diǎn)】：石墨組織的形成過(guò)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(xué)方法與學(xué)