金属学与热处理(哈工大)第三版大纲

《金属学与热处理》课程教学大纲课程名称：金属学与热处理课程代码: 05224040课程类型：专业必修课程学分：3 总学时：48 理论学时：32 实验学时：16先修课程：高等数学材料力学适用专业：材料成型与控制技术、模具设计与制造一、课程性质、目的和任务本课程是“材料成型与控制技术、模具设计与制造”专业的专业必修课，是学习材料专业课的技术基础课。

它在基础课和专业课之间起桥梁作用。

只有在修完本课程之后，才能进入其他专业课的学习。

开设该课程的目的主要是向学生阐述金属学与热处理的基础知识，任务是使学生通过该课程的学习，掌握金属材料的成份、组织结构、热处理工艺与性能之间的相互关系及其变化规律，熟悉热处理基本工艺和常用工程材料的种类、成份、组织、性能特点，为后续专业课的学习奠定基础。

二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求通过本课程的学习，应使学生掌握金属学与热处理的基础知识，即金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用金相显微镜对金属及合金的组织进行观察及相应的实验能力；具备能用所学理论对金属材料热处理的一些实际工程问题进行分析的素质。

2、教学模式基本要求（课程主要教学环节要求，教学方法及手段要求）本课程的特点是理论抽象，空间结构多且复杂，理论性叙述多，计算内容少。

针对这些特点，在教学时应尽量结合工程实例来加深对基础理论的理解；有关金属组织的认识和识别对初学者来说是难度很大的内容，必须配合实验来加深认识。

三、教学内容及要求第一章金属的晶体结构要求学生掌握三种常见金属的晶体结构、晶体学基本概念、实际金属中三类晶体缺陷、合金中的两类基本相。

第二章纯金属金属的结晶要求学生掌握结晶的规律，结晶基本过程以及结晶后获得细晶粒的方法，了解晶核长大机理、铸锭组织形成过程、铸锭组织结构与性能特点。

第三章二元合金相图要求学生掌握二元合金相图的建立方法，熟悉匀晶相图．共晶相图、包晶相图的结构，正确地分析相应合金的结晶过程，画出示意图，并能熟练地运用杠杆定律计算相组成物的相对量。

一、概述1、热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺（1）目的：细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能更加均匀（2）预备热处理：热加工后为随后冷拔、冷冲压和切削加工或最终热处理作好组织准备的热处理（3）热处理原理：钢的加热转变、P转变、M转变、B转变和回火转变2、钢的临界温度：A1、A3、A cm（过冷度和过热度）（1）A c1：加热时P向A转变的开始温度A r1：冷却时A向P转变的开始温度（2）A c3：加热时先共析F全部融入A的终了温度A r3：冷却时A开始析出先共析F的温度（3）A ccm：加热时Fe3C II全部溶入A的终了温度A rcm：冷却时A开始析出Fe3C II温度二、珠光体转变1、P转变：过冷A在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行转变（1）实质：单相A分解为F和Fe3C两个新相的机械混合物的相变过程（2）扩散型相变：碳的重新分布和铁的晶格改组2、组织形态和机械性能（1）片状珠光体：由片层相间的F和Fe3C片组成P的片间距（S0）：相邻两片F或Fe3C之间的距离→P形成时的过冷度（越大、越小）一般片状珠光体：在光学显微镜下能明显分辨出F和Fe3C层片状组织形态S（细片状P）：只能在高倍光学显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态T（极细P）：只能在电子显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态机械性能：片间距和P团的直径片间距和直径越小，强度和硬度越高；片间距减小能提高塑性（2）粒状珠光体：F基体上分布着粒状Fe3C的组织球化退火或淬火后经过中、高温回火得到机械性能：Fe3C颗粒的大小、形态和分布Fe3C颗粒越细（相界面越多），强度和硬度越高碳化物接近等轴状、分布越均匀，韧性越好**成分相同，粒状P比片状P硬度稍低，但塑性较好；硬度相同，粒状P比片状P具有良好的拉伸性能；粒状P具有较好的切削加工性能、冷成型性能及淬火工艺性能3、珠光体形成过程：（1）片状P：形核（A晶界或相界面），长大（受碳的扩散控制）晶格重构是由Fe原子自扩散完成（2）粒状P：淬火组织回火、过冷A直接分解；冷却速度的大小和等温温度的高低三、马氏体转变1、M转变：钢从A状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在低于Ms点下发生的转变（1）实质：低温转变，非扩散性相变（Fe的晶格改组通过切边方式完成）（2）M：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有很高的硬度和强度2、M的组织形态（1）板条M（位错M）：由许多成群、相互平行排列的板条所组成空间形态：扁条状，小角晶界相间低、中碳钢、M时效钢、不锈钢亚结构：高密度位错位错胞：位错分布不均相互缠结，形成胞状亚结构（2）片状M（针状M）：大量显微裂纹（增加高碳钢脆性）空间形态：双凸透镜状，光学显微镜下呈针状或竹叶状最大尺寸：取决于原始A晶粒大小→隐晶M（光学显微镜无法分辨）亚结构：孪晶（孪晶M）细微孪晶区（3）影响M形态的因素：M的形成温度（A的化学成分，即碳和合金元素的含量）板条M：200℃以上；片状M：200℃以下碳浓度越高，板条M越少，片状M越多：降低Ms的合金元素促进片状M形成Ms以上不太高温度进行塑性变形，增加板条M的数量3、M的晶体结构：正方度（轴比c/a，表示碳的过饱和程度，取决于M的质量分数）4、M的性能：（1）M的硬度和强度：硬度取决于M的含碳质量分数；合金元素影响强度固溶强化、相变强化、时效强化、晶界强化（原始A晶粒大小及板条M束大小）（2）M的塑性和韧性：取决于含碳质量分数、组织形态和内部的亚结构片状M 硬而脆；板条M 具有较高的强度、硬度以及相当高的塑性、韧性（3）M 的物理性质：铁磁性，高的矫顽力，高电阻率等5、M 转变的特点：（1）热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆，相变驱动力与表面能和弹性应能之和（2）晶体学特点：无扩散性，切变性，共格性，严格的位向关系和惯习面（3）动力学特点：M 的降温转变，A 的稳定化（热稳定化和机械稳定化（两种））（4）M 转变的可逆性：A 可以在冷却时转变为M ，M 重新加热又能形成A四、贝氏体转变1、B 转变（中温转变）：介于珠P 和M 转变之间的一种转变既具有P 转变又具有M 转变的某些特征2、B 的组织形态：（1）上B ：成束分布、平行排列的F 和夹于其间的断续的条状Fe 3C 的混合物羽毛状，亚结构是位错（2）下B ：由含碳过饱和的片状F 和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物空间形态呈双凸透镜状，光学显微镜下呈黑色针状或竹叶状，亚结构是位错（3）粒状B ：形成于上B 转变区上限温度范围内，无论如何冷却都可有粒状B 的形成 分解为F 和碳化物形成P ；发生M 转变；富碳的A 全部保留亚结构是位错（密度不大）3、B 的机械性能：取决于B 的组织形态（1）上B ：强度和硬度较低，冲击韧性较低（2）下B ：良好的综合力学性能（等温淬火工艺得到）（3）粒状B ：良好的强韧性（复相强化作用）4、B 转变的特点：（1）B 转变的热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆（2）B 转变的晶体学特点：F 通过切变结构形成；一定的位向关系和惯习面（3）B 转变的动力学特点：F 的形成和碳化物的析出5、魏氏组织：从A 晶界上生长出来的F 或Fe 3C 近乎平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着P 的组织，这种组织称为魏氏组织（1）形成：魏氏组织中的F 按B 切变共格机理形成，相当于无碳B （易出现在过热钢中）（2）影响：常伴随A 晶粒粗大，使钢的机械性能尤其是塑性、韧性显著降低（3）消除方法：细化晶粒的正火、退火以及锻造等，严重可采用二次正火五、钢在加热中的转变1、奥氏体化过程：钢加热获得A 的转变过程（1）热力学条件：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆→A 的自由能低于P 的自由能（2）A 形成过程：形核、长大、剩余Fe 3C 溶解和A 均匀化形核：优先在F 和Fe 3C 的相界面上形成（浓度起伏、结构起伏、能量起伏） 长大：形核后便开始长大，F 向A 转变速度远大于Fe 3C 溶解速度剩余Fe 3C 溶解：趋于共析成分A 均匀化：均匀的单相A（3）A 形成速度：P 向A 转变开始、结束，剩余Fe 3C 溶解完毕，A 均匀化完成 孕育期：共析钢加热到A c1以上某一温度等温，A 并不是立即出现，而是需要保温一段时间才开始形成A 形核、长大阶段所需时间较短，剩余Fe 3C 溶解所需时间较长，A 均匀化更长（4）影响A 形成速度的因素：加热温度，原始组织，化学成分加热温度：加快扩散；增加自由能差原始组织：原始组织越细小，相界面积越大，A 形成越快化学成分影响：碳的质量分数，合金元素（扩散速度、临界温度、不均匀分布）2、A 的晶粒大小及其影响因素（1）A 的晶粒度：起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度起始晶粒度：A 转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的A 晶粒大小（N/G ） 实际晶粒度：钢在某一具体的热处理或热加工条件下获得的A 的实际晶粒大小 本质晶粒度：根据标准试验方法，在（930±10）℃保温3~8 h 后测得的A 晶粒大小 本质晶粒度表示钢在一定条件下A 晶粒长大的倾向性（本质粗晶粒钢、本质细晶粒钢），与炼钢的脱氧方法和钢的化学成分有关（2）影响A 晶粒长大的因素：升温或保温过程中A 晶粒长大的倾向加热温度和保温时间，加热速度，质量分数，合金元素影响3、过冷A（临界温度A1以下处于不稳定状态的A称为过冷A）等温转变：C曲线（1）过冷A等温转变曲线建立：膨胀法，磁性法，金相硬度法（2）过冷A等温转变曲线分析：A1以上是A稳定区；Ms至M f为M转变区（3）影响A等温转变曲线因素：含碳质量分数，合金元素，A状态，4、过冷A连续冷却转变：CCT图（1）过冷A连续冷却转变曲线建立：膨胀法，金相法，热分析法（2）过冷A连续冷却转变曲线分析：只有P和M转变区，没有B转变区共析钢和过共析钢没有B转变区（A的碳浓度高使B的孕育期长，连续冷却时来不及进行B转变便冷却至低温），亚共析钢由B转变区上临界冷却速度（临界淬火速度）：过冷A连续冷却过程中不发生分解，全部冷至Ms点以下发生M转变的最小冷却速度，v c，P+残余A下临界冷却速度：过冷A全部得到P的最大冷却速度，P+M**过冷A等温转变曲线和连续冷却转变曲线比较：①连续冷却转变过程中过冷A的转变温度低于相应的等温转变时的温度，且孕育期长②等温转变产物为单一的组织；连续冷却转变是在一定的温度范围内进行。

第十二章：马氏体相变概述：(1)钢经奥氏体化后快冷，抑制了扩散相变，在较低温度下发生无扩散相变转变为马氏体，是热处理强化的主要手段，对工业生产有十分重要的意义；(2)上个世纪初把高碳钢淬火后得到的脆而硬、具有铁磁性的针状组织称为马氏体，六十年代以来现代测试技术发展，对马氏体成分-组织-结构-性能之间有了较深刻的认识；(3)在除了钢以外的铁合金、非铁合金、陶瓷材料等发现了马氏体相变；(4)马氏体相变仍存在一些未知的问题(转变机理等)需待研究。

本章重点：马氏体相变的主要特点、马氏体的组织形态及性能、Ms点定义及影响因素。

本章难点：马氏体转变的主要特征、马氏体产生异常正方度的原因以及马氏体相变的晶体学位向关系。

§12-1 马氏体的晶体结构马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体。

具有体心立方点阵(C%极低钢)或体心正方(淬火亚稳相)点阵。

一、马氏体的点阵常数与C%的关系室温下马氏体的点阵常数与C%的关系由X-ray测得：式中，α=0.116±0.002；β=0.013±0.002；γ=0.046±0.001；ρ马氏体的含碳量(wt.%)；a0：α-Fe的点阵常数2.861Ǻ。

c=a0+αρ(12-1)a=a0-βρc/a=1+γρ0.40.81.21.62.02.842.923.04含碳量，%cac/a图12-1随C%提高，马氏体点阵常数c增大，a减小，正方度c/a增大，见图12-1二、马氏体的点阵结构及畸变图12-2马氏体为C在α-Fe中的过饱和固溶体。

C原子处于Fe原子组成的扁八面体间隙中心，此间隙在短轴方向的半径为0.19Ǻ，碳原子半径为0.77Ǻ，室温下C在α-Fe中的溶解度为0.006%，但钢中马氏体的含碳量远远此数。

C原子的溶入α-Fe后使体心立方变成体心正方，并造成α-Fe非对称畸变，这个畸变可视为一个强烈应力场，C原子位于此应力场中心。

三、新生马氏体异常正方度实验证明，许多钢新生成的马氏体(淬火温度得到的马氏体而不是室温)的正方度与式(12-1)不符，与式(12-1)比较c/a相当低称异常低正方度(Mn钢)；其点阵是体心正交的(a≠b≠c，a、b轴缩短c轴伸长)，与式(12-1)比较c/a相当高称异常高正方度(Al钢、高Ni钢)；其点阵是体心正方的(a=b≠c，a、b轴伸长c轴缩短)。

《金属学与热处理》教学大纲
一、课程基本信息
1.课程中文名称：金属学与热处理
2.课程英文名称：Metallographic and Thermal Treatment
3.总学时：108学时（其中理论80学时，实验28学时）
4.总学分：6学分
二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务
本课程是金属材料工程专业的专业必修课。

它是研究金属材料的成分、组织结构和性能之间关系，研究金属固态相变的基本原理和规律，研究如何控制材料内部组织，充分挖掘材料潜力的理论与方法的一门课程。

通过本课程的学习，使学生系统掌握金属学基本理论及基本知识，掌握金属组织特点及固态相变原理，掌握热处理工艺对组织、性能的影响规律，培养学生分析问题解决问题的能力，为后续课程的学习打下基础。

三、教学内容与教学基本要求
四、考核方式
作业完成情况，上课出勤率，上课提问, 考试
五、成绩评定
平时成绩20%（包括作业完成情况，上课出勤率，上课提问），考试成绩占80% 。

作业要求独立思考、独立完成。

六、本课程对学生创新能力培养的措施
1.加强实验教学环节，提高学生理论联系实际的能力。

2.布置一定的课外自学内容，培养学生自学能力。

通过自学，了解当代本学科的水平，发展动态，为以后工作奠定基础。

七、教材与参考书
教材：崔忠圻主编：《金属学与热处理》，机械工业出版社，2007年5月第2版
参考书：石德珂主编：《材料科学基础》，机械工业出版社，2003年7月第2版。

《金属学与热处理》课程教学大纲发布时间:2010-11-30浏览次数:59课程编号：课程名称：金属学与热处理/ Metallography and Thermal Treatment课程总学时/学分：64/4 （其中理论教学56学时，实验教学8学时）适用专业：冶金工程~、教学目的和任务本课程是冶金工程专业必修的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握金属学的基本理论，包括金属的晶体结构、金属的结晶、合金的相结构与相图、金属及合金的塑性变形与再结晶理论；掌握钢的热处理的原理与工艺与金属材料包括工业用钢、铸铁、有色金属及其合金的基本知识。

二、教学基本要求1.通过学习金属与合金的晶体结构、金属与合金的相图与结晶理论，使学生掌握金属学的基本概念、基本理论和基本知识以及金属及合金的成分-结构-组织-性能之间的关系及变化规律；2.通过学习金属及合金的塑变理论与热处理理论及工艺，使学生掌握金属及合金的成分-处理工艺-组织-性能-用途之间的关系及变化规律；3.通过学习工业用钢、铸铁、有色金属及其合金，使学生掌握常用金属材料的牌号、用途及其热处理方法；具有正确选用金属材料并能确定其热处理工艺的基本能力；4.具有金相分析的基本能力。

三、教学内容与学时分配第一章（知识领域1）:金属的晶体结构（6学时）（1）知识点：金属及晶体学的概念；金属的晶体结构、特征参数以及晶体缺陷。

（2）重点与难点：重点是金属的晶体结构、特征参数，难点是晶体缺陷。

第二章（知识领域2）:纯金属的结晶（6学时）（1）知识点：金属结晶的现象、结晶的条件、晶核的形成与晶核的长大、金属铸锭的组织与缺陷。

（2）重点与难点：重点是结晶的条件及结晶过程的控制，难点是晶核的长大机制。

第三章（知识领域3）:二元合金的相结构与结晶（8学时）（1）知识点：合金的基本概念及合金的相结构、二元合金相图的建立、二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图、其它类型的二元合金相图。

《金属学与热处理》考试大纲一、考试题型1、名词解释2、简答题3、论述题4、综合分析题二、考试参考用书《金属学与热处理》，崔忠圻、刘北兴编，哈尔滨工业大学出版社，2004年修订版三、考试内容第一部分金属学原理第一章金属及合金的晶体结构了解：了解位错的运动以及面缺陷；位错的弹性性质以及实际晶体结构中的位错。

掌握：掌握晶体学基础、金属的晶体结构以及合金相结构；晶体缺陷，包括点缺陷、线缺陷、位错的基本概念；第二章金属的结晶了解：结晶的基本规律；掌握：形核、长大以及晶粒大小的控制。

第三章固态金属中的扩散了解：扩散的宏观规律以及扩散的微观机制；掌握：影响扩散的因素。

第四章二元相图和合金的结晶了解：铁碳合金中碳的存在形式，二元相图的基本类型—匀晶相图、共晶相图、包晶相图；掌握：Fe-Fe3C相图及铁碳合金。

第五章三元合金相图了解：成分表示方法，三元匀晶相图、固态有限互溶、固态互不溶解的三元共晶相图和包共晶三元相图；第六章金属及合金的塑性变形了解：应力-应变曲线，多晶体及合金的塑性变形；掌握：单晶体的塑性变形规律，塑性变形对金属组织和性能的影响。

第七章回复与再结晶了解：金属的热加工。

掌握：回复、再结晶以及晶粒长大的基本概念和基本理论。

第二部分热处理原理及工艺第一章钢中奥氏体的形成了解：连续加热时奥氏体的形成规律。

掌握：奥氏体的组织结构和性能、奥氏体的形成机制以及奥氏体晶粒度概念、长大机制、影响因素和控制途径；第二章过冷奥氏体冷却转变图了解：过冷奥氏体连续冷却转变图（CCT图）的建立、分析。

掌握：过冷奥氏体等温冷却转变图（TTT图）的建立、分析以及影响因素。

第三章珠光体转变了解：亚（过）共析钢珠光体的形成；发生先共析转变的条件及先共析相的形态；钢中魏氏组织的形成；掌握：珠光体的组织形态、结构与性能以及珠光体的形成机制；影响珠光体转变动力学因素和珠光体的机械性能；第四章马氏体相变了解：影响马氏转变的动力学因素；马氏体转变的热力学条件；掌握：马氏体晶体结构以及转变的主要特征，影响马氏体(板条马氏体和片状马氏体)的形态、内部亚结构的因素；Ms点的定义及其影响因素；马氏体的机械性能；奥氏体稳定化。

材料科学与工程专业参考教材1．金属学与热处理，参考书：《金属学与热处理原理（第3版）》，崔忠圻刘北兴，哈尔滨工业大学出版社，20112．材料工程基础，参考书：《热加工工艺基础》，钱继峰，北京大学出版社，2006 3．材料工艺学，参考书：《钢的热处理》，胡光立谢希文，西北工业大学出版社，2004 第一部分专业综合课考试大纲理论考试部分（200分）《金属学与热处理》（70分）一、考试目的、性质与基本要求考试目的是考察考生是否具备进行材料科学与工程领域学习所要求的金属学与热处理基础知识。

本考试是测试材料类专业考生金属学与热处理基本知识和综合分析能力的水平考试。

要求学生全面掌握金属学与热处理的基本概念、基本规律、基本原理，要求能灵活运用金属学与热处理的基本理论综合分析金属材料中的基本问题。

二、考试形式本考试采取客观试题与主观试题相结合，基本概念与基本理论测试与计算和综合分析相结合的方法。

三、考试内容考试包括以下九部分内容：1、金属与合金的晶体结构掌握三种典型的晶体结构特点，掌握固溶体和金属化合物的分类及性能特点，了解面缺陷中的晶界及堆垛层错；熟练掌握晶胞、晶向指数和晶面指数的概念和指数的标定方法，熟练掌握点缺陷和线缺陷的特点、形成机制及对性能的影响。

2、纯金属的结晶了解金属铸锭的基本组织与常见缺陷；掌握金属结晶的基本规律：形核与过冷现象、纯金属的冷却曲线、晶体的生长方式、晶粒大小等。

3、二元合金相图与合金的凝固了解相的分类及影响相结构的因素，了解相图的分析与使用方法，了解成分过冷对晶体成长形状和铸锭组织的影响；掌握二元合金相图的表示方法与测定方法，掌握固溶体合金的平衡结晶与不平衡结晶，掌握典型合金的平衡、不平衡结晶及组织；熟练掌握相律与杠杆定律。

4、铁碳合金熟练掌握铁碳合金的基本相，Fe-Fe3C相图包括：相图中点、线、区及其意义，熟练掌握包晶转变、共晶转变、共析转变，熟练掌握铁碳合金的平衡结晶过程及组织：共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁，熟练掌握含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

第1章金属与合金的晶体结构1. 晶体、非晶体；晶胞、晶系、晶面指数与晶向指数；2. 三种典型金属晶体的原子排列方式、晶胞原子数、配位数、致密度、密排晶向与密排晶面、多晶型性；3. 合金中的相及其结构：固溶体、化合物；4. 点缺陷、位错、界面的基本概念。

第2章纯金属的结晶1. 纯金属结晶规律、结晶条件、结晶过程中的形核、长大过程与晶粒尺寸控制；2. 过冷度在结晶过程中的作用，临界晶核半径、临界形核功与过冷度之间的关系，细化晶粒的方法。

第3章二元合金相图和合金的凝固1. 二元合金相图建立与杠杆定律，二元相图的分析和使用；2. 二元合金凝固过程及组织形貌分析、平衡相、平衡组织计算；非平衡凝固过程及其组织分析、固溶体合金的结晶特点；3. 伪共晶、离异共晶、枝晶偏析、成分过冷的概念；4. 金属铸锭的组织与缺陷。

第4章铁碳合金1. Fe - Fe3C相图的特征温度点、碳含量、转变线、各区域的组成相、相图中的重要点（B包晶点、C共晶点、S共析点、E奥氏体最大含碳量、P铁素体最大含碳量等）、线（BHJ包晶转变线、ECF共晶转变线、PSK共析转变线、GS 线、ES线等）、相（铁素体、奥氏体、渗碳体）；2. 各种成分合金结晶过程分析、室温下的显微组织、相组成物、组织组成物相对量的计算、五种渗碳体的来源、形态及相对量的计算；3. 含碳量对钢的平衡组织及性能的影响。

室温下碳钢及白口铁的显微组织及含碳量范围。

第5章三元合金相图1. 三元合金相图的表示方法和三相平衡的定量法则；2. 简单三元相图及其合金结晶过程分析，组织组成物、相组成物相对量计算；三元相图的等温截面和变温截面。

第6章金属的塑性变形和再结晶1. 金属塑性变形的方式：滑移、孪生；2. 晶体滑移的位错机制、滑移带、滑移线、滑移的临界分切应力、滑移面、滑移方向、滑移系；3. 塑性变形对金属组织与性能的影响，位错强化机制、细晶强化机制；4. 冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化，回复与再结晶；5. 再结晶后的晶粒尺寸、影响再结晶晶粒尺寸和温度的主要因素、金属热加工的目的。

金属学与热处理课程代码：1013003总学时：96先修课程：普通化学、材料力学、物理化学、机械制造基础开课对象：金属材料工程专业一、课程的性质、目的与任务：1、性质：金属学与热处理是金属材料工程专业的一门主要技术基础课程，是该专业学生学习和研究工程材料及其工程技术的重要理论基础课程，其为进行进一步的专业课程学习打下理论和实验基础。

2、目的与任务：使学生掌握研究材料微观的方法，建立微观组织与宏观特性和性能间的联系与对应关系并通过实验掌握基本的金相实验方法。

二、教学基本内容与基本要求：3^基本内容(1)金属的晶体结构。

(2)纯金属结晶。

(3)二元合金的相结构与结晶。

(4)铁碳合金。

(5)三元合金相图。

(6)金属及合金的塑性变形与断裂。

(7)金属及合金的回复与再结晶。

(8)扩散。

(9)钢的热处理原理。

(10)钢的热处理工艺。

(11)工业用钢。

(12) 铸铁。

(13)有色金属及合金。

4、基本要求(1)掌握材料的基本结构、组织及与性能的联系。

(2)掌握材料的结晶过程及结晶过程组织变化的分析。

(3)利用相图分析材料的组织及组织转变。

(4)掌握金属的塑性变形过程及机理。

(5) 了解材料的强化途径及强化理论。

(教学要求：A -熟练掌握；B -掌握；C - 了解)本课程实验安排项目：16学时五、教学方法与教学手段1、教学方法采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以扩大学生的知识面为原则，增加课堂讨论内容，调动学生学习的主动性与积极性。

2、教学手段采用黑板教学、幻灯教学、挂图讲解等教学方法相结合，并开展电子教案、CAI课件的研制、引进和应用、研制多媒体教学系统。

六、建议教材与参考书目1、金属学与热处理，崔忠圻，机械工业出版社，2000.2、金属学原理，侯增寿，上海科学技术出版社，1990。

3、金属学与热处理，丁建生，机械工业出版社，20044、金属材料与热处理原理，赵忠，丁仁亮，周而康，哈尔滨工业大学出版社，2000o 七、大纲编写的依据与说明本课程教学大纲，是根据金属材料工程专业本科生培养目标与教学计划要求，结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求编写的。

一、退火1、退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺（1）相变重结晶退火：临界温度（A C1或A C3）以上（2）再结晶退火：临界温度以下（3）连续退火和等温退火（4）正火2、完全退火：将钢加热到A C3以上，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺（1）目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷，降低硬度，改善切削加工性能和冷塑性变形性能。

（2）加热温度：A C3以上20~30℃退火保温时间：工件透烧时间、组织转变所需时间（钢材化学成分、工件形状和尺寸、加热设备类型、装炉量以及装炉方式）冷却速度：缓慢，保证奥氏体在A r1温度以下不大的过冷条件下进行P转变（避免硬度过高）（3）等温退火：奥氏体化后很快降至稍低于A r1温度等温一段时间，可缩短退火时间3、不完全退火：将钢加热至A C1~A C3或A C1~A ccm之间，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺（1）组织：仅是P发生相变重结晶转变为A，基本上不改变先共析F或Fe3C形态和分布（2）优点：加热温度低，工艺周期短，消耗热量少，成本低，生产率高4、球化退火：使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺（不完全退火）（1）目的：降低硬度，改善切削加工性能，获得均匀组织，改善热处理工艺性能（为淬火作组织准备）（2）加熱溫度：A C1以上20~30℃，随炉加热保温时间：不能太长（2~4 h）冷却方式：炉冷，或在A r1以下20℃左右进行长时间等温处理（3）关键：使A中保留大量未溶碳化物质点，造成A中碳浓度分布不均匀性（4）一次球化退火等温球化退火（广泛应用）往复球化退火5、扩散退火（均匀化退火）：将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度，长时间保温，然后随炉缓慢冷却（1）目的：消除晶内偏析，使成分均匀化（2）实质：使钢中各元素的原子在A中充分扩散——温度高时间长（3）退火加热温度：A C3或A ccm以上150~300℃保温时间：根据钢件最大截面积厚度计算（4）组织：A晶粒十分粗大→进行一次完全退火或正火细化晶粒、消除过热缺陷（5）缺点：生产周期长，热能消耗大，设备寿命短，生产成本高，工件烧损严重6、去应力退火：（精加工或淬火之前）将工件加热至A C1以下某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（1）目的：消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂（2）退火加热温度：宽泛，根据具体情况而定（500~650℃）保温时间：根据工件的截面尺寸或装炉量冷却速度：保温后缓慢冷却，200~300℃后出炉空冷至室温7、再结晶退火（中间退火）：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温适当时间后，使变形晶粒重新转变为新的等轴晶粒，同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺（1）退火温度：高于再结晶温度（与金属化学成分和冷变形量有关）（2）一般钢材650~700℃，1~3 h，空冷（3）临界变形度→正火或完全退火代替再结晶退火二、正火1、正火：将钢加热到A C3或A ccm以上适当的温度，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，得到P类型组织的热处理工艺（1）加热温度与时间：与完全退火相同（A C3或A ccm以上30~50℃）冷却速度：较快亚共析钢正火组织析出的F较少，P较多且间距小转变温度：较低过共析钢正火可抑制先共析网状渗碳体的析出冷却方式：工件从炉中取出后空冷，大件可采用鼓风或喷雾等方式（2）实质：完全奥氏体化加伪共析转变（3）适用对象：碳素钢及低、中合金钢（4）应用：改善低碳钢的切削加工性能；消除中碳钢热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物（增加材料脆性，降低强度，降低零件疲劳寿命）；提高普通结构件的机械性能三、淬火1、淬火：将钢加热到临界点A C3或A ccm以上一定的温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺（1）实质：奥氏体化后进行马氏体转变（或贝氏体转变）（2）组织：马氏体（或下贝氏体），少量残余A及未溶的第二相（3）特点：提高工件的强度、硬度和耐磨性结构钢：淬火和高温回火（调制），获得较好的强度和塑性、韧性配合弹簧钢：淬火和中温回火，获得很好的弹性极限工具钢、轴承钢：淬火和低温回火，获得高硬度和高耐磨性2、淬火应力：热应力和组织应力（1）热应力：工件在加热或冷却过程中，由于不同部位的温度差异，导致热胀冷缩的不一致而产生的应力→快速冷却时工件截面上温差造成的快速冷却，表层先冷中心后冷，表层冷却快中心冷却慢冷却初期，表层冷却快、温度低、收缩量大，表层产生拉应力、心部产生压应力冷却后期，心部体积继续收缩，表层产生压应力、心部产生压应力（2）组织应力：工件在冷却过程中，由于温差造成的不同部位组织转变不同时性而引起的内应力→与钢在M转变温度范围的冷却速度、工件尺寸、钢的导热性、A的屈服强度，钢的含碳质量分数、M的比热容及钢的淬透性有关淬火初期，表层发生M转变体积膨胀，表层产生压应力、心部产生拉应力继续冷却，心部发生M转变体积膨胀，表层产生拉应力、心部产生压应力组织应力引起的残余应力与热应力恰好相反3、淬火加热：加热温度、加热时间、加热方式、选择介质（1）加热温度：根据钢的临界点确定，以得到均匀细小的A晶粒为原则、以便淬火后获得细小M组织亚共析钢：A C3+（30~50℃）共析钢和过共析钢：A C1+（30~50℃）低合金钢：根据临界点A C1或A C3、合金元素的作用确定，A C1或A C3+（50~100℃）（2）过热：工件在淬火加热时。

《金属学与热处理》课程教学大纲课程代号：ABJD0702课程中文名称：金属学与热处理课程英文名称：Meta11ographyandHeatTreatment课程类型：必修课程学分数：4学分课程学时数：64学时授课对象：材料成型与控制工程专业本课程的前导课程：高等数学，大学物理，画法几何及工程制图、材料力学、金工实习等课程一、课程简介《金属学与热处理》是材料成型与控制工程专业的专业基础课，着重阐述金属及合金的化学成分、组织结构与性能的内在联系以及在各种条件下的变化规律，比较全面系统地介绍金属与合金的晶体结构、金属及合金的相图与结晶、塑性变形与再结晶以及固态金属相变的基本理论。

并结合实例，从组织结构的角度出发来阐明问题，重点放在与金属材料学科有关的基本现象、基本概念、基本规律和基本方法上，以便为合理使用金属材料和制定热加工工艺规程，为从事金属与合金研究提供理论依据和线索。

通过对本课程的学习，使学生系统掌握《金属学与热处理》基本理论和基础知识，运用所学知识分析问题、解决问题，提高学生综合能力与素质，并为后继有关专业课程的学习打好基础；使学生在金属学基础理论方面具备阅读专业文献及进一步提高自学的能力；使学生具备运用金相光学显微分析方法分析金属及合金的组织、性能的能力。

通过课堂讲授，习题课和课堂讨论，课外作业，实验等教学环节的教学，重点培养学生的自学能力，动手能力，分析问题，解决问题的能力。

二、教学基本内容和要求第1章金属与合金的晶体结构课程教学内容：金属、金属的晶体结构、实际金属的的晶体缺陷。

课程的重点、难点：本章的重点是三种常见的金属晶体结构及其基本性能，实际金属晶体缺陷及其对性能的影响。

本章的难点是晶体结构缺陷。

课程教学要求：熟练掌握几何晶体学的基本知识和纯金属的三种典型的晶体结构；掌握晶面、晶向的表示方法；掌握合金相结构；掌握点缺陷、线缺陷与位错的基本概念，了解位错的运动以及面缺陷。

第2章纯金属的结晶课程教学内容：纯金属结晶的现象、金属的热力学条件、金属结晶的结构条件、形核、长大以及晶粒大小的控制。

《金属学与热处理》课程教学大纲课程名称：金属学与热处理课程代码：05224040课程类型：专业必修课程学分：3 总学时：48理论学时：32实验学时：16先修课程：高等数学材料力学适用专业：材料成型与控制技术、模具设计与制造一、课程性质、目的和任务本课程是“材料成型与控制技术、模具设计与制造”专业的专业必修课,是学习材料专业课的技术基础课。

它在基础课和专业课之间起桥梁作用。

只有在修完本课程之后，才能进入其他专业课的学习.开设该课程的目的主要是向学生阐述金属学与热处理的基础知识,任务是使学生通过该课程的学习，掌握金属材料的成份、组织结构、热处理工艺与性能之间的相互关系及其变化规律，熟悉热处理基本工艺和常用工程材料的种类、成份、组织、性能特点，为后续专业课的学习奠定基础.二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求通过本课程的学习，应使学生掌握金属学与热处理的基础知识,即金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律;初步学会使用金相显微镜对金属及合金的组织进行观察及相应的实验能力；具备能用所学理论对金属材料热处理的一些实际工程问题进行分析的素质。

2、教学模式基本要求（课程主要教学环节要求，教学方法及手段要求)本课程的特点是理论抽象,空间结构多且复杂,理论性叙述多，计算内容少。

针对这些特点，在教学时应尽量结合工程实例来加深对基础理论的理解；有关金属组织的认识和识别对初学者来说是难度很大的内容,必须配合实验来加深认识.三、教学内容及要求第一章金属的晶体结构要求学生掌握三种常见金属的晶体结构、晶体学基本概念、实际金属中三类晶体缺陷、合金中的两类基本相.第二章纯金属金属的结晶要求学生掌握结晶的规律，结晶基本过程以及结晶后获得细晶粒的方法，了解晶核长大机理、铸锭组织形成过程、铸锭组织结构与性能特点。

第三章二元合金相图要求学生掌握二元合金相图的建立方法，熟悉匀晶相图．共晶相图、包晶相图的结构，正确地分析相应合金的结晶过程,画出示意图，并能熟练地运用杠杆定律计算相组成物的相对量。