《金屬材料學》 課程教學大綱

PAGEPAGE10《金屬材料學》課程教學大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：金屬材料學英文名稱：ScienceofMetalMaterials二、課程代碼及性質課程代碼:0806803課程性質:專業(yè)必修課三、學時與學分總學時：48（理論學時：48學時；實踐學時：0學時）學分：3四、先修課程材料科學基礎、熱處理原理與工藝、材料力學性能五、授課對象本課程面向材料科學與工程專業(yè)開設六、課程教學目的（對學生知識、能力、素質培養(yǎng)的貢獻和作用）本課程的教學目的:1.系統(tǒng)掌握金屬合金化的基本原理，建立典型金屬材料的牌號--成分--熱處理工藝--組織特征--性能之間的關系，形成完整的金屬材料學知識體系；2.熟悉典型金屬材料的服役條件與失效方式，為金屬材料的工程應用奠定基礎；3.培養(yǎng)學生金屬材料設計與選材的基本能力，使學生具備將所學知識進行綜合分析的能力；4.了解金屬材料發(fā)展前沿與動態(tài)，掌握其發(fā)展規(guī)律。表1課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求及其指標點本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求1：工程知識引入材料工程的基本概念，將所學知識與實踐相結合1.1弄清材料應用的工程分析方法。1.2掌握不同材料的工程應用背景。1.3根據所學金屬材料，在給定服役條件和性能要求的前提下，正確選用工程材料。課程目標2、課程目標3畢業(yè)要求2：問題分析掌握金屬材料成分設計、應用和失效的工程分析方法2.1能夠運用所學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.2掌握金屬材料失效分析方法，弄清失效原因，提出改進措施。課程目標22.3能夠應用工程科學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。畢業(yè)要求3：設計/開發(fā)解決方案了解設計開發(fā)新材料的研究方法3.1根據所學基礎知識，掌握新型金屬材料的研究方法。3.2掌握金屬材料設計的基本原理，掌握符合我國特點的金屬材料設計原則。課程目標3畢業(yè)要求4：研究掌握研究典型金屬材料的特點、熱處理工藝和性能，建立其中的關系4.1掌握材料科學原理及特點，能夠采用科學方法，具備合理設計材料科學與工程復雜實驗、開展科學研究的能力。課程目標14.2掌握材料科學與工程原理及主要工藝，能夠采用科學方法，正確構建并實施材料科學與工程綜合實驗，得出正確結果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據，通過信息綜合處理，具備對復雜的材料科學與工程實驗結果進行正確分析能力。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具5.1掌握文獻檢索、資料查詢、現(xiàn)代網絡搜索工具的使用方法。5.2了解材料科學與工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應用各類文獻、信息及資料進行復雜材料科學與工程實踐的能力。畢業(yè)要求6：工程與社會了解金屬材料在工程及社會中的重要作用，并結合案例進行分析6.1了解與工程相關的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價金屬材料對環(huán)保、社會進步等的影響6.2了解材料科學與工程專業(yè)特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復雜材料科學與工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認識材料科學與工程各種復雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔的相應工程和社會責任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展掌握金屬材料可持續(xù)發(fā)展的概念，建立環(huán)保材料學的理念7.1了解材料科學與工程的專業(yè)特征、學科前沿和發(fā)展趨勢，正確認識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。課程目標47.2能正確理解和評價材料科學與工程復雜問題實施對環(huán)境保護及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范建立牢固的專業(yè)觀念，學以致用8.1了解中國國情，理解金屬材料在國民經濟發(fā)展中的重要地位和作用。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質、職業(yè)責任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質和良好的心理素質，能較好地履行責任。畢業(yè)要求9：個人和團隊具有團隊精神，發(fā)展自己在團隊中的作用9.1具備較寬廣的本學科基礎知識和較高的個人素質，能夠在多學科背景下，承擔個人及團隊成員的作用。9.2具備良好的團隊協(xié)作精神，善于和團隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔團隊負責人角色，具備綜合團隊成員意見和建議，進行合理決策之領導能力。畢業(yè)要求10：溝通業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。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)領域及其相關行業(yè)的國內外的技術現(xiàn)狀，具有較強的業(yè)務溝通能力與競爭能力。10.3能夠應用現(xiàn)代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，就復雜的專業(yè)工程問題進行有效溝通和交流。畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法11.1了解材料科學工程管理和經濟決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法。11.2具備應用工程管理和經濟決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領導能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學科環(huán)境中加于應用。畢業(yè)要求12：終身學習具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。12.1對終身學習的重要性，有自覺的意識和正確的認識。12.2能夠采用合適的方法，自我學習、提高的能力。12.3能夠適應社會進步與發(fā)展，與時代同步。七、教學重點與難點：教學重點：熟練掌握鋼的合金化原理，系統(tǒng)掌握服役條件—材料成分和編號—熱處理工藝—組織結構—性能之間的關系。教學難點：金屬材料合金化原理中的元素交互作用辯證關系，針對品種繁雜的鋼種，靈活掌握其特點，具備初步應用的基本能力。八、教學方法與手段：教學方法：(1)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內容,引入生動的工程案例，將知識性與趣味性有機結合;(2)安排適量的課堂作業(yè)和課堂討論,調動學生學習的主管能動性，要求學生通過課下資料查閱，掌握文獻閱讀、歸納和表達的基本能力。教學手段：(1)運用現(xiàn)代教學工具,在課堂上通過PPT講授方式,引入圖像、視頻等，生動教學；(2)多引入工程案例，并結合知識點進行剖析。九、教學內容與學時安排（1）總體安排教學內容與學時的總體安排，如表2所示。表2基本教學內容與學時安排內容學時緒論2第一章鋼合金化原理8第二章工程構件用鋼3第三章機器零件用鋼7第四章工模具用鋼6第五章不銹鋼2第六章耐熱鋼2第七章鑄鐵3第八章鋁合金1第九章銅合金1第十章鈦合金及其它有色金屬2第十一章金屬功能材料2第十二章金屬基復合材料2課程總結2課堂討論5總計48（2）具體內容各章節(jié)的具體內容如下：緒論（金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來）：1．教學內容（1）金屬材料發(fā)展簡史（2）現(xiàn)代金屬材料（3）金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢2．基本要求了解金屬材料在國民經濟中的地位與作用、金屬材料的發(fā)展概況和本課程的性質、地位和任務。第一章鋼的合金化概論1．教學內容（1）鋼中的合金元素：合金元素和鐵基二元相圖；合金元素對Fe-C相圖的影響；合金鋼中的相組成；合金元素在鋼中的分布；（2）合金鋼中的相變：合金鋼加熱奧氏體化，合金過冷奧氏體分解；合金鋼回火轉變；（3）金元素對強度、韌度的影響及其強韌化；（4）合金元素對鋼工藝性能的影響；（5）微量元素在鋼中的作用（6）金屬材料的環(huán)境協(xié)調性設計基本概念；（7）鋼的分類、編號方法。2．基本要求（1）掌握鋼中合金元素與鐵和碳的作用；鐵基固溶體、碳（氮）化合物的形成規(guī)律；合金元素在鋼中的分布；合金元素對鐵-碳狀態(tài)圖的影響（2）了解鋼的分類、編號方法（3）掌握合金元素對合金鋼工藝過程的影響（4）掌握合金元素對合金鋼力學性能的影響規(guī)律（5）理解微量元素在鋼中的作用（6）了解材料的環(huán)境協(xié)調性設計基本概念第二章工程構件用鋼教學內容（1）工程構件用鋼的服役條件及性能要求（2）普通碳素工程構件用鋼、低合金（含微合金化）鋼的合金化原則和有關的低合金鋼，雙相鋼（3）提高高低碳工程構件用鋼性能的途徑：控軋、控冷、合金化等，了解工程構件用鋼的發(fā)展趨勢基本要求（1）了解工程構件用鋼的服役條件及性能要求（2）掌握普通碳素工程構件用鋼、低合金（含微合金化）鋼的合金化原則和有關的低合金鋼，雙相鋼（3）理解提高高低碳工程構件用鋼性能的途徑：控軋、控冷、合金化等，了解工程構件用鋼的發(fā)展趨勢第三章機器零用鋼1．教學內容（1）機器零件用鋼一般性能要求（2）機器零件用鋼：調質鋼、彈簧鋼、低碳馬氏體鋼、軸承鋼、高錳耐磨鋼、滲碳鋼、氮化鋼、非調質鋼等合金化原則和性能及其典型鋼種（3）（超高強度鋼簡介）（4）理解典型機器零件用鋼的選材思路和發(fā)展2．基本要求（1）掌握機器零件用鋼一般服役條件及性能要求（2）掌握常用機器零件用鋼的合金化原則和性能及其典型鋼種（3）了解超強度鋼（4）理解典型機器零件用鋼的選材思路和發(fā)展工模具用鋼1．教學內容（1）工具用鋼的合金化、組織性能的特點及分類（2）低合金刃具鋼的合金化，熱處理特點，典型鋼種。（3）高速鋼的合金化、組織、性能、工藝過程、典型鋼種（3）冷作模具鋼的性能要求、合金化、熱處理特點及典型鋼種（4）熱作模具鋼的性能要求、合金化、熱處理特點及典型鋼種（5）其他工具用鋼2．基本要求（1）理解工具用鋼的合金化、組織性能的特點（2）掌握低合金工具鋼的合金化，熱處理特點，典型鋼種。掌握高速鋼的合金化、組織、性能、工藝過程、典型鋼種（3）掌握冷、熱模具服役條件、性能要求和鋼的合金化、熱處理之間的關系（4）了解冷、熱模具鋼的典型鋼種（5）了解其他工具用鋼第五章不銹鋼教學內容（1）提高鋼的抗蝕性途徑，對不銹鋼組織、性能的要求和不銹鋼的合金化（2）鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的成分及性能特點基本要求（1）掌握提高鋼的抗蝕性途徑，對不銹鋼組織、性能的要求和不銹鋼的合金化（2）掌握鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼成分及性能特點第六章耐熱鋼教學內容（1）熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關系，熱強鋼的合金化珠光體型熱強鋼，馬氏型熱強鋼成分設計及性能特點基本要求（1）理解溫度對鋼組織性能的影響及耐熱鋼合金化設計思路（2）了解珠光體型熱強鋼、馬氏型熱強鋼成分及性能特點第六章鑄鐵教學內容（1）鑄鐵特點、分類及應用；（2）鑄鐵的石墨化，石墨形態(tài)和基體組織對性能影響；（3）灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等鑄鐵的性能、應用；（4）鑄鐵的熱處理?；疽螅?）理解鑄鐵特點、分類及應用；（2）理解鑄鐵的石墨化，石墨形態(tài)和基體組織對性能影響；（3）掌握灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的性能、應用和鑄鐵的熱處理特點；（4）了解特殊性能鑄鐵第七、八、九、十、十一章有色金屬合金教學內容（1）鋁的性質及強化方法和合金化（2）典型的鋁合金二元相圖、鋁合金分類和強化方法（3）主要鋁合金的組織、性能、特點及用途（4）黃銅、青銅的成分、特性、用途（5）鈦合金和鎂合金的特性、用途基本要求（1）了解鋁的性質、合金化、鋁合金分類和強化方法（2）掌握主要鋁合金的組織、性能、特點及用途（3）掌握黃銅與青銅的成分、特性、用途（4）了解鈦合金和鎂合金的特性、用途第十二、十三章新型金屬材料1．教學內容（1）形狀記憶合金：鎳基、銅基、鐵基形狀記憶合金特點與應用（2）其它金屬功能材料（3）金屬基復合材料基本概念（4）金屬基復合材料設計與常用制備技術（5）金屬基復合材料的應用與發(fā)展2．基本要求（1）了解鎳基、銅基、鐵基形狀記憶合金特點與應用（2）了解金屬基復合材料設計與常用制備技術（3）了解形狀記憶合金和金屬基復合材料應用與發(fā)展（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0章思考題1、杭州灣大橋和北京鳥巢都是采用武鋼生產的鋼材建造的，它們是一樣的材料嗎？如果不是，區(qū)別有哪些？2、在鋼中下述哪些元素是絕對有害的？哪些元素總體來講有害，但在特定環(huán)境下能發(fā)揮有益的作用？（Si，Mn，S，P，N，H，O）第1章思考題：1、試比較45鋼和40Cr鋼的A3線的位置及S成分點的值，并說明理由。2、“3Cr2V8V是亞共析鋼”的說法對嗎？為什么？3、有些零件為什么要經過調質處理，而不直接用正火態(tài)?4、為什么鋼的切屑是連續(xù)的，而鑄鐵的切屑是碎片狀斷開的?第2章思考題：1、退火后的低C鋼板一般在深沖前，先進行一次少量變形的平整加工，然后長進行深沖，為什么?2、F+M雙相鋼有很多優(yōu)點，有A+M雙相不銹鋼嗎？為什么？3、CR+AcC技術中，能否將噴水冷卻過程放在板材溫度為400℃時，為什么？第3章思考題：1、調質處理獲得的組織為回火索氏體，為何比索氏體具有更好的綜合機械性能？2、非調質鋼中，為什么一定要加入Ti、Nb、V、N等元素，而調質鋼中不一定要加入？3、大型彈簧為什么要先成形后強化，小型彈簧先強化后成形?小型彈簧成形后為什么進行低溫退火?4、軸承鋼在淬火熱處理后,硬度檢驗時不允許有明顯的軟點,為什么?如出現(xiàn)軟點,可能有哪些因素造成的?第4章思考題：1、高速鋼Ac1在820~840℃范圍，但其淬火加熱溫度必須在Ac1+400℃以上,為什么？2、高速鋼在分級淬火時，為什么不宜在950~675℃溫度范圍停留過長的時間?3、試比較W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4VCo5、W6Mo5Cr4V2Al四種高速鋼的合金化、熱處理工藝、組織、性能及應用的異同點，并分析高速鋼的發(fā)展趨勢。4、比較5CrNiMo和5CrMnMo合金化、熱處理和性能的差異。第5章思考題：1．分述鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼退火時的溫度及注意事項。2、4Cr13和1Cr18Ni9Ti都必須經過水淬處理，兩者的作用機理有何區(qū)別？第6章思考題：1、為什么奧氏體基熱強鋼比鐵素體基熱強鋼的熱強性高？2、為什么低合金熱強鋼都用Cr、Mo、V合金化？第七章思考題：1、45#激光淬火時，為什么要選用調質工藝進行預先熱處理？2、球鐵激光淬火時，為什么容易出現(xiàn)“牛眼”組織？第八十一章思考題：1、分析比較TA，TB，TC三種合金的合金化方法及性能特點。2、比較鋁合金和鎂合金強化方法及性能的異同點。第