《金属材料专业实验1》教学大纲课程编号：B04040400课程名称：金属材料专业实验1英文名称：ProfessionalExperimentsforMetalMaterialsEngineering1课程性质：专业必修课学时/学分：64/2考核方式：撰写实验报告，期未闭卷考试选用教材：材料科学与工程实验讲义（自编）；材料科学与工程仿真实验教学讲义（自编）先修课程：材料科学基础，金属工艺学，材料测试与研究方法，材料科学导论后继课程：金属材料专业实验2适用专业及层次：金属材料工程专业本科生大纲执笔人：张萍萍大纲审核人：孙瑞雪一、教学目标金属材料专业实验1是金属材料工程专业的一门综合性、应用性较强的必修课程。本实验课程是为加深学生对教师课堂教学内容的理解及应用，并锻炼学生操作实验的技能而开设的，其目的是使学生掌握材料结构研究与分析、金属材料性能测试、金属材料成型、金属材料热处理、材料腐蚀与防护、新材料开发等领域的基本知识及技能。通过本课程的学习，要求学生达到以下目标：课程目标1：掌握金属材料制备及成型的基本实验知识：合金配制、熔铸工艺、热处理及成型等工艺的原理及操作。课程目标2：掌握对金属材料制品进行物化及力学性能检测、质量控制、腐蚀与防护的基础知识和技能，能操作检测设备对常见金属材料的基本性能进行检测。课程目标3：学习常用的金属材料组织分析设备的工作原理和基本操作，能操作设备对金属材料进行简单的结构表征与分析。课程目标4：熟练操作虚拟仿真软件，能通过软件对金属材料的成型加工、结构表征、性能测试及热处理工艺等进行虚拟操作与分析。课程目标5：具备依据实验方案，选取实验设备，进行实验操作的能力。课程目标6：养成自主记录分析实验数据，汇总实验结果，撰写实验报告的能力。课程目标7：具有良好的团队协作与组织管理能力、人际交往能力，能够在团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，并能与团队成员进行有效沟通和交流。二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系毕业要求指标点课程目标
《金属材料专业实验 1》教学大纲 课程编号： B04040400 课程名称： 金属材料专业实验 1 英文名称： Professional Experiments for Metal Materials Engineering 1 课程性质： 专业必修课 学时/学分： 64/2 考核方式： 撰写实验报告，期末闭卷考试 选用教材： 材料科学与工程实验讲义（自编）； 材料科学与工程仿真实验教学讲义（自编） 先修课程： 材料科学基础，金属工艺学，材料测试与研究方法，材料科学导论 后继课程： 金属材料专业实验 2 适用专业及层次： 金属材料工程专业 本科生 大纲执笔人： 张萍萍 大纲审核人： 孙瑞雪 一、教学目标 金属材料专业实验 1 是金属材料工程专业的一门综合性、应用性较强的必修课程。本实 验课程是为加深学生对教师课堂教学内容的理解及应用，并锻炼学生操作实验的技能而开设 的，其目的是使学生掌握材料结构研究与分析、金属材料性能测试、金属材料成型、金属材 料热处理、材料腐蚀与防护、新材料开发等领域的基本知识及技能。通过本课程的学习，要 求学生达到以下目标： 课程目标 1：掌握金属材料制备及成型的基本实验知识：合金配制、熔铸工艺、热处理及成 型等工艺的原理及操作。 课程目标 2：掌握对金属材料制品进行物化及力学性能检测、质量控制、腐蚀与防护的基础 知识和技能，能操作检测设备对常见金属材料的基本性能进行检测。 课程目标 3：学习常用的金属材料组织分析设备的工作原理和基本操作，能操作设备对金属 材料进行简单的结构表征与分析。 课程目标 4：熟练操作虚拟仿真软件，能通过软件对金属材料的成型加工、结构表征、性能 测试及热处理工艺等进行虚拟操作与分析。 课程目标 5：具备依据实验方案，选取实验设备，进行实验操作的能力。 课程目标 6：养成自主记录分析实验数据，汇总实验结果，撰写实验报告的能力。 课程目标 7：具有良好的团队协作与组织管理能力、人际交往能力，能够在团队中承担个体、 团队成员以及负责人的角色，并能与团队成员进行有效沟通和交流。 二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标
4.研究：能够基于材料科学原理和金属4-1.能够采取正确的方法对课程目标1材料工程的专业知识并采用科学方法对金属材料的成分、组织结构课程目标2复杂工程问题开展研究，包括设计实验、和性能进行实验检测，具备课程目标3分析与解释数据，并通过信息综合得到组织结构分析的能力。合理有效的结论。4-3.能够根据实验方案，选用或搭建实验仪器设备，构课程目标5建实验系统，进行实验。4-4.能够正确采集、整理实验数据，对实验结果进行分课程目标6析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论，5-2.掌握金属材料领域常用5.使用现代工具：能够针对金属材料工课程目标1程领域中的复杂工程问题，选择、使用的测试分析仪器和方法，并课程目标2与开发恰当的计算机办公软件、计算机将其用于组织性能分析和质课程目标3量控制。辅助设计和信息技术工具、测试分析仪器及数据处理技术，进行预测、模拟与5-3.能够正确分析处理数试验，并能够理解其局限性。据，恰当运用模拟仿真工具课程目标4对材料性能及工艺方案进行课程目标6模拟，预测专业问题，并能理解其局限性。9.个人和团队：能够在多学科背景下的9-1.能够正确理解团队的重团队中承担个体、团队成员以及负责人要性，主动与团队中其他成课程目标7的角色，具有一定的组织管理能力、人员沟通，共享信息，合作共际交往能力和团队协作能力。事。9-2.能在多学科背景的团队中工作，能胜任团队成员的角色，完成团队分配的任务；课程目标 7能胜任团队负责人的角色，组织团队成员开展工作，能倾听和综合团队其他成员的意见。三、教学基本内容及要求实验一：铝合金的熔炼（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：埚，铝合金，真空感应熔炼炉：实验要求：掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。教学重点：铝合金熔炼原理：教学难点：铝合金熔炼工艺过程。实验二：金属粉末等静压成型（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：LDJ100/320-400型冷等静压机、铜粉、铝粉：
4. 研究：能够基于材料科学原理和金属 材料工程的专业知识并采用科学方法对 复杂工程问题开展研究，包括设计实验、 分析与解释数据，并通过信息综合得到 合理有效的结论。 4-1. 能够采取正确的方法对 金属材料的成分、组织结构 和性能进行实验检测，具备 组织结构分析的能力。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 4-3. 能够根据实验方案，选 用或搭建实验仪器设备，构 建实验系统，进行实验。 课程目标 5 4-4. 能够正确采集、整理实 验数据，对实验结果进行分 析和解释，并通过信息综合 得到合理有效的结论。 课程目标 6 5. 使用现代工具：能够针对金属材料工 程领域中的复杂工程问题，选择、使用 与开发恰当的计算机办公软件、计算机 辅助设计和信息技术工具、测试分析仪 器及数据处理技术，进行预测、模拟与 试验，并能够理解其局限性。 5-2. 掌握金属材料领域常用 的测试分析仪器和方法，并 将其用于组织性能分析和质 量控制。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 5-3. 能够正确分析处理数 据，恰当运用模拟仿真工具 对材料性能及工艺方案进行 模拟，预测专业问题，并能 理解其局限性。 课程目标 4 课程目标 6 9. 个人和团队：能够在多学科背景下的 团队中承担个体、团队成员以及负责人 的角色，具有一定的组织管理能力、人 际交往能力和团队协作能力。 9-1. 能够正确理解团队的重 要性，主动与团队中其他成 员沟通，共享信息，合作共 事。 课程目标 7 9-2. 能在多学科背景的团队 中工作，能胜任团队成员的 角色，完成团队分配的任务； 能胜任团队负责人的角色， 组织团队成员开展工作，能 倾听和综合团队其他成员的 意见。 课程目标 7 三、教学基本内容及要求 实验一：铝合金的熔炼（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：坩埚，铝合金，真空感应熔炼炉； 实验要求：掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。 教学重点：铝合金熔炼原理； 教学难点：铝合金熔炼工艺过程。 实验二：金属粉末等静压成型（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：LDJ100/320-400型冷等静压机、铜粉、铝粉；
实验要求：掌握冷等静压工艺的基本过程与技术要点；了解冷等静压机的结构及作用。教学重点：冷等静压工艺的过程与技术要点、冷等静压机的结构及作用：教学难点：与常规单向压制成形的质量比较。实验三：金属材料冲击韧性测试（支撑课程目标2、6、7）实验设备：半自动摆锤式冲击试验机实验要求：掌握冲击试验机的原理及操作，并测定金属材料的冲击韧性值。教学重点：试样冲击韧性测试工艺教学难点：冲击韧性值的计算。实验四：金相光学显微镜的构造及使用方法（支撑课程目标2、6）实验设备：金相光学显微镜：实验要求：了解金相显微镜的构造及原理，掌握金相显微镜的使用及维护方法。教学重点：金相显微镜的光学原理与性能指标，显微镜的构造与操作步骤；教学难点：金相显微镜的光学放大原理与性能指标。实验五：金属材料热处理（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：热处理加热炉：洛氏硬度计：零件（45钢）；实验要求：熟悉常用热处理设备及使用方法：掌握钢热处理原理及工艺：提高热处理实践能力。教学重点：热处理工艺与组织的对应关系：教学难点：硬度与微观组织的对应关系。实验六：金属材料的点焊（支撑课程目标1、6、7）实验设备：DN-16点焊机、焊件：实验要求：了解电阻点焊机的类型、结构及工作原理：学会使用电阻点焊机焊接。教学重点：点焊工艺的特点与分流现象；教学难点：接质量的控制与评价方法。实验七：透射电子显微镜分析（支撑课程目标3、5、6）实验设备：透射电子显微镜：实验要求：了解透射电镜的工作原理、结构、操作步骤，掌握晶体薄膜样品的制备及在透射电镜下的成像和电子衍射分析。教学重点：透射电镜的工作原理、结构、操作步骤，样品的制备：教学难点：样品制备和结果的分析
实验要求：掌握冷等静压工艺的基本过程与技术要点；了解冷等静压机的结构及作用。 教学重点：冷等静压工艺的过程与技术要点、冷等静压机的结构及作用； 教学难点：与常规单向压制成形的质量比较。 实验三：金属材料冲击韧性测试（支撑课程目标 2、6、7） 实验设备：半自动摆锤式冲击试验机 实验要求：掌握冲击试验机的原理及操作，并测定金属材料的冲击韧性值。 教学重点：试样冲击韧性测试工艺 教学难点：冲击韧性值的计算。 实验四：金相光学显微镜的构造及使用方法（支撑课程目标 2、6） 实验设备：金相光学显微镜； 实验要求：了解金相显微镜的构造及原理，掌握金相显微镜的使用及维护方法。 教学重点：金相显微镜的光学原理与性能指标，显微镜的构造与操作步骤； 教学难点：金相显微镜的光学放大原理与性能指标。 实验五：金属材料热处理（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：热处理加热炉；洛氏硬度计；零件（45钢）； 实验要求：熟悉常用热处理设备及使用方法；掌握钢热处理原理及工艺；提高热处理实 践能力。 教学重点：热处理工艺与组织的对应关系； 教学难点：硬度与微观组织的对应关系。 实验六：金属材料的点焊（支撑课程目标 1、6、7） 实验设备：DN-16点焊机、焊件； 实验要求：了解电阻点焊机的类型、结构及工作原理；学会使用电阻点焊机焊接。 教学重点：点焊工艺的特点与分流现象； 教学难点：接质量的控制与评价方法。 实验七：透射电子显微镜分析（支撑课程目标 3、5、6） 实验设备：透射电子显微镜； 实验要求：了解透射电镜的工作原理、结构、操作步骤，掌握晶体薄膜样品的制备及在 透射电镜下的成像和电子衍射分析。 教学重点：透射电镜的工作原理、结构、操作步骤，样品的制备； 教学难点：样品制备和结果的分析
实验八：金相显微试样的制备（支撑课程目标1、5、6）实验设备：抛光机、金相砂纸、碳钢试样、抛光液等；实验要求：掌握金相试样制备的基本方法：学会制备金相金属试样。教学重点：金相试样的制备步骤及注意事项；教学难点：金相试样制备的基本过程及制备过程中的问题分析。实验九：X射线衍射实验（支撑课程目标3、6）实验设备：X射线衍射仪；实验要求：X射线衍射仪的工作原理，结构，样品制备及实验方法。教学重点：X射线衍射物相分析的原理：教学难点：衍射数据的分析。实验十：扫描电子显微镜分析（支撑课程目标3、6）实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜实验要求：扫描电镜的简单操作步骤和扫描电镜样品的准备和观察。教学重点：样品的制备，二次电子像，被散射电子像的形貌特征：教学难点：图像分析。实验十一：铁碳合金平衡组织观察（支撑课程目标3、6）实验设备：金相显微镜、标准铁碳合金的金相显微样品：实验要求：了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织；分析成分对其显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的关系。教学重点：铁碳相图及铁碳合金的平衡组织观察：教学难点：几种典型铁碳合金的金相显微组织的绘制。实验十二：金属塑性变形及再结晶（支撑课程目标3、6）实验设备：金相显微镜：实验要求：了解冷塑性变形对金属组织和性能的影响，了解冷加工变形对再结晶晶粒大小的影响。教学重点：金属塑性变形的方式及再结晶时显微组织的变化过程教学难点：滑移、李晶的观察与分析。实验十三：能谱仪原理与成分分析实验（支撑课程目标3、6）实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜、能谱仪INCA；实验要求：了解X射线能谱仪的工作原理，能够利用X射线能谱仪对样品进行成分分析
实验八：金相显微试样的制备（支撑课程目标 1、5、6） 实验设备：抛光机、金相砂纸、碳钢试样、抛光液等； 实验要求：掌握金相试样制备的基本方法；学会制备金相金属试样。 教学重点：金相试样的制备步骤及注意事项； 教学难点：金相试样制备的基本过程及制备过程中的问题分析。 实验九：X射线衍射实验 （支撑课程目标 3、6） 实验设备：X射线衍射仪； 实验要求： X射线衍射仪的工作原理，结构，样品制备及实验方法。 教学重点： X射线衍射物相分析的原理； 教学难点：衍射数据的分析。 实验十：扫描电子显微镜分析（支撑课程目标 3、6） 实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜； 实验要求：扫描电镜的简单操作步骤和扫描电镜样品的准备和观察。 教学重点：样品的制备，二次电子像，被散射电子像的形貌特征； 教学难点：图像分析。 实验十一：铁碳合金平衡组织观察（支撑课程目标 3、6） 实验设备：金相显微镜、 标准铁碳合金的金相显微样品； 实验要求：了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织；分析成分对其显微组织的影响，从 而加深理解成分、组织与性能之间的关系。 教学重点：铁碳相图及铁碳合金的平衡组织观察； 教学难点：几种典型铁碳合金的金相显微组织的绘制。 实验十二：金属塑性变形及再结晶（支撑课程目标 3、6） 实验设备：金相显微镜； 实验要求：了解冷塑性变形对金属组织和性能的影响，了解冷加工变形对再结晶晶粒大 小的影响。 教学重点：金属塑性变形的方式及再结晶时显微组织的变化过程； 教学难点：滑移、孪晶的观察与分析。 实验十三：能谱仪原理与成分分析实验（支撑课程目标 3、6） 实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜、能谱仪INCA； 实验要求：了解X射线能谱仪的工作原理，能够利用X射线能谱仪对样品进行成分分析
教学重点：X射线能谱仪的工作原理及对样品进行成分分析：教学难点：特征X射线在能谱仪的工作原理及工作过程。实验十四：金属材料硬度实验（支撑课程目标2、6）实验设备：洛氏硬度计，布氏硬度计；实验要求：了解硬度测试的基本原理及应用范围，了解洛氏和布氏硬度机的主要结构及操作。教学重点：硬度测试的原理及应用范围，洛氏和布氏硬度机的结构及操作：教学难点：不同硬度计的选择。实验十五：扫描电镜仿真实验（支撑课程目标4、6）实验设备：微机，仿真软件：实验要求：掌握扫描电镜的基本操作并在微机上仿真拍摄二次电子像。教学重点：仿真操作扫描电镜：教学难点：扫描电镜的基本结构与原理。实验十六：投射电镜仿真实验（支撑课程目标4、6）实验设备：微机，仿真软件：实验要求：掌握投射电镜的基本操作并在微机上仿真测试粉体形貌及粒径。教学重点：仿真操作投射电镜：教学难点：透射电镜观察样品的调光过程，实验十七：XRD仿真实验（支撑课程目标4、6）实验设备：微机，仿真软件：实验要求：掌握投射电镜的基本操作并在微机上仿真物相分析。教学重点：仿真操作X射线衍射仪：教学难点：X射线衍射分析软件进行物相分析。实验十八：紫外吸收光谱仿真实验（支撑课程目标4、6）实验设备：微机，仿真软件实验要求：掌握紫外-可见分光光度法的原理；仿真操作紫外可见分光光度计测定肌酸激酶的浓度。教学重点：不同浓度溶液配制及吸光度测定：教学难点：紫外-可见分光光度法的原理。四、教学安排（学时数64)
教学重点： X射线能谱仪的工作原理及对样品进行成分分析； 教学难点：特征X射线在能谱仪的工作原理及工作过程。 实验十四：金属材料硬度实验 （支撑课程目标 2、6） 实验设备：洛氏硬度计，布氏硬度计； 实验要求：了解硬度测试的基本原理及应用范围，了解洛氏和布氏硬度机的主要结构及 操作。 教学重点：硬度测试的原理及应用范围，洛氏和布氏硬度机的结构及操作； 教学难点：不同硬度计的选择。 实验十五：扫描电镜仿真实验（支撑课程目标 4、6） 实验设备：微机，仿真软件； 实验要求：掌握扫描电镜的基本操作并在微机上仿真拍摄二次电子像。 教学重点：仿真操作扫描电镜； 教学难点：扫描电镜的基本结构与原理。 实验十六：投射电镜仿真实验（支撑课程目标 4、6） 实验设备：微机，仿真软件； 实验要求： 掌握投射电镜的基本操作并在微机上仿真测试粉体形貌及粒径。 教学重点：仿真操作投射电镜； 教学难点：透射电镜观察样品的调光过程。 实验十七：XRD仿真实验（支撑课程目标 4、6） 实验设备：微机，仿真软件； 实验要求：掌握投射电镜的基本操作并在微机上仿真物相分析。 教学重点：仿真操作X射线衍射仪； 教学难点：X射线衍射分析软件进行物相分析。 实验十八：紫外吸收光谱仿真实验（支撑课程目标 4、6） 实验设备：微机，仿真软件； 实验要求：掌握紫外-可见分光光度法的原理；仿真操作紫外可见分光光度计测定肌酸 激酶的浓度。 教学重点：不同浓度溶液配制及吸光度测定； 教学难点：紫外-可见分光光度法的原理。 四、教学安排（学时数 64）