西安交通大学：材料科学与工程专业《金相制备与分析实验》课程教学大纲

西安交通大学金相制备与分析实验课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 金相制备与分析实验 Metallographic Sample Preparation and Microstructure Analysis of Materials 课程编号 MATL401202 课程学分 1 学分 总学时 32 学时 学时分配 理论: 0 实验: 32 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，大学物理实验 教材、参考 书 及 其 他 资料 使用教材： [1]材料教学实验编写组主编.《材料组织性能与加工技术独立 实验》上册，西安：西安交通大学出版社，2015 年 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 金相制备与分析实验是材料科学与工程专业的一门专业综合独立实验课。配 合《材料科学基础》课程教学，围绕材料组织分析核心，以金属材料，特别是工 程中的重要的钢铁材料为实例，本课程开设了一系列的基础和综合实验，包括显 微镜的基本原理和使用、金相样品与晶粒度样品、定量分析样品的制备与组织显 示方法；热处理典型组织、结晶凝固组织、塑性变形与再结晶组织观察分析；以 及相图测定与组织分析和钢的热处理工艺组织性能与分析 2 个综合实验，培养学 生掌握材料研究与应用中的样品制备与组织性能分析这一最基本技能，同时强化 学生对材料科学相关基础知识掌握。 本课程要求学生：（1）掌握基本的实验技术，包括显微镜的基本原理和使用

金相样品制备技术、数码组织获取技术和硬度计的原理及使用方法；（2）加深对 钢铁合金组织的认识与理解，了解钢的热处理工艺与操作，能够对材料的成分、 工艺、组织与性能关系进行综合分析；（3）熟悉晶粒度样品、定量分析样品的制 备、组织显示方法，掌握晶粒度测定方法及定量分析软件测定技术；（3）熟悉金 属结晶凝固组织、塑性变形与再结晶组织与工艺关系；（4）能够利用二元相图和 三元相图分析合金平衡组织与非平衡典型组织。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 （1）材料与工艺设计能力 掌握热处理原理与工艺，综合分析热处理工艺、组织和性能间的关系，为完 成零件的热处理工艺设计打下基础。 支撑毕业要求指标点 3-2：能够针对材料在特定服役环境下对特殊性能、服 役寿命或其他需求，完成材料单元、部件的设计。 （2）开展实验并分析实验结果的能力 观察金属结晶凝固组织、塑性变形与再结晶组织，分析其与加工工艺的关系； 学会用热分析法测定相图，并能够利用相图分析和解释凝固结晶的组织；通过自 制相图和模拟堆垛晶体结构与缺陷，加深对相平衡、理想晶体结构及晶体缺陷等 材料科学基本概念的认识。 支撑毕业要求指标点 4-4：通过信息综合，对实验结果进行关联、分析和解 释，获得该类材料的成分-工艺-组织-性能之间的关系特征，最终得到合理有效的 结论。 （3）使用现代工具的能力 熟练掌握金相显微镜的基本原理和使用方法、金相样品制备技术、数码组织 获取技术，能够使用金相显微镜观察铁碳合金平衡组织与非平衡组织，并获取数 码组织照片；学会晶粒度测定方法，并能利用定量分析软件测定材料组织中晶粒 大小、分布等特征参数。 支撑毕业要求指标点 5-2：针对具体的复杂工程问题，能够采用金相显微镜、 SEM、TEM、XRD 等先进材料测试表征仪器及常用专业软件，对典型材料的成 分、结构及性能进行解析、模拟和预测。 （4）在团队中独立或合作开展工作的能力

培养学生团队协作意识，所有实验分小组进行，在组长的带领下，组员各自 承担分配的工作，锻炼其独立工作能力，并培养实验小组负责人的组织和协调能 力。 支撑毕业要求指标点 9-2：具有组织、协调和指挥能力，能在项目小组或团 队中承担个体、团队骨干成员。 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 L 课 程 目 标 2 M 课 程 目 标 3 M 课 程 目 标 4 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 第 1 单元 金相技术与钢铁 组织分析 实验 1、金相样品制备与金相 显微镜下组织显示观察 实验 2、铁碳合金平衡组织观 察与分析 实验 3、钢的热处理典型组织 与缺陷组织观察分析 实验 4、钢铁合金成分-工艺- 组织-性能综合分析 金相显微镜的基本原理和使 用，金相样品制备，数码组织 获取，钢铁合金平衡组织与非 平衡组织的特点，钢的热处理 工艺与操作，硬度计的原理及 使用方法 14 2 第 2 单元 定量金相技术 实验 5、奥氏体晶粒度样品的 制备与晶粒度测定 实验 6、金相定量分析与金相 样品组织的特殊显示 定量金相分析，晶粒度的概念 与测定方法，显微组织图像处 理 4 3 第 3 单元 结晶凝固与塑性变 晶体的生长形态和影响结晶 6

形组织 实验 7、结晶与晶体生长形态 观察 实验 8、二元共晶系合金的组 织观察与分析 实验 9、塑性变形与再结晶组 织观察与分析 的因素，共晶系合金的显微组 织特征，基于相图的合金结晶 组织分析，塑性变形与再结晶 的组织特点，变形度对再结晶 组织晶粒大小的影响规律 4 第 4 单元 材料相图与结构 实验 10、Pb-Sn 二元相图测定 及其组织分析 实验 11、晶体结构的堆垛模 型与位错模拟分析 实验 12、三元相图的制作 热分析法与材料的临界点测 定，晶体学相关基础概念，面 心立方结构和密排六方结构 堆垛次序，单位位错、肖克莱 不全位错及扩展位错，三元相 图的基本概念、投影图和结晶 过程 8

四、教学安排详表 序号 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实验、 上机、讨论） 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 单元 显微镜的基本原理和使用，金相样品 制备技术，数码组织获取技术，钢铁 合金平衡组织与非平衡组织的特点， 钢的热处理工艺与操作，硬度计的原 理及使用方法 14 实验、讨论 使学生掌握基本的金相制备技术，加深对钢铁合金组织 的认识与理解。了解钢的热处理工艺原理与操作，根据 钢铁材料的性能与应用等综合要求提出合适的热处理 工艺，获得需要的组织与性能，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 第二 单元 定量金相分析技术，晶粒度的概念与 测定方法，图像处理技术 4 实验 使学生学习奥氏体晶粒度的显示方法及测定方法，熟悉 奥氏体晶粒度的测定方法；熟悉用定量金相法测量晶粒 尺寸及相的相对量，熟悉定量金相样品组织的特殊显示 方法。 课程目标 3 课程目标 4 第三 单元 晶体的生长形态和影响结晶的因素， 共晶系合金的显微组织特征，用相图 分析合金结晶组织的方法，塑性变形 与再结晶的组织特点，变形度对再结 晶组织晶粒大小的影响。 6 实验 使学生能够利用二元相图和三元相图分析合金平衡组 织与非平衡典型组织，熟悉金属结晶凝固组织、塑性变 形与再结晶组织与工艺关系。 课程目标 2 课程目标 4 第四 单元 热分析法测定材料的临界点的方法， 晶体学相关基础概念，面心立方结构 和密排六方结构堆垛次序，单位位 错、肖克莱不全位错及扩展位错，三 元相图的基本概念、投影图和结晶过 程 8 实验 使学生能够根据材料的临界点建立二元合金相图，浇铸 二元合金并分析其组织；模拟堆垛面心立方和密排六方 晶体结构、以及面心立方晶体中的单位位错、肖克莱不 全位错及扩展位错；通过制作三元相图增加空间想象能 力和分析能力。 课程目标 2 课程目标 4