《金属材料与热处理》课程标准

适用专业：机械加工技术专业               课程代码：0509J01 开设时间：一、二年级                     学 时 数：60学时

 

一、课程名称

金属材料与热处理

二、课程目标

初步认识材料的性能、了解晶体结构、掌握铁碳合金相图、掌握常用材料的牌号及其用途，并能够合理选择热处理方法。

具有处理简单的金属材料与热处理力学性能测试和硬度性能测试的能力、具有分析金属的晶体结构、二元合金相图和铁碳合金相图的基本能力、具有初步的钢热处理知识，并应用钢热处理知识完成钢的热处理能力、具有鉴别金属材料与热处理、选择工程常用材料的能力。通过典型材料的分析，培养学生分析问题、解决问题的能力。

三、课程性质、目的及任务

《金属材料与热处理》是机械类专业必修的技术基础课。该课程理论性较强，新概念较多，同时又与生产实际有着密切联系。为了使学生较好地消化所学知识，在学习本课程前，学生应安排金工实习，使他们对金属冶炼、加工及热处理有一个概括认识。主要讲授金属材料典型组织、结构的基本概念，金属材料的成分、组织结构变化对性能的影响，热处理的基本类型及简单热处理工艺的制定，合金钢种类、牌号、热处理特点及应用，为学生从事机械设计、制造及相关的工作打下基础。

四、本课程的基本要求

通过本课程学习，要求学生

1．掌握金属材料基本理论及基本知识，初步具备应用所学理论知识分析解决实际问题的能力，为选材和热处理工艺制定打下一定的基础。

2．使学生在金属材料基础理论及基本知识方面具备应用阅读一般专业文献及进一步提高自修能力。

3．初步具备应用光学金相分析金属及合金组织的能力。

五、课程内容与学时分配

序号	课程内容	理论	实验	小计
	绪论	2		2
第一章	金属的结构和结晶	3	3	6
第二章	二元合金相图及结晶	4	4	8
第三章	铁碳合金和铁碳相图	4	2	6
第四章	金属及合金的塑性变形和再结晶	3	3	9
第五章	钢的热处理	4	8	12
第六章	合金钢	4	4	8
第七章	铸铁	2	2	4
第八章	有色金属及其合金	4	4	8
合计		30	30	60

 

六、课程的内容

第一章 金属的结构和结晶

（一）教学目的

了解金属的特征；金属的晶体结构；实际金属晶体中的晶体缺陷；金属结晶的基本概念

（二）教学的重点、难点

重点：体心立方，面心立方，密排六方的三种常见晶体结构；结晶的形核和长大，晶粒大小控制

难点：冷却曲线、过冷度

（三）教学内容

金属与非金属特性；金属的晶格、点阵、晶胞、体心立方，面心立方，密排六方晶格；点缺陷、面缺陷；线缺陷；液金属与固态金属的相同与不同之处，结晶过各的形核与长大，形核与过冷度关系，晶粒大小与性能关系、晶粒大小的控制

（四）本章小结

实际金属是多晶体，由许多晶粒构成。晶粒内部原子是规则排列的，其晶粒的晶体结构大都为体心立方，面心立方，密排六方。液态金属变为固态金属的过程称为结晶，结晶是在一定的过冷度下过行的。晶煜细小，金属的综合性能就好。

（五）本章思考题和实中内容

 概念题：巩固所学基本概念

实训内容：观察金相试样或标准金相图片。制备金相试样，粗磨、细磨、抛光、腐蚀、看试样。

第二章  二元合金相图及结晶

（一）教学目的

了解二元合金相图及结晶，由相图判断合金的性能。

（二）教学的重点、难点

重点：二元合金相图的建立

难点：共析相图、共晶相图、包晶相图

（三）教学内容

合金中相的概念，二元合金相图的建立，共析相图、共晶相图、包晶相图、组之间形成稳定化合物的相图，由二元相图判断合金的性能。

（四）本章小结

化学成分不同或成分相同而原子排列不同的区域称为相。平衡状态下相的组成随温度和成份的变化而变化的曲线称为相图。相图是通过一系列的实验而测定的。记住共晶相图，共析相图、包晶相图的特征。由二元相图判断合金的性能

（五）本章思考题与实训内容

概念题为主，巩固基本定义与概念。

实中内容：看共析钢、共晶生铁的金相试样。

第三章  铁碳合金和铁碳相图

（一）教学目的

使学生从本质上到铁碳合金的性质与相图的关系。

（二）教学重点难点

 重点：组元与基本相、相图的构造

难点：含碳量对铁碳合金组织与性能的影响。

（三） 教学内容

 铁碳合金的组元与基本相，铁碳状态图，铁碳合金的平衡结晶含碳量对铁碳合金组织与力学性能的影响，钢中的杂质之素，金属铸锭宏观组织。

（四）本章小结

 理解认识铁碳合金必须以铁碳二元相 图为基础，正确理解各种相随温度和成份的变化。含碳量增加、强度、硬度、脆性增加、塑性睛下降。钢中杂质、硫有热脆性、磷有冷脆性，二者为钢中重要有害杂质。

（五）本章思考题和实训内容

相图概念题，巩固基本定义与概念。

实训内容：金属铸铁宏观组织试样的制备观察。

第四章  金属及合金的塑性变形和再结晶

（一）教学目的 

了解金属及合金材料变形和再结晶的关系。

（二）教学重点难点

重点：金属及合金的塑性变形

难点：回复与再结晶与塑性变形的关系。

（三）教学内容

金属及合金的塑性变形；塑性变形对金属组织和性能的影响；金属及合金的加复与再结晶；金属的热加工；固态金属中的扩散规律。

（四）本章小结

塑性变形导致冷作硬化，冷作强化源于此。塑性变形后再加热，会发生回复和再结晶。塑性变形变形越大，再结晶晶粒越细。固态金属中的扩散与温度，时间有关，与形成的固溶体的类型有磁，与溶质的性质有关等。

（五）本章思考题与实训内容

概念题，巩固基本定义、概念。

实训内容：塑性变形导致冷作硬化。固体渗碳，高温下碳在钢中的扩散。

第五章  钢的热处理

（一）教学目的

了解钢的退火、正火、淬火和表面淬火及化学热处理 

（二）教学重点难点

重点：钢在加热时的转变，珠光体向奥氏体的转变

难点：钢在冷却时的转变，平衡状态下，奥氏体向珠光体的转变，在一定的过冷度下，奥氏体向马氏体的转变。

（三）教学内容

钢在加热时的转变；钢在冷却时的转变；钢的退火和正火，钢的淬火、回火；钢的淬透性；钢的表面淬火；钢的化学热处理。

（四）本章小结

钢在缓慢加热时，钢中的珠光体、渗碳体、铁素体均转变奥氏体，在平衡状态下冷却时又转变成铁素体、珠光体、渗碳体。在一定的过冷度下，奥氏体转变成贝氏体、马氏体。马氏体是碳在铁中过饱和固溶体、高硬度、高强度。退火、正火可改变钢的硬度和组织。淬火可获得高硬度、高强度。化学热处理可改变钢的表层化学成分，再通过淬火回火提高表面硬度，增强耐磨性。

（五）本章思考和实训内容

概念题，巩固已学知识。

实训内容：退火、正火、淬火和回火硬度计的操作使用。

第六章  合金钢

（一）教学目的

使学生了解合金钢，主要合金元素在钢中的作用。

（二）教学的重点、难点

重点：主要合金元素在钢中的作用

难点：合金钢的分类，编号

（三）教学内容

合金的概念、镍（Ni）、铬（Cr）、钒（V）、锰（Mn）、硅（Si）、铝（Al）、钛（Ti）、钼（Mo）等在钢中的作用。合金万分与编号的关系，合金结构钢、合金工具钢，特殊性能的编号及应用。

（四）本章小结

根据合金含量的多少，可将合金钢分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。机械构件多采用合金结构钢，综合性能好，满足结构件要求。合金工具钢硬度高、强度高、塑性、韧性较差。用于工具、量具、刀具。特殊性能钢有不锈钢、耐热钢、耐磨钢超高强度钢等，作特殊用途。

（五）本章思考题与实训内容

概念题，巩固已学知识；计算合金含量百分数。

实训内容：火花鉴别，合金钢各种钢铁试样对比。

第七章  铸铁

（一）教学目的

了解铸铁的性能，编号及用途。

（二）教学重点难点

重点：灰口铸的与白口铸铁；

难点：球墨铸铁的球化处理。

（三）教学内容 

含碳量大于百分之2.11的铁碳合金称为铸铁。在铸铁中加入球化剂即可获得墨铸铁。铸铁与球铁的编号、性能、及用途。铸铁的抗压强度相当于抗拉强度的5－6倍。经过退火，可以使白口铸铁变成灰口铸铁。

（四）本章小结

含碳量为百分之4.3的铸铁这共晶铸铁，熔化温度最低，便于浇注成形。在生铁中加入球化剂可获得球墨铸铁，球墨铸铁强度高，耐磨性好。

（五）本章思考题和实训内容

概念题，巩固已学知识；

实训内容：观察生铁与结构钢的断口，分析其晶体状况。

第八章 有色金属及合金

（一）教学目的

了解铝及铝合金，铜及铜合金、钛及钛合金及滑动轴承合金

（二）教学重点难点

重点：铝、铜、钛的性质及其合金的性能

难点：时效强化

（三）教学内容

铝及铝合金的代号、成份、力学性能及用途；铜及铜合金的代号、成份、力学性能及用途；铸造轴承合金代号、成份、力学性能及用途；钛及其合金简介。

（四）本章小结

铝及铝合金、铜及铜合金、铸造轴承合金的性能及途。铝有其含金量比重小、比强度高，广泛用于航空及国民经济的各个部门。滑动轴承合金的特点是软的基体中分布着硬的质点。钛密度小，稳定耐蚀性高，是新的有色金属、航空、防保中大有用武之地。

（五）本章思考和实训内容

巩固已学知识，概念题

实训内容：实际观察铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、滑动轴承合金。铝合金的淬火、人工时效，铜合金的退火。铸造铝合金热处理前后性能对比。

七、考核方法与考试题型

（一）考核方法

1．平时成绩：作业成绩、出勤、实践占30%。

2． 期中考试成绩占30%

3．期末考试成绩占40%

4．综合考核成绩=平时成绩*0.3+期中考试成绩*0.3+期末考试成绩*0.4

（二）考试题型

填空题 、判断题、名词解释、问答题、计算题。