《金属固态相变原理》说课

《金属固态相变原理》说课 教师：孙宏飞山东科技大学材料科学与工程学院 2013.06

本节课的内容 • 1. 说《金属固态相变原理》课程 • 2. 说《金属固态相变原理》的发展 • 3. 说《金属固态相变原理》教材和参考书 • 4. 说《金属固态相变原理》授课内容及重点 • 5. 说《金属固态相变原理》学习方法 • 6. 说《金属固态相变原理》授课中的注意点

1. 说《金属固态相变原理》课程 • 合金固态相变是金属材料及相关专业的必修内容，对于掌握金属材料成分—工艺—组织—性能之间的相互关系极为重要。 • “固态相变”是一门理论和实践相统一的课程, 既讲授金属及其合金的相变理论, 又密切联系实际。注重热处理工艺路线的合理制定, 同时还辅助有专门的实验课。因此, “固态相变”是材料的原理、工艺和实践三位一体的课程, 与材料专业创新型人才培养紧密相关。

本书共分7章，从固态相变晶体学、热力学、动力学及其影响因素等方面论述了合金固态相变的一般规律和特点。本书共分7章，从固态相变晶体学、热力学、动力学及其影响因素等方面论述了合金固态相变的一般规律和特点。 • 着重介绍了钢在加热过程中的相变(奥氏体转)，冷却过程中的高温转变(珠光体转变)、中温转变(贝氏体转变)、低温转变(马氏体转变)，以及钢在淬火后的回火转变;同时，针对目前有色金属和合金的应用领域不断扩大的发展趋势，对这些典型合金的时效和脱溶沉淀进行了概要介绍。

通过本书的学习，可了解合金固态相变的一般规律，学会运用基本理论和专业知识进行合金固态相变分析的基本思路和方法。通过本书的学习，可了解合金固态相变的一般规律，学会运用基本理论和专业知识进行合金固态相变分析的基本思路和方法。 • 掌握金属材料中的相变基本理论，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基本规律，分析和研究热处理工艺问题的能力。初步掌握成分、组织与性能之间的关系，对金属材料具有一定的分析研究能力。

2. 说《金属固态相变原理》的发展现状及趋势 • 为了培养学生运用理论知识发现、分析、解决实际问题的能力, 培养学生独立思考的能力, 实现“知识- 能力- 素质”同步提高, 在课程中要穿插新内容。具体包括: • ( 1) 增加前沿内容, 反映最新科研方向。例如在表面热处理方面, 增加激光束、电子束和离子束等高能束处理方法。 • 高科技提高了固态相变的内涵： • 激光热处理电子束热处理 • 等离子热处理真空热处理 • 形变热处理化学热处理

( 2) 结合产业形势, 反映当前市场需求。 • 现代工业的发展，对制造业提出了更高的要求，因此材料工业也遇到了很好的提升空间。 • ( 3) 将科研成果引入教学中, 实行产学结合。例如, 讲到马氏体时，把最近分析的T12钢锉刀的失效工件结合理论分析, 把实际科研成果转变成生动的教学案例。让学生们明白： • 固态相变可以决定产品的内在质量 • 固态相变技术是通过控制材料原子的排列方式来控制材料的使用性能

国内和国外T12锉刀预处理组织

( 4) 注重共性的同时, 强调个性。既要注重理论的共性, 又要强调不同钢材热处理工艺的个性; 既要有一个基本知识的共性要求, 又要针对不同使用环境采取个性的灵活要求。 • 这里可以用煤矿耐磨衬板的成功案例来说明。让学生们明白：理论是死的，成功应用是灵活的： • 国外和国内矿用耐磨衬板的使用分析。

国内国外耐磨衬板金相对比1---国内

国内国外耐磨衬板金相对比2---国外

教材: 《金属固态相变原理》，徐洲、赵连城 主编科学出版社 2009年版本书是材料科学与工程专业的基础理论课程教材，按照材料科学与工程专业的教学大纲编写。其内容分为金属固态相变基础、钢中奥氏体的形成、珠光体转变、马氏体相变、贝氏体相变、钢中的回火转变和合金的脱溶沉淀与时效等部分，着重讲述金属材料在热处理过程中的基本原理和理论知识。 3.说《金属固态相变原理》教材和参考书

主要参考书 • 刘云旭，《金属热处理原理》，机械工业出版社 1981 戚正风，《金属热处理原理》，机械工业出版社 1987 • 赵连城，《金属热处理原理》，哈尔滨工业大学出版社 1987 • G.克劳斯著，《钢的热处理原理》，冶金工业出版社 1987 • Porter D.A， Easterling K.E. Phase Transformations in Metals and Alloys， New York： Van Nostrand Reinhold Co. Ltd.， 1981 • Cahn R.W， Haasen P. Physical Metallurgy， 3rd revised and enlarged ed. partII， Amsterdam： NorthHolland Physics Publ.， 1983 • 戚正丰，《固态合金中的扩散与相变》，机械工业出版社， 1998 • 刘宗昌，《金属固态相变教程》，冶金工业出版社， 2011版

4. 说《金属固态相变原理》授课内容及重点 第一章金属固态相变基础1.1 金属固态相变概论主要分类　　主要特点1.2 金属固态相变热力学　　热力学条件　　形核　　晶核长大1.3 金属固态相变动力学　　金属固态相变的速率　　钢中过冷奥氏体转变动力学

第二章钢中奥氏体的形成----重点 • 2.1 奥氏体的组织特征形成的温度范围组织和结构性能2.2 奥氏体的形成机制奥氏体形核---奥氏体晶核长大---剩余碳化物溶解---奥氏体均匀化2.3 奥氏体形成动力学等温形成动力学连续加热时奥氏体的形成2.4 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒度奥氏体晶粒长大原理影响奥氏体晶粒长大的因素

第三章珠光体转变3.1 珠光体的组织特征3.2 珠光体转变机制珠光体转变时的领先相/ 珠光体的形成过程亚(过)共析钢的珠光体转变3.3 珠光体转变动力学形核率/ 和长大速度珠光体转变动力学图先共析相的长大动力学影响珠光体转变动力学的因素3.4 珠光体转变产物的机械性能P的机械性能 F+P的机械性能形变P的机械性能

第四章马氏体相变-------重点、难点4.1 马氏体相变的主要特征切变共格表面浮突现象无扩散性位向关系和惯习面变温相变可逆性4.2 马氏体相变热力学热力学条件影响钢中Ms点的主要因素4.3 马氏体相变晶体学的经典模型形核理论　切变模型4.4 马氏体相变动力学降温瞬时形核、瞬时长大等温形核、瞬时长大4.5 钢中马氏体的晶体结构点阵常数和碳含量的关系点阵结构及其畸变4.6 钢及铁合金中马氏体的组织形态　板条状马氏体　片状马氏体　其他马氏体形态　影响马氏体形态及其内部亚结构的因素4.7 奥氏体的稳定化4.8 马氏体的机械性能　硬度和强度韧性马氏体的相变诱发塑性

第五章贝氏体相变5.1贝氏体相变的基本特征和组织形态 贝氏体相变的基本特征钢中贝氏体的组织形态5.2贝氏体相变机制恩金贝氏体相变假说柯俊贝氏体相变假说贝氏体的形成过程5.3贝氏体相变动力学及其影响因素贝氏体等温相变动力学贝氏体相变时碳的扩散影响贝氏体相变动力学的因素5.4钢中贝氏体的机械性能影响贝氏体机械性能的主要因素贝氏体的强度和硬度贝氏体的韧性

第六章钢中的回火转变-------重点6.1淬火碳钢回火时的组织转变马氏体中碳原子偏聚、马氏体分解 残余奥氏体转变、碳化物析出与转变α相状态变化及碳化物聚集长大6.2合金元素对回火转变的影响对马氏体分解的影响对残余奥氏体转变的影响对碳化物转变的影响回火时的二次硬化现象对α相回复和再结晶的影响6.3回火时机械性能的变化硬度和强度 \ 塑性和韧性 \ 钢的回火脆性

第七章合金的脱溶沉淀与时效7.1脱溶过程和脱溶物的结构G.P.区\ 过渡相\ 平衡相 7.2脱溶热力学和动力学脱溶的热力学分析脱溶动力学及其影响因素7.3脱溶后的显微组织连续脱溶及其显微组织非连续脱溶及其显微组织脱溶过程中的显微组织变化7.4脱溶时效时的性能变化冷时效和温时效时效硬化机制回归现象7.5铁基合金的脱溶与时效时效钢的脱溶铁基合金的淬火时效应变时效7.6合金的调幅分解热力学条件过程结构、组织和性能

5. 说《金属固态相变原理》学习方法 • 探索以理论( 金属固态相变原理) 为基础, 以方法( 金属热处理工艺) 为手段, 以实践( 材料改性实验) 为目的的教学内容学习过程。 • 本课程对培养学生的研究能力，特别是对学生利用专业理论解决工程实际问题和创新能力的培养上，起到了极为重要的作用。要在整个授课过程中强调以下概念： 1、本课程是研究金属在固态下（加热，保温，冷却时）相变的基本规律（原理）及相变产物的组织形态与性能间的关系。 2、本课程研究的线索成分→固态相变→组织形态→性能→应用

3、 “不懂金属固态相变，就等于不懂金属材料”。 • 金属固态相变理论课是金属材料工程专业的核心课程之一，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 4、任务 ⑴重视理论研究，初步掌握材料相变的基本规律 ⑵初步掌握组织与性能的关系 ⑶正确选材和合理制定材料相变处理的工艺 ⑷培养初步的科研能力

6. 说《金属固态相变原理》授课中的注意点 • 要强调学生们系统掌握整体课程概念的方法。要对低温—中温----高温各个阶段的相变有一个整体、辩证的理解和把控。 • 要引导学生们对理论知识的性趣。要让学生知道理论知识对于材料科学的重要性。 • 要强调学生们对理论与实践的密切联系的重要性培养。 • 要加强对学生的实践教学的培养。要严格学生们做实验过程的规范性。

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