《金屬材料學(xué)》 課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE10《金屬材料學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：金屬材料學(xué)英文名稱：ScienceofMetalMaterials二、課程代碼及性質(zhì)課程代碼:0806803課程性質(zhì):專業(yè)必修課三、學(xué)時(shí)與學(xué)分總學(xué)時(shí)：48（理論學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)；實(shí)踐學(xué)時(shí)：0學(xué)時(shí)）學(xué)分：3四、先修課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、熱處理原理與工藝、材料力學(xué)性能五、授課對(duì)象本課程面向材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)六、課程教學(xué)目的（對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程的教學(xué)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(hào)--成分--熱處理工藝--組織特征--性能之間的關(guān)系，形成完整的金屬材料學(xué)知識(shí)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(yīng)用奠定基礎(chǔ)；3.培養(yǎng)學(xué)生金屬材料設(shè)計(jì)與選材的基本能力，使學(xué)生具備將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合分析的能力；4.了解金屬材料發(fā)展前沿與動(dòng)態(tài)，掌握其發(fā)展規(guī)律。表1課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)本課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1：工程知識(shí)引入材料工程的基本概念，將所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合1.1弄清材料應(yīng)用的工程分析方法。1.2掌握不同材料的工程應(yīng)用背景。1.3根據(jù)所學(xué)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(biāo)2、課程目標(biāo)3畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析掌握金屬材料成分設(shè)計(jì)、應(yīng)用和失效的工程分析方法2.1能夠運(yùn)用所學(xué)基本原理，識(shí)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。2.2掌握金屬材料失效分析方法，弄清失效原因，提出改進(jìn)措施。課程目標(biāo)22.3能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識(shí)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。畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案了解設(shè)計(jì)開發(fā)新材料的研究方法3.1根據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握新型金屬材料的研究方法。3.2掌握金屬材料設(shè)計(jì)的基本原理，掌握符合我國(guó)特點(diǎn)的金屬材料設(shè)計(jì)原則。課程目標(biāo)3畢業(yè)要求4：研究掌握研究典型金屬材料的特點(diǎn)、熱處理工藝和性能，建立其中的關(guān)系4.1掌握材料科學(xué)原理及特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計(jì)材料科學(xué)與工程復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、開展科學(xué)研究的能力。課程目標(biāo)14.2掌握材料科學(xué)與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(shí)施材料科學(xué)與工程綜合實(shí)驗(yàn)，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對(duì)復(fù)雜的材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具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了解材料科學(xué)與工程專業(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)雜材料科學(xué)與工程實(shí)踐的能力。畢業(yè)要求6：工程與社會(huì)了解金屬材料在工程及社會(huì)中的重要作用，并結(jié)合案例進(jìn)行分析6.1了解與工程相關(guān)的國(guó)家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評(píng)價(jià)金屬材料對(duì)環(huán)保、社會(huì)進(jìn)步等的影響6.2了解材料科學(xué)與工程專業(yè)特點(diǎn)及其對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評(píng)價(jià)復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識(shí)材料科學(xué)與工程各種復(fù)雜工藝對(duì)于客觀世界和社會(huì)的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會(huì)責(zé)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(xué)的理念7.1了解材料科學(xué)與工程的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)，正確認(rèn)識(shí)本專業(yè)對(duì)于社會(huì)發(fā)展的重要性。課程目標(biāo)47.2能正確理解和評(píng)價(jià)材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題實(shí)施對(duì)環(huán)境保護(hù)及社會(huì)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(xué)以致用8.1了解中國(guó)國(guó)情，理解金屬材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位和作用。8.3在工程實(shí)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(gè)人和團(tuán)隊(duì)具有團(tuán)隊(duì)精神，發(fā)展自己在團(tuán)隊(duì)中的作用9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)和較高的個(gè)人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個(gè)人及團(tuán)隊(duì)成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊(duì)其它成員協(xié)作、互補(bǔ)、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊(duì)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：溝通業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。10.1較好地掌握了一門外語(yǔ)，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(guó)內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力與競(jìng)爭(zhēng)能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報(bào)告、設(shè)計(jì)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(xiàng)目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法11.1了解材料科學(xué)工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識(shí)，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(shí)實(shí)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(qiáng)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(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對(duì)終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識(shí)和正確的認(rèn)識(shí)。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(huì)進(jìn)步與發(fā)展，與時(shí)代同步。七、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：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(hào)—熱處理工藝—組織結(jié)構(gòu)—性能之間的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：金屬材料合金化原理中的元素交互作用辯證關(guān)系，針對(duì)品種繁雜的鋼種，靈活掌握其特點(diǎn)，具備初步應(yīng)用的基本能力。八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：(1)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內(nèi)容,引入生動(dòng)的工程案例，將知識(shí)性與趣味性有機(jī)結(jié)合;(2)安排適量的課堂作業(yè)和課堂討論,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主管能動(dòng)性，要求學(xué)生通過課下資料查閱，掌握文獻(xiàn)閱讀、歸納和表達(dá)的基本能力。教學(xué)手段：(1)運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)工具,在課堂上通過PPT講授方式,引入圖像、視頻等，生動(dòng)教學(xué)；(2)多引入工程案例，并結(jié)合知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行剖析。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排內(nèi)容學(xué)時(shí)緒論2第一章鋼合金化原理8第二章工程構(gòu)件用鋼3第三章機(jī)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(fù)合材料2課程總結(jié)2課堂討論5總計(jì)48（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：緒論（金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來）：1．教學(xué)內(nèi)容（1）金屬材料發(fā)展簡(jiǎn)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(shì)2．基本要求了解金屬材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用、金屬材料的發(fā)展概況和本課程的性質(zhì)、地位和任務(wù)。第一章鋼的合金化概論1．教學(xué)內(nèi)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(duì)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(zhuǎn)變；（3）金元素對(duì)強(qiáng)度、韌度的影響及其強(qiáng)韌化；（4）合金元素對(duì)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(diào)性設(shè)計(jì)基本概念；（7）鋼的分類、編號(hào)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(duì)鐵-碳狀態(tài)圖的影響（2）了解鋼的分類、編號(hào)方法（3）掌握合金元素對(duì)合金鋼工藝過程的影響（4）掌握合金元素對(duì)合金鋼力學(xué)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(diào)性設(shè)計(jì)基本概念第二章工程構(gòu)件用鋼教學(xué)內(nèi)容（1）工程構(gòu)件用鋼的服役條件及性能要求（2）普通碳素工程構(gòu)件用鋼、低合金（含微合金化）鋼的合金化原則和有關(guān)的低合金鋼，雙相鋼（3）提高高低碳工程構(gòu)件用鋼性能的途徑：控軋、控冷、合金化等，了解工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展趨勢(shì)基本要求（1）了解工程構(gòu)件用鋼的服役條件及性能要求（2）掌握普通碳素工程構(gòu)件用鋼、低合金（含微合金化）鋼的合金化原則和有關(guān)的低合金鋼，雙相鋼（3）理解提高高低碳工程構(gòu)件用鋼性能的途徑：控軋、控冷、合金化等，了解工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展趨勢(shì)第三章機(jī)器零用鋼1．教學(xué)內(nèi)容（1）機(jī)器零件用鋼一般性能要求（2）機(jī)器零件用鋼：調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)鋼等合金化原則和性能及其典型鋼種（3）（超高強(qiáng)度鋼簡(jiǎn)介）（4）理解典型機(jī)器零件用鋼的選材思路和發(fā)展2．基本要求（1）掌握機(jī)器零件用鋼一般服役條件及性能要求（2）掌握常用機(jī)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(qiáng)度鋼（4）理解典型機(jī)器零件用鋼的選材思路和發(fā)展工模具用鋼1．教學(xué)內(nèi)容（1）工具用鋼的合金化、組織性能的特點(diǎn)及分類（2）低合金刃具鋼的合金化，熱處理特點(diǎn)，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(diǎn)及典型鋼種（4）熱作模具鋼的性能要求、合金化、熱處理特點(diǎn)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(diǎn)（2）掌握低合金工具鋼的合金化，熱處理特點(diǎn)，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(guān)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(xué)內(nèi)容（1）提高鋼的抗蝕性途徑，對(duì)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(diǎn)基本要求（1）掌握提高鋼的抗蝕性途徑，對(duì)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(diǎn)第六章耐熱鋼教學(xué)內(nèi)容（1）熱穩(wěn)定性與鋼的成分、組織關(guān)系，熱強(qiáng)鋼的合金化珠光體型熱強(qiáng)鋼，馬氏型熱強(qiáng)鋼成分設(shè)計(jì)及性能特點(diǎn)基本要求（1）理解溫度對(duì)鋼組織性能的影響及耐熱鋼合金化設(shè)計(jì)思路（2）了解珠光體型熱強(qiáng)鋼、馬氏型熱強(qiáng)鋼成分及性能特點(diǎn)第六章鑄鐵教學(xué)內(nèi)容（1）鑄鐵特點(diǎn)、分類及應(yīng)用；（2）鑄鐵的石墨化，石墨形態(tài)和基體組織對(duì)性能影響；（3）灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等鑄鐵的性能、應(yīng)用；（4）鑄鐵的熱處理?；疽螅?）理解鑄鐵特點(diǎn)、分類及應(yīng)用；（2）理解鑄鐵的石墨化，石墨形態(tài)和基體組織對(duì)性能影響；（3）掌握灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的性能、應(yīng)用和鑄鐵的熱處理特點(diǎn)；（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(xué)內(nèi)容（1）鋁的性質(zhì)及強(qiáng)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(qiáng)化方法（3）主要鋁合金的組織、性能、特點(diǎn)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(zhì)、合金化、鋁合金分類和強(qiáng)化方法（2）掌握主要鋁合金的組織、性能、特點(diǎn)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(xué)內(nèi)容（1）形狀記憶合金：鎳基、銅基、鐵基形狀記憶合金特點(diǎn)與應(yīng)用（2）其它金屬功能材料（3）金屬基復(fù)合材料基本概念（4）金屬基復(fù)合材料設(shè)計(jì)與常用制備技術(shù)（5）金屬基復(fù)合材料的應(yīng)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(diǎn)與應(yīng)用（2）了解金屬基復(fù)合材料設(shè)計(jì)與常用制備技術(shù)（3）了解形狀記憶合金和金屬基復(fù)合材料應(yīng)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(chǎn)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(duì)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(diǎn)的值，并說明理由。2、“3Cr2V8V是亞共析鋼”的說法對(duì)嗎？為什么？3、有些零件為什么要經(jīng)過調(diào)質(zhì)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(jìn)行一次少量變形的平整加工，然后長(zhǎng)進(jìn)行深沖，為什么?2、F+M雙相鋼有很多優(yōu)點(diǎn)，有A+M雙相不銹鋼嗎？為什么？3、CR+AcC技術(shù)中，能否將噴水冷卻過程放在板材溫度為400℃時(shí)，為什么？第3章思考題：1、調(diào)質(zhì)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(jī)械性能？2、非調(diào)質(zhì)鋼中，為什么一定要加入Ti、Nb、V、N等元素，而調(diào)質(zhì)鋼中不一定要加入？3、大型彈簧為什么要先成形后強(qiáng)化，小型彈簧先強(qiáng)化后成形?小型彈簧成形后為什么進(jìn)行低溫退火?4、軸承鋼在淬火熱處理后,硬度檢驗(yàn)時(shí)不允許有明顯的軟點(diǎn),為什么?如出現(xiàn)軟點(diǎn),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(jí)淬火時(shí)，為什么不宜在950~675℃溫度范圍停留過長(zhǎng)的時(shí)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(yīng)用的異同點(diǎn)，并分析高速鋼的發(fā)展趨勢(shì)。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(shí)的溫度及注意事項(xiàng)。2、4Cr13和1Cr18Ni9Ti都必須經(jīng)過水淬處理，兩者的作用機(jī)理有何區(qū)別？第6章思考題：1、為什么奧氏體基熱強(qiáng)鋼比鐵素體基熱強(qiáng)鋼的熱強(qiáng)性高？2、為什么低合金熱強(qiáng)鋼都用Cr、Mo、V合金化？第七章思考題：1、45#激光淬火時(shí)，為什么要選用調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行預(yù)先熱處理？2、球鐵激光淬火時(shí)，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(diǎn)。2、比較鋁合金和鎂合金強(qiáng)化方法及性能的異同點(diǎn)。第