《固态相变原理》课程教学大纲

固态相变原理一、课程介绍《固态相变原理》是材料类本科专业一门学科基础主干课程，在专业课中起着承前启后的作用，本课程为后继课程深入研究金属成分组织性能之间的关系提出手段、方法和设备，综合应用专业课知识和实验技术，解决材料热处理研究、生产中的实际问题。学生学习本课程后，不仅在合理地正确选择和使用材料和合理制定各种热加工规范，而且更重要的是培养从事金属材料和工艺组织性能的研究方面具有一定的能力。本课程所讲述的内容有金属固态相变的基本规律、钢中奥氏体的形成、过冷奥氏体冷却转变图、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变、淬火钢回火时的转变等七章，教学部分包括40学时，实验8学时，以期末闭卷考试形式结课。IntroductionThisteachingisoneofthecompulsorycoursesforthestudentsmajoringinmaterialsscience.Theprimarypurposeistoinspiretheseundergraduatestostudyandachievethesystematicandcomprehensiveknowledgeonthemicrostructures,technologiesandproperties,aswellastheunderlyingrelationshipofmaterialsinsolidphasetransformationfortheoreticallydirectingtheirfutureprofessionalwork.Afterstudyinginthiscourse,thestudentsshouldexhibitacertaincapabilitynotonlytocorrectlychooseandutilizematerialsandtheirheattreatmenttechnologies,butalsotoworkonthemetalmaterialsandtheirprocessingtechnologies,structuresandproperties.Thecontentofthisbookincludes:basicprincipleofsolid-statephasetransitioninmetallicmaterials,formationofausteniteinsteel,phasediagramforsupercooledaustenite,pearlitetransformation,martensitetransformation,Bainitetransformation,phasetransformationofquenchedsteelintemperingcourse.Therearetotallysevenchapterstotake40theoreticallessonsand8labtutorials.Theteachingisclosedbyanexaminationintheendofterm.课程基本信息课程名称固态相变原理课程编码432301英文名称SolidPhaseTransformationsinAlloys课程学时48课程学分3课程类别学科基础课程课程性质选修课（限选）开课学期第6学期课内实验学时8适用专业材料科学与工程（金属材料工程模块）、材料成型及控制工程开课单位金属材料工程系选用教材《合金固态相变》.中南大学出版社，2008-9-1出版.主要参考书.《金属固态相变教程》.冶金工业出版社，2003.刘宗昌等编著..《金属热处理原理》.机械工业出版社出版，1981.刘云旭主编.二、教学大纲1、教学目的学习课程的主要目的是使学生较全面系统地获得材料的固态相变的组织、工艺与材料性能及应用之间的相互关系，为以后的业务工作打好理论基础。学生学习本课程后，不仅在合理地正确选择和使川材料和合理制定各种热加工规范，而且更重要的是培养从事金属材料和工艺组织性能的研究方面具有一定的能力。2、教学要求通过本课程学习，要求学生掌握金属材料中相变的基本规律，主要是钢中组织转变的基本规律，具有运用金属材料中相变的基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力；同时应掌握成分、组织与性能之间的关系，对金属材料具有一定的分析和研究能力，为提高机械产品质量，充分发挥现有材料的潜力，合理制定热处理工艺，发展新材料利新工艺奠定良好的理论基础.3、预备知识或先修课程要求该课程的先行课为物理化学、金属学等，平行课有金属力学性能等，后继课程有金属热处理工艺学、材料的现代测试技术、金属材料学、金属物理性能等。先行课金属学的主要任务是认识金属和合金的本质及影响其性能的基本因素。本课程为后继课程深入研究金属成分组织性能之间的关系提出手段、方法和设备，综合应用专业课知识和实验技术，解决材料热处理研究、生产中的实际问题。应先修完高等数学、化学、大学物理、物理化学、工程力学、材料热力学、材料科学基础等课程。4、教学方式课程由理论课堂和实验操作引导两部分组成，一律采用多媒体教学。理论授课48学时,教师讲授与课堂讨论相结合；实验操作引导8学时，以学生操作、设计为主，教师引导、答疑为辅。5、实验环境和设备（1）硬件环境：每个学生一台微型计算机及数码金相显微镜；另配有一台正立智能材料显微镜（蔡司）。（2）软件环境：网络互动管理软件、OPTPr。图像处理软件及Axi。Imaging图像处理软件。6、课程教学内容及学时分配第1章金属固态相变的基本规律（5学时）金属及其热处理工艺发展历程合金固态相变的相关基本概念固态相变的分类按热力学分类按动力学分类固态相变的一般特征固态相变的形核和长大教学重点、难点：学科发展简介、基本概念、固态相变的分类及其热力学和动力学特征第2章钢中奥氏体的形成（5学时）2.1奥氏体及其特征钢的奥氏体等温转变钢中奥氏体的连续加热转变奥氏体晶粒长大及控制教学重点、难点：重点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；了解连续加热时奥氏体的形成规律。第3章过冷奥氏体冷却转变图（4学时）过冷奥氏体等温转变动力学图过冷奥氏体连续冷却转变热处理过程与工艺教学重点、难点、学时分配：掌握过冷奥氏体等温冷却转变图（TTT图）的建立、分析以及影响因素和过冷奥氏体连续冷却转变图（CCT图）的建立、分析。第4章珠光体转变（6学时）珠光体组织及特征2珠光体转变过程及形态特征珠光体转变动力学及其影响因素珠光体力学性能教学重点、难点：重点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；重点掌握影响珠光体转变动力学因素和珠光体的机械性能；了解亚（过）共析钢珠光体的形成;钢中魏氏组织的形成。第5章马氏体相变（9学时）马氏体的晶体学马氏体的组织形态马氏体相变分类和特征马氏体转变机理马氏体性能与影响因素奥氏体稳定化马氏体相变的应用教学重点、难点：重点掌握马氏体晶体结构以及新生马氏体的异常正方度、马氏体转变的主要特征、马氏体（板条马氏体和片状马氏体）的形态学；影响马氏转变的动力学因素；马氏体转变的热力学条件；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。第6章贝氏体转变（6学时）贝氏体的分类和定义贝氏体组织结构和晶体学特征贝氏体的相变机制与动力学贝氏体的力学性能教学重点、难点、学时分配：掌握贝氏体转变的基本特征；贝氏体（B上和B下）的组织形态；了解贝氏体的转变机制和贝氏体的机械性能。第7章淬火钢回火时的转变（5学时）淬火碳钢回火过程中的组织变化合金元素对回火转变的影响淬火碳钢回火时力学性能的变化教学重点、难点：重点掌握淬火钢回火时的组织转变规律，包括碳原子在马氏体内的偏聚、马氏体的分解-回火马氏体、残余奥氏体的转变、二次淬火、碳化物的转变、二次硬化;a相的回复与再结晶碳化物聚集球化；掌握淬火钢回火时机械性能的变化；回火脆性及防止方法。7、实验项目内容、学时分配、实验小组序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组人数实验地点教学要求1钢的奥氏体晶粒度的测量数码金相显微镜的操作及图像分析软件的使用，奥氏体晶粒度的显示和测量。综合性21金属材料实验教学中心依据实验效果进行评价：优秀、良好、一般、合格及不合格。2珠光体、马氏体、贝氏体显微组织观察及分析珠光体、贝氏体和马氏体等显微组织的观察，掌握非平衡冷却条件下过冷奥氏体转变组织形貌特征。验证性21序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组人数实验地点教学要求3钢的热处理工艺及性能分析对不同热处理工艺条件下的碳钢及合金钢，进行硬度测量、金相试样制备和组织观察，更好理解钢铁材料中成分