《金属材料学》 课程教学大纲

1 《金属材料学》课程教学大纲

一、课程名称（中英文）

中文名称：金属材料学

英文名称：Science of Metal Materials

二、课程代码及性质

课程代码: 0806803

课程性质:专业必修课

三、学时与学分

总学时：48（理论学时：48学时；实践学时：0学时）

学分：3

四、先修课程

材料科学基础、 热处理原理与工艺、材料力学性能

五、授课对象

本课程面向材料科学与工程专业开设

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）

本课程的教学目的:

1. 系统掌握金属合金化的基本原理，建立典型金属材料的牌号--成分--热处理工艺--组织特征--性能之间的关系，形成完整的金属材料学知识体系；

2. 熟悉典型金属材料的服役条件与失效方式，为金属材料的工程应用奠定基础；

3. 培养学生金属材料设计与选材的基本能力，使学生具备将所学知识进行综合分析的能力；

4. 了解金属材料发展前沿与动态，掌握其发展规律。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点

毕业要求1：工程知识

引入材料工程的基本概念，将所学知识与实践相结合 1.1弄清材料应用的工程分析方法。

1.2掌握不同材料的工程应用背景。

1.3根据所学金属材料，在给定服役条件和性能要求的前提下，正确选用工程材料。 课程目标2、课程目标3

毕业要求2：问题分2.1能够运用所学基本原理，识别、表达、并 2 毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点

析

掌握金属材料成分设计、应用和失效的工程分析方法 通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。

2.2掌握金属材料失效分析方法，弄清失效原因，提出改进措施。 课程目标2

2.3能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。

毕业要求3：设计/开发解决方案

了解设计开发新材料的研究方法 3.1根据所学基础知识，掌握新型金属材料的研究方法。

3.2掌握金属材料设计的基本原理，掌握符合我国特点的金属材料设计原则。 课程目标3

毕业要求4：研究

掌握研究典型金属材料的特点、热处理工艺和性能，建立其中的关系 4.1掌握材料科学原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料科学与工程复杂实验、开展科学研究的能力。 课程目标1

4.2掌握材料科学与工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料科学与工程综合实验，得出正确结果的能力。

4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料科学与工程实验结果进行正确分析能力。

毕业要求5：使用现代工具

开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具 5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。

5.2了解材料科学与工程专业重要资料来源及获取方法。

5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料科学与工程实践的能力。

毕业要求6：工程与社会

了解金属材料在工程及社会中的重要作用，并结合案例进行分析 6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价金属材料对环保、社会进步等的影响

6.2了解材料科学与工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂材料科学与工程问题解决方案的优劣。 3 毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点

6.3能正确认识材料科学与工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。

毕业要求7：环境和可持续发展

掌握金属材料可持续发展的概念，建立环保材料学的理念 7.1了解材料科学与工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。 课程目标4

7.2能正确理解和评价材料科学与工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。

毕业要求8：职业规范

建立牢固的专业观念，学以致用 8.1了解中国国情，理解金属材料在国民经济发展中的重要地位和作用。

8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德

8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。

毕业要求9 ：个人和团队

具有团队精神，发展自己在团队中的作用 9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。

9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。

9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。

毕业要求10：沟通

业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。 10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。

10.2 了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。

10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。

毕业要求11：项目管理

理解并掌握工程管理原理与经济决策方法 11.1了解材料科学工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。

11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。 4 毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点

11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。

毕业要求12：终身学习

具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。 12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。

12.2 能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。

12.3 能够适应社会进步与发展，与时代同步。

七、教学重点与难点：

教学重点：

熟练掌握钢的合金化原理，系统掌握服役条件—材料成分和编号—热处理工艺—组织结构—性能之间的关系。

教学难点：

金属材料合金化原理中的元素交互作用辩证关系，针对品种繁杂的钢种，灵活掌握其特点，具备初步应用的基本能力。

八、教学方法与手段：

教学方法：

(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,引入生动的工程案例，将知识性与趣味性有机结合;

(2)安排适量的课堂作业和课堂讨论,调动学生学习的主管能动性，要求学生通过课下资料查阅，掌握文献阅读、归纳和表达的基本能力。

教学手段：

(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,引入图像、视频等，生动教学；

(2)多引入工程案例，并结合知识点进行剖析。

九、教学内容与学时安排

（1）总体安排

教学内容与学时的总体安排，如表2所示。

表2 基本教学内容与学时安排

内 容 学 时

绪论 2

第一章 钢合金化原理 8

第二章 工程构件用钢 3

第三章 机器零件用钢 7

第四章 工模具用钢 6 5 第五章 不锈钢 2

第六章 耐热钢 2

第七章 铸铁 3

第八章 铝合金 1

第九章 铜合金 1

第十章 钛合金及其它有色金属 2

第十一章 金属功能材料 2

第十二章 金属基复合材料 2

课程总结 2

课堂讨论 5

总 计 48

（2）具体内容

各章节的具体内容如下：

绪论（金属材料的过去、现在和将来）：

1．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

2．基本要求

了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。

第一章 钢的合金化概论

1．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。

2．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

第二章 工程构件用钢 6 1．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

2．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

第三章 机器零用钢

1．教学内容

（1）机器零件用钢一般性能要求

（2）机器零件用钢：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）（超高强度钢简介）

（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展

2．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）了解超强度钢

（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展

第四章 工模具用钢

1．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

（3）冷作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种

（4）热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种

（5）其他工具用钢

2．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）了解其他工具用钢

第五章 不锈钢