《金属材料学》课程教学大纲 Metal Material

金属材料学课程教学大纲课程名称：金属材料学课程编号：H10312英文名称：MetalMaterial课程属性：必修课学时：32学分：2先修课程：材料科学基础、热处理工艺原理适用专业：材料化学一、课程简介通过本课程的学习，使学生掌握铁碳合金及相图、钢的种类与编号、金属的热处理工艺及其原理、合金化原理，掌握工程结构钢、机械制造结构钢等钢种的成分、组织、性能之间的关系；深刻理解金属热处理与合金元素及其合金化过程对钢的组织和性能的影响规律，并能根据材料的成分及用途制定合理的热处理工艺以及能根据不同的性能要求进行合理选材：了常见金属的用途和损害过程，使学生具备一定的从事金属材料生产和解决实际问题的能力。二、课程内容及学时分配教学环节课时安排上机讲课习题课讨论课实验课其它合计320000032第一单元：绪论（建议学时数：2学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：金属材料的分类、金属材料在人类社会发展中的地位、国内外金属材料的发展与冶炼技术的进步过程、各种金属矿藏储量与各种金属产量发展的不平衡性问题的原因、炼铁与炼钢的工艺简介等内容。2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解在人类社会变革过程中，工具材料的发展尤其是金属材料具有划时代的意义，直至当今社会在材料学领域中金属材料仍占据着非常重要的地位以及当今钢铁冶炼的发展。3.教学方法：理论联系实际，注重金属材料在实际生活中应用的介绍及科研现状的介绍【重点】金属材料的分类，国内外金属材料的发展与冶炼技术的进步过程【难点】国内外金属材料的发展第二单元：铁碳合金（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分主要介绍了纯铁的相变、铁碳合金相、二元铁碳合金相图、铁碳合金的类型、钢的冷却析晶过程与形成的组织（亚共析钢、共析钢和过共析钢）。2.能力培养：通过本部分内容的学习，使学生了解碳元素在钢中的作用，掌握铁碳相图、不同钢种的析晶过程与最终形成的相组成、组织结构与性能

金属材料学课程教学大纲 课程名称： 金属材料学 课程编号： H10312 英文名称： Metal Material 课程属性：必修课 学 时： 32 学 分： 2 先修课程： 材料科学基础、热处理工艺原理 适用专业： 材料化学 一、课程简介 通过本课程的学习，使学生掌握铁碳合金及相图、钢的种类与编号、金属的热处理工艺及其原 理、合金化原理，掌握工程结构钢、机械制造结构钢等钢种的成分、组织、性能之间的关系；深刻 理解金属热处理与合金元素及其合金化过程对钢的组织和性能的影响规律，并能根据材料的成分及 用途制定合理的热处理工艺以及能根据不同的性能要求进行合理选材；了常见金属的用途和损害过 程，使学生具备一定的从事金属材料生产和解决实际问题的能力。 二、课程内容及学时分配 教 学 环 节 课 时 安 排 讲课 习题课 讨论课 实验课 上机 其它 合计 32 0 0 0 0 0 32 第一单元：绪论（建议学时数：2学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：金属材料的分类、金属材料在人类社会发展中的地位、国内外金属材料的发展与冶炼技 术的进步过程、各种金属矿藏储量与各种金属产量发展的不平衡性问题的原因、炼铁与炼钢的工艺 简介等内容。 2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解在人类社会变革过程中，工具材料的发展尤其是金属材 料具有划时代的意义，直至当今社会在材料学领域中金属材料仍占据着非常重要的地位以及当今钢 铁冶炼的发展。 3.教学方法： 理论联系实际，注重金属材料在实际生活中应用的介绍及科研现状的介绍。 【重点】 金属材料的分类，国内外金属材料的发展与冶炼技术的进步过程 【难点】 国内外金属材料的发展 第二单元：铁碳合金（建议学时数：4学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分主要介绍了纯铁的相变、铁碳合金相、二元铁碳合金相图、铁碳合金的类型、钢 的冷却析晶过程与形成的组织（亚共析钢、共析钢和过共析钢）。 2.能力培养：通过本部分内容的学习，使学生了解碳元素在钢中的作用，掌握铁碳相图、不同钢种的 析晶过程与最终形成的相组成、组织结构与性能

3.教学方法：讲授过程中多注重对相图的理解，增加同学的实际练习机会，在课堂上添加教学互动环节。【重点】铁碳相图、各种钢的平衡冷却析晶过程与形成的相和组织【难点】铁碳相图的分析，钢和铁平衡冷却过程示意图第三单元：金属热处理原理（建议学时数：7学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分主要介绍热处理的作用、非平衡条件下钢在加热和冷却过程中的转变、淬火钢的回火转变等内容。其中，重点介绍碳素钢（亚共析钢、共析钢和过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变C曲线和连续冷却转变C曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理；回火时马氏体中碳的偏聚、分解与碳化物析出转变过程、残余奥氏体的转变、铁素体的回复与再结晶，回火组织与性能，回火脆性及其产生的原因。2.能力培养：通过本部分学习，使学生了解一些金属热处理工艺，掌握碳素钢非平衡转变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素，掌握淬火钢回火转变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素，3.教学方法：与第二单元先后呼应，讲授中注重知识的前后一贯性，增加同学的实际练习机会，在课堂上添加教学互动环节。【重点】奥氏体化过程及影响因素、C曲线、碳素钢非平衡加热和冷却过程中的相变、不同热处理方法所得到的组织与性能及其影响因素。【难点】奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变C曲线和连续冷却转变C曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理。第四单元：金属热处理工艺（建议学时数：7学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分主要介绍金属热处理工艺过程及其分类（整体热处理、表面热处理、化学热处理和复合热处理），合理的加热工艺及常见的加热缺陷（氧化、脱碳、欠烧、过烧和过热），钢的退火和正火工艺，钢的淬火和回火工艺，钢的表面淬火工艺和钢的化学热处理工艺等内容。其中，重点介绍钢的退火（完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺和正火工艺的特点，主要目的，适用范围及其形成的组织结构；淬火和回火工艺的确定，主要目的，常用的萍火和回火方法，钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，淬火和回火后的组织与性能；表面淬火的方法，主要目的和适用范围；渗碳和渗氮的方法和工艺特点，渗碳钢淬火的方法和工艺特点及适用范围2.能力培养：通过本部分学习，使学生较全面了解各种热处理工艺方法，掌握钢的退火和正火、淬火和回火、渗碳和渗碳钢萍火等热处理工艺的目的、方法和特点及其适用范围3.教学方法：讲授中与第二单元的原理部分环环相扣，前后呼应，使学生增强理解【重点】钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，退火与正火、淬火与回火、表面热处理和渗碳等工艺的方法、特点及其适用范围。【难点】钢的退火（完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺和正火工艺的特点，主要目的，适用范围及其形成的组织结构；淬火和回火工艺的确定，主要目的，常用的淬火和回火方法，钢的淬透性和淬硬性及其影响因素。第五单元：钢的合金化原理（建议学时数：6学时）

3.教学方法：讲授过程中多注重对相图的理解，增加同学的实际练习机会，在课堂上添加教学互动环 节。 【重点】 铁碳相图、各种钢的平衡冷却析晶过程与形成的相和组织。 【难点】 铁碳相图的分析，钢和铁平衡冷却过程示意图 第三单元：金属热处理原理（建议学时数：7学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分主要介绍热处理的作用、非平衡条件下钢在加热和冷却过程中的转变、淬火钢的 回火转变等内容。其中，重点介绍碳素钢（亚共析钢、共析钢和过共析钢）奥氏体化的过程及影响 因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变C曲线和连续冷却转变C曲线，珠光体转变、贝氏体 转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理；回火时马氏体中碳的偏聚、分解 与碳化物析出转变过程、残余奥氏体的转变、铁素体的回复与再结晶，回火组织与性能，回火脆性 及其产生的原因。 2.能力培养：通过本部分学习，使学生了解一些金属热处理工艺，掌握碳素钢非平衡转变中的相的变 化、组织结构变化和性能变化及其影响因素，掌握淬火钢回火转变中的相的变化、组织结构变化和 性能变化及其影响因素。 3.教学方法：与第二单元先后呼应，讲授中注重知识的前后一贯性，增加同学的实际练习机会，在课 堂上添加教学互动环节。 【重点】 奥氏体化过程及影响因素、C曲线、碳素钢非平衡加热和冷却过程中的相变、不同热处理方法所得到 的组织与性能及其影响因素。 【难点】 奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变C曲线和连续冷却转变C 曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理。 第四单元：金属热处理工艺（建议学时数：7学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分主要介绍金属热处理工艺过程及其分类（整体热处理、表面热处理、化学热处理 和复合热处理），合理的加热工艺及常见的加热缺陷（氧化、脱碳、欠烧、过烧和过热），钢的退 火和正火工艺，钢的淬火和回火工艺，钢的表面淬火工艺和钢的化学热处理工艺等内容。其中，重 点介绍钢的退火（完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺和正火工艺的特 点，主要目的，适用范围及其形成的组织结构；淬火和回火工艺的确定，主要目的，常用的淬火和 回火方法，钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，淬火和回火后的组织与性能；表面淬火的方法，主 要目的和适用范围；渗碳和渗氮的方法和工艺特点，渗碳钢淬火的方法和工艺特点及适用范围。 2.能力培养：通过本部分学习，使学生较全面了解各种热处理工艺方法，掌握钢的退火和正火、淬火 和回火、渗碳和渗碳钢淬火等热处理工艺的目的、方法和特点及其适用范围。 3.教学方法：讲授中与第二单元的原理部分环环相扣，前后呼应，使学生增强理解。 【重点】 钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，退火与正火、淬火与回火、表面热处理和渗碳等工艺的方 法、特点及其适用范围。 【难点】 钢的退火（完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺和正火工艺的特 点，主要目的，适用范围及其形成的组织结构；淬火和回火工艺的确定，主要目的，常用的淬火和 回火方法，钢的淬透性和淬硬性及其影响因素。 第五单元：钢的合金化原理（建议学时数：6学时）

【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分介绍常见合金元素在钢中的存在形式（包括铁基固溶体、合形成金渗碳体和氮化物、形成金属间化合物、形成非金属相（非碳化物）及非晶体相）、合金元素与铁和碳的相互作用、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（包括合金元素对奥氏体区和铁素体区存在范围的影响、合金元素对共析点S的影响）、合金元素对钢中相变的影响（包括合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响、合金元素对钢的过冷奥氏体转变的影响、合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响）、合金元素对钢性能的影响（包括合金元素对钢强度的影响、合金元素对钢塑性和韧性的影响、合金元素对钢的工艺性能的影响）、微量元素在钢中的作用（包括微量元素的有害影响、微量元素的有益效应、钢的微合金化）等。2.能力培养：通过本部分的学习，使同学了解金属间化合物以及合金元素对层错能的影响及微量元素在钢中的作用，掌握合金化原理、常见的合金元素在钢中的存在形式、合金元素与铁和碳的相互作用、合金元素对Fe-Fe3C相图和对钢中相变及其对钢性能的影响。3.教学方法：注重系统性的介绍，教授学生在学习过程中总结的方法【重点】合金元素在钢中的存在形式与形成规律、合金元素对Fe-Fe3C相图和对钢中相变及其对钢的性能的影响。【难点】合金元素在钢中的存在形式、合金元素与铁和碳的相互作用、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响、合金元素对钢中相变的影响。合金元素对加热时奥氏体形成过程的及钢性能的影响、第六单元：钢的分类与编号、常见杂质、钢的性能指标（建议学时数：2学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分介绍各种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、合金结构钢、合金工具钢、低合金高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、不锈钢和耐热钢的编号（即钢号）的表示方法及其意义，常见钢的用途，钢中常见的杂质（Mn、Si、S、PN、H、O）及其导致的热脆、冷脆、蓝催和氢脆等的危害，表征金属材料性能的各项指标及其意义。2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解不同成分和或不同用途的钢具有不同的编号、表征钢的性能指标的意义，掌握钢的分类、钢号的编制方法与规则、掌握常见杂质对钢的使用所引起危害性。3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法【重点】钢号的编制方法与规则、掌握常见杂质的危害性【难点】各种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、合金结构钢、合金工具钢低合金高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、不锈钢和耐热钢的编号的表示方法及其意义，常见钢的用途。第七单元：工程构件结构钢（建议学时数：2学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分介绍工程构件用结构钢的应用背景、服役特点、力学性能和工艺性能及成分设计特点。其中，重点介绍低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马氏体双相钢等钢种的化学成分特点与合金化、组织结构与性能特点、处理工艺与典型钢种。2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解工程构件用钢的服役条件、性能特点和主要用途，掌握各种工程构件用钢的成分特点、合金元素的作用及其生产工艺。3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法。【重点】

【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分介绍常见合金元素在钢中的存在形式（包括铁基固溶体、合形成金渗碳体和氮化 物、形成金属间化合物、形成非金属相（非碳化物）及非晶体相）、合金元素与铁和碳的相互作 用、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（包括合金元素对奥氏体区和铁素体区存在范围的影响、合金元 素对共析点S的影响）、合金元素对钢中相变的影响（包括合金元素对加热时奥氏体形成过程的影 响、合金元素对钢的过冷奥氏体转变的影响、合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响）、合金元 素对钢性能的影响（包括合金元素对钢强度的影响、合金元素对钢塑性和韧性的影响、合金元素对 钢的工艺性能的影响）、微量元素在钢中的作用（包括微量元素的有害影响、微量元素的有益效 应、钢的微合金化）等。 2.能力培养：通过本部分的学习，使同学了解金属间化合物以及合金元素对γ层错能的影响及微量元 素在钢中的作用，掌握合金化原理、常见的合金元素在钢中的存在形式、合金元素与铁和碳的相互 作用、合金元素对Fe-Fe3C相图和对钢中相变及其对钢性能的影响。 3.教学方法：注重系统性的介绍，教授学生在学习过程中总结的方法。 【重点】 合金元素在钢中的存在形式与形成规律、合金元素对Fe-Fe3C相图和对钢中相变及其对钢的性能 的影响。 【难点】 合金元素在钢中的存在形式、合金元素与铁和碳的相互作用、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响、 合金元素对钢中相变的影响。合金元素对加热时奥氏体形成过程的及钢性能的影响。 第六单元：钢的分类与编号、常见杂质、钢的性能指标（建议学时数：2学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分介绍各种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、合金结构 钢、合金工具钢、低合金高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、不锈钢和耐 热钢的编号（即钢号）的表示方法及其意义，常见钢的用途，钢中常见的杂质（Mn、Si、S、P、 N、H、O）及其导致的热脆、冷脆、蓝催和氢脆等的危害，表征金属材料性能的各项指标及其意 义。 2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解不同成分和或不同用途的钢具有不同的编号、表征钢的 性能指标的意义，掌握钢的分类、钢号的编制方法与规则、掌握常见杂质对钢的使用所引起危害 性。 3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法。 【重点】 钢号的编制方法与规则、掌握常见杂质的危害性。 【难点】 各种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、合金结构钢、合金工具钢、 低合金高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢、合金工具钢和高速工具钢、不锈钢和耐热钢的编号的表示 方法及其意义，常见钢的用途。 第七单元：工程构件结构钢（建议学时数：2学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分介绍工程构件用结构钢的应用背景、服役特点、力学性能和工艺性能及成分设计 特点。其中，重点介绍低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马 氏体双相钢等钢种的化学成分特点与合金化、组织结构与性能特点、处理工艺与典型钢种。 2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解工程构件用钢的服役条件、性能特点和主要用途，掌握 各种工程构件用钢的成分特点、合金元素的作用及其生产工艺。 3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法。 【重点】

低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马氏体双相钢等钢种的化学成分特点与合金化、组织结构与性能特点、处理工艺与典型钢种。【难点】各种工程结构钢的成分、合金元素的作用、控制轧制与冷却工艺的原理。第八单元：机械零件结构钢（建议学时数：2学时）【学习自的和要求】1.知识掌握：本部分介绍结构钢的用途、力学性能和工艺性能及成分设计特点。其中，重点介绍渗碳钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢和马氏体型结构钢（低碳马氏体型结构钢、低合金中碳马氏体型超高强度结构钢和马氏体时效钢等）的化学成分、热处理工艺和组织结构的特点及其典型钢种与应用。2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解机器零件用钢的服役条件、性能的要求及其应用，掌握各钢种的化学成分特点、强韧化机制和热处理工艺特点。3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法。【重点】渗碳钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢和马氏体型结构钢的化学成分、热处理工艺和组织结构的特点及其典型钢种与应用。【难点】各钢种的化学成分特点、强韧化机制和热处理工艺特点。三、考核方式及要求本课程为考试课，考核方式一般为闭卷考试。在成绩评定中期未考试所占的比例为70%，考勤、作业所占比例为30%。四、教材及参考书1.叶宏主编，金属材料与热处理，化学工业出版社，2009年3月2.吴承建编著，金属材料学，冶金工业出版社，2000年10月3.赵连城编著，金属热处理原理，冶金工业出版社，1986年11月4.陶杰主编，材料科学基础，化学工业出版社，2006年3月5.戴起勋主编，金属材料学，化学工业出版社，2005年8月第一版6.王笑天主编，金属材料学，机械工业出版社，1987年9月第一版五、责任认定1.大纲执笔人：左桂福2.大纲审定人：张志明3.制定时间：2011年11月

低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马氏体双相钢等钢种的化 学成分特点与合金化、组织结构与性能特点、处理工艺与典型钢种。 【难点】 各种工程结构钢的成分、合金元素的作用、控制轧制与冷却工艺的原理。 第八单元：机械零件结构钢（建议学时数：2学时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分介绍结构钢的用途、力学性能和工艺性能及成分设计特点。其中，重点介绍渗碳 钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢和马氏体型结构钢（低碳马氏体型结构钢、低合金中碳马氏体型 超高强度结构钢和马氏体时效钢等）的化学成分、热处理工艺和组织结构的特点及其典型钢种与应 用。 2.能力培养：通过本部分的学习，使学生了解机器零件用钢的服役条件、性能的要求及其应用，掌握 各钢种的化学成分特点、强韧化机制和热处理工艺特点。 3.教学方法：综合钢的合金化原理，先后呼应讲解本章内容。强调总结方法。 【重点】 渗碳钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢和马氏体型结构钢的化学成分、热处理工艺和组织结构的特 点及其典型钢种与应用。 【难点】 各钢种的化学成分特点、强韧化机制和热处理工艺特点。 三、考核方式及要求 本课程为考试课，考核方式一般为闭卷考试。在成绩评定中期末考试所占的比例为70％，考 勤、作业所占比例为30%。 四、教材及参考书 1.叶宏主编，金属材料与热处理，化学工业出版社，2009年3月 2.吴承建编著，金属材料学，冶金工业出版社，2000年10月 3.赵连城编著，金属热处理原理，冶金工业出版社，1986年11月 4.陶杰主编，材料科学基础，化学工业出版社，2006年3月 5.戴起勋主编，金属材料学，化学工业出版社，2005年8月第一版 6.王笑天主编，金属材料学，机械工业出版社，1987年9月第一版 五、责任认定 1.大纲执笔人：左桂福 2.大纲审定人：张志明 3.制定时间：2011年11月