金属学与热处理原理                     
    课程编号：05070100
课程名称：金属学与热处理原理
英文名称：Metal and Heat-treatment
课程性质：专业基础课
学时/学分：64/4
选用教材：《金属学与热处理》，崔忠圻主编，机械工业出版社，2007年
    先修课程：材料力学、理论力学、物理化学、材料性能学
    后继课程：焊接冶金学
适用专业及层次：材料类和机械类本科

一、	课程目的及要求
本课程系金属材料工程专业和材料成型加工专业的必修专业基础课，也可以作为机械类专业和相关专业的基础课，是一门理论性较强的专业课程。通过课程学习和实验，应使学生获得金属学的基础知识、热处理原理及工艺的专业知识等，了解国内外金属学与热处理新工艺的发展动向。本课程对学生的要求：①掌握金属学的相关基本概念和基础知识；②熟悉并掌握热处理技术的基本原理及工艺；③了解金属学与热处理的最新发展动向。
二、	课程内容及学时分配
1.学时分配：
（1）课堂教学：58学时
（2）实验教学：8学时
① 铁碳平衡金相组织观察（2学时）；
② 学会使用洛氏硬度计和布氏硬度计，掌握试样的制备方法及过程（2学时）；
③ 实践普通热处理工艺的正火、淬火、回火及调质处理技术，了解不同工艺与性能的关系（2学时）；
④ 碳钢热处理后的组织观察（2学时）；
2.课程内容：
第一章 金属的晶体结构（6学时）
了解金属及合金的晶体结构，掌握三种典型晶体结构，掌握晶体中晶向指数和晶面指数的概念和标定方法，了解实际金属的晶体结构特点，理解金属晶体中的缺陷。
第二章 纯金属的结晶（6学时）
掌握纯金属的结晶现象及结晶的热力学条件；掌握均匀形核、非均匀形核的能量条件；了解晶体的形核及生长过程及特点；了解界面特性与结晶形态的关系；掌握晶粒大小的控制方法及原理；理解铸锭的组织与缺陷。
第三章 二元合金的相结构与结晶（10学时）
掌握合金中的基本相结构，固溶体和金属化合物的基本种类及概念，掌握各种常见类型的二元合金相图，学会分析相图。学会根据相图分析二元合金的结晶过程，掌握二元合金的结晶特点和溶质分布规律及组织特征。能够利用杠杆定律计算相和组织的相对量。了解根据相图分析二元合金的性能。
第四章 铁碳合金 （8学时）
熟练掌握铁碳合金相图，学会分析各种典型成分的铁碳合金平衡结晶过程并会计算铁碳合金平衡组织中各相的相对含量和室温组织的相对量。掌握含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响规律，了解碳钢中杂质元素及对钢的组织及性能的影响规律。
第五章 金属及合金的塑性变形与断裂（4学时）
理解金属的变形特性，掌握单晶体及多晶体的塑性变形特点，了解合金的塑性变形特点，掌握塑性变形对金属组织及性能的影响。
第六章 金属及合金的回复与再结晶（4学时）
理解回复与再结晶的基本条件，熟练掌握回复、再结晶及晶粒长大的机理及影响因素。掌握金属的热加工、冷加工、回复与再结晶的概念。
第七章 扩散（4学时）
掌握固态扩散的机理、条件及种类，掌握菲克第一、第二定律及适用条件。了解影响扩散的影响因素。
第八章 钢的热处理原理（8学时）
掌握钢在加热时奥氏体的形成过程，熟练掌握钢过冷奥氏体等温转变曲线及各温度的转变产物及形核和生长规律，了解钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线及应用。掌握钢的回火转变过程及合金钢的时效处理概念。
第九章 钢的热处理工艺（8学时）
熟练掌握钢的普通热处理工艺的方法及目的。了解钢的淬透性等基本概念。学会三类典型碳钢的热处理工艺过程。
三、	教学重点与难点
第一章 金属的晶体结构
本章的重点与难点是：①常见晶体结构：面心立方结构（fcc）、体心立方结构（bcc）、密排六方结构（hcp），晶面指数和晶向指数的标定；②由晶体结构及原子半径，能够计算物质的密度；已知密度和原子半径，求堆积密度；能够计算不同晶向之间的夹角；③晶体的三种缺陷的认识及根据柏氏矢量判断位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力方向；④位错周围应力场的分布及位错间的交互作用。
第二章 纯金属的结晶
本章的重点和难点内容是液态金属结晶时形核与长大的热力学条件及基本概念，均匀形核及非均匀形核的能量条件，过冷度对结晶过程的影响规律和获得细晶粒金属的方法等。铸锭组织的形成过程及改变铸锭组织的方法，如何获得理想的组织结构和性能。
第三章 二元合金的相结构与结晶
本章的重点为合金的基本相的种类及特性，匀晶、共晶、包晶等基本相图及合金的结晶过程，相图与性能的关系。难点是：①固溶体合金凝固时的溶质分布规律；②分析典型合金的结晶过程，会用杠杆定律，熟知相图与性能的关系。
第四章 铁碳合金
本章的重点是牢固掌握Fe—Fe3C相图，掌握其点、线、区的物理意义等，会分析典型铁碳合金平衡冷却过程中的组织变化，能应用杠杆定律计算合金的组织组成物和相组成物的相对量；难点是组织和相的关系与区别、初生相和次生相的异同、铁碳相图中的包晶、共晶、共析转变；杠杆定律的应用等。
第五章 金属及合金的塑性变形与断裂
本章的重点和难点是单晶体及多晶体的塑性变形过程、特点及区别。滑移和孪生的特点、金属塑性变形的实质、加工硬化概念及其强化原理。
第六章 金属及合金的回复与再结晶
本章的重点与难点是：①回复与再结晶的条件；②回复机理；③再结晶的影响因素；④回复和再结晶对金属组织性能的影响；⑤冷加工和热加工的区别。
第七章 扩散
本章的重点与难点是：①扩散的本质和机理；②扩散第一定律和扩散第二定律推导及应用；③影响扩散的因素。
第八章 钢的热处理原理
本章的重点和难点是钢在加热时，奥氏体转变的基本过程及其转变速度的影响因素；C曲线绘制及应用，过冷奥氏体等温转变产物的形态及性能特点；钢过冷奥氏体的连续冷却转变过程及产物；钢在回火时的组织转变特点及性能变化规律。
第九章 钢的热处理工艺
本章的重点和难点是各种退火工艺的基本概念、目的和应用范围；正火工艺的基本概念、工艺目的和应用范围；选用退火和正火工艺的原则；淬火工艺的基本概念和工艺目的，各种淬火工艺方法、目的和应用范围；回火工艺的基本概念和工艺目的及应用范围。回火工艺方法的种类、目的和应用范围。典型合金的热处理工艺规范。
四、	主要教学方式
多媒体课堂讲授
五、	典型作业练习
     1.在立方晶格中画出下列晶向和晶面：
（110）、（101）、（102）、（112）、（201）
[110]、[101]、[102]、[112]、[201]

2.试推导均匀形核时，临界形核半径与过冷度的关系。

3.如图所示一位错环，能否各部分都是螺型位错或都是刃型位错，为什么？指出位错环各部分分别属于那类位错。








4.形核率N和长大速度Vg与过冷度有什么关系？
5.已知A与B在液态时能无限溶解，在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温下为10%；
但B在固态下不溶于A，在300℃时含有40%B的液态合金发生共晶转变；现要求：
（1）做出A-B相图；
（2）分析20%B、80%B合金的平衡结晶过程，并计算室温组织中共晶体的含量。
6.一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有50%的珠光体和50%的铁素体，问：此合金中碳的质量分数为多少？若该合金加热到730℃时，在平衡条件下获得什么组织？若加热到850℃，又将得到什么组织？ 
7. 绘出Fe－FeC3相图并完成下列问题。
（1）指出铁碳相图上的C、S和E、P点的含义及碳含量，并说明ECF、PSK水平线和ES、GS曲
线的意义和其上发生的转变。（12分）      
（2）分析含碳0.4 %的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程。用组织示意图或用文字说明
各阶段的组织，并分别计算室温下组织组成物的相对量。
8.试用多晶体塑变理论解释室温下金属的晶粒越细强度越高塑性越好的现象。
9.何为一次再结晶和二次再结晶?发生二次再结晶的条件有哪些?
10.说明碳含量对碳钢的组织和性能的影响。
11. 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的显微形貌特征和亚结构，并说明片状马氏体塑韧性差的原因。
12．简述亚共析钢淬火加热温度为AC3＋30－50℃，过共析钢淬火加热温度为AC1＋30－50℃的原因。 
13.分析20＃钢、45＃钢、T12钢和38CrMoAl热处理工艺曲线、过程、组织、性能。
六、课程考核方式
闭卷考试
七、成绩评定方法
	根据考试成绩
八、推荐参考书：
    1.《金属学》，胡庚祥主编，上海科学技术出版社，1980年