金屬材料學(xué)課程教學(xué)大綱

《金屬材料學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程闡明（一）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課程介紹：《金屬材料學(xué)》是一門綜合性和應(yīng)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(xué)內(nèi)容，本課程涉及金屬學(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)》課程的補充和進一步，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普通規(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，培養(yǎng)學(xué)生研究開發(fā)和合理應(yīng)用金屬材料的初步能力。目的與任務(wù)；通過本課程的學(xué)習(xí)重要掌握：1.金屬材料的成分、組織構(gòu)造及性能三者間的關(guān)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.鋼的熱解決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.慣用有色金屬及其合金的成分、性能和熱解決特點.先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料力學(xué)性能》等。教材與重要參考書。教材：《金屬學(xué)與熱解決》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，吳承建陳國良強文江等編著，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（一）講授，2學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定1.金屬材料的發(fā)展概況。2.理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(wù)。第一章金屬的晶體構(gòu)造第一節(jié)金屬的結(jié)合方式第二節(jié)金屬的晶體構(gòu)造第三節(jié)實際金屬的晶體構(gòu)造（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，5學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：1．構(gòu)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.點缺點、線缺點、面缺點。5.刃型位錯、螺型位錯的構(gòu)造特性、應(yīng)力場、互相作用、增殖及其對性能的影響?！局攸c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(yīng)力場的特性，位錯的能量，位錯的受力和線張力，位錯的互相作用。實際晶體中的位錯，不全位錯，堆垛層錯，位錯反映，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達辦法晶體、典型金屬的晶體構(gòu)造，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，晶體構(gòu)造中的間隙?！纠斫狻浚喝N典型化學(xué)鍵的特性與材料性能的關(guān)系。位錯概念的提出過程。湯姆遜四周體?！倦y點】：合金的相構(gòu)造和分類。位錯構(gòu)造、柏氏矢量、應(yīng)力場和互相作用。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(xué)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(yīng)用（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，3學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：1.純金屬的凝固過程。2.結(jié)晶的熱力學(xué)條件。3.形核及長大的規(guī)律。4.凝固理論的應(yīng)用?！局攸c掌握】：結(jié)晶的熱力學(xué)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辦法?！菊莆铡浚簡尉?、微晶、納米晶、非晶、準(zhǔn)晶的概念。定向凝固與快速凝固?！纠斫狻浚簡尉w的制備，急冷技術(shù)。【難點】：形核的條件和規(guī)律，長大的方式和規(guī)律。二元合金的結(jié)晶第一節(jié)合金的相和相構(gòu)造。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)其它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點（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，4學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：合金的相構(gòu)造：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，超構(gòu)造，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。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辦法?！局攸c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)再分派和成分過冷，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，含有包晶轉(zhuǎn)變的非平衡凝固。二元相圖的基本分析辦法。合金的相構(gòu)造，固溶體、金屬間化合物的分類、特性?！菊莆铡浚浩渌愋偷亩鄨D。復(fù)雜二元相圖的分析辦法。根據(jù)相圖判斷合金的性能。鑄件組織與缺點，偏析?！倦y點】：非平衡凝固、溶質(zhì)再分派、成分過冷。二元相圖的分析和使用。金屬間化合物的分類、特性。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)含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（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，5學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：1.三元相圖的成分表達辦法及定量法則。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(yīng)用舉例。【重點掌握】：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(yīng)用舉例?！菊莆铡浚核南嗥胶廪D(zhuǎn)變。含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（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，4學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：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。金屬強化的位錯解釋。斷裂理論?！局攸c掌握】：滑移，滑移系，滑移的臨界分切應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變曲線。變形過程顯微組織和性能的變化，應(yīng)力和織構(gòu)。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(xué)。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。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)晶粒長大第五節(jié)金屬的熱加工（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，3學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：形變金屬材料退火時的回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大過程及其機制。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(fù)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(fù)和動態(tài)再結(jié)晶?！菊莆铡浚夯貜?fù)動力學(xué)。再結(jié)晶動力學(xué)。超塑性。【難點】：再結(jié)晶形核機制、晶粒長大過程及其機制。鋼的熱解決原理和工藝第一節(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)其它類型的熱解決（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，3學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：固態(tài)相變中的形核、長大。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。鋼的冷卻轉(zhuǎn)變及動力學(xué)過程，TTT曲線和CCT曲線及應(yīng)用。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。珠光體、馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變的機理和特性。退火、正火、淬火、回火工藝、目的和特點?；鼗疬^程組織的轉(zhuǎn)變。回火脆性?！局攸c掌握】：1.固態(tài)相變的基本特性。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)變的機理和特性。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?；鼗鸫嘈浴！菊莆铡浚罕砻鏌峤鉀Q和化學(xué)熱解決?！倦y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、目的和特點的分辨。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)元素對碳鋼的組織和性能的影響第三節(jié)鋼的分類和編號（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，2學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：鋼鐵冶煉過程的氧化還原反映。碳和雜質(zhì)元素對碳鋼的組織和性能的影響。鋼的分類和號?！局攸c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。【掌握】：鋼鐵冶煉過程的氧化還原反映。【理解】：鋼鐵冶煉工藝。【難點】：鋼的編號辦法和規(guī)律。第九章工程構(gòu)造鋼第一節(jié)工程構(gòu)造鋼的合金化第二節(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)工程構(gòu)造鋼的冶金工藝特點（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，3學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：1.工程構(gòu)造鋼的性能規(guī)定和特性。2.工程構(gòu)造的合金化原則。3.碳素工程構(gòu)造鋼、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解決特點?！局攸c掌握】：不同種類工程構(gòu)造鋼的組織、性能、合金化的區(qū)別。微合金元素在鋼中的作用。【掌握】：工程構(gòu)件用鋼的服役條件及性能規(guī)定?！纠斫狻浚汗こ虡?gòu)造鋼的冶金工藝特點、控制軋制和控制冷卻。工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展趨勢?！倦y點】：不同種類工程構(gòu)造鋼的組織、性能、合金化的區(qū)別。第十章機械制造構(gòu)造鋼第一節(jié)構(gòu)造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)下使用的構(gòu)造鋼第五節(jié)高合金超高強度構(gòu)造鋼第六節(jié)軸承鋼第七節(jié)滲碳鋼和氮化鋼第八節(jié)其它機械制造構(gòu)造鋼（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，5學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：構(gòu)造鋼的強化和韌化原理和特點、合金化原則。淬透性對鋼的組織和性能的影響。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、熱解決特點。滾動軸承鋼、彈簧鋼、滲碳鋼、超高強度鋼等特殊構(gòu)造鋼的性能和工藝特點?！局攸c掌握】：調(diào)質(zhì)鋼的種類和特點、合金化、熱解決。低溫回火鋼的種類和特點、合金化、熱解決。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、熱解決?！纠斫狻浚簼B碳鋼和氮化鋼、高猛鋼、易切削鋼。【難點】：多個構(gòu)造鋼的性能特點、組織特點、熱解決工藝、合金化特點的分辨。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（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，4學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(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規(guī)定。2.高速鋼中的合金元素和作用，高速鋼的熱解決。3.冷作模具鋼和熱作模具鋼的組織性能特點和規(guī)定、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?！菊莆铡浚赫莆斩鄠€工具鋼和模具鋼的熱解決特點?！纠斫狻浚毫烤哂娩?。【難點】：多個工具鋼的分類、組織和性能特點的分辨。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（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，2學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：鋼的鈍化現(xiàn)象，提高鋼抗蝕性的途徑、不銹鋼組織、性能的規(guī)定，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、性能及熱解決特點。復(fù)相不銹鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用。【重點掌握】：鋼的鈍化原理，提高鋼抗蝕性的途徑、不銹鋼組織、性能的規(guī)定，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、性能及熱解決特點。【掌握】：復(fù)相不銹鋼，沉淀、硬化型不銹鋼及微量元素的作用?！倦y點】：多個不銹鋼的成分、性能及熱解決特點的分辨。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（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，2學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(nèi)容：熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關(guān)系。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。工業(yè)爐用耐熱鋼的性能規(guī)定和組織、性能特點。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(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?！纠斫狻浚盒滦湍蜔岷辖稹倦y點】：各類耐熱鋼的成分、組織、性能、熱解決的特點和分辨。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)慣用鑄鐵第三節(jié)合金鑄鐵（一）教學(xué)辦法與學(xué)時分派講授，3學(xué)時（二）內(nèi)容及基本規(guī)定重要內(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?；铱阼T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)