《金屬學與熱處理》教學大綱

課程編號：21040219/50

課程名稱：金屬學與熱處理

英文名稱：MetallographicandThermalTreatment

學時：80

學分：5

適用專業(yè)：材料成型及控制工程

課程性質(zhì)：必修

先修課程：物理化學

一、課程教學目標

1.對專業(yè)人才培養(yǎng)目標支撐

本課程培養(yǎng)學牛應用基礎理論知識和所學的專業(yè)知識，是金屬材料由冶煉、

鑄造、軋制、到制作成工件，并使用直至報廢的整個歷程中的理論根據(jù)。本課

程根據(jù)金屬和合金的成分、結(jié)構(gòu)、組織和性能等特點，以金屬學為基礎，以熱

處理工藝及其相互關系和變化規(guī)律進行學習，使學生掌握和利用這些關系和規(guī)

律來指導生產(chǎn)實踐，以便更有效地發(fā)揮現(xiàn)有金屬材料的潛力，為將來從事金屬

材料的開發(fā)、熱處理工藝、金屬加工等工作奠定基礎。

2.在課程體系中地位、作用

金屬學與熱處理課程是材料成型及控制工程專業(yè)的一門重要的本科專業(yè)

課。它是為培養(yǎng)滿足材料與機械類高等人才的需要而設置的。金屬學與熱處理

是一門研究金屬學基本理論和熱處理工程問題的科學。金屬學與熱處理運用金

屬內(nèi)在組成-成分-性能關系等知識，結(jié)合熱處理原理及工藝，進行金屬組織內(nèi)

部結(jié)構(gòu)解析、新材料開發(fā)、熱處理工藝分析與設計，研究金屬材料特性，結(jié)合

熱處理設備的控制，實現(xiàn)金屬材料正確使用，從而提高金屬材料實際工程應用

和工藝水平。因為金屬學與熱處理是材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程，所

以，金屬學與熱處理在材料成型及控制工程專業(yè)的課程中處于核心地位。

圖1金屬學與熱處理與己學相關課程的關系

圖2金屈學與熱處理與成型右業(yè)其他專業(yè)基礎課程和右業(yè)課程中的關系

3.對專業(yè)培養(yǎng)要求支撐

通過課程學習學生應獲得以下幾方面畢業(yè)要求中的知識、能力與素質(zhì)：

(1).畢業(yè)要求3中的掌握工程基礎知識和材料成型及控制工程相關的專業(yè)

基礎理論知識，了解材料成型及控制工程的理論前沿、發(fā)展前景和發(fā)展動態(tài)，

包括新工藝、新方法、先進的成型設備和新的成型理論知識：

(2),畢業(yè)要求5中的具有綜合運用材料成型及控制工程專業(yè)的理論和技術

手段設計系統(tǒng)和過程的能力。

二、教學內(nèi)容及基本要求

第1章金屬學原理

了解晶體學的基本概念，位錯的模型、柏氏矢量；

理解立方系晶體結(jié)構(gòu)，晶帶定律和晶面間距，合金的相結(jié)構(gòu)；

掌握晶向指數(shù)和晶面指數(shù)標定，三種典型金屬結(jié)構(gòu)特征，點缺陷、線缺陷

的形成、運動及對性能的影響。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生認識晶體結(jié)構(gòu)以及金屬晶體缺陷的能力。

用課堂提問、考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第2章純金屬的結(jié)晶

了解金屬結(jié)晶的過冷現(xiàn)象，影響晶核形成的主要因素，金屬鑄錠的結(jié)構(gòu)和

缺陷；

理解均勻形核、非均勻形核過程，晶體長大機制以及固液界面前沿液體中

的溫度梯度；

掌握金屬結(jié)晶的熱力學、結(jié)構(gòu)條件，固液界面的微觀結(jié)構(gòu)，晶核的長大，

晶粒大小與性能的關系，晶粒大小的控制。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生純金屬結(jié)晶過程中結(jié)晶條件、晶核形成以及晶粒

長大過程的能力。

用課堂提問、考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第3章相圖

了解二兀合金相圖的分析使用；

理解三元合金相圖的表示方法、特征線、定律法則；

掌握二元合金相圖的建立過程，相律，勻晶相圖、共晶相圖以及包晶相圖

的規(guī)律。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生利用相圖，特別是二元合金相圖分析、制訂、改

善合金的成分、性能的能力。

用課堂提問、課堂作業(yè)、考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第4章固態(tài)金屬的擴散

了解影響擴散的溫度、晶體結(jié)構(gòu)、類型、缺陷以及化學成分的影響；

理解擴散第一定律的導出、第二定律的導出過程；

掌樨擴散的驅(qū)動力，擴散的微觀機制，固態(tài)擴散種類以及第一、第二擴散

定律的適用條件。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生金屬傳質(zhì)以及應用該理論進行金屬擴散應用的能

力。

用課堂提問、考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第5章鐵碳合金

了解鐵碳合金的組元及基本相，鐵碳相圖在材料加工中的應用，碳鋼的生

產(chǎn)過程、組織缺陷、分類、牌號及應用，鑄鐵的組成、組織與性能特點、分類

及其應用；

理解鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織，含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能

的影響；

掌握鐵碳合金的相圖畫法，相圖中的特征點、特征線的含義，利月杠桿定

律能準確求出其固定合金成分在室溫下的組織含量及相含量，分析隨意合金成

分的平衡結(jié)晶過程及其組織組成物。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生熟練應用鐵碳合金相圖解決工程實際問題的能

力。

用課堂提問、課堂作業(yè)、課堂討論以及考試方式考核學生是否達到了該項

能力。

第6章金屬的塑性變形、回復和再結(jié)晶

了解滑移、李生的概念，多晶體塑性變形的特點，回復與再結(jié)晶的概念，

動態(tài)回復與動態(tài)再結(jié)晶的概念以及超塑性的概念；

理解多晶體塑性變形的特點，晶粒大小對力學性能的影響，回復動力學，

回復以后金屬性能的變化，影響超塑性的因素，變形機制以及變形后的組織變

化等；

掌握滑移的位錯機制，塑性變形對金屬組織與性能的影響，回復機制，再

結(jié)晶溫度及其影響因素，熱加工后的組織與性能。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生利用金屬塑性變形機理掌握金屬變形對組織及性

能影響，從而更好用干生產(chǎn)實踐的能力c

用課堂提問、課堂作業(yè)、課堂討論以及考試方式考核學生是否達到了該項

能力。

第7章鋼的熱處理原理

了解奧氏體的組織結(jié)構(gòu)，共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖，過冷奧氏體連

續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的建立、分析，淬火鋼在回火時的力學性能變化；

理解奧氏體晶粒的長大及影響因素，影響C曲線位置和形狀的因素，CCT

曲線和C曲線的比較與應用；

掌握鋼在加熱時的奧氏體的形成過程，影響奧氏體化的因素，細化奧氏體

晶粒的措施，鋼在冷卻時的珠光體、馬氏體以及貝氏體轉(zhuǎn)變過程，淬火鋼回火

時的組織轉(zhuǎn)變以及回火脆性。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生鋼的熱處理理論的能力。

用課堂提問、課堂討論以及考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第8章鋼的熱處理工藝

了解退火、正火、淬火、回火的概念、目的，鋼的其他類型熱處理，包括

鋼的變形熱處理、表面熱處理.、化學熱處理等；

理解鋼的退火、正火、淬火、回火工藝過程，正確選用以及介質(zhì)使用，注

意要點等;

掌握鋼的退火、正火、淬火、回火工藝路線，鋼的淬透性與淬硬性，淬火

方式及獲得組織，淬火缺陷及防止措施。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生利用熱處理工藝解決實際生產(chǎn)問題的能力。

用課堂提問、課堂討論以及考試方式考核學生是否達到了該項能力。

第9章鋼的熱處理設備及其發(fā)展

了解熱處理電爐的近代發(fā)展歷程，各種熱處理設備的發(fā)展；

理解電阻爐、滲碳爐、浴爐、真空熱處理爐等結(jié)構(gòu)，優(yōu)缺點，使用范圍；

掌握各種設備的使用范圍，優(yōu)缺點，改進措施以及維護。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生合理使用操作熱處理爐去解決實際生產(chǎn)問題的能

力C

用課堂提問、課堂討論方式考核學生是否達到了該項能力。

第10章鋼的熱處理新技術

了解鋼的熱處理新技術，包括可控氣氛熱處理、真空熱處理、表面熱處理

新技術以及計算機在熱處理中的應用；

理解真空熱處理的特點、熱處理工藝，高能密度表面熱處理，熱噴涂、氣

相沉積、離子注入以及化學鍍等新技術工藝；

掌握鋼的強韌化處理技術，包括奧氏體晶粒超細化處理，第二相分布、形

態(tài)處理、控制馬氏體、貝氏體組織形態(tài)等。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學生使用新技術為實際生產(chǎn)帶來方便快捷的能力。

用課堂提問、課堂討論方式考核學生是否達到了該項能力。

三、教學安排及方式

金屬學與熱處理是一門理論性較強的基礎理論課，其教學主要為課內(nèi)講授。

課程開設的時間在第四、五學期，課內(nèi)講授80學時。學生課內(nèi)與課外所用時間

之比為1：lo

課程主要內(nèi)容授課學時課內(nèi)外學時比

第1章金屬學原理61:1

第2章純金屬的結(jié)晶41:1

第3章相圖61:1

第4章固態(tài)金屬的擴散41:1

第5章鐵碳合金101：1

第6章金屬的塑性變形、回星和再結(jié)晶81：1

第7章鋼的熱處理原理141:1

第8章鋼的熱處理工藝141:1

第9章鋼的熱處理設備及其發(fā)展41:1

第10章鋼的熱處理新技術61:1

習題課41:1

四、考核方式

金屬學與熱處理課程是一門理論性較強的專業(yè)課，其考核為理論考試?？?/p>

試采用閉卷筆試。課程成績?yōu)榘俜种?，其中考試成?0分，平時成績30分。

平時成績由作業(yè)（5分）、測驗（5分）、出勤（5分）、課堂提問（5分）、

討