《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)大綱

《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)大綱課程代號(hào)：ABJD0702課程中文名稱：金屬學(xué)與熱處理課程英文名稱：MetallographyandHeatTreatment課程類型：必修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：4學(xué)分課程學(xué)時(shí)數(shù)：64學(xué)時(shí)授課對(duì)象：材料成型與控制工程專業(yè)本課程的前導(dǎo)課程：高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，畫法幾何及工程制圖、材料力學(xué)、金工實(shí)習(xí)等課程一、課程簡(jiǎn)介《金屬學(xué)與熱處理》是材料成型與控制工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，著重闡述金屬及合金的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系以及在各種條件下的變化規(guī)律，比較全面系統(tǒng)地介紹金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)、金屬及合金的相圖與結(jié)晶、塑性變形與再結(jié)晶以及固態(tài)金屬相變的基本理論。并結(jié)合實(shí)例，從組織結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)來闡明問題，重點(diǎn)放在與金屬材料學(xué)科有關(guān)的基本現(xiàn)象、基本概念、基本規(guī)律和基本方法上，以便為合理使用金屬材料和制定熱加工工藝規(guī)程，為從事金屬與合金研究提供理論依據(jù)和線索。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握《金屬學(xué)與熱處理》基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題，提高學(xué)生綜合能力與素質(zhì)，并為后繼有關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)；使學(xué)生在金屬學(xué)基礎(chǔ)理論方面具備閱讀專業(yè)文獻(xiàn)及進(jìn)一步提高自學(xué)的能力；使學(xué)生具備運(yùn)用金相光學(xué)顯微分析方法分析金屬及合金的組織、性能的能力。通過課堂講授，習(xí)題課和課堂討論，課外作業(yè)，實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，動(dòng)手能力，分析問題，解決問題的能力。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求第1章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容：金屬、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、實(shí)際金屬的的晶體缺陷。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)及其基本性能，實(shí)際金屬晶體缺陷及其對(duì)性能的影響。本章的難點(diǎn)是晶體結(jié)構(gòu)缺陷。課程教學(xué)要求：熟練掌握幾何晶體學(xué)的基本知識(shí)和純金屬的三種典型的晶體結(jié)構(gòu)；掌握晶面、晶向的表示方法；掌握合金相結(jié)構(gòu)；掌握點(diǎn)缺陷、線缺陷與位錯(cuò)的基本概念，了解位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)以及面缺陷。第2章純金屬的結(jié)晶課程教學(xué)內(nèi)容：純金屬結(jié)晶的現(xiàn)象、金屬的熱力學(xué)條件、金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件、形核、長(zhǎng)大以及晶粒大小的控制。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是關(guān)于液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)生核與長(zhǎng)大的基本概念，過冷度對(duì)結(jié)晶過程的影響規(guī)律和獲得細(xì)晶粒金屬的方法等。難點(diǎn)是非均勻形核的規(guī)律、熔化熵對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。課程教學(xué)要求：了解金屬結(jié)晶的基本規(guī)律，即形核和長(zhǎng)大過程；掌握凝固理論及過冷度的概念，掌握晶體的形核理論、生長(zhǎng)理論和晶體長(zhǎng)大機(jī)制及界面形態(tài)；了解液態(tài)金屬的性質(zhì)、熔化時(shí)體積變化、熔化潛熱、熔化熵；掌握相起伏、相起伏尺寸與過冷度、結(jié)晶潛熱；了解結(jié)晶理論實(shí)際應(yīng)用，用凝固理論解釋或說明實(shí)際生產(chǎn)問題；了解結(jié)晶過程獲得細(xì)晶粒金屬的主要途徑。第3章二元合金相圖和合金的凝固課程教學(xué)內(nèi)容：二元合金相圖的建立、勻晶相圖及其固溶體的結(jié)晶、共晶相圖及其合金的結(jié)晶、包晶相圖及其合金的結(jié)晶、其它類型的二元合金相圖、鑄錠的組織與缺陷。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是勻晶、共晶基本相圖、包晶相圖、相圖與性能的關(guān)系。本章的難點(diǎn)是固溶體的不平衡結(jié)晶、區(qū)域偏析和區(qū)域提純、成分過冷及對(duì)晶體成長(zhǎng)形狀和鑄錠組織的影響。課程教學(xué)要求：掌握相平衡與相平衡圖的基本概念、相律；二元相圖的基本類型，杠桿定律，相律在相圖中的應(yīng)用；理解組元、相、組織、相組成物、組織組成物等基本概念；掌握勻晶、共晶相圖、包晶相圖，并會(huì)分析典型合金的結(jié)晶過程，會(huì)用杠桿定律，熟知相圖與性能的關(guān)系，為講述鐵碳相圖打下基礎(chǔ)；理解成分過冷的形成、影響因素，理解相圖的熱力學(xué)分析；了解鑄錠的組織與缺陷。第4章鐵碳相圖課程教學(xué)內(nèi)容：鐵碳相圖、鐵碳合金的組元、相、組織，鐵碳相圖中重要的點(diǎn)、線，鐵碳合金的分類、鐵碳相圖合金平衡結(jié)晶過程分析；含碳量的改變?cè)鯓佑绊戣F碳合金的組織和性能；鋼中的雜質(zhì)元素及鋼錠組織。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：組織和相的關(guān)系與區(qū)別，初生相和次生相的異同；鐵碳相圖中包晶、共析轉(zhuǎn)變杠桿定律的應(yīng)用等。課程教學(xué)要求：掌握鐵碳合金的基本相和組織，建立合金成分—組織—性能—用途之間的關(guān)系；能默繪Fe—Fe3C相圖，掌握其點(diǎn)、線、區(qū)的物理意義等。牢固地掌握鐵碳相圖會(huì)分析鐵碳合金緩冷過程中的組織變化，能應(yīng)用杠桿定律計(jì)算合金的組織組成物和相組成物的相對(duì)量。第5章三元合金相圖課程教學(xué)內(nèi)容：三元相圖的成分表示方法及定量法則、三元?jiǎng)蚓鄨D、三元共晶相圖、三元相圖應(yīng)用舉例。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是三元共晶相圖、三元相圖應(yīng)用舉例；本章的難點(diǎn)是三元共晶相圖的分析。課程教學(xué)要求：熟練掌握三元合金相圖的幾何原理、熟悉三元合金成分表示方法，懂得直線定律與重心法則的應(yīng)用；掌握三元?jiǎng)蚓鄨D和三元共晶相圖，能準(zhǔn)確地畫出立體圖在濃度三角形上的投影圖、水平截面圖和垂直截面圖；掌握三元合金相圖的分析方法，重點(diǎn)掌握固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三元相圖實(shí)例分析。第6章金屬的塑性變形和再結(jié)晶課程教學(xué)內(nèi)容：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(duì)金屬組織與性能的影響。冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶，金屬的熱加工，超塑性。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是彈性變形的特點(diǎn)及彈性模量，單晶體的塑性變形，多晶體的塑性變形的特點(diǎn)，加工硬化及其微觀解釋，回復(fù)，再結(jié)晶及再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大過程。本章的難點(diǎn)是回復(fù)機(jī)理。課程教學(xué)要求：理解單晶體金屬塑性變形的主要方式——滑移變形的主要特點(diǎn)與本質(zhì)；了解滑移過程的位錯(cuò)機(jī)制；掌握金屬在塑性變形后組織與性能的變化規(guī)律，認(rèn)識(shí)晶界強(qiáng)化、加工硬化；掌握變形金屬在加熱過程中微觀組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律，了解回復(fù)及再結(jié)晶對(duì)金屬組織與性能的影響；了解冷、熱加工的概念，為合理地選擇和使用材料及擬訂工藝規(guī)程提供理論依據(jù)。了解超塑性的概念。第7章鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變課程教學(xué)內(nèi)容：鋼的熱處理的概念及作用、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變、鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線、珠光體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是珠光體形成機(jī)制；馬氏體組織形態(tài)、亞結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，馬氏體高硬度高強(qiáng)度的本質(zhì)，Ms點(diǎn)的物理本質(zhì)及其影響因素等；掌握奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的應(yīng)用，能用TTT圖和CCT圖分析鋼冷卻到室溫后得到的組織和硬度；本章的難點(diǎn)是相變?cè)怼Ｕn程教學(xué)要求：了解熱處理概念；掌握鋼的熱處理基本原理，結(jié)合C曲線分析過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能；通過應(yīng)用Fe-Fe3C了解奧氏體形成機(jī)制、馬氏體相變機(jī)制、珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)制、形成動(dòng)力學(xué)及其影響因素；了解珠光體的組織結(jié)構(gòu)和性能及珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機(jī)械性能；了解馬氏體相變（最典型的切變共格型相變）的主要特征；了解鋼中馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)及其組織形態(tài)；了解馬氏體、貝氏體的機(jī)械性能，貝氏體相變的基本特征及貝氏體的組織形態(tài)；理解貝氏體相變的機(jī)制；了解影響貝氏體相變動(dòng)力學(xué)的因素；第8章鋼的回火轉(zhuǎn)變及合金時(shí)效課程教學(xué)內(nèi)容：回火轉(zhuǎn)變及應(yīng)用：回火轉(zhuǎn)變時(shí)的組織變化；碳鋼回火轉(zhuǎn)變后的力學(xué)性能；合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響；回火脆性；回火工藝；脫溶沉淀及應(yīng)用：脫溶沉淀熱力學(xué)及脫溶沉淀過程；脫溶沉淀后的顯微組織；脫溶沉淀過程動(dòng)力學(xué)；脫溶沉淀時(shí)性能的變化；調(diào)幅分解；固溶處理及時(shí)效工藝。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是回火轉(zhuǎn)變基本過程及相應(yīng)的性能變化；二次硬化和回火脆性問題；合金的時(shí)效的概念及時(shí)效時(shí)性能的變化。本章的難點(diǎn)是固態(tài)轉(zhuǎn)變的一般特點(diǎn)和固溶體的脫溶。課程教學(xué)要求：掌握淬火鋼回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變；理解合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的影響；了解回火時(shí)機(jī)械性能的變化；了解脫溶過程和脫溶物的結(jié)構(gòu)及脫溶后的顯微組織；了解脫溶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)及脫溶時(shí)效時(shí)的性能變化；了解鐵基合金的脫溶與時(shí)效及合金的調(diào)幅分解。第9章鋼的熱處理工藝課程教學(xué)內(nèi)容：鋼的退火和正火，鋼的淬火、回火；鋼的淬透性。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章重點(diǎn)是鋼的退火、正火、淬火、回火的目的、方法及應(yīng)用。本章難點(diǎn)是淬透性、淬硬性概念及應(yīng)用。課程教學(xué)要求：掌握鋼的退火、正火、淬火、回火的方法及應(yīng)用，具有初步運(yùn)用能力；了解熱處理(退火,正火,淬火,回火)操作；了解熱處理工藝參數(shù)(加熱溫度,保溫時(shí)間,冷卻速度等)對(duì)鋼的組織和性能的影響。第10章工業(yè)用鋼課程教學(xué)內(nèi)容：鋼的分類、碳素鋼、合金鋼、特殊性能鋼、鑄鋼。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)是常用合金鋼的牌號(hào)、成分、組織、熱處理工藝及性能持點(diǎn)。難點(diǎn)是鋼的合金化原理。課程教學(xué)要求：初步了解合金鋼成分設(shè)計(jì)的基本原理，即合金化原理；掌握常用合金鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理工藝的擬訂、使用范圍及應(yīng)用實(shí)例。第11章鑄鐵課程教學(xué)內(nèi)容：鑄鐵的石墨化、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、特殊性能鑄鐵。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)是灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的組織、性能和應(yīng)用實(shí)例。難點(diǎn)是石墨化過程對(duì)鑄鐵組織和性能的影響。課程教學(xué)要求：理解鑄鐵石墨化的過程及對(duì)鑄鐵的組織和性能的影響；熟悉各種鑄鐵的牌號(hào)、成分、組織與性能特點(diǎn)；熟記各類鑄鐵的主要用途；了解各種鑄鐵的熱處理工藝。第12章有色金屬及其合金課程教學(xué)內(nèi)容：鋁及鋁合金、銅及銅合金、軸承合金。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)是鋁合金、銅合金及軸承合金的性能特點(diǎn)、用途及主要的熱處理工藝。難點(diǎn)是有關(guān)合金的強(qiáng)化機(jī)理。課程教學(xué)要求：掌握有色金屬的性能特點(diǎn)、牌號(hào)和強(qiáng)化方法；了解有色金屬的加工工藝及應(yīng)用范圍。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：鐵碳合金平衡組織觀察、鐵碳合金非平衡組織觀察、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及合金顯微組織觀察、鋼的熱處理。實(shí)驗(yàn)基本要求：實(shí)驗(yàn)課與講課緊密配合，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生必須進(jìn)行預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)的目的和方法；了解金相顯微鏡的工作原理和使用方法；識(shí)別鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織，掌握鐵碳合金含碳量和組織之間的關(guān)系；識(shí)別鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在非平衡狀態(tài)下的顯微組織，了解熱處理工藝對(duì)鋼組織和性能的影響；熟悉碳鋼幾種典型熱處理組織（M、T、S、M回火、S回火等）的形態(tài)及特征；觀察各種常用合金鋼、有色金屬和鑄鐵的顯微組織，分析這些金屬材料的組織和性能的關(guān)系及應(yīng)用；掌握普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）的操作方法；了解熱處理爐及工作原理和使用方法；了解碳鋼熱處理后的性能特點(diǎn)；了解硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)和使用方法。實(shí)驗(yàn)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)實(shí)驗(yàn)類別1鐵碳合金平衡組織觀察2驗(yàn)證1必做2鐵碳合金非平衡組織觀察2驗(yàn)證1必做3合金鋼、鑄鐵、有色金屬及合金顯微組織觀察2驗(yàn)證1必做4碳鋼的熱處理操作及硬度測(cè)定2設(shè)計(jì)1必做注：實(shí)驗(yàn)類型：演示/驗(yàn)證/綜合/設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求：必做/選做實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、寫出實(shí)驗(yàn)儀器及材料。3、寫出實(shí)驗(yàn)步驟（顯微組織觀察實(shí)驗(yàn)要求畫出所觀察樣品的顯微組織示意圖，并注明材料名稱、含碳量、浸蝕劑和放大倍數(shù)；熱處理及硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)要記錄測(cè)定的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。）4、談?wù)劚敬螌?shí)驗(yàn)的心得體會(huì)。四、教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：根據(jù)不同章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的不同分別采用不同的教學(xué)方法，比如講授法、談話法、討論法、讀書指導(dǎo)法、演示法、參觀法、練習(xí)法、實(shí)驗(yàn)法等或兩種或兩種以上教學(xué)方法相結(jié)合的形式。教學(xué)手段：采用現(xiàn)代化教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的形式，即教科書、粉筆、黑板等與多媒體、電子教鞭、電子教材等相結(jié)合。五、教學(xué)學(xué)時(shí)分配章節(jié)（或內(nèi)容）課時(shí)作業(yè)量備注其它合計(jì)第1章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)84第2章純金屬的結(jié)晶42第3章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶64第4章鐵碳合金64第5章三元合金相圖42第6章金屬及合金的塑性變形與再結(jié)晶43第7章鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變83第8章鋼的回火轉(zhuǎn)變及合金時(shí)效42第9章鋼的熱處理工藝44第10章工業(yè)用鋼44第11章鑄鐵22第12章有色金屬及其合金22合計(jì)5636六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)