《金属材料学》课程教学大纲

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《金属材料学》课程教学大纲

一、课程说明

(一)课程名称:金属材料学 所属专业:材料物理专业 课程性质:专业基础课 学 分:3

(二)课程简介:《金属材料学》是一门综合性和应用性较强的专业必修课。根据材料物理专业先修课程和教学内容,本课程包括金属学和金属材料两大部分,其中金属学的内容作为《材料科学基础》课程的补充和深入,金属材料部分在《材料科学基础》、《材料力学性能》等课程的基础上,系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。课程的学习,使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识,培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。

目标与任务;通过本课程的学习主要掌握:1.金属材料的成份、组织结构及性能三者间的关系,金属的基本理论和知识。2.合金元素在钢中的作用、原理和规律;3.钢的热处理原理以及其与合金化的配合;4.掌握各类铸铁的成分组织和性能特点;5.常用有色金属及其合金的成分、性能和热处理特点.

(三)先修课程:《材料科学基础》、《材料力学性能》等。

(四)教材与主要参考书。

教材:《金属学与热处理》第二版,崔忠圻 主编,哈尔滨工业大学出版社。 参考书:

《金属材料学》 第二版,吴承建 陈国良 强文江 等编著,冶金工业出版社。 《金属材料学》 第二版,戴起勋 主编 程晓农 主审,化学工业出版社。 《材料科学基础》,胡赓祥、蔡荀主编,上海交通大学出版 《材料科学基础》,潘金生等编,清华大学出版社

二、课程内容与安排 绪论

(一)讲授,2学时 (二)内容及基本要求 1.金属材料的发展概况。

2.了解金属材料在国民经济中的地位与作用。 3.本课程的性质、地位和任务。

第一章 金属的晶体结构 第一节 金属的结合方式 第二节 金属的晶体结构 第三节 实际金属的晶体结构 (一)教学方法与学时分配 讲授,5学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1.组成材料的原子间的键合方式及其与性能间的关系。 2.晶体学基础的基本概念和应用。 4. 点缺陷、线缺陷、面缺陷。

5. 刃型位错、螺型位错的结构特征、应力场、相互作用、增殖及其对性能的影响。

【重点掌握】:

位错的概念,柏氏矢量及其性质。位错的运动,两种位错的应力场的特征,位错的能量,位错的受力和线张力,位错的相互作用。实际晶体中的位错,不全位错,堆垛层错,位错反应,扩展位错,位错的增殖。

【掌握】:晶面间距,晶带,六方系的三轴制和四轴制的表示方法晶体、典型金属

的晶体结构,晶胞中的原子数、配位数和致密度,晶体中原子的堆垛方式,晶体结构中的间隙。

【了解】:三种典型化学键的特征与材料性能的关系。位错概念的提出过程。汤姆逊四面体。

【难点】:合金的相结构和分类。位错结构、柏氏矢量、应力场和相互作用。

第二章 纯金属的结晶 第一节 纯金属的结晶过程

第二节 结晶的热力学条件 第三节 形核规律 第四节 长大规律

第五节 结晶理论的某些实际应用 (一)教学方法与学时分配 讲授,3学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 纯金属的凝固过程。 2. 结晶的热力学条件。 3. 形核及长大的规律。 4. 凝固理论的应用。 【重点掌握】:

结晶的热力学条件,过冷度的概念。

均匀形核和非均匀形核的条件和规律,形核率。 长大的方式和规律,线长大速度。 细化金属铸件的晶粒的方法。 【掌握】:

单晶、微晶、纳米晶、非晶、准晶的概念。

定向凝固与快速凝固。 【了解】:

单晶体的制备,急冷技术。 【难点】:

形核的条件和规律,长大的方式和规律。

第三章 二元合金的结晶 第一节 合金的相和相结构。 第二节 相图的基本知识 第三节 匀晶相图及固溶体的结晶 第四节 共晶相图及其合金的结晶 第五节 包晶相图及其合金的结晶 第六节 其他类型的二元合金相图 第七节 二元相图的分析和使用 第八节 金属铸锭的宏观组织与缺陷 (一)教学方法与学时分配 讲授,4学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 合金的相结构:一次固溶体、二次固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、固溶度的影响因素,超结构,中间相,正常价化合物、电子化合物,间隙相和间隙化合物,拓扑密堆相。

2. 相图的基本知识,二元相图的基本类型,二元相图的分析与使用方法。 【重点掌握】:

相律,杠杆定理,二元相图的几何规律。

匀晶相图,固溶体合金的非平衡凝固,溶质再分配和成分过冷,合金生长形态。 共晶相图,伪共晶、非平衡共晶、离异共晶的概念。

包晶相图,具有包晶转变的非平衡凝固。 二元相图的基本分析方法。

合金的相结构,固溶体、金属间化合物的分类、特征。 【掌握】:

其他类型的二元相图。 复杂二元相图的分析方法。 根据相图判断合金的性能。 铸件组织与缺陷,偏析。 【难点】:

非平衡凝固、溶质再分配、成分过冷。 二元相图的分析和使用。 金属间化合物的分类、特征。

第四章 三元相图

第一节 三元相图的成分标示法 第二节 三元系平衡转变的定量法则 第三节 三元匀晶相图 第四节 三元共晶相图

第五节 三元合金相图的四相平衡转变 第六节 具有化合物的三元相图及其分割 第七节 三元合金相图应用举例 (一)教学方法与学时分配 讲授,5学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 三元相图的成分表示方法及定量法则。

2. 三元匀晶相图、三元共晶相图。 3. 四相平衡转变。 4. 三元相图应用举例。 【重点掌握】: 直线定律和重心定律。

三元匀晶相图和三元匀晶合金的凝固过程。 三元共晶相图和三元共晶合金的凝固过程。 三元相图应用举例。 【掌握】: 四相平衡转变。

具有化合物的三元相图及其分割。 【难点】:

三元共晶相图和三元共晶合金的凝固过程,四相平衡转变。

第五章 金属及合金的塑性变形与断裂 第一节 金属的变形特性

第二节 单晶体的塑性变形 第三节 多晶体的塑性变形 第四节 合金的塑性变形

第五节 塑性变形对金属组织与性能的影响 第六节 金属和合金强化的位错解释 第七节 断裂

(一)教学方法与学时分配 讲授,4学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 塑性变形的机理,塑性变形对组织与性能的影响,滑移系,晶体转动。 2. 金属强化的位错解释。 3. 断裂理论。 【重点掌握】:

滑移,滑移系,滑移的临界分切应力,滑移时的晶体转动,多滑移和交滑移。 孪生及其特点,扭折及其特点。

多晶体的塑性变形过程,晶粒尺寸对塑性变形的影响。 单晶体和多晶体的应力应变曲线。

变形过程显微组织和性能的变化,应力和织构。 金属强化的位错解释。 Griffith理论和断裂韧性。 影响材料断裂的基本因素。 【掌握】: 弹性变形机制。 孪生晶体学。 裂纹的萌生机制。 【难点】:

多滑移和交滑移,固定位错。 金属强化的位错解释。

第六章 金属及合金的回复与再结晶

第一节 形变金属及合金在退火过程中的变化

第二节 回复 第三节 再结晶 第四节 晶粒长大 第五节 金属的热加工

(一)教学方法与学时分配 讲授,3学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 形变金属材料退火时的回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制。 2. 金属的热变形。 【重点掌握】:

形变金属退火是显微组织的变化过程。 不同温度下的回复机制。 再结晶的形核机制。

影响再结晶的因素,再结晶后晶粒的大小。 晶粒的正常长大和异常长大过程及影响因素。 动态回复和动态再结晶。 【掌握】: 回复动力学。 再结晶动力学。 超塑性。 【难点】:

再结晶形核机制、晶粒长大过程及其机制。

第七章 钢的热处理原理和工艺 第一节 概述

第二节 钢在加热时的转变 第三节 钢在冷却时的转变 第四节 钢在回火时的转变 第五节 钢的退火与正火

第六节 钢的淬火与回火 第七节 其他类型的热处理

(一)教学方法与学时分配 讲授,3学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 固态相变中的形核、长大。

2. 钢的加热转变过程,扩散对奥氏体化转变、均匀化和晶粒长大的影响。 3. 钢的冷却转变及动力学过程,TTT曲线和CCT曲线及应用。

4. 珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体转变区间。 5. 珠光体、马氏体、贝氏体转变的机理和特征。

6. 退火、正火、淬火、回火工艺、目的和特点。回火过程组织的转变。回火脆性。 【重点掌握】:

1. 固态相变的基本特征。

2. 钢的加热转变过程,扩散多奥氏体化转变和均匀化的影响。

3. TTT曲线和CCT曲线。珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体转变区间。

4. 碳和合金元素对C曲线的影响。

5. 珠光体、马氏体、贝氏体转变的机理和特征。

6. 退火、正火、淬火、回火工艺、目的和特点。 7. 回火过程组织的转变。回火脆性。 【掌握】:表面热处理和化学热处理。 【难点】:

加热和冷却过程晶粒大小的影响因素,马氏体、贝氏体转变机理。 退火、正火、淬火、回火工艺、目的和特点的区分。

第八章 钢铁材料基础

第一节 钢铁的冶炼

第二节 碳和杂质元素对碳钢的组织和性能的影响 第三节 钢的分类和编号 (一)教学方法与学时分配 讲授,2学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1.钢铁冶炼过程的氧化还原反应。

2.碳和杂质元素对碳钢的组织和性能的影响。 3.钢的分类和号。 【重点掌握】: 钢的分类和钢的编号。

碳和杂质元素对碳钢的组织和性能的影响。 【掌握】:

钢铁冶炼过程的氧化还原反应。

【了解】:钢铁冶炼工艺。 【难点】:钢的编号方法和规律。

第九章 工程结构钢 第一节 工程结构钢的合金化 第二节 铁素体-珠光体钢 第三节 低碳贝氏体钢和马氏体钢 第四节 工程结构钢的冶金工艺特点 (一)教学方法与学时分配 讲授,3学时

(二)内容及基本要求 主要内容:

1. 工程结构钢的性能要求和特征。 2. 工程结构的合金化原则。

3. 碳素工程结构钢、低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体钢、针状马氏体钢、低碳马氏体钢、双相钢的合金化和热处理特点。

【重点掌握】:

不同种类工程结构钢的组织、性能、合金化的区别。微合金元素在钢中的作用。 【掌握】:工程构件用钢的服役条件及性能要求。

【了解】:工程结构钢的冶金工艺特点、控制轧制和控制冷却。工程构件用钢的发

展趋势。

【难点】:不同种类工程结构钢的组织、性能、合金化的区别。

第十章 机械制造结构钢 第一节 结构钢的强度和脆性 第二节 钢的淬透性 第三节 调质钢

第四节 低温回火状态下使用的结构钢 第五节 高合金超高强度结构钢 第六节 轴承钢

第七节 渗碳钢和氮化钢 第八节 其他机械制造结构钢 (一)教学方法与学时分配 讲授,5学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

3. 结构钢的强化和韧化原理和特点、合金化原则。

4. 淬透性对钢的组织和性能的影响。

5. 调质钢、低温回火钢、非调质微合金钢的种类、组织和性能特点、热处理特点。 6. 滚动轴承钢、弹簧钢、渗碳钢、超高强度钢等特殊结构钢的性能和工艺特点。 【重点掌握】:

调质钢的种类和特点、合金化、热处理。 低温回火钢的种类和特点、合金化、热处理。 轴承钢和弹簧钢。

【掌握】:非调质钢、超高强度钢的种类和特点、合金化、热处理。 【了解】:渗碳钢和氮化钢、高猛钢、易切削钢。

【难点】:各种结构钢的性能特点、组织特点、热处理工艺、合金化特点的区分。

第十一章 工具钢

第一节 碳素及低合金工具钢 第二节 高速工具钢 第三节 冷作模具钢 第四节 热作模具钢 (一)教学方法与学时分配 讲授,4学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的组织性能特点和要求。 2. 高速钢中的合金元素和作用,高速钢的热处理。

3. 冷作模具钢和热作模具钢的组织性能特点和要求、合金化特点。 【重点掌握】:

碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、冷作模具钢、热作模具钢的组织、性能和合金化特点。

【掌握】:掌握各种工具钢和模具钢的热处理特点。

【了解】:量具用钢。

【难点】:各种工具钢的分类、组织和性能特点的区分。

第十二章 不锈耐蚀钢 第一节 钢的耐蚀性 第二节 不锈耐蚀钢的组织 第三节 不锈耐蚀钢的腐蚀特性 第四节 不锈耐蚀钢的强化与脆性 第五节 不锈耐蚀钢种 (一)教学方法与学时分配 讲授,2学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

4. 钢的钝化现象,提高钢抗蚀性的途径、不锈钢组织、性能的要求,不锈钢

的合金化。

5. 铁素体不锈钢,马氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的成分、组织、性能及热处

理特点。

6. 复相不锈钢,沉淀、硬化型不锈钢及微量元素的作用。

【重点掌握】:

钢的钝化原理,提高钢抗蚀性的途径、不锈钢组织、性能的要求,不锈钢的合金化。铁素体不锈钢,马氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的成分、组织、性能及热处理特点。

【掌握】:复相不锈钢,沉淀、硬化型不锈钢及微量元素的作用。 【难点】:各种不锈钢的成分、性能及热处理特点的区分。

第十三章 耐热钢和耐热合金

第一节 耐热钢和合金的工作条件及性能

第二节 铁素体型耐热钢

第三节 工业炉用耐热钢 第四节 奥氏体型耐热钢 第五节 镍基耐热合金 第六节 新型耐热合金 (一)教学方法与学时分配 讲授,2学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

3. 热稳定性与钢的成分、组织关系。

4. 珠光体型耐热钢、马氏体型耐热钢、奥氏体型耐热钢的合金化特点。 5. 工业炉用耐热钢的性能要求和组织、性能特点。 6. 镍基高温合金的组织和性能特点。 【重点掌握】:

热稳定性与钢的成分、组织关系。

铁素体型耐热钢和奥氏体型耐热钢。 【掌握】:工业炉用耐热钢,高温镍基合金。 【了解】:新型耐热合金

【难点】:各类耐热钢的成分、组织、性能、热处理的特点和区分。

第十四章 铸铁

第一节 铸铁中石墨的形态控制

第二节 常用铸铁 第三节 合金铸铁 (一)教学方法与学时分配 讲授,3学时 (二)内容及基本要求

主要内容:

1. 石墨组织的形成过程,石墨形态的影响因素和控制。

2. 灰口铸铁、球面铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的组织、性能特点。 3. 耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能铸铁的组织和性能。 【重点掌握】:

石墨组织的形成过程,石墨形态的影响因素和控制。

灰口铸铁、球面铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的组织、性能特点。 【掌握】:耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能铸铁的组织和性能。 【难点】:石墨组织的形成过程,石墨形态的影响因素和控制。

第十五章 有色金属及合金 第一节 铝及铝合金

第二节 钛及钛合金 第三节 铜及铜合金 第四节 轴承合金 (一)教学方法与学时分配 讲授,4学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 铝合金的分类、强化方式和机理。变形铝合金的成分、组织、工艺特点。铸造铝合金的成分、组织、工艺特点。

钛的特性,冶金基础。

2. 钛合金相图和主要合金元素。钛合金的分类,强韧化原理,热处理和加工工艺。钛合金的发展和应用。

3. 铜的特性,杂质对纯铜的影响。铜的合金化、组织和强化。铜合金分类,黄铜、青铜、白铜的成分、特性、用途。

4.轴承合金的组织和性能要求及特点,常用轴承合金的种类。

【重点掌握】:

1. 铝合金的强化方式和机理,变形铝合金的成分、组织、工艺特点。

2. 钛的特性,冶金基础。 钛合金相图和主要合金元素。钛合金的分类,强

韧化原理。

3. 铜的合金化、组织和强化方式,铜合金分类,黄铜、青铜。 4. 轴承合金的组织性能要求。

【掌握】:铸造铝合金的成分、组织、工艺特点。白铜。钛合金的加工工艺、发展

和应用。

【难点】:铝合金的合金化原理。

第十二章 铜合金

第一节 铜合金中的合金元素

第二节 工业纯铜 第三节 黄铜 第四节 青铜 第五节 白铜

(一)教学方法与学时分配 讲授,2学时 (二)内容及基本要求 主要内容:

1. 铜的特性,杂质对纯铜的影响。 2. 铜的合金化、组织和强化。

3. 铜合金分类,黄铜、青铜、白铜的成分、特性、用途。

【重点掌握】:铜的合金化、组织和强化方式,铜合金分类,黄铜、青铜。 【掌握】:白铜。

【难点】:铝合金、钛合金、铜合金的合金化、强韧化原理。

制定人:张旭东 审定人: 批准人:

日 期:2016.06.28

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/kd3.html

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