《金屬學(xué)及熱處理》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：金屬學(xué)及熱處理英文名稱：MetallographyHeatTreatment二、課程代碼及性質(zhì)課程代碼：0801504課程性質(zhì)：必修三、學(xué)時與學(xué)分總學(xué)時：48學(xué)分：3四、先修課程《大學(xué)物理》、《高等數(shù)學(xué)》五、授課對象本課程面向材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)，也可以供電子封裝技術(shù)專業(yè)學(xué)生選修。六、課程教學(xué)目的（對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程是本專業(yè)的核心課程之一，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握金屬學(xué)基本原理及基本知識、金屬組織特點及固態(tài)相變原理，掌握熱處理工藝對組織、性能的影響規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，其教學(xué)目的主要包括：1．掌握金屬的基本晶體結(jié)構(gòu)、缺陷類型及其有關(guān)基礎(chǔ)理論，對位錯及金屬強化的機(jī)制有深入的了解；2.掌握金屬與合金的相圖與結(jié)晶的基本規(guī)律及相關(guān)理論；3.掌握金屬的塑性變形及再結(jié)晶過程中的基本理論及組織、性能變化過程，了解擴(kuò)散在其中所起的作用及相關(guān)的擴(kuò)散機(jī)制和基本定律；4.掌握金屬常規(guī)熱處理的基本原理、工藝條件、組織轉(zhuǎn)變特點，為制定熱加工工藝，獲取優(yōu)質(zhì)零構(gòu)件打好必要的理論基礎(chǔ)；5.掌握鋼鐵等金屬材料中的元素作用、牌號分類、性能特點和應(yīng)用，可以為合理使用金屬材料提供依據(jù)。表1課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點本課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。1.2掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)21.3掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識。1.4掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的工程檢測與控制基礎(chǔ)知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題。課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4、課程目標(biāo)5畢業(yè)要求2：問題分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。如：復(fù)雜的模具設(shè)計。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：物理綜合實驗。2.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程力學(xué)綜合實驗。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程控制實驗中的建模與分析。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解機(jī)械工程、材料成型及控制工程問題特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計方法。課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4、課程目標(biāo)53.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計（開發(fā)）針對復(fù)雜材料成型及控制工程問題的解決方案，具備設(shè)計（開發(fā)）滿足特定材料成型及控制工程需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。3.3在設(shè)計（開發(fā)）過程中，具有追求材料成型及控制工程復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握材料熱加工成形原理及特點，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計材料成型及控制工程（模具）復(fù)雜實驗、開展科學(xué)研究的能力。課程目標(biāo)34.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工藝，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實施材料成型及控制工程綜合實驗，得出正確結(jié)果的能力。課程目標(biāo)4、課程目標(biāo)54.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的材料成型及控制工程實驗結(jié)果進(jìn)行正確分析能力。4.4了解常見的材料成型及控制工程常用設(shè)備、實驗儀器及實驗方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測控和維護(hù)的能力。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。5.2了解材料成型及控制工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行復(fù)雜材料成型及控制工程實踐的能力。5.4掌握復(fù)雜材料成型及控制工程問題的預(yù)測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1了解與工程相關(guān)的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料成型及控制工程專業(yè)特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復(fù)雜成型及控制工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識材料成型及控制工程各種復(fù)雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會責(zé)任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解材料成型及控制工程的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢，正確認(rèn)識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。7.2能正確理解和評價材料成型及控制工程復(fù)雜問題實施對環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決復(fù)雜的材料成型及控制工程的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。8.1具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學(xué)發(fā)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責(zé)任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責(zé)任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責(zé)任。畢業(yè)要求9：個人和團(tuán)隊能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識和較高的個人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個人及團(tuán)隊成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊成員意見和建議，進(jìn)行合理決策之領(lǐng)導(dǎo)能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)的國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強的業(yè)務(wù)溝通能力與競爭能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，就復(fù)雜的專業(yè)工程問題進(jìn)行有效溝通和交流。畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11.1了解機(jī)械及材料工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法。11.2具備應(yīng)用工程管理和經(jīng)濟(jì)決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領(lǐng)導(dǎo)能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達(dá)自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學(xué)科環(huán)境中加于應(yīng)用。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識和正確的認(rèn)識。12.2能夠采用合適的方法，自我學(xué)習(xí)、提高的能力。12.3能夠適應(yīng)社會進(jìn)步與發(fā)展，與時代同步。七、教學(xué)重點與難點：教學(xué)重點：本課程闡述了金屬與合金的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及各種條件下的變化規(guī)律，為從事金屬與合金的研究提供理論依據(jù)和線索，對于材料成型及控制工程專業(yè)而言極為重要，本課程的重點主要在以下幾方面：（1）晶體結(jié)構(gòu)：體心立方、面心立方，密排六方結(jié)構(gòu)，晶面指數(shù)及晶向指數(shù)和合金的基本相結(jié)構(gòu)；晶體缺陷類型及有關(guān)基礎(chǔ)理論。（2）金屬結(jié)晶與相圖：金屬的結(jié)晶過程，熱力學(xué)及結(jié)構(gòu)條件；二元均晶相圖和二元共晶相圖的相圖分析及結(jié)晶過程；鐵碳相圖中不同成分的結(jié)晶過程分析及結(jié)晶后的組織。（3）塑性變形：金屬塑性變形的基本理論及對純金屬、合金組織的影響；冷變形金屬加熱時組織與性能的變化過程。（4）鋼的熱處理：鋼在冷卻時轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)與性能。（5）金屬材料：各種工業(yè)用鋼的分類牌號、性能特點及應(yīng)用。教學(xué)難點：（1）晶體結(jié)構(gòu)：金屬的晶體結(jié)構(gòu)涉及到三維空間及抽象化，使用實物模型和動畫有助于幫助學(xué)生透徹理解。（2）金屬結(jié)晶與相圖：金屬結(jié)晶的熱力學(xué)及結(jié)構(gòu)條件；鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程。（3）塑性變形：多晶體的塑性變形基本理論；變形后的再結(jié)晶過程。（4）鋼在回火后的組織轉(zhuǎn)變過程及特點。八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：（1）課堂教學(xué)過程中，加強基本概念的講授。在學(xué)生充分理解基本概念的基礎(chǔ)上講授相關(guān)的拓展內(nèi)容。（2）要求課前預(yù)習(xí)，課后學(xué)生溫習(xí)自學(xué)教科書上的相關(guān)內(nèi)容，對所學(xué)內(nèi)容加以拓展和鞏固。（3）互動式、啟發(fā)式教學(xué)。適當(dāng)安排討論課，討論課有利于提高學(xué)生的主體意識和對課堂的參與度，并能加強學(xué)生之間以及師生之間的交流互動，從而能夠強化教學(xué)效果。教學(xué)手段：多媒體幻燈片放映，結(jié)合黑板板書。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排序號課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實踐）學(xué)時1金屬的晶體結(jié)構(gòu)882純金屬的結(jié)晶333二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶884鐵碳相圖445金屬與合金的塑性變形與斷裂446金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶447擴(kuò)散338鋼的熱處理原理669鋼的熱處理工藝4410工業(yè)用鋼及鑄鐵44（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第1章金屬的晶體結(jié)構(gòu)（8學(xué)時）1.1金屬概述1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.3實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章純金屬的結(jié)晶（3學(xué)時）2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件2.4晶核的形成2.5晶核長大2.6金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（8學(xué)時）3.1合金中的相3.2合金的相結(jié)構(gòu)3.3二元合金相圖的建立3.4勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶3.5共晶相圖及其合金的結(jié)晶3.6包晶相圖及其合金的結(jié)晶3.7二元相圖的分析和使用第四章鐵碳合金（4學(xué)時）4.1鐵碳合金的組元及其基本相4.2Fe—Fe3C合金相圖分析4.3典型合金的結(jié)晶過程及其組織4.4含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響4.5鋼中的雜質(zhì)元素及鋼錠組織第五章金屬及合金的塑性變形與斷裂（4學(xué)時）5.1

金屬的變形特性

5.2

單晶體的塑性變形

5.3

多晶體的塑性變形

5.4.

合金的塑性變形

5.5

塑性變形對金屬組織和性能的影響

第六章金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶（4學(xué)時）6.1.

形變金屬與合金在退火過程中的組織變化

6.2

回復(fù)

6.3

再結(jié)晶6.4晶粒長大

6.5金屬的熱加工第七章擴(kuò)散（3學(xué)時）

7.1概述

7.2擴(kuò)散定律7.3影響擴(kuò)散的因素第八章鋼的熱處理原理（6學(xué)時）8.1概述

8.2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變8.3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變.8.4鋼在回火時的轉(zhuǎn)變第九章鋼的熱處理工藝（4學(xué)時）9.1鋼的退火與正火9.2鋼的淬火與回火9.3其他類型的熱處理第十章工業(yè)用鋼及鑄鐵（4學(xué)時）10.1鋼的分類與編號10.2合金元素在鋼中的作用10.3工程結(jié)構(gòu)用鋼10.4機(jī)器零件用鋼10.5工具鋼10.6特殊性能鋼10.7常用鑄鐵10.8特殊性能鑄鐵（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：第一章思考題：1、某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點上，其晶格常數(shù)a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐標(biāo)軸上的截距分別是5個原子間距，2個原子間距和3個原子間距，求該晶面的晶面參數(shù)。2、a）設(shè)有一剛球模型，球的直徑不變，當(dāng)由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格時，試計算其體積膨脹。b）經(jīng)X射線測定，在912℃時γ-Fe的晶格常數(shù)為0.3633nm，α-Fe的晶格常數(shù)為0.2892nm，當(dāng)由γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe時，求其體積膨脹，并與a）比較，說明其差別的原因。3、有一正方形位錯線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的性能，并指出任性位錯額外串排原子面所在的位置。DCbAB第二章思考題：1、為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度，影響過冷度的因素是什么，固態(tài)金屬融化時是否會出現(xiàn)過熱，為什么？2、為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采用什么措施，為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)采取什么措施？其基本原理如何？3、試比較均勻形核和非均勻形核的異同點。第三章思考題：1、在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？2、何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？第四章思考題：1、分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算室溫下的組織組成物和相組成物。2、計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。3、為了區(qū)分兩種弄混的鋼，工人分別將A、B兩塊碳素鋼試樣加熱至850℃保溫后緩冷，金相組織分別為：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體面積為58.4%；B試樣的二次滲碳體面積為7.3%，珠光體面積為92.7%；設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體的含碳量為零，求A、B兩種碳素鋼的含碳量。第五章思考題：1、滑移和孿生有何區(qū)別，試比較它們在塑性變形過程的作用。2、金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實際意義？3、何謂脆性斷裂和塑性斷裂，若在材料中存在裂紋時，試述裂紋對脆性材料和塑性材料斷裂過程中的影響。第六章思考題：1、一塊厚純金屬板經(jīng)冷彎并再結(jié)晶退火后，試畫出界面上的顯微組織示意圖。2、一塊純錫板被槍彈擊穿，經(jīng)再結(jié)晶退火后，大孔周圍的晶粒大小有何特征，并說明原因。3、說明以下概念的本質(zhì)區(qū)別：1）一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶；2）再結(jié)晶時晶核長大和再結(jié)晶后晶粒長大。4、何謂臨界變形度，在工業(yè)生產(chǎn)中有何實際意義。第七章思考題：1、何謂上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散?試舉幾個實例說明之。2、滲碳是將零件置于滲碳介質(zhì)中使碳原子進(jìn)入工件表面，然后以下坡擴(kuò)散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴(kuò)散的熱處理方法。試問：(1)溫度高低對滲碳速度有何影響?(2)滲碳應(yīng)當(dāng)在r-Fe中進(jìn)行還是應(yīng)當(dāng)在α-Fe中進(jìn)行?(3)空位密度、位錯密度和晶粒大小對滲碳速度有何影響？第八章思考題：1、比較過共析鋼的TTT曲線和CCT曲線的異同點。為什么在連續(xù)冷卻過程中得不到貝氏體組織？與亞共析鋼的CCT曲線中Ms線相比，過共析鋼的Ms線有何不同點，為什么？2、闡述獲得粒狀珠光體的兩種方法。3、有一共析鋼試樣，其顯微組織為粒狀珠光體。問通過何種熱處理工序可分別得到片狀珠光體、粗片狀珠光體和比原始組織更細(xì)小的粒狀珠光體？4、假定將已淬火而未回火的含碳0.8%的碳鋼件（馬氏體組織）放入800℃爐內(nèi)，上述組織對800℃奧氏體化時間有什么影響？如果隨后淬火發(fā)現(xiàn)零件上油裂紋，試解釋裂紋產(chǎn)生的原因。第九章思考題：1、在生產(chǎn)中為了提高亞共析鋼的強度，常用的方法是提高亞共析鋼中珠光體的含量，問應(yīng)該采用什么熱處理工藝？2、試述亞共析鋼和過共