昆工金属学与热处理教案.docx
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昆工金属学与热处理教案
金属学与热处理
教案
2013/2014学年第二学期
学校昆明工业职业技术学院
院别冶金化工学院
课程名称金属学与热处理
授课对象2013级材料成型班
主讲教师张三
职称讲师
课程学时48
昆明工业职业技术学院教案(课程)
教案编写时间:
2014-2-20
课程名称
金属学与热处理
考核方式
考试
总学时:
48学时
讲课:
42学时
上机:
0学时
实验:
6学时
其他:
0学时
学时
48
课程类别
公共课()基础课()专业课()
技术基础课(√)专业选修课()公共选修课()
授课对象
2013级材料成型班,2013级焊接及自动化班
教材:
孟延军关昕.《金属学及热处理》.冶金工业出版社.2008
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
[5]刘宗昌.《金属固态相变教程》.冶金工业出版社,2003
教学目的、要求:
《金属学与热处理》是材料成型与控制工程专业、冶金技术专业一门重要的技术基础课。
本课程以材料的成分、晶体类型、组织结构与性能之间的关系为主线,重点介绍材料的本质,提出有关的理论和描述,说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的。
学习本课程的目的,是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识。
通过对基础科学和知识的综合和运用,初步具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料,正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。
教学重点、难点:
教学重点
难点
1.典型金属的晶体结构2.晶体缺陷
3.二元相图
4.铁碳相图及其应用
5.塑性变形
6.再结晶
7.钢的热处理原理
8.合金钢
1.典型金属的晶体结构
2.晶体缺陷
3.二元相图
4.铁碳相图的分析与应用
5.塑性变形机理
6.再结晶机制
7.钢的热处理原理
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第1次课2学时
授课题目:
第一章金属材料的性能
教学目的、要求:
1.通过本章的学习,使学生掌握金属材料的力学性能、化学性能、物理性能的概念,建立材料力学性能和实际应用之间的关系。
2.掌握力学性能的几个常用指标。
3.了解材料的物理性能和化学性能;
4.了解材料的工艺性能。
教学重点、难点:
重点:
1.材料的力学性能;
难点:
1.力学性能与选材;
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容(2学时)
一、金属材料的性能
§1-1金属材料的力学性能
一、强度:
强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
以屈服强度σs和抗拉强度σb最为常用。
二、塑性:
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力,常用延伸率(δ)和断面收缩率(ф)作为材料的塑性指标。
三、硬度:
硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。
工程上常用的有布氏硬度和洛氏硬度。
四、韧性:
冲击韧度是指材料抵抗冲击载荷的能力。
金属材料韧性的好坏用冲击韧度值衡量。
五、刚度:
材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度,常用弹性模量E表示。
§1-2金属材料的物理性能和化学性能
一、金属材料的物理性能
二、金属材料的化学性能
§1-3金属材料的工艺性能
2.教学方法
采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。
3.辅助手段
黑板板书与教具。
晶面指数和晶向指数采取课堂练习和课堂提问的形式完成
作业布置:
思考题:
1-1、1-2、1-11
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第2次课2学时
授课题目:
第二章金属的晶体结构
教学目的、要求:
1.通过本章的学习,使学生掌握金属材料的结构、性能特点,建立材料结构与性能之间的关系。
2.建立原子结构的特征。
3.建立晶胞的概念,以便想像原子的排列;在不同晶向和晶面上所存在的长程规则性。
4.熟悉常见晶体中原子的规则排列形式。
5.掌握晶向、晶面指数的标定方法。
若给出具体的晶向、晶面时会在三维空间图上画出其位置。
教学重点、难点:
重点:
1.典型金属晶体结构;
难点:
1.晶面指数和晶向指数;
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容(2学时)
一、金属的晶体结构
§2-1金属
一、金属原子的结构特点
二、晶体结构的基本知识(晶格与晶胞)
§2-2金属的晶体结构
一、晶体的特性
二、三种典型金属晶体结构
2.1体心立方晶格属于这种晶格的金属有:
α-Fe,Cr,W,Mo,V,Nb等。
2.2面心立方晶格属于这种晶格的金属有:
α-Fe,Cr,W,Mo,V,Nb等。
2.3密排六方晶格属于这种晶格的金属有:
Mg,Zn,Cd(镉),Be等。
§2-3晶面指数和晶向指数
(概念、已知截距求晶面指数,已知晶面指数画出晶面位置)
2.教学方法
采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。
3.辅助手段
黑板板书与教具。
晶面指数和晶向指数采取课堂练习和课堂提问的形式完成
作业布置:
思考题:
2-1、2-2、2-4
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第3次课2学时
授课题目:
§2-3实际金属的晶体结构
教学目的、要求:
1.认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。
注意位错线,位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力方向之间的关系。
教学重点、难点:
重点:
点缺陷、线缺陷、面缺陷的分类及其与性能的关系
难点:
实际金属晶体缺陷形成的原因
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
§2-2实际金属的晶体结构
一、纯金属的显微组织
二、单晶体和多晶体
单晶体:
晶体内部晶格方位完全一致
多晶体:
晶体内部包含很多小晶体,每个小晶体内部晶格方位完全一致,
而各个小晶体之间彼此的晶格方位都不相同。
晶粒:
组成金属晶体的小晶体,因其外型呈不规格的颗粒状故称晶粒。
三、晶体的各向异性
§2-3实际金属的晶体结构
一、点缺陷晶格空位:
晶格中的原子脱离晶格结点,形成空位。
间隙原子:
从晶格结点上脱离的原子转移到晶格间隙。
晶格中晶格空位,间隙原子的存在,会改变其周围原子的平衡,造成晶格畸变。
二、线缺陷位错是晶体中普遍存在的,也是最重要的一种缺陷。
位错包括刃型位错,螺型位错及混合位错。
位错线周围的原子不同程度地偏离了平衡位置,使周围的晶格发生了畸变。
三、面缺陷晶界,亚晶界。
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
思考题:
2-5、2-6
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第4次课2学时
授课题目:
金属结晶的现象和条件
教学目的、要求:
1.明确结晶相变的热力学、动力学、能量及结构条件。
2.了解过冷度在结晶过程中的意义;过冷度、临界过冷度之间的区别。
3.均匀形核与非均匀形核的成因及在生产中的应用。
教学重点、难点:
重点:
1.结晶的基本过程;2.结晶条件;
难点:
1.结晶条件;
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
第三章纯金属的结晶
§3-1金属结晶的现象
一、结晶过程的宏观现象金属由液体凝固为晶体的过程,称为结晶。
过冷度金属实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
ΔT=Tm-Tn
二、金属结晶的微观现象分两个步骤:
①晶核的形成②晶核的长大
§3-2金属结晶的热力学条件结晶的推动力就是液相与固相的自由能差ΔF,ΔF越大结晶越容易。
而过冷度ΔT越大,ΔF越大。
§3-3金属结晶的结构条件相起伏的存在,相起伏的尺寸对形核率的影响
2.教学方法
①采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
作业:
结晶的热力学条件是什么?
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第5次课2学时
授课题目:
金属结晶的过程,铸锭组织与缺陷
教学目的、要求:
1.明确晶体的长大条件与长大机制。
2.明确温度梯度对晶体形貌的影响
3.晶粒大小控制因素
4.掌握铸锭组织的三区及形成原因、性能
教学重点、难点:
重点:
晶粒大小的影响因素铸锭组织的三区及形成原因、性能
难点:
温度梯度对晶体形貌的影响
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
§2-4金属结晶的过程
一、结晶过程形核与长大的过程
二、结晶过程的实质近程有序转变为远程有序
§2-5晶核的长大
一、固液界面的微观结构
二、晶体长大机制
三、固液界面前沿液体中的温度梯度
四、晶体生长的界面形状
五、长大速度
六、晶粒大小的控制
§2-6铸锭的组织与缺陷
1、表层细晶粒层
2、柱状晶粒层
3、中心等轴晶粒区
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
1、控制晶粒度的措施有哪些?
2、铸锭三晶区的组织特点是什么?
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第6次课2学时
授课题目:
合金的相结构及二元合金相图的建立
教学目的、要求:
1.明确合金相的分类
2.区分相、组织和组织组成物
3.明确相图如何建立
4.相律
5.杠杆定律
教学重点、难点:
重点:
1.杠杆定律,合金相图的建立
难点:
杠杠定律
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
第四章合金的相结构和相图
§4-1合金的相结构合金是指两种或两种以上的金属元素,或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质
组元:
组成合金最基本的,独立的物质称为组元。
合金系:
由若干给定组元可以按不同比例配制成一系列成分不同的合金,构成一个合金系统,简称合金系。
相:
指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。
组织:
泛指用金相观察的方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。
二元合金相图的建立
合金的结构:
1、固溶体(置换固溶体、间隙固溶体)2、金属化合物
§4-2二元相图的表示方法及建立
一、二元合金相图的测定方法合金的结晶过程在某一温度范围内进行,结晶过程中各相的成分还不断发生变化。
二、相律及杠杆定律
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
画出铜镍二元合金相图
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第7次课2学时
授课题目:
几种典型二元合金相图
教学目的、要求:
1.熟悉匀晶、共晶、共析、包晶等相图,并能应用他们分析相应合金的结晶过程;
2.可灵活应用杠杆定律计算不同温度合金的相、组织组成物的含量
3.能认识一般二元相图,利用相图能分析任一合金平衡态的组织及推断不平衡态可能的组织变化;
4.能利用相图与性能的关系,预测材料性能;
教学重点、难点:
重点:
1.典型合金结晶过程;
2.利用杠杆定律计算组织组成物和相的含量
难点:
1.利用杠杆定律计算组织组成物和相的含量
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
§4-3匀晶相图及固溶体的结晶
一、相图分析
二、固溶体合金的平衡结晶过程
三、固溶体的不平衡结晶
四、区域偏析和区域提纯
§4-4共晶相图及其合金的结晶
一、相图分析
二、典型合金的结晶过程及其组织
三、不平衡结晶及组织
四、比重偏析及区域偏析
§4-5包晶相图及其合金的结晶
具有稳定化合物的二元相图
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
作业:
分析过共晶合金的结晶过程
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第8次课2学时
授课题目:
相图与合金性能的关系、铁碳合金
教学目的、要求:
1.了解力学性能与相图的关系
2.熟悉铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织;
3.利用杠杆定律计算各合金组织和相的相对百分含量
4.说明含碳量的改变怎样影响铁碳合金的组织和性能;
教学重点、难点:
重点:
1.铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织
2.杠杆定律计算;
难点:
1.不同合金室温组织和相含量计算
2.组织和相概念
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
§4-6力学性能与相图的关系合金铸造性能与相图的关系
第六章铁碳合金
§6-1铁碳合金的组元及基本相
一、纯铁
二、渗碳体Fe3C金属间化合物
§6-2Fe-Fe3C相图分析
§6-3铁碳合金的平衡结晶过程及组织
一、、wc=0.01%的工业纯铁
二、共析钢
三、亚共析钢
四、过共析钢
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
徒手画出铁碳合金相图(近似)。
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第9次课2学时
授课题目:
铁碳合金结晶
教学目的、要求:
1.熟悉铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织;
2.利用杠杆定律计算各合金组织和相的相对百分含量;
教学重点、难点:
重点:
1.铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织;
2.杠杆定律计算;
难点:
1.不同合金室温组织和相含量计算
2.组织和相概念
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
五、共晶白口铁
六、亚共晶白口铁
七、过共晶白口铁
八、铁碳合金的分类根据
-
相图,铁碳含金可分为三类:
⑴
⑵
⑶
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
作业:
分析含碳量0.6%铁碳合金的结晶过程并利用杠杆定理计算室温相和组织的百分含量
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第10次课2学时
授课题目:
碳对铁碳合金组织和性能的影响,碳素钢
教学目的、要求:
1.熟悉铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织;
2.了解碳对铁碳合金组织和性能的影响;
3.了解碳素钢的分类以及牌号;
教学重点、难点:
重点:
1.碳对铁碳合金组织和性能的影响;
2.碳素钢的分类以及牌号;
难点:
1.碳对铁碳合金组织和性能的影响;
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
§6-4碳对铁碳合金组织和性能的影响
一、碳对铁碳合金组织的影响;
二、碳对铁碳合金性能的影响;
三、铁碳合金状态图的应用;
§6-5碳素钢
一、常见杂质对钢性能的影响;
二、碳素钢的分类;
三、碳素钢的牌号、性能及用途;
2.教学方法
采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
作业:
无
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第11次课2学时
授课题目:
实验一碳钢平衡组织的观察
教学目的、要求:
1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征;
2.了解含碳量对鉄碳合金平衡组织的影响以及Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系;
3.了解平衡组织的转变规律,并能应用杠杆定律和显微组织示意图分析碳钢的种类。
教学重点、难点:
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
实验一碳钢平衡组织的观察
2.教学方法
①通过实验理论和实践联系
3.辅助手段
实验辅导配合答疑
具体实施方案,看实验指导书
作业布置:
无
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第12次课2学时
授课题目:
金属及合金的塑性变形
教学目的、要求:
1.熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系
2.能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点;
3.理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义;
4.熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义;
5.了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?
教学重点、难点:
重点:
1.塑变的基本形式
2.滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点
3.加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义
难点:
1.几种强化机理异同;
教学组织(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等):
1.教学内容
第七章金属及合金的塑性变形与再结晶
§7-1金属的变形特性
§7-2单晶体的塑性变形,多晶体的塑性变形
§7-3多晶体的塑性变形
§7-4合金的塑性变形
§7-5塑性变形及对金属组织和性能的影响
§7-6金属的断裂
2.教学方法
①采取对上节所学知识回顾,师生互动,达到加深理解和记忆的效果
3.辅助手段
黑板板书与教具配合
作业布置:
名词解释:
滑移,孪生
主要参考资料:
[1]徐钧恒.《材料科学基础》.北京工业大学出版社,2001
[2]侯增寿.《金属学原理》.上海科学技术出版社,1999
[3]王晓敏.《工程材料学》.哈尔滨工业大学出版社,1998
[4]石德珂.《材料科学基础》.机械工业出版社,2003
课后自我总结分析:
注:
各栏大小可根据需要进行调整。
昆明工业职业技术学院教案(课次)
第13次课2学时
授课题目:
金属及合金的