spContent=本课程系统介绍材料成形过程中所涉及的物理冶金学知识, 包括晶格缺陷理论、金属塑性变形的微观机制与宏观规律、金属变形抗力与塑性和金属断裂理论等; 学习各种工艺因素对材料组织性能的影响规律;结合工业生产实际介绍材料成形过程中对其力学性能进行有效控制的新技术。
本课程系统介绍材料成形过程中所涉及的物理冶金学知识, 包括晶格缺陷理论、金属塑性变形的微观机制与宏观规律、金属变形抗力与塑性和金属断裂理论等; 学习各种工艺因素对材料组织性能的影响规律;结合工业生产实际介绍材料成形过程中对其力学性能进行有效控制的新技术。
—— 课程团队
课程概述
本课程系统介绍材料成形与控制过程中所涉及的物理冶金学知识,包括晶格缺陷理论、金属塑性变形的微观机制与宏观规律、金属变形抗力与塑性和金属断裂理论等;学习材料成形过程中各种工艺因素对材料组织性能的影响规律,重点介绍材料组织性能之间的关系;结合工业生产实际介绍材料成形过程中对其力学性能进行有效控制的新技术。
通过本课程的学习,学生可深入了解材料成形的物理本质,掌握从事材料成形与控制工程研究所必需的基础理论和专业知识,具备分析和解决材料成形新工艺设计等相关问题的能力,并培养自主学习和终身学习的意识。
授课目标
课程目标1:掌握材料成形物理冶金学的基础理论以及相关的专业基本理论知识。
课程目标2:能够运用晶格缺陷理论对变形机制和强化机制做出合理的解释。
课程目标3:了解材料成形过程中对其力学性能进行有效控制的新技术。
课程目标4:掌握材料成形物理冶金学的基础知识,能够认识到自主学习和终身学习的必要性。
课程大纲
绪论及晶体缺陷概述
课时目标:掌握晶格缺陷的类型,明确晶格缺陷的特点。
0-0 绪论
1-1 点缺陷
1-2 面缺陷
1-3 线缺陷
习题1
位错理论基础
课时目标:掌握位错的分类及特点、应力场和应变能;掌握位错的运动方式、位错与位错之间的交互作用、位错与点缺陷之间的交互作用;位错的塞积与增殖;明确实际晶体中的位错特征。
2-1 位错的柏氏矢量
2-2 位错的应力场
2-3 位错的应变能
2-4 位错的滑移与塑性变形
2-5 位错的攀移
2-6 位错间的相互作用力
2-7 位错与溶质的相互作用
习题2(1)
2-8 位错的交割
2-9 位错的增殖
2-10 位错的塞积
2-11 实际晶体中的位错
2-12 面心立方晶体中的位错
2-13 位错的实验观察
习题2(2)
材料的塑性变形机制
课时目标:掌握室温时材料的塑性变形机制;明确多晶体塑性变形的特点;掌握高温时材料的塑性变形机制;用变形机理图解释金属的变形机制。
3-1 塑性变形机制
3-2 滑移时的临界分切应力
3-3 滑移的基本类型
3-4 孪生
3-5 多晶体塑性变形机制
3-6 不均匀塑性变形
3-7 高温变形机理
3-8 变形机制图
习题3
材料的强化机制
课时目标:掌握材料强化机制的类型及对性能的影响,能从微观结构角度对强化机制进行说明。
4-1 晶界强化
4-2 形变强化
4-3 固溶强化
4-4 第二相强化
4-5 复合材料的强化
习题4
材料的变形和再结晶
课时目标:掌握材料在冷加工、退火和热加工过程中的组织演变规律,明确回复和再结晶机制,能解释组织性能之间的关系。
5-1 材料的变形和再结晶
5-2 冷变形对材料性能的影响
5-3 材料的回复
5-4 材料的再结晶
5-5 再结晶后的晶粒长大
5-6 再结晶退火后的组织
5-7 热变形中的软化过程
5-8 热变形后的软化过程
习题5
材料塑性变形的宏观规律
课时目标:明确产生不均匀变形的原因及影响材料变形行为的因素;能够对实际变形过程中不均匀变形引起缺陷的原因进行分析,并确定防止措施。
6-1 均匀变形与不均匀变形
6-2 影响材料变形行为的因素
6-3 变形不均匀分布引起的后果
6-4 残余应力
习题6
材料的塑性变形抗力
课时目标:明确材料变形抗力的概念;明确影响材料变形抗力的因素,能够对材料的应变硬化行为进行分析。
7-1 金属的变形抗力
7-2 化学成分及组织对塑性变形抗力的影响
7-3 变形条件对塑性变形抗力的影响
7-4 加工硬化曲线
7-5 包辛格效应
习题7
材料的塑性行为
课时目标:明确材料塑性的概念;明确影响材料塑性的因素,掌握提高金属塑性的方法。
8-1 塑性的概念与测试方法
8-2 化学成分和组织对材料塑性的影响
8-3 变形条件对材料塑性的影响
8-4 材料的超塑性
习题8
材料的断裂
课时目标:明确材料断裂的类型及特点;掌握影响材料断裂类型的因素;了解材料塑性变形中发生断裂的条件及防止措施。
9-1 材料的断裂
9-2 Griffith脆性断裂理论
9-3 韧性断裂
9-4 微裂纹形核的位错模型
9-5 影响断裂类型的因素
9-6 材料塑性加工时的断裂
习题9
材料的组织性能控制
课时目标:掌握金属的强韧化机制,明确提高钢铁材料和有色金属材料力学性能和服役性能的途径,并理解其局限性。
10-1 钢的组织性能控制
10-2 铝合金的组织性能控制
10-3 冲压性能的控制
10-4 服役性能的控制
10-5 疲劳性能的控制
10-6 介质对材料强度的影响
习题10
材料成形金属学实验实操
课时目标:了解材料成形实验实验的目的及原理,掌握实验的基本操作过程,加深对课程内容的认识和理解。
1 热模拟实验
2 拉伸实验
3 扫描电镜
4 硬度测试
5 金相观察
6 冲击实验
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预备知识
材料成形不仅能使材料的形状和尺寸发生改变,更重要的是可以控制材料的组织性能。发掘传统材料的潜能和开发新的材料,都需要了解材料的微观组织和力学性能之间的关系,掌握材料组织性能的控制方法。因此,材料成形过程中的物理冶金学一直受到研究人员和企业界的高度重视,也是一个非常活跃的研究领域。
本课程力图将材料成形的宏观规律与微观现象相联系,揭示材料微观组织的演变规律,解释材料变形过程中的力学行为。
参考资料
教材:《材料成形金属学》,丁桦主编,冶金工业出版社,2016。
参考书:《位错理论及其应用》,王亚南,陈树江,董希淳编著,冶金工业出版社,2007。
《材料成型的物理冶金基础》,赵刚主编,冶金工业出版社,2009。