材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》
“金属热处理原理与工艺”课程建设及教改实践
摘 要： 金 属热处理原理 与工艺是金 属材料工程专业的必修课 ， 课程建设的主要 问题是教 育观念滞 后， 教 法不灵活 ， 教 学过分 依藏教材和 多媒体 ， 学生成绩评定不科学 。 錾于此 ， 笔者以学生为 中心 实施 了多元协同教 学模式 ， 加强 了教 学资源建设 ， 优化 了课程 考评 方法和体 系。 实践 表 明 ， 上 述 措 施 增 强 了学 生 的 学 习 积 极 性 ， 深 化 了 学 生 对课 程 知 识 的 理 解 和 把 握 ， 提 升 了 学 生 解 决 工 程 问题 的 能 力 。 关键词 ： 金属热处理 教改 课程建设 中图分类号 ： Ｇ ６ ４ ２ 文献 标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ３ － ９ ７ ９ ５ （ Ｚ ０ １ ３ ） １ ｌ （ ｂ ） 一 ０ ０ ３ ８ － ０ ２ Ｃ Ｕ １ ０ Ｉ Ｕ Nhomakorabea．０Ｃ
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科 教 研 究
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金 属 热处 理 原理 与工 艺 ＂课 程 建设 及 教 改 实践 ①
倪俊杰’ 王文宏 贾正锋’ 王利平’ 王长征 ’ （ １ ． 聊 城大学材 料科学 与工程 学院 ； ２ ． 聊城大 学计算 机学 院 山东 聊城 ２ ５ ２ ０ ０ ０ ）
金 属热 处 理 原 理 与 工 艺 （ 以下简称“ 金 属热 处理 ” ） 是 金 属 材 料 工 程 专 业 的 必 修 课， 课程内容涉及物理 冶金 、 传 热传 质学 、 晶体 学 、 金 属材 料 学 、 材 料 加 工 原理 等 多 门 学科交叉。 在本 科 阶 段 ， 学生 既要 掌 握 金 属 材料在加热 、 保 温 和 冷 却过 程 中 固 态 相 变 的规律 ， 以及 过 冷 奥 氏 体 发生 珠 光体 、 马 氏 体、 贝 氏体 转 变 的 原 理 ； 也要熟悉正火 、 退 火、 淬火、 回火 、 固溶 时 效 等 工艺 ； 还要 了解 热 处 理 技 术和 装 备 的 最 新 发 展 状 况 。 课 程 中原 理 是 工艺 的 基 础 ， 具 有 抽象 、 知识 体 系 相 对 成 熟 的特 点 ； 工 艺 是 原 理转 化 为 生 产 力的 途 径 ， 它源 于 社 会 生 产 ， 又在 生 产 中发 展 ， 具有 多样 、 与 时 代 发 展 联 系 紧 密 的 特 点。 因此 ， 金 属 热 处 理 兼 具 理 论强 和 工 艺实 践性 突出的特点 。 上 述 特 点 要 求 学 生 所 用 教材应具有时效性 ， 也 要 求 教 师 的 教 法 灵 活多样 ， 讲 授 的 内 容 紧 贴 金 属 热 处 理 科 技 发展前沿 ， 与生产实际 紧密联系。 然而 ， 目 前 的教 材 内 容 却 明 显 落 后 于 当今 金 属 热处 理技术的发展速 度 ， 教 师 的 教 法 也 多 以 课 堂 讲授 法 为 主 ， 课 堂氛 围沉 闷 。 这 一 现 状 阻 碍 了学 生 创 新 精 神 的 养 成 和 实践 能 力 的培 养。 目前 ， 如 何 提 高 金 属 热 处 理 的 教 学 质 量， 已成 为 现阶 段 亟需 解 决 的 课题 。 基 于 前 面的论述 ， 笔 者 结 合 多 年 讲 授 金 属热 处理
《金属学与热处理》教学大纲
《金属学与热处理》教学大纲
一、课程基本信息
1.课程中文名称：金属学与热处理
2.课程英文名称：Metallographic and Thermal Treatment
3.总学时：108学时（其中理论80学时，实验28学时）
4.总学分：6学分
二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务
本课程是金属材料工程专业的专业必修课。
它是研究金属材料的成分、组织结构和性能之间关系，研究金属固态相变的基本原理和规律，研究如何控制材料内部组织，充分挖掘材料潜力的理论与方法的一门课程。
通过本课程的学习，使学生系统掌握金属学基本理论及基本知识，掌握金属组织特点及固态相变原理，掌握热处理工艺对组织、性能的影响规律，培养学生分析问题解决问题的能力，为后续课程的学习打下基础。
三、教学内容与教学基本要求
四、考核方式
作业完成情况，上课出勤率，上课提问, 考试
五、成绩评定
平时成绩20%（包括作业完成情况，上课出勤率，上课提问），考试成绩占80% 。
作业要求独立思考、独立完成。
六、本课程对学生创新能力培养的措施
1.加强实验教学环节，提高学生理论联系实际的能力。
2.布置一定的课外自学内容，培养学生自学能力。
通过自学，了解当代本学科的水平，发展动态，为以后工作奠定基础。
七、教材与参考书
教材：崔忠圻主编：《金属学与热处理》，机械工业出版社，2007年5月第2版
参考书：石德珂主编：《材料科学基础》，机械工业出版社，2003年7月第2版。
浅述《热处理原理与工艺》之混合式教学
交流和互动，老师能够更直接地掌握学生的学习状态，学生也 能更直观更集中地开展学习活动。但是对于理论性较强的课程 来说，对学生的上课状态以及课前预习、基础理论知识的掌握 度要求较高，统一进度教学没法照顾到具有个体差异性的每一 位学生。由于学生个体的差异，对某个知识点理解程度就有差 异，但是线下教学不具有线上教学的教学实时录屏及视频回放 功能，当时没有跟上老师思路的同学很可能就会一直跟不上教 学进度。所以线上教学辅助线下教学对这部分同学非常友好。 老师可以采用微课、慕课或者采用腾讯课堂的方式制作重点知 识线上短小授课视频，这样学生可以利用课下时间自主学习。
老师以一定的逻辑将一个章节的知识教给学生后，学生 需要自己去归纳总结、理清这个章节各个知识点之间的逻辑 关系，将主要的知识点串起来，并且将总结结果以思维导图的 形式提交作为作业。这个过程既可以帮助学生针对该门课程概
念多的特点理清思路，同时老师根据学生提交的思维导图可以 掌握每个同学对本章节的掌握情况，实现了师生有效及时地沟 通。学生自由组合形成学习小组，并且评选出本组最优思维导 图，最后老师将所有小组优秀思维导图分享给班级。评选优秀 思维导图的过程可以让学生发现自己和别人的差异，加强相互 间的学习、交流，有利于提升整体学习效果。
1 利用思维导图梳理知识点 《热处理原理与工艺》这门课程主要讲述固态相变，固态
相变原理部分涉及奥氏体转变、珠光体转变、马氏体转变和贝 氏体转变以及过冷奥氏体等温转变图和连续冷却转变图。热处 理工艺部分主要涉及退火、正火、淬火和回火以及表面热处理 和化学热处理。所涉及的概念非常多而且对于学生来说这些概 念较为抽象难懂，并且该门课程和实践联系紧密和生产息息相 关，然而学生缺乏相关实践经验。这对该门课程的授课以及学 生的学习提出了更高要求，需要老师将知识点有条理地教给学 生，需要学生将各个概念理解清楚，理清各个章节各个知识点 之间的逻辑关系。对于如此多的抽象概念此时思维导图起了非 常大的作用[1]。
金属热处理原理与工艺(第1章)
高硬、高强、高耐磨
1-16
珠光体(纯铁、铁素体)的机械性能 抗拉强度σb: 1000(176~274)MN/m2 屈服强度σ0.2: 600(98~166)MN/m2 延伸率δ: 10%(30~50%) 断面收缩率ψ: 12-15%(70~80%) 硬度HB: 241(50~80)
Chapter 1: Introductions
1-15
组织 奥氏体
比容 (cm3/g-1)
0.1212
线膨胀系数 (106K-1)
14.5
力学性能
低硬度、低屈服强度，高塑性
铁素体 0.1271
渗碳体 0.130
珠光体
-
莱氏体
-
23.0 12.5
-
低强度、低硬度，高塑形和韧 性
高硬、高强、高耐磨，低塑性 、低韧性
Chapter 1: Introductions
1-25
1-12
计算相及组织含量
【例】计算珠光体中F和Fe3C的含量。 WF=SK/PK=(6.69-0.77/6.69-0.0218)×100% =88.7%
WFe3c=100%-88.7%=11.3%
【课堂练习】分析wc=1.5%的铁碳合金在室温下 的相及组织，并分别计算其含量。
Chapter 1: Introductions
正火(normalizing)
处
三阶段：加热、保温、冷却
理 淬火(quenching ) 回火(tempering)
分
五要素：介质、V加、T、t 、V冷 类 固溶时效(aging treatment)
Chapter 1: Introductions
1-7
热处理与相图
热处理原理及工艺
热处理原理及工艺热处理是一种用于改善材料性能的重要工艺。
通过控制材料的加热和冷却过程，可以改变材料的晶体结构、力学性能和化学性能，从而提高材料的强度、硬度、耐腐蚀性等。
热处理的原理是基于固体材料的晶体结构与物理性能之间的关系。
晶体结构是由原子或分子的周期性排列所组成，不同的结构会导致不同的物理性能。
在加热过程中，材料中的原子或分子会随着温度的升高而具有更高的热运动能力，从而使晶体结构发生变化。
通过控制加热温度和时间，可以实现晶体结构的改变。
常见的热处理工艺包括退火、淬火、回火、表面处理等。
退火是将材料加热到特定温度，然后缓慢冷却至室温，目的是消除内部应力和改善材料的韧性。
淬火是在材料加热到高温后，迅速冷却至室温，通过快速冷却可以使材料形成硬脆结构，提高材料的硬度和强度，但也会导致内部应力增大，需要进行回火处理来消除应力。
回火是将淬火后的材料加热到适当温度，然后保温一段时间，最后缓慢冷却，目的是降低材料的硬度，提高韧性。
表面处理是在材料表面形成一层特定的化合物或合金层，用于改善材料的耐磨性、耐腐蚀性等。
热处理工艺的选择要根据材料的组成和应用要求进行。
不同材料具有不同的热处理敏感性和适用温度范围。
合理选择热处理工艺可以使材料在满足力学性能和物理性能要求的同时，减少成本和能源消耗。
总之，热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改善材料性能的重要工艺。
通过热处理可以改变材料的晶体结构和物理性能，提高材料的强度、硬度、韧性和耐腐蚀性等。
选择合适的热处理工艺对于提高材料的性能和使用寿命至关重要。
热处理是一种将金属或合金材料通过加热和冷却处理来改变其物理和机械性能的工艺。
它是材料加工中非常重要的一部分，因为可以通过控制热处理工艺，使材料的硬度、强度、韧性、耐腐蚀性等性能得到改善。
热处理的核心原理是通过控制材料的加热温度和冷却速度，使材料的晶体结构发生变化。
材料的晶体结构决定了其宏观性能。
例如，在晶体结构较均匀的钢中，碳原子分布均匀，这样就有利于提高钢材的硬度和强度。
材料科学与工程专业金属热处理原理及工艺马氏体转变精选全文
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
共析碳钢C曲线分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+
产
A A向产物 转变终止线
产 物 区
体 区 A向产
物
Ms 物转变开始线
区
M+AR Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变;P 转变区。
550～230℃;中温转变 区;半扩散型转变;
A
M （α’ ） 成分不变
fcc
体心正方 结构变化
由于碳的过饱和作用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正 方晶格。致使马氏体具有体心正方晶格（a = b ≠c）
c
—C原子
—Fe原子
a
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碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。这使得c 轴伸长，a轴缩短，晶体结构变为体心正方。
5.2 马氏体的组织形态
一. 马氏体形态 板条，片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状 1、板条马氏体
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组织单元：群—束—板条 取向关系：K-S, 惯习面：{111}
马氏体群
马氏体束
光镜下
马氏体群：同惯习面，形态上呈平行排列的板条集团 马氏体束：同惯习面，同取向（晶面平行关系）的板条集团 马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。
5、ε马氏体 点阵结构： 密排六方（其它马氏体均为体心立方或体心正 方点阵结构）
特征：薄片状 亚结构：高密度层错
原因：奥氏体的层错能较低形成 (书中P96页图4.24)
《金属材料及热处理》课程教学大纲
《金属材料及热处理》课程教学大纲课程编号：081095211课程名称：金属材料及热处理英文名称：Metal Materials and heat treatment课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：48/3（讲课学时：44 实验学时：4 ）适用专业：材料成型及控制工程一、课程性质与任务金属材料及热处理是材料成形及控制工程专业的一门重要必修课,也是理论性和实践性较强的专业课。
通过本课程的学习,使学生掌握钢的退火、正火、淬火和回火等热处理工艺的基本理论,基本知识和实验技能,并能应用于实践，了解工程用钢、铸铁和有色金属的分类和特性。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本工艺方法的讲解；在培养实践能力方面着重培养学生不同材质的工件在不同应用场合的选择，不同材料性能的热处理工艺的选择。
培养学生的工程观念和规范意识，要善于观察、思考，勤于实践，培养学生应用理论联系实际的方法去解决工程实际问题，具有合理地选择材料并确定热处理工艺的能力。
二、课程与其他课程的联系学生应在先学完《大学物理》、《材料科学基础》、《物理化学》等课程，并经过金属工艺的生产实训，对材料及热处理方面有一定的感性认识后，再学习本课程，通过本课程的学习，为《材料的力学性能》、《铸造合金熔炼》等专业课奠定基础，也为学生从事铸造、焊接、锻造、热处理专业方面工作打下坚实的基础。
三、课程教学目标1.掌握固态相变的基本理论，了解钢在加热与冷却时组织的转变规律，理解材料成分-组织-性能之间的关系；（支撑毕业能力要求1.2，1.3）2.掌握钢的退火、正火、淬火与回火的应用及工艺参数的制定，从而对材料及其热处理具有一定的分析和研究能力，对于实际工件能够给出较合理的热处理工艺；（支撑毕业能力要求2.1，2.3）3.对于已有热处理工艺造成的工程问题，能够分析存在问题的原因，优化热处理工艺；（支撑毕业能力要求4.2）4.了解特殊热处理工艺特征和应用；（支撑毕业能力要求1.2）5.了解常用金属材料（工程用钢、铸铁和有色合金）的特性，能够根据使用环境和性能要求选择合适的金属材料。
《金属材料及热处理》课程思政建设的实践与探索
《金属材料及热处理》课程思政建设的实践与探索【摘要】本文主要介绍了关于《金属材料及热处理》课程思政建设的实践与探索。
在从背景介绍和意义重要性方面提出了问题。
在围绕课程理念与设计、课程内容与教学方法、学生学习效果评估、课程实践案例分享和学生思政教育效果展开讨论。
结论部分总结了实践与探索的成果，并展望了未来发展方向。
通过这篇文章的探讨，可以更好地了解到如何在金属材料及热处理课程中融入思政教育元素，促进学生综合素质的提升，为学生的思想品德教育提供参考和借鉴。
【关键词】金属材料、热处理、课程思政建设、实践、探索、课程理念、课程设计、教学方法、学习效果评估、实践案例分享、思政教育效果、成果、发展方向。
1. 引言1.1 背景介绍金属材料及热处理课程作为材料科学与工程专业的重要课程之一，对于培养学生的专业能力和思想素养起着至关重要的作用。
随着社会经济的不断发展和科技水平的不断提升，金属材料在工业生产和科研领域中的应用也日益广泛，因此有必要对金属材料及其热处理技术进行系统的教学与探讨。
本课程旨在通过理论与实践相结合的方式，使学生深入了解金属材料的性能、结构和热处理原理，培养其对金属材料及其相关问题的思考和解决能力。
在传统的金属材料课程教学中，往往侧重于理论知识的传授，而对学生的实际动手能力和创新思维的培养不够，这与时代发展的需求和学生个体发展的需求不尽相符。
本课程在设计中充分考虑到了学生的实践能力培养和思想素质提升，将理论知识与实践技能相结合，注重培养学生的创新能力和团队协作精神，使其在学习金属材料及热处理的过程中不仅掌握了专业知识，更重要的是培养了扎实的实践操作能力和综合分析问题的能力。
1.2 意义重要性金属材料及热处理课程在当今社会中具有重要的意义和价值。
金属材料及热处理作为材料科学与工程领域的重要内容之一，对于培养学生的工程素养和专业技能具有重要意义。
通过学习这门课程，学生可以深入了解金属材料的性能、结构和加工特性，掌握金属热处理的原理和技术，为将来从事相关工程领域提供坚实的理论基础和实践技能。