金属材料热处理教案

金属材料学教案金属材料学TheMetalMaterial课程代码：学分：2总学时：40学时讲课学时：32学时课外实验学时：8学时课程性质：专业课适用专业：无机非金属材料先修课程：材料科学基础大学物理物理化学开课学期：第七学期一、课程性质与作用本门课程围绕金属材料组成、结构、性能和工艺之间的关系，分别介绍金属材料的生产加工方法及过程、金属材料学的基础理论、铁基金属材料、重要的有色金属材料、粉末合金。二、课程与其它有关课程的联系本课程的先修课程为材料科学基础、大学物理、物理化学等。通过本门课程的学习，使学生掌握金属材料学的基础理论及其应用，了解金属材料的生产方法，熟悉金属材料的加工工艺，掌握金属材料的主要类型和本质，了解金属材料腐蚀的危害。主要学习金属材料的生产加工方法及过程、金属材料学的基础理论、铁基金属材料、重要的有色金属材料等。三、课程内容及课时分配第一章晶体结构(2学时)1、原子结构与原子间的键合2、晶体学基础3.金属的晶体结构4、点缺陷5.线缺陷-位错6.面缺陷：自由表面、晶界、相界、孪晶界、层错第二章金属与合金的塑性变形（2学时)1、应力-应变曲线2.单晶体的塑性变形2、多晶体的塑性变形．3、合金的塑性变形4、塑性变形对金属组织与性能的影响第三章回复与再结晶(2学时)1、变形金属在加热时的变化2.回复2、再结晶3、晶粒长大4再结晶退火后组织与性能5、金属的热加工6、超塑性加工第四章合金的相结构(4学时)1、合金中的相2、固溶体及分类3、中间相及分类第五章铁碳合金相图(4学时)1.铁碳合金的组元和基本相2.铁碳合金相图分析3.铁碳合金平衡结晶过程4.碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响5.钢中杂质对钢的组织和性能的影响第六章钢的热处理(6学时)第七章合金钢(6学时)1、合金结构钢2、合金工具钢3、特殊性能钢第八章铸铁(2学时)第九章有色金属(2学时)三、实验、上机、设计、作业辅导等教学环节要求1、实验共计8学时。实验一、碳钢热处理实习内容：碳钢热处理实习要求：加深对热处理基本概念的理解，熟悉热处理的基本方法，掌握热处理过程中碳钢性能的变化并深刻理解其机理。实验二、碳钢显微结构实习内容：碳钢金相显微镜结构观察实习要求：了解金相显微镜的基本结构和基本原理，熟悉金相显微镜结构观察方法，掌握碳钢的显微结构特征。实验三、铸铁显微结构实习内容：铸铁金相显微镜结构观察实习要求：了解金相显微镜的基本结构和基本原理，熟悉金相显微镜结构观察方法，掌握铸铁的显微结构特征。2、布置作业4次，其中基础理论2次、碳钢及铸铁1次、铝合金合铜合金1次。3、辅导答疑6学时。主要参考书目：金属材料学与热处理史美堂上海科技出版社2000年出版金属材料及热处理于晗孙刚冶金工业出版社2008年版金属学原理余永宁冶金工业出版社2000年出版金属材料与热处理罗国民重庆大学出版社2007年出版西安科技大学课程进度表2010—2011学年第1学期课程名称金属材料学专业班级材料07级3、4讲课教师王涛辅导教师：王涛总学时数32本学期时数32日期8.319.029.079.099.149.169.219.239.289.30课程内容第一章晶体结构第二章金属与合金的塑性变形回复与再结晶第三章合金的相结构第四章铁碳合金相图1.铁碳合金的组元和基本相2.铁碳合金相图分析3.铁碳合金平衡结晶过程4.碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响5.钢中杂质对钢的组织和性能的影响期中考试第五章钢的热处理1.热处理原理2.热处理工艺3.表面热处理第六章合金钢1、合金结构钢时数2222222222教学方式讲授讲授讲授讲授讲授考试讲授讲授讲授讲授必读教材和参考书金属材料学与热处理史美堂上海科技出版社2007年出版金属材料及热处理于晗孙刚冶金工业出版社2008年版金属学原理余永宁冶金工业出版社2000年出版金属材料与热处理罗国民重庆大学出版社2007年出版10.710.1210.1410.1910.212、合金工具钢3、特殊性能钢第七章铸铁第八章有色金属考试22222讲授讲授讲授讲授考试注：此表一式五份。请分别送交任课教师所在系（教研室）、任课班级所在院（系）部办公室、任课班级、教务处各一份。金属材料学教案第1周授课日期2010-8-31学时数32课程名称金属材料学本课内容课程介绍绪论安排学时1教学时数总计1教学目的及要求：1、了解学习本课程的目的2、了解本课程的基本内容及其发展史3、了解金属材料在各行业中的应用教学具体内容：绪论一、学习本课程的目的本课程是研究金属材料的成份、组织、热处理与金属材料的性能间的关系和变化规律的学科。二、本课程的基本内容1、主要内容：包括金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理和金属材料等。2、金属的性能主要介绍：（1）金属的力学性能和工艺性能；（2）金属学基础知识讲述金属的晶体结构、结晶及金属的塑性变形，铁碳合金的组织及铁碳合金相图；（3）钢的热处理讲述热处理的原理和工艺；（4）金属材料讲述碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的牌号、成分、组织、热处理、性能及用途。3、学习本课程的方法理论联系实际、注意观察现实生活中所接触到的金属材料。三、金属材料与热处理的发展史金属材料的使用在我国具有悠久的历史。四、金属材料在工业农业上的应用。小结：本次课是绪论部分，主要介绍了金属材料及热处理这门课的学习内容。要掌握的内容有：了解学习本课程的目的；了解本课程的基本内容及其发展史；了解金属材料在各行业中的应用。作业：预习第一章金属材料学教案第1周授课日期2010-8-31学时数32课程名称金属材料学本课内容第一章金属的晶体结构安排学时1教学时数总计2教学目的及要求：1、掌握晶体的性能特点。2、掌握晶体结构的概念。3、熟练掌握金属晶体的类型。4、掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲线、及过冷度。5、掌握纯金属的结晶过程。6、熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的影响及常用细化晶粒的方法。7、同素异构转变的概论，掌握铁的同素异构转变式。教学重点与难点：1、金属常见的晶格类型是教学重点。2、晶体的性能、结构是教学难点。3、细化晶粒的方法及晶粒大小对力学性能的影响是教学的难点。4、纯金属冷却曲线及过冷度是教学重点。教学具体内容：第一章金属的结构与结晶1.1金属的晶体结构1、晶体与非晶体非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、树脂等。晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质，金属的固态、金刚石、明矾晶体等。性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。2、晶体结构的概念：(1)晶格和晶胞：表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为晶胞。(2)晶面和晶向：在晶体中由一系列原子组成的平面，称为晶面。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向。3、金属晶格的类型：(1)体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）及α-Fe(2)面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。如：铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及γ-Fe(3)密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Zn）等。1.2纯金属的结晶金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。1、纯金属的冷却曲线及过冷度。用热分析法进行研究：实际结晶温度低于理论结晶温度这一现象称为“过冷现象”。理论结晶温度和实际结晶温度之差称这“过冷度”（△T=To-T1）。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。2、纯金属的结晶过程。结晶过程是晶核的形成与长大的过程。外形不规则而内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的分界面称为晶界。3、晶粒大小对金属力学性能的方面。一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较强的强度和韧性。细化晶粒的方法。(1)增加过冷度(2)变质处理(3)振动处理1.3金属的同素异构转变同素异构转变的概论：金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ，δ等表示。铁的同素异构转变式δ－Feγ－Feα－Fe金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：1、有一定的转变温度，转变时有过冷现象；放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长大的过程。2、同素异构转变属于固态相变，有本身的特点：新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形成；转变需要较大的过冷度；晶核的变化伴随金属体积的变化，转变时产生较大的内应力。例如：γ－Fe转变为α－Fe时，铁的体积会膨胀约1％，这是钢热处理时引起应力，导致工件变形和开裂的重要原因。小结：本节课的主要内容是金属的晶格类型及金属的结晶过程。要求熟练掌握金属晶体的类型、掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲线、及过冷度的概念。掌握纯金属的结晶过程。熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的影响及常用细化晶粒的方法。作业：1、金属的晶格形式有几种，各有什么特点？常见金属分别属于哪种？2、影响金属结晶速率的因素有哪些？3、影响金属晶粒度大小的因素有哪些？金属材料学教案第2周授课日期2010-9-07学时数32课程名称金属材料学本课内容第三章合金安排学时2教学时数总计6教学目的及要求：1、掌握合金的概念及无相的概念。2、掌握合金的组织概念、性能特点。3、掌握固溶体，金属化合物质、混合物。4、了解二元合全相图的建立。5：掌握铅锑合金合金相图的分析方法。教学重点与难点：1、掌握合金的概念是教学重点，2、掌握三种合金组织的名称及性能是教学难点。3、掌握合金相图的概念及合金相图的建立是教学重点，4、掌握三种共晶转变的概念及共晶转变的条件是教学难点。5、铅锑合金合金相图的分析是教学的重点，亦是教学难点。教学过程：第三章合金合金是一种金属元素与其它金属元素可非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成德合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。在合金中成分、结构及性能相同的的组成部分称为相。3.1合金的组织1、固熔体固熔体是一种组元渗入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。(1)、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。(2)、置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固容体称为置换固溶体。2、金属化合物合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。其性能物特点是熔点高，硬度高，脆性大。金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。3、混合物两种或两种以上的相按一定质量分类组成的物质称为混合物。3.2二元合金相图1、二元合金相图的建立：相图是合金的成分，温度和组织之间关系的一个简明图民，它是研究和选用合金的重要工具，对于金属的加工及热处理，具有指导意义。二元合金相图的纵坐标表示温度，横坐标表示合金的成分。二元合金相图的建立是通过实验方法建立起来的，目前测绘相图的方法很多，最常用的是热分析法。现以铅锑二元合金为例，说明测绘合金相图的方法及步骤：（1）、配置若干组不同成分的铅锑组分，如下表所示。合金序号化学成分(%)临界点(℃)PbSb开始结晶温度结晶终了温度110003273272955300252389112522524505046025250100631631Pb－Sb合金的成分和临界点（2）、分别用热分析法作出各合金的冷却曲线，如下图所示。时间Ⅰ时间Ⅱ时