西安交通大学金属材料学课程教学大纲一、课程基本信息金属材料学课程名称Metallic Materials课程编号MATL501902322课程学分总学时理论：32实验：0上机：0课外：0学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课回专业选修课口集中实践口专业核心课□1-1□1-22-1□2-2□3-13-2开课学期4-1□4-2□5-1□5-2先修课程材料科学基础，材料工程基础教材、参考使用教材：书及其他[1]金属材料及热处理学.长沙：中南大学出版社，2010资料参考教材：[1]胡光立，谢希文主编，《钢的热处理》，西安：西北工业大学出版社，2012年[2]沈莲主编，《机械工程材料》（第四版).北京：机械工业出版社，2018年二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求本课程以金属材料的性能为核心、为学生讲授金属材料成分-工艺-组织-性能-应用等五个维度的相关理论与工艺实践。主要培养学生将金属材料的基础理论与工程应用实践结合，能够进行实际零件的服役情况与复杂的受力情况分析，提出材料成分和微观组织特点；具备设计材料成分或者热处理工艺流程，实现需要的微观组织与力学性能。课程教学中既要给学生讲授金属固态相变的原理和理论，又要强调基于固态
西安交通大学金属材料学课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 金属材料学 Metallic Materials 课程编号 MATL501902 课程学分 2 总学时 32 学时分配 理论: 32 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础，材料工程基础 教材、参考 书及其他 资料 使用教材： [1]金属材料及热处理学. 长沙：中南大学出版社，2010 参考教材： [1] 胡光立，谢希文 主编.《钢的热处理》.西安：西北工业大学 出版社，2012 年 [2]沈莲 主编，《机械工程材料》(第四版).北京：机械工业出版 社，2018 年 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程以金属材料的性能为核心、为学生讲授金属材料成分-工艺-组织-性能 -应用等五个维度的相关理论与工艺实践。主要培养学生将金属材料的基础理论 与工程应用实践结合，能够进行实际零件的服役情况与复杂的受力情况分析，提 出材料成分和微观组织特点；具备设计材料成分或者热处理工艺流程，实现需要 的微观组织与力学性能。 课程教学中既要给学生讲授金属固态相变的原理和理论，又要强调基于固态
相变理论发展的各种金属热处理工艺以及实际应用，让学生体会不同的金属材料因为具有不同相变特点因而选择相应的热处理和热加工工艺，锻炼学生具体问题具体分析的思维方式。让学生了解材料制备与加工、热处理技术的发展趋势，让学生体会学科技术和知识理论是不断发展和完善的，使学生树立自主学习和终身学习的意识。要求学生撰写一份自学报告，培养学生自主学习和终身学习能力。要求学生掌握金属固态相变的类型、基面的作用以及固态相变的基本规律；以钢铁材料为例，掌握钢铁材料加热过程中组织转变，重点掌握钢的过冷奥氏体转变动力学理论和规律，掌握钢的珠光体转变、马氏体转变和贝氏体转变机制及其组织与性能，掌握钢萍火马氏体加热回火转变规律，在此基础上熟悉钢的常用热处理工艺及其实际应用。要求学生熟悉钢铁材料和有色金属的特点与热处理工艺的选择及依据：使学生了解金属材料强韧化设计的基本理论和合理选材的基本原则和思路。开展课堂讨论，学生就教师的提问或者布置的专题进行讨论和交流，培养学生沟通交流能力。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1使学生掌握金属材料固态相变理论、热处理原理与工艺、金属强韧化机制，并掌握工程中常用金属材料的组织与性能特点。支撑毕业要求1-4：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料科学基础、材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解决材料领域的复杂工程问题。2复杂工程问题分析能力能够运用金属材料的相关知识对材料实际应用中的问题进行分析，能够对比分析不同材料或者不同热处理工艺获得的组织与性能特点，提出多种解决方案和途径，获得有效结论。支撑毕业要求指标点2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程问题中材料成分-工艺-组织一性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径，获得有效结论。3材料与工艺设计与创新能力针对材料领域的复杂工程问题，设计/开发出解决方案并能体现创新意识，获得满足特定需求的材料成分体系、组织结构或工艺流程。在设计中能够在考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。支撑毕业要求指标点3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素
相变理论发展的各种金属热处理工艺以及实际应用，让学生体会不同的金属材料 因为具有不同相变特点因而选择相应的热处理和热加工工艺，锻炼学生具体问题 具体分析的思维方式。让学生了解材料制备与加工、热处理技术的发展趋势，让 学生体会学科技术和知识理论是不断发展和完善的，使学生树立自主学习和终身 学习的意识。要求学生撰写一份自学报告，培养学生自主学习和终身学习能力。 要求学生掌握金属固态相变的类型、基面的作用以及固态相变的基本规律； 以钢铁材料为例，掌握钢铁材料加热过程中组织转变，重点掌握钢的过冷奥氏体 转变动力学理论和规律，掌握钢的珠光体转变、马氏体转变和贝氏体转变机制及 其组织与性能，掌握钢淬火马氏体加热回火转变规律，在此基础上熟悉钢的常用 热处理工艺及其实际应用。要求学生熟悉钢铁材料和有色金属的特点与热处理工 艺的选择及依据；使学生了解金属材料强韧化设计的基本理论和合理选材的基本 原则和思路。开展课堂讨论，学生就教师的提问或者布置的专题进行讨论和交流， 培养学生沟通交流能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 使学生掌握金属材料固态相变理论、热处理原理与工艺、金属强韧化机制，并 掌握工程中常用金属材料的组织与性能特点。 支撑毕业要求 1-4：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料科学基础、 材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解决材料领域 的复杂工程问题。 2 复杂工程问题分析能力 能够运用金属材料的相关知识对材料实际应用中的问题进行分析，能够对比 分析不同材料或者不同热处理工艺获得的组织与性能特点，提出多种解决方案和 途径，获得有效结论。 支撑毕业要求指标点 2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程 问题中材料成分-工艺-组织-性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径， 获得有效结论。 3 材料与工艺设计与创新能力 针对材料领域的复杂工程问题，设计/开发出解决方案并能体现创新意识， 获得满足特定需求的材料成分体系、 组织结构或工艺流程。 在设计中能够在考 虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。 支撑毕业要求指标点 3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料 系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法 律、文化及环境等因素
4与同行沟通交流能力培养学生沟通与交流能力，能够针对材料实际应用需求撰写问题来源、现状和解决措施等，并能有效地与班级同学或者小组成员进行交流沟通。支撑毕业要求指标点10-3：能够就材料领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。5终身学习与适应社会发展的能力通过自学环节，针对特定专题布置自学任务，让学生通过查阅文献或调研，对专题的现状和进展进行综述和概况，撰写自学报告，有效培养学生自学能力，强化终身学习意识和适应社会发展的能力。支撑毕业要求指标点12-1：了解材料领域的发展趋势和科学前沿，以及最新的材料科学研究成果。能认识不断学习和探索的必要性，具有自主学习和终生学习的意识。课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求673589101224111课程目标课程目标1M课程目标2M课程目标3M课程目标4M课程目标5M注：1,2,3..·.·12对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介序号章节名称知识点参考学时11绪论金属材料的性能优点，金属材料的21.1第一节金属材料在人类历史中的作用重要应用1.2第二节金属材料尤其钢铁材料在现代人类社会中的作用22固态相变导论形核与长大、新相的形状、相变热2力学与动力学、界面、相变类型2.1固态相变的基本类型2.2固体中的界面2.3固态相变的一般规律3钢的热处理原理与工艺3过冷奥氏体的转变动力学、珠光体83.1钢在加热时的组织转变转变、贝氏体转变、马氏体转变、3.2钢的过冷奥氏体转变动力学淬火马氏体加热过程中的转变，退3.3珠光体转变与钢的退火与正火火，淬火与回火，正火的工艺特点3.4马氏体转变与钢的正火及其应用，钢的表面热处理工艺分
4 与同行沟通交流能力 培养学生沟通与交流能力，能够针对材料实际应用需求撰写问题来源、现 状和解决措施等，并能有效地与班级同学或者小组成员进行交流沟通。 支撑毕业要求指标点 10-3：能够就材料领域的复杂工程问题与业界同行 及社会公众进行有效沟通和交流。 5 终身学习与适应社会发展的能力 通过自学环节，针对特定专题布置自学任务，让学生通过查阅文献或调研， 对专题的现状和进展进行综述和概况，撰写自学报告，有效培养学生自学能力， 强化终身学习意识和适应社会发展的能力。 支撑毕业要求指标点 12-1：了解材料领域的发展趋势和科学前沿，以及 最新的材料科学研究成果。能认识不断学习和探索的必要性，具有自主学习和 终生学习的意识。 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕 业 要 求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课程目标1 M 课程目标2 M 课程目标3 M 课程目标4 M 课程目标5 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 1 绪论 1.1 第一节金属材料在人类历史中的作用 1.2 第二节金属材料尤其钢铁材料在现代 人类社会中的作用 金属材料的性能优点，金属材料的 重要应用 2 2 2 固态相变导论 2.1 固态相变的基本类型 2.2 固体中的界面 2.3 固态相变的一般规律 形核与长大、新相的形状、相变热 力学与动力学、界面、相变类型 2 3 3 钢的热处理原理与工艺 3.1 钢在加热时的组织转变 3.2 钢的过冷奥氏体转变动力学 3.3 珠光体转变与钢的退火与正火 3.4 马氏体转变与钢的正火 过冷奥氏体的转变动力学、珠光体 转变、贝氏体转变、马氏体转变、 淬火马氏体加热过程中的转变，退 火，淬火与回火，正火的工艺特点 及其应用，钢的表面热处理工艺分 8
3.5回火转变与钢的回火类，工艺特点及应用3.6贝氏体转变与钢的等温淬火3.7钢的表面热处理4金属强韧化导论金属材料强度、塑性与韧性的本质444.1金属材料的强度、塑性与韧性与含义，强化机制，增韧机制，强4.2强化机制塑性倒置规律的本质，提高塑性与4.3改善塑性与韧性的机制韧性的机制，强韧化的意义，实现4.4环境对强韧性的影响合金强韧化的特殊工艺及研究进展4.5金属强韧化的研究进展55钢铁材料不同种类钢中的合金元素及其作585.1钢的合金化基础用，结构钢的成分、性能与应用，5.2结构用钢机器零件用钢的成分、性能与应5.3机器零件用钢用，工具钢的成分特点、加工与热5.4工具钢处理工艺、组织、性能与应用，特5.5不锈钢殊性能钢（不锈钢与耐热钢）的成5.6耐热钢分、组织、性能与应用，铸铁的成5.7铸铁分、石墨形态、性能与应用66有色金属及合金铝合金分类，铝合金的强化及工66.1铝及铝合金艺，铝合金的性能与工程应用，钛6.2钛及钛合金合金的分类，钛合金的强化与工6.3镁及镁合金艺，钛合金的性能与工程应用，镁合金的成分与类，镁合金的性能及特点与热处理工艺，镁合金的工程应用7机械零件的选材零件失效分析的基本思路，选材原727.1金属材料与零件的失效分析则，轴、齿轮等典型零件的选材案例7.2选材的基本原则7.3典型零件的选材分析及应用案例四、教学安排详表
3.5 回火转变与钢的回火 3.6 贝氏体转变与钢的等温淬火 3.7 钢的表面热处理 类，工艺特点及应用 4 4 金属强韧化导论 4.1 金属材料的强度、塑性与韧性 4.2 强化机制 4.3 改善塑性与韧性的机制 4.4 环境对强韧性的影响 4.5 金属强韧化的研究进展 金属材料强度、塑性与韧性的本质 与含义，强化机制，增韧机制，强 塑性倒置规律的本质，提高塑性与 韧性的机制，强韧化的意义，实现 合金强韧化的特殊工艺及研究进 展 4 5 5 钢铁材料 5.1 钢的合金化基础 5.2 结构用钢 5.3 机器零件用钢 5.4 工具钢 5.5 不锈钢 5.6 耐热钢 5.7 铸铁 不同种类钢中的合金元素及其作 用，结构钢的成分、性能与应用， 机器零件用钢的成分、性能与应 用，工具钢的成分特点、加工与热 处理工艺、组织、性能与应用，特 殊性能钢（不锈钢与耐热钢）的成 分、组织、性能与应用，铸铁的成 分、石墨形态、性能与应用 8 6 6 有色金属及合金 6.1 铝及铝合金 6.2 钛及钛合金 6.3 鎂及镁合金 铝合金分类，铝合金的强化及工 艺，铝合金的性能与工程应用，钛 合金的分类，钛合金的强化与工 艺，钛合金的性能与工程应用，镁 合金的成分与类，镁合金的性能及 特点与热处理工艺，镁合金的工程 应用 6 7 7 机械零件的选材 7.1 金属材料与零件的失效分析 7.2 选材的基本原则 7.3 典型零件的选材分析及应用案例 零件失效分析的基本思路，选材原 则，轴、齿轮等典型零件的选材案 例 2 四、教学安排详表
对课程目学时教学教学要求序号教学内容标的支撑分配方式（知识要求及能力要求）关系主要讲述金属材料在人类历史中的作掌握金属材料的性能特点，了解金属材料对当今社会经济建设第一章授课课程目标5用：介绍金属材料尤其钢铁材料在国民的重要作用。增加学生对专业的认同感。经济建设中的重要和关键作用固态相变的含义、特点与分类，固态相使学生掌握金属固态相变的相关理论，用于分析金属材料相变课程目标1第二章授课变的热力学与动力学基础，新相形核与2现象和引起的组织与性能变化课程目标2界面的作用过冷奥体的转变动力学，过冷奥氏体课程目标1转变类型与产物、性能及其应用，净火使学生能够根据钢铁材料的性能与应用等综合要求设计多种授课/第三章马氏体加热过程中的转变：工业中的四8热处理工艺，通过比较，获得合适的工艺，满足实际零件的性课程目标3讨论课程目标4把火及其具体应用，表面热处理的目的能需求。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通能力。及其工程应用。使学生掌握金属强度、塑性与韧性三大性能指标的物理意义，金属材料的强度、塑性（或者韧性）含了解强度与韧性此消彼长的本质，能够根据强化与韧化的思路课程目标1授课/义，强度与塑性（韧性）此消彼长的规提出增加金属材料强度与韧性的解决方案（从微观组织层次），第四章7课程目标3自学律及机制，金属的强韧与增韧机制，金了解当前金属强韧化的研究进展。通过自学，让学生了解当前课程目标5属强韧化的重要性。科技人员在强韧化研究的取得进展和成果，让学生体会科学技术的持续发展，培养终身学习的能力。学生掌握常用钢铁材料的成分、组织与性能及其工程应用领钢的合金化理论，结构用钢、特殊性能课程目标1授课/域：对于具体的零件和工具，能够根据其性能要求确定合适的第五章钢以及铸铁的成分、组织与性能，以上8课程目标2讨论钢铁材料，明确成分、组织与性能。通过课堂讨论培养学生交几种钢铁材料的实际工程应用课程目标4流与沟通能力。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通能力
序号 教学内容 学时 分配 教学 方式 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目 标的支撑 关系 第一章 主要讲述金属材料在人类历史中的作 用；介绍金属材料尤其钢铁材料在国民 经济建设中的重要和关键作用 2 授课 掌握金属材料的性能特点，了解金属材料对当今社会经济建设 的重要作用。增加学生对专业的认同感。 课程目标 5 第二章 固态相变的含义、特点与分类，固态相 变的热力学与动力学基础，新相形核与 界面的作用 2 授课 使学生掌握金属固态相变的相关理论，用于分析金属材料相变 现象和引起的组织与性能变化 课程目标 1 课程目标 2 第三章 过冷奥氏体的转变动力学，过冷奥氏体 转变类型与产物、性能及其应用，淬火 马氏体加热过程中的转变；工业中的四 把火及其具体应用，表面热处理的目的 及其工程应用。 8 授课/ 讨论 使学生能够根据钢铁材料的性能与应用等综合要求设计多种 热处理工艺，通过比较，获得合适的工艺，满足实际零件的性 能需求。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通能力。 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 第四章 金属材料的强度、塑性（或者韧性）含 义，强度与塑性（韧性）此消彼长的规 律及机制，金属的强韧与增韧机制，金 属强韧化的重要性。 4 授课/ 自学 使学生掌握金属强度、塑性与韧性三大性能指标的物理意义， 了解强度与韧性此消彼长的本质，能够根据强化与韧化的思路 提出增加金属材料强度与韧性的解决方案（从微观组织层次）， 了解当前金属强韧化的研究进展。通过自学，让学生了解当前 科技人员在强韧化研究的取得进展和成果，让学生体会科学技 术的持续发展，培养终身学习的能力。 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 5 第五章 钢的合金化理论，结构用钢、特殊性能 钢以及铸铁的成分、组织与性能，以上 几种钢铁材料的实际工程应用 8 授课/ 讨论 学生掌握常用钢铁材料的成分、组织与性能及其工程应用领 域；对于具体的零件和工具，能够根据其性能要求确定合适的 钢铁材料，明确成分、组织与性能。通过课堂讨论培养学生交 流与沟通能力。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通能力 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 4