金属材料学
分享
课程详情
课程评价
spContent=为什么大千世界中有成千上万种金属材料?为什么不同种类的金属材料具有不同的性能和应用?合金元素是如何影响金属材料性能的?金属材料从元素到零部件到失效破坏的全过程中,影响其性能的关键工艺都包括哪些?如何选材?如何开发新金属?这门课程将解答这些疑问并带领大家遨游在金属材料的知识海洋中。
—— 课程团队
课程概述

《金属材料学》是一门综合性、应用性较强的金属材料工程专业的核心专业课,也可以作为材料科学与工程专业的重要选修课。该课程还可以为从事金属材料相关研究与产业工作的人员提供技术帮助。

该课程在《材料科学基础》、《金属组织控制原理》、《金属材料强韧化》和《材料力学性能》、《材料加工技术》、《机械原理》、《机械设计》等课程的基础上,从金属材料的合金化元素、冶金制备、热加工、冷加工、热处理、零部件服役、零部件失效的全寿命过程的角度,以金属材料合金化原理为重点,涵盖钢铁材料、有色金属合金以及新型金属材料三大内容板块,侧重于分析金属材料的成分、制备/加工、微观结构、性能之间的关系,系统介绍了金属材料合金化的一般规律、金属材料的分类、特点、制备/加工工艺及应用,注重培养学生掌握有关金属材料学的基础知识,培养学生研究开发新型金属材料、合理选择金属材料、规范制备/加工工艺、分析金属零部件失效原因等能力。

     特别致谢:本课程承江苏高校品牌专业建设工程一期项目资助(金属材料工程专业,PPZY2015B127)。


授课目标
1.基于金属材料全寿命过程的分析方法; 2.钢的合金化原理; 3.不同钢铁材料的分类、合金化特点、制备加工工艺、微观结构、性能与应用; 4.有色金属及新型金属材料的合金化特点、分类、制备加工工艺、微观结构、性能与应用; 5.金属材料零部件、装备服役条件分析、选材及工艺制定、失效分析(基础);
课程大纲

 

第1讲 绪论

Ø  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;

Ø  基本要求

(1)了解金属材料在国民经济中的地位与作用;

(2)了解金属材料的发展概况;

(3)了解本课程的性质、地位和任务。


第2讲 钢的合金化原理

Ø  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。

Ø  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3讲 工程构件用钢

Ø  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。

Ø  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4讲 机器零件用钢

Ø  教学内容

(1)机器零件用钢一般性能要求;

(2)机器零件用钢简介: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)典型机器零件的选材。

Ø  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)理解典型机器零件用钢的选材思路及制备/加工的工艺选择。

 

第5讲 工具用钢

Ø  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;

(4)冷作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种;

(5)热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种;

(6)其他工具用钢。

Ø  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)了解其它工具用钢。

 

第6讲 不锈钢

Ø  教学内容

(1)金属的腐蚀类型;

(2)提高钢的抗蚀性途径,对不锈钢组织、性能的要求;

(3)不锈钢的合金化;

(4)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;

(5)奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。

Ø  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;

(3)掌握奥氏体不锈钢的基本热处理工艺。

 

第7讲 耐热钢

Ø  教学内容

(1)金属的抗氧化性;

(2)钢的热强性;

(3)热强钢的分类、特点及应用;

(4)抗氧化钢的分类、特点及应用。

Ø  基本要求

(1)热稳定性与钢的成分、组织关系,热强钢的合金化;

(2)理解温度对钢组织性能的影响及耐热钢合金化设计思路;

(3)了解珠光体型热强钢、马氏型热强钢成分及性能特点。

 

第8讲 超高强度结构钢

Ø  教学内容

(1)低合金超高强度钢;

(2)二次硬化型超高强度钢;

(3)马氏体时效钢。

Ø  基本要求

(1)理解低合金超高强度钢的合金化、热处理特点及应用;

(2)理解二次硬化型超高强度钢的合金化、热处理特点及应用;

(3)理解马氏体时效钢的合金化、热处理特点及应用。

 

第9讲 铸铁

Ø  教学内容

(1)铸铁简介;

(2)铸铁的石墨化;

(3)铸铁的分类及简介;

(4)铸铁的热处理。

Ø  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10讲 有色金属合金(内容包含教材的第9章铝合金、第10章铜合金和第11章钛合金、第12章镁合金)

Ø  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)铜合金简介;

(5)钛合金简介;

(6)镁合金简介。

Ø  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11讲 新型金属材料(包含课本中的第13章金属功能材料、第14章金属基复合材料、第15章金属间化合物结构材料)

Ø  教学内容

(1)形状记忆合金等金属功能材料;

(2)金属基复合材料;

(3)金属间化合物结构材料。

Ø  基本要求

(1)了解镍基、铜基、铁基形状记忆合金合金化、性能与应用;

(2)了解金属基复合材料基本概念、设计、常用制备技术、应用与发展;

(3)了解金属间化合物结构材料的性能、分类及应用。


预备知识

选修人员已经对以下课程或知识有了初步了解:

  • 《材料科学基础》

  • 《金属材料组织控制原理》(热处理原理)

  • 《金属材料强韧化》(热处理工艺)

  • 《材料力学性能》

  • 材料加工相关课程和基础知识

  • 机械相关课程和基础知识


证书要求

按百分制计分,60分至84分为合格,85分至100分为优秀。

  1. 完成课程单元测试题:(15%)

  2. 单元作业:(25%)

  3. 课程讨论:(15%)

  4. 期末考试;(45%)

证书:

  1. 评分60分颁发普通学员证书;

  2. 评分≥90分颁发优秀学员证书。

参考资料

[1]戴起勋.《金属材料学》(第二版)[M].化学工业出版社,2011

[2]William D. Callister.《材料科学与工程基础》(5,英文影印版) [M].化学工业出版社,2004

[3]William F. Smith.《材料科学与工程基础》(5,英文版) [M].机械工业出版社,2011

[4]田中和明.《金属全接触》[M].科学出版社,2011

[5]中国机械工程学会热处理分会.《热处理手册》(4)[M].机械工业出版社,2015

[6]崔忠圻,刘北兴.《金属学及热处理原理》(3)[M].哈尔滨工业大学出版社,2007

[7]夏建元等.《金属材料彩色金相图谱》[M].机械工业出版社,2012

[8]李用哲翻译.《金属材料常识》[M].机械工业出版社,2009

[9]並木邦夫.《模具材料性能与应用》[M].机械工业出版社,2014

[10]叶卫平,张覃轶.《热处理实用数据速查手册》(第二版)[M].机械工业出版社,2011

[11]桥本政哲.《不锈钢及其应用》[M].冶金工业出版社,2011

[12]程晓农,戴起勋.《奥氏体不锈钢的设计与控制》[M].国防工业出版社,2005

[13]王广生.《金属材料热处理缺陷分析及案例》(第二版)[M].机械工业出版社,2007

[14]K.E.西尔宁.《钢及其热处理-博福斯手册》[M].冶金工业出版社,1982

[15]Askeland.D.R.《材料科学与工程基础》[M].清华大学出版社,2005


常见问题
  1. 预备知识不够扎实的学习人员,在学习这门课程时会遇到一些困难。

  2. 课程强调能力的培养,创新思维及动手能力较弱的同学,会感到比较难。