中南大学 金属材料及热处理
中南大学冶金与环境类本科生培养方案(新版)
冶金与环境类本科生培养方案（新版）一、培养目标总体培养目标：坚持“强化基础教育、注重实践训练，启发创新思维、提高综合能力”教育方针，以“冶金－材料－环境一体化”为学科发展目标，培养既具有创新能力又具有务实精神的冶金、材料和环境相关领域的高级专门技术人才。
冶金工程专业培养目标：具有扎实的专业基础知识，掌握有色金属冶金和钢铁冶金、冶金物理化学和材料冶金等方面的知识和技能，能在冶金和材料等相关领域从事生产、设计、研发、教学、咨询、管理和贸易的高级专门技术人才。
环境工程专业培养目标：基本掌握污染控制与治理、工业废弃物的资源化、环境检测、环境评价、环境管理等知识和技能，能在环保部门、有关设计和工矿企业、科研院所、学校从事规划、设计、施工、管理、教学和科研的高级专门技术人才。
二、培养要求即有坚实的自然科学基础，又有一定的人文社会科学知识；即有务实精神，又有创新意识；即有扎实基础，又有不断学习和提高的能力；冶金工程专业培养要求：设立工程型、工程与研究复合型两种培养模式，有色金属冶金、钢铁冶金、冶金物理化学和材料冶金三个方向。
要求毕业生必须具有以下知识、能力和素质：1、掌握本专业所必需的工程制图、工程机械、电工电子和计算机应用的基本知识和技能。
2、具有扎实的数学、物理、化学和工程技术基础及外语和计算机应用技能.3、掌握冶金过程的基础理论和生产工艺基础知识，具有本专业领域1－2个专业方向的专业知识和技能.4、具备冶金生产组织、技术经济科学管理、环境安全的基础知识和工业设计的初步能力。
5、具备分析解决本专业生产中的实际问题以及进行科学研究、开发新技术新工艺、新材料的基本能力。
6、了解本专业和相关学科的科技发展新动态。
7、自学能力强、知识面广、适应自我发展和终身教育的需要，适应未来社会的发展和工作的要求。
环境工程专业培养要求：设立工程型、工程与研究复合型两种培养模式，以废物资源化为特色，要求毕业生必须具有以下知识、能力和素质：1、掌握工程制图、工程机械、应用电子与电工、检测和计算机应用的基本知识和技能。
金属材料及热处理(最新版)
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体， 形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
6
生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏 体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可 获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。 马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量 小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转 变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保 留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约 只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见， 在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造 成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也 就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
镁合金的塑性变形及再结晶热处理对其组织性能的影响
4
轧制前的平均晶粒尺寸约40um， 15%压下量轧制并退火后平均晶粒
3.3 EX-AZ31B: tensile properties on different directions
TD 45
TD
orientation
σb/ MPa
σ0.2/ MPa
δ/ %
ED
280.0
200.4
13.2
ED
45°
258.0
125.2
19.0
TD
276.0
107.4
16.2
ED
350
➢ 有色金属材料制品中70%以上是板、带材，轧制变形 镁合金板材的研究和加工技术的突破对开发变形镁合 金产品有重要促进作用。
2、变形镁合金塑性变形原理
➢ 镁合金的塑性变形特征：HCP晶体结构及c/a轴比值造成镁的 塑性变形困难。
➢ 塑性变形机制：滑移、孪生、超塑性； ➢ 板材塑性加工方法：热加工、温加工、冷(常温)加工；
压下量
14
退火工艺
15%
30%
45%
55%
12
200度退火1h
8.9um
6.9um
5.8um
4.9um
10
400度退火5min
12.1um
8.2um
7.5umum
9.2um
7.8um
7.0um
6
annealing1h at 2000c annealing1h at 3500c
0.01 s-1
0.1 s-1
1 s-1
5s-1
10s-1
1
σ
1 0.0227
l 82
n
Z 5.5 5 1 01 2
安工大金属学与热处理习题答案
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
第四章 金属的塑性变形与再结晶
（一）
解释名词
中 南 大 学 机 电 工 程 学院– 塑性变形 – 塑性 – 强度 – 滑移 – 加工硬化 – 回复 – 再结晶 – 热加工 – 滑移系 – 硬位向
第四章 金属的塑性变形与再结晶
（二）
填空题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 略。 3． 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数
各有什么特点？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属于何种晶体结构？
– 见《习题》P3 4． 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密的晶面
和晶向、写出它们的晶面和晶向指数并求出单位面积及单位长度 上的原子数。
机械工程材料 第二章 金属的结构
（三） 是非题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 1． 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在 各个方向上的性能也是不相同的。 （×） – 2． 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。 （×） – 3． 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数， 所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。 （√） – 4． 在立方晶系中，（123）晶面与[12]晶向垂直。 （√） – 5． 在立方晶系中，（111）与（11）是相互平行的两个晶面。 （×） – 6． 在立方晶系中，（123）晶面与（12）晶面属同一晶面族。 – 7． 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。 （√） – 8． 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方 （×） 向都具有相同的跃迁几率。 – 9． 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多， （√） 所以固态下的扩散比液态下的慢得多。 （×） – 10．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。 – 11．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。 （√）
材料学必看书单
书单一、材料科学基础学习要点：金属材料内容为主，高分子和无机非金属材料最好也涉猎一些，材料间一脉相通，知识多多益善。
推荐书籍：《材料科学基础》（上海交大胡庚祥、蔡珣版）或（北科大余永宁版）。
要求读懂晶体结构、晶体缺陷、扩散、相变、形变、回复、再结晶、相图。
二、材料物理学学习要点：金属物理学，很难，但领悟后终身受益。
推荐书籍：《金属物理学第一卷~第三卷》（南大冯端）、《材料物理性能》（北航田莳）、《工程材料力学性能》（合工大束德林）。
要求读懂材料的表面与界面、电性能、热性能、弹性变形、塑性变形、断裂、压缩、弯曲、扭转、冲击、强度、硬度、韧性、脆性、疲劳、应力腐蚀、摩擦磨损、蠕变，以上性能的测试方法与仪器。
三、材料热力学学习要点：金属材料热力学。
推荐书籍：《物理化学》（天大版、浅显易懂）或《材料热力学》（上海交大徐祖耀版、有理论深度）、《合金相与相变》（北科大肖纪美）。
要求读懂热力学三大定律、自由能、比热容、相平衡、固溶体、亚稳相、平衡相、相变（凝固、脱溶、调幅分解、有序无序转变）、氧化。
四、材料加工学习要点：掌握有色金属材料的主要加工和热处理方法，有精力可以涉猎钢铁材料加工热处理内容，此部分内容十分庞大且复杂，只要泛泛理解基本原理即可。
推荐书籍：《金属材料及热处理》（中南大学崔振铎）、《有色金属锭坯生产技术》（东北大学马宏声）、《材料成形基础》（郑州大学关绍康）、《金属塑性加工原理》（中南大学张新明）。
要求读懂熔炼（真空熔炼、非真空熔炼、感应熔炼（高频、中频、工频）、电弧熔炼、气体（除气、脱氧）、夹杂（净化）、覆盖剂）、铸造（铸锭、半连续铸造、连续铸造、压力铸造、连铸连轧、连续铸轧或铸挤、快速凝固、定向凝固）、锻造、冲压、挤压（热挤压、连续挤压、静液挤压）、拉拔、轧制（热轧、冷轧、孔型轧制）、半固态成形、焊接、切削（金属工艺学）、热处理（固溶、时效、退火、形变热处理）。
五、材料分析方法学习要点：初步了解材料成分、组织、性能的表征方法和原理。
金属材料与热处理绪论课件
高性能金属材料的研发与应用
高强度钢
高强度钢具有较高的抗拉强度和屈服点，广泛应用于汽车、建筑 和船舶制造等领域。
轻质金属材料
如钛合金和铝合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点，在航空 航天、汽车和体育器材等领域得到广泛应用。
功能金属材料
如形状记忆合金、超导合金和磁性合金，具有特殊的功能性质，在 医疗器械、能源和通讯等领域有广阔的应用前景。
相变和组织转变过程的调控，从而达到改善材料性能的目的。
热处理的方法与分类
• 总结词：热处有其特定的工艺参数和应用范围。
• 详细描述：退火是将金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种工艺方法，主要用于消除内应力、 降低硬度、改善切削加工性等。正火是将金属加热到临界点以上适当温度后保持一定时间，然后空冷至室温的一种工艺 方法，主要用于细化晶粒、提高强度和韧性等。淬火是将金属加热到临界点以上适当温度后迅速冷却至室温的一种工艺 方法，主要用于提高硬度和耐磨性等。回火则是将淬火后的金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温 的一种工艺方法，主要用于稳定组织、消除内应力、提高韧性等。
03 金属材料的性能与测试
金属材料的力学性能
弹性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够迅速恢复其原始状态的能力。
塑性性能
金属材料在受到外力作用时， 能够发生永久变形而不破裂的 能力。
强度性能
金属材料抵抗外力作用而不被 破坏的能力。
硬度性能
金属材料抵抗表面变形或破坏 的能力。
金属材料的物理性能
热导率
金属材料的性质与用途
金属材料的性质
金属材料的性质主要包括物理性质、化学性质和力学性质。
金属材料的用途
金属材料广泛应用于建筑、机械、航空航天、能源、交通、 电子等领域。
《金属材料与热处理》课程标准
《金属材料与热处理》课程标准一、课程性质与定位《金属材料与热处理》是机械类专业必修的技术基础课。
该课程理论性较强，新概念较多，同时又与生产实际有着密切联系。
为了使学生较好地消化所学知识，在学习本课程前，学生应安排金工实习，使他们对金属冶炼、加工及热处理有一个概括认识。
主要讲授金属材料典型组织、结构的基本概念，金属材料的成分、组织结构变化对性能的影响，热处理的基本类型及简单热处理工艺的制定，合金钢种类、牌号、热处理特点及应用，为学生从事机械设计、制造及相关的工作打下基础。
二、课程设计与理念本课程是根据高职教育数控技术专业人才培养目标，遵循以“就业为导向，能力为本位”的职教理念设计的。
具体体现在以下几点：1.贴近生产岗位。
本书以企业需求为基本依据，加强实践性教学，以满足企业岗位对高技能人才的需求作为课程教学的出发点，紧扣国家最新颁布的相关行业岗位的国家职业标准和职业技能鉴定规范，使本书内容与相关岗位对从业人员的要求相衔接。
2.借鉴国内外先进职业教育教学模式，突出项目教学，适应学分制。
3.理论与实践一体化。
培养理论联系实际，学以致用，在“做中学”的优良学风，突出实践，立足于实际运用，突出“以就业为导向”、“以能力为本位”的职教思想，精选从行业岗位提炼出来的案例进行教学训练，浅显、实用、紧密结合生产实际，将能力与技能培养贯穿于始终。
4.参照国家职业资格认证标准，实施项目教学，项目制作课题的考评标准具体明确，直观实用，可操作性强。
三、课程目标1.总体目标通过本课程的学习培养学生实事求是的精神和理论联系实际的工作方法。
2.技能与知识目标（1）具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力。
（2）初步具有选择钢材热处理方法的能力。
（3）了解金属学的基本知识。
（4）掌握常用金属材料的牌号、性能及用途。
（5）了解金属材料的组织结构与性能之间的关系。
（6）了解热处理的一般原理及其工艺。
（7）了解热处理工艺在实际生产中的应用。
合金设计6 几种铝合金热处理介绍
RRA
120C×24 h
170~210 C，时 间与温度有关
120C×24 h
(b)
(a)
Strength / MPa
T77
(d) (c)
T77态晶界显 微组织与T73态 相似（晶界第 二相离散分 布），是T77具 有高耐蚀性的 原因。
T8: 固溶、预变形、人工时效 T9: 固溶加人工时效加冷变形
5000系铝合金热处理状态
H12：形变硬化的——1/4硬的 H14：形变硬化的——1/2硬的 H22：形变硬化并部分退火—— 1/4硬的 H24：形变硬化并部分退火—— 1/2硬的 H26：形变硬化并部分退火—— 3/4硬的 H28：形变硬化并部分退火—— 4/4硬的（充分硬化）
H19：形变硬化的——超硬的
H32：形变硬化并稳定化的——1/4硬的 H34：形变硬化并稳定化的——1/2硬的 H36：形变硬化并稳定化的——3/4硬的 H38：形变硬化并稳定化的——4/4硬的
（充分硬化）
不同状态5000系铝合金力学性能
2000系合金基本热处理状态
T3热处理过程: T4热处理过程: 1) 固溶处理 2) 直 接 进 行 自 然 时 效 （无预变形过程） T8热处理过程： 1) 固溶处理 2) 预变形（冷轧或预拉伸， 一般2~6%） 3) 直接进行人工时效 ( 一般 为峰时效)
T6
T8
几种2000系铝合金T8及T6力学性能比较
T6
T8
一种2000系铝合金T6及T8晶间腐蚀敏感性比较
7000系合金基本热处理状态
T6热处理过程： 1) 固溶处理
峰时效
2) 直接进行人工时效(一般为峰 时效)
T7X热处理过程: 过时效 1) 固溶 2) 过时效 一般后面带两位数字，如T73,