《金属材料学》材料物理专业课程教学大纲.docx
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《金属材料学》材料物理专业课程教学大纲
《金属材料学》材料物理专业课程教学大纲
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:
(2)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:
.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。
.合金元素在钢中的作用、原理和规律;.钢的热处理原理以及其与合金化的配合;.掌握各类铸铁的成分组织和性能特点;.常用有色金属及其合金的成分、性能和热处理特点.
(3)先修课程:
《材料科学基础》、《材料力学性能》等。
(4)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,学时
(二)内容及基本要求
.金属材料的发展概况。
.了解金属材料在国民经济中的地位与作用。
.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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.组成材料的原子间的键合方式及其与性能间的关系。
.晶体学基础的基本概念和应用。
.点缺陷、线缺陷、面缺陷。
.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2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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.纯金属的凝固过程。
.结晶的热力学条件。
.形核及长大的规律。
.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3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,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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.三元相图的成分表示方法及定量法则。
.三元匀晶相图、三元共晶相图。
.四相平衡转变。
.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,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。
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6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,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7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,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,曲线和曲线及应用。
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】:
.固态相变的基本特征。
.钢的加热转变过程,扩散多奥氏体化转变和均匀化的影响。
.曲线和曲线。
珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体转变区间。
.碳和合金元素对曲线的影响。
.珠光体、马氏体、贝氏体转变的机理和特征。
.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。
【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,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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.工程结构钢的性能要求和特征。
.工程结构的合金化原则。
.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,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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢的组织性能特点和要求。
.高速钢中的合金元素和作用,高速钢的热处理。
.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,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,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,学时
(二)内容及基本要求
主要内容:
.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。
.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,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。
.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。
.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。
.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,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。
.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: