《金属材料学》 课程教学大纲

PAGEPAGE10《金属材料学》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：金属材料学英文名称：ScienceofMetalMaterials二、课程代码及性质课程代码:0806803课程性质:专业必修课三、学时与学分总学时：48（理论学时：48学时；实践学时：0学时）学分：3四、先修课程材料科学基础、热处理原理与工艺、材料力学性能五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1.系统掌握金属合金化的基本原理，建立典型金属材料的牌号--成分--热处理工艺--组织特征--性能之间的关系，形成完整的金属材料学知识体系；2.熟悉典型金属材料的服役条件与失效方式，为金属材料的工程应用奠定基础；3.培养学生金属材料设计与选材的基本能力，使学生具备将所学知识进行综合分析的能力；4.了解金属材料发展前沿与动态，掌握其发展规律。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识引入材料工程的基本概念，将所学知识与实践相结合1.1弄清材料应用的工程分析方法。1.2掌握不同材料的工程应用背景。1.3根据所学金属材料，在给定服役条件和性能要求的前提下，正确选用工程材料。课程目标2、课程目标3毕业要求2：问题分析掌握金属材料成分设计、应用和失效的工程分析方法2.1能够运用所学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.2掌握金属材料失效分析方法，弄清失效原因，提出改进措施。课程目标22.3能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案了解设计开发新材料的研究方法3.1根据所学基础知识，掌握新型金属材料的研究方法。3.2掌握金属材料设计的基本原理，掌握符合我国特点的金属材料设计原则。课程目标3毕业要求4：研究掌握研究典型金属材料的特点、热处理工艺和性能，建立其中的关系4.1掌握材料科学原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料科学与工程复杂实验、开展科学研究的能力。课程目标14.2掌握材料科学与工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料科学与工程综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料科学与工程实验结果进行正确分析能力。毕业要求5：使用现代工具开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。5.2了解材料科学与工程专业重要资料来源及获取方法。5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料科学与工程实践的能力。毕业要求6：工程与社会了解金属材料在工程及社会中的重要作用，并结合案例进行分析6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价金属材料对环保、社会进步等的影响6.2了解材料科学与工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂材料科学与工程问题解决方案的优劣。6.3能正确认识材料科学与工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展掌握金属材料可持续发展的概念，建立环保材料学的理念7.1了解材料科学与工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。课程目标47.2能正确理解和评价材料科学与工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。毕业要求8：职业规范建立牢固的专业观念，学以致用8.1了解中国国情，理解金属材料在国民经济发展中的重要地位和作用。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9：个人和团队具有团队精神，发展自己在团队中的作用9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法11.1了解材料科学工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点：教学重点：熟练掌握钢的合金化原理，系统掌握服役条件—材料成分和编号—热处理工艺—组织结构—性能之间的关系。教学难点：金属材料合金化原理中的元素交互作用辩证关系，针对品种繁杂的钢种，灵活掌握其特点，具备初步应用的基本能力。八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,引入生动的工程案例，将知识性与趣味性有机结合;(2)安排适量的课堂作业和课堂讨论,调动学生学习的主管能动性，要求学生通过课下资料查阅，掌握文献阅读、归纳和表达的基本能力。教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,引入图像、视频等，生动教学；(2)多引入工程案例，并结合知识点进行剖析。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排内容学时绪论2第一章钢合金化原理8第二章工程构件用钢3第三章机器零件用钢7第四章工模具用钢6第五章不锈钢2第六章耐热钢2第七章铸铁3第八章铝合金1第九章铜合金1第十章钛合金及其它有色金属2第十一章金属功能材料2第十二章金属基复合材料2课程总结2课堂讨论5总计48（2）具体内容各章节的具体内容如下：绪论（金属材料的过去、现在和将来）：1．教学内容（1）金属材料发展简史（2）现代金属材料（3）金属材料的可持续发展与趋势2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。第一章钢的合金化概论1．教学内容（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；（4）合金元素对钢工艺性能的影响；（5）微量元素在钢中的作用（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；（7）钢的分类、编号方法。2．基本要求（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响（2）了解钢的分类、编号方法（3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响（4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律（5）理解微量元素在钢中的作用（6）了解材料的环境协调性设计基本概念第二章工程构件用钢教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）理解提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势第三章机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种（3）（超高强度钢简介）（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展2．基本要求（1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求（2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种（3）了解超强度钢（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展工模具用钢1．教学内容（1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类（2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。（3）高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典型钢种（3）冷作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种（4）热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种（5）其他工具用钢2．基本要求（1）理解工具用钢的合金化、组织性能的特点（2）掌握低合金工具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。掌握高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典型钢种（3）掌握冷、热模具服役条件、性能要求和钢的合金化、热处理之间的关系（4）了解冷、热模具钢的典型钢种（5）了解其他工具用钢第五章不锈钢教学内容（1）提高钢的抗蚀性途径，对不锈钢组织、性能的要求和不锈钢的合金化（2）铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢的成分及性能特点基本要求（1）掌握提高钢的抗蚀性途径，对不锈钢组织、性能的要求和不锈钢的合金化（2）掌握铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢成分及性能特点第六章耐热钢教学内容（1）热稳定性与钢的成分、组织关系，热强钢的合金化珠光体型热强钢，马氏型热强钢成分设计及性能特点基本要求（1）理解温度对钢组织性能的影响及耐热钢合金化设计思路（2）了解珠光体型热强钢、马氏型热强钢成分及性能特点第六章铸铁教学内容（1）铸铁特点、分类及应用；（2）铸铁的石墨化，石墨形态和基体组织对性能影响；（3）灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等铸铁的性能、应用；（4）铸铁的热处理。基本要求（1）理解铸铁特点、分类及应用；（2）理解铸铁的石墨化，石墨形态和基体组织对性能影响；（3）掌握灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的性能、应用和铸铁的热处理特点；（4）了解特殊性能铸铁第七、八、九、十、十一章有色金属合金教学内容（1）铝的性质及强化方法和合金化（2）典型的铝合金二元相图、铝合金分类和强化方法（3）主要铝合金的组织、性能、特点及用途（4）黄铜、青铜的成分、特性、用途（5）钛合金和镁合金的特性、用途基本要求（1）了解铝的性质、合金化、铝合金分类和强化方法（2）掌握主要铝合金的组织、性能、特点及用途（3）掌握黄铜与青铜的成分、特性、用途（4）了解钛合金和镁合金的特性、用途第十二、十三章新型金属材料1．教学内容（1）形状记忆合金：镍基、铜基、铁基形状记忆合金特点与应用（2）其它金属功能材料（3）金属基复合材料基本概念（4）金属基复合材料设计与常用制备技术（5）金属基复合材料的应用与发展2．基本要求（1）了解镍基、铜基、铁基形状记忆合金特点与应用（2）了解金属基复合材料设计与常用制备技术（3）了解形状记忆合金和金属基复合材料应用与发展（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第0章思考题1、杭州湾大桥和北京鸟巢都是采用武钢生产的钢材建造的，它们是一样的材料吗？如果不是，区别有哪些？2、在钢中下述哪些元素是绝对有害的？哪些元素总体来讲有害，但在特定环境下能发挥有益的作用？（Si，Mn，S，P，N，H，O）第1章思考题：1、试比较45钢和40Cr钢的A3线的位置及S成分点的值，并说明理由。2、“3Cr2V8V是亚共析钢”的说法对吗？为什么？3、有些零件为什么要经过调质处理，而不直接用正火态?4、为什么钢的切屑是连续的，而铸铁的切屑是碎片状断开的?第2章思考题：1、退火后的低C钢板一般在深冲前，先进行一次少量变形的平整加工，然后长进行深冲，为什么?2、F+M双相钢有很多优点，有A+M双相不锈钢吗？为什么？3、CR+AcC技术中，能否将喷水冷却过程放在板材温度为400℃时，为什么？第3章思考题：1、调质处理获得的组织为回火索氏体，为何比索氏体具有更好的综合机械性能？2、非调质钢中，为什么一定要加入Ti、Nb、V、N等元素，而调质钢中不一定要加入？3、大型弹簧为什么要先成形后强化，小型弹簧先强化后成形?小型弹簧成形后为什么进行低温退火?4、轴承钢在淬火热处理后,硬度检验时不允许有明显的软点,为什么?如出现软点,可能有哪些因素造成的?第4章思考题：1、高速钢Ac1在820~840℃范围，但其淬火加热温度必须在Ac1+400℃以上,为什么？2、高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950~675℃温度范围停留过长的时间?3、试比较W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4VCo5、W6Mo5Cr4V2Al四种高速钢的合金化、热处理工艺、组织、性能及应用的异同点，并分析高速钢的发展趋势。4、比较5CrNiMo和5CrMnMo合金化、热处理和性能的差异。第5章思考题：1．分述铁素体不锈钢和马氏体不锈钢退火时的温度及注意事项。2、4Cr13和1Cr18Ni9Ti都必须经过水淬处理，两者的作用机理有何区别？第6章思考题：1、为什么奥氏体基热强钢比铁素体基热强钢的热强性高？2、为什么低合金热强钢都用Cr、Mo、V合金化？第七章思考题：1、45#激光淬火时，为什么要选用调质工艺进行预先热处理？2、球铁激光淬火时，为什么容易出现“牛眼”组织？第八十一章思考题：1、分析比较TA，TB，TC三种合金的合金化方法及性能特点。2、比较铝合金和镁合金强化方法及性能的异同点。第