金屬材料力學(xué)性能教學(xué)大綱

1、材料力學(xué)性能教學(xué)大綱一、課程基本情況總 學(xué) 時(shí)：56 講課學(xué)時(shí)：50 實(shí)踐學(xué)時(shí)：6總 學(xué) 分：3.5課程類別：專業(yè)；核心；必修考核方式：考試適用對(duì)象：金屬材料工程先修課程：金屬學(xué)與熱處理參考教材：束德林，工程材料力學(xué)性能，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011高建明，材料力學(xué)性能，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004 石德珂、金志浩，材料力學(xué)性能，西安：西安交通大學(xué)出版社，1998劉瑞堂，工程材料力學(xué)性能，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002時(shí)海芳、任鑫，材料力學(xué)性能，北京：北京大學(xué)出版社，2010二、課程設(shè)置目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料不同力學(xué)性能測(cè)試的相關(guān)要求；理解金屬材料在不同

2、條件下的力學(xué)行為的特點(diǎn)和產(chǎn)生機(jī)理；掌握典型金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)的物理含義和影響因素。使學(xué)生具備對(duì)金屬材料的變形、磨損及斷裂失效原因進(jìn)行分析并初步提出解決方案的能力。以支撐人才培養(yǎng)規(guī)格中在金屬材料科學(xué)與工程及相關(guān)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工藝要求的實(shí)現(xiàn)。三、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時(shí)分配知識(shí)單元一：金屬在靜載荷作用下的力學(xué)性能 （建議34學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1： 金屬在單向拉伸載荷作用下的力學(xué)行為主要內(nèi)容及要求：了解金屬在室溫下單向靜拉伸實(shí)驗(yàn)的最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及金屬在單向拉伸載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線類型，掌握退火態(tài)低碳鋼在室溫下單向靜拉伸曲線及力學(xué)行為。知識(shí)點(diǎn)2： 金屬的彈性變形 主要內(nèi)容及要求：理解

3、彈性變形的特點(diǎn)及彈性變形的機(jī)理；掌握彈性變形相關(guān)性能指標(biāo)的含義、影響因素及工程應(yīng)用；了解彈性不完整性現(xiàn)象及原因。知識(shí)點(diǎn)3： 金屬的塑性變形 主要內(nèi)容及要求：理解塑性變形的特點(diǎn)及其機(jī)理；掌握 塑性變形相關(guān)性能指標(biāo)的含義、影響因素及工程應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)4： 金屬的斷裂 主要內(nèi)容及要求：理解斷裂的分類方法；掌握微孔聚集型斷裂、解理斷裂、準(zhǔn)解理斷裂沿晶斷裂的過(guò)程及其斷口的宏觀和微觀特征；了解斷裂強(qiáng)度理論。知識(shí)點(diǎn)5： 金屬在壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下的力學(xué)性能主要內(nèi)容及要求：理解壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，掌握相關(guān)力學(xué)性能，理解應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)對(duì)材料力學(xué)行為的影響；掌握布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度的原理、特點(diǎn)

4、、要求及適用范圍；理解缺口對(duì)材料力學(xué)性能的影響，了解金屬的缺口拉伸的應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)6： 金屬的斷裂韌度主要內(nèi)容及要求：理解掌握KIC的測(cè)試方法、影響因素及其應(yīng)用；了解GIC、c和JIC的有關(guān)概念。重點(diǎn)：力學(xué)行為發(fā)生的機(jī)制及特點(diǎn)；常見(jiàn)的力學(xué)性能指標(biāo)的含義、測(cè)試方法及其影響因素。難點(diǎn)：金屬的強(qiáng)韌化機(jī)制及在工程中的應(yīng)用。教學(xué)方法和手段：講授、研討（針對(duì)淬火回火過(guò)程中的組織變化，結(jié)合影響金屬?gòu)?qiáng)韌化的因素，分析在淬火后鋼材強(qiáng)化的機(jī)制，及其回火后韌性改善的原因） 知識(shí)單元二：金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能 （建議6學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1： 沖擊彎曲 主要內(nèi)容及要求：理解沖擊載荷作用下金屬的變形特點(diǎn)；掌握沖擊彎曲的試驗(yàn)方

5、法。知識(shí)點(diǎn)2： 低溫脆性主要內(nèi)容及要求：理解、掌握低溫脆性現(xiàn)象及本質(zhì)，了解金屬韌脆轉(zhuǎn)變溫度的確定方法；掌握影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的主要因素。重點(diǎn)：金屬?zèng)_擊功的測(cè)試方法及影響金屬韌性的主要因素。難點(diǎn)：金屬的韌脆轉(zhuǎn)變。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)單元三： 金屬的疲勞 （建議6學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1： 高周疲勞 主要內(nèi)容及要求：掌握金屬疲勞的現(xiàn)象及特點(diǎn)；了解疲勞曲線的測(cè)定方法；理解疲勞斷裂的過(guò)程和機(jī)理；掌握影響疲勞強(qiáng)度的主要因素。知識(shí)點(diǎn)2： 低周疲勞主要內(nèi)容及要求：理解低周疲勞的過(guò)程及本質(zhì)，掌握提高金屬低周疲勞抗力的主要途徑。重點(diǎn)：金屬疲勞斷裂的過(guò)程、機(jī)理；疲勞斷口的主要特征及影響疲勞強(qiáng)度的主要因素。難點(diǎn)：

6、金屬疲勞斷裂的過(guò)程和機(jī)理。教學(xué)方法和手段：講授 知識(shí)單元四： 金屬高溫力學(xué)性能（建議4學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1： 高溫作用下的力學(xué)行為特點(diǎn) 主要內(nèi)容及要求：掌握長(zhǎng)時(shí)高溫條件下力學(xué)行為與室溫和短時(shí)高溫條件下力學(xué)行為的主要區(qū)別。 知識(shí)點(diǎn)2： 金屬的蠕變 主要內(nèi)容及要求：理解金屬蠕變機(jī)理；掌握金屬蠕變現(xiàn)象及規(guī)律知識(shí)點(diǎn)3： 金屬的蠕變斷裂 主要內(nèi)容及要求：了解金屬蠕變及蠕變斷裂的相關(guān)性能指標(biāo)和測(cè)試方法；理解金屬蠕變斷裂的機(jī)理及影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素；掌握金屬蠕變斷裂的特征。重點(diǎn)：金屬蠕變和蠕變斷裂機(jī)理；影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素。難點(diǎn)：金屬蠕變和蠕變斷裂機(jī)理。教學(xué)方法和手段：講授 綜合訓(xùn)練項(xiàng)目一：

7、金屬?gòu)?qiáng)韌化機(jī)制及應(yīng)用 目的和要求：通過(guò)該訓(xùn)練使學(xué)生掌握金屬?gòu)?qiáng)化的主要方法及專業(yè)文獻(xiàn)查閱的方法和途徑，并具有對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行歸納總結(jié)和提煉的初步能力，初步掌握撰寫學(xué)術(shù)論文的基本要求。學(xué)生結(jié)合強(qiáng)度和塑性的影響因素在課后去查閱相關(guān)資料或去現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，了解相關(guān)強(qiáng)化機(jī)制的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，并根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和查閱的資料及調(diào)研情況，按照學(xué)術(shù)論文的格式撰寫一篇3000字以上綜述（附10篇以上的參考文獻(xiàn)），進(jìn)行宣講，同學(xué)間相互提問(wèn)，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。成果形式：論文綜合訓(xùn)練項(xiàng)目二： 表面強(qiáng)化對(duì)機(jī)械零件疲勞性能的影響 目的和要求：通過(guò)該訓(xùn)練使學(xué)生能夠利用所掌握的只是知識(shí)分析實(shí)際工程問(wèn)題，尋找出導(dǎo)致其失效的主要原因，并提出解決

8、問(wèn)題的方法。從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。選取一種典型的機(jī)械零件（軸、齒輪、軸承、彈簧），對(duì)其服役條件進(jìn)行分析，分析其疲勞及其他失效的類型及原因，提出解決問(wèn)題的措施，并分析其可行性。撰寫一篇3000字左右的論文。成果形式：論文綜合訓(xùn)練項(xiàng)目三： 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅和ㄟ^(guò)該訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，使其具有運(yùn)用理論知識(shí)分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，使其了解撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書和結(jié)題報(bào)告的基本要求；學(xué)生3-5人組成一個(gè)小組，根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程中、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和查閱資料中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，利用所掌握的影響金屬力學(xué)性能的影響因素和改善性能的措施，按照科研項(xiàng)目申請(qǐng)輸?shù)囊笞灾髟O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究

9、方案，進(jìn)行答辯，教師就其方案的意義、科學(xué)性和可行性進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)研究方案進(jìn)行修改完善，經(jīng)審查通過(guò)后可作為一個(gè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫研究報(bào)告。成果形式：實(shí)驗(yàn)論證方案、研究報(bào)告四、其它教學(xué)環(huán)節(jié)序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱目的要求主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型開(kāi)出要求1系列缺口靜拉伸實(shí)驗(yàn)及斷口形貌觀察掌握靜拉伸的試驗(yàn)方法，了解金屬在硬應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中條件下脆化傾向；了解試樣缺口幾何形狀對(duì)其強(qiáng)度、塑性及斷口形貌的影響。對(duì)經(jīng)淬火后不同溫度回火的中碳鋼材料進(jìn)行光滑試樣及不同缺口試樣進(jìn)行軸向和偏斜拉伸，測(cè)試其強(qiáng)度和塑性2綜合選做2硬度測(cè)定掌握布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度

10、、肖氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用，感性認(rèn)識(shí)微觀硬度和宏觀硬度的關(guān)系，硬度和抗拉強(qiáng)度的近似關(guān)系。布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度、肖氏硬度計(jì)的使用方法，適用范圍，并進(jìn)行相應(yīng)材料的硬度測(cè)試2驗(yàn)證選做3斷裂韌度KIC測(cè)定了解金屬斷裂韌度KIC實(shí)驗(yàn)的基本原理及對(duì)實(shí)驗(yàn)形狀和尺寸的要求，掌握三點(diǎn)彎曲試樣測(cè)定KIC的方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法三點(diǎn)彎曲試樣測(cè)定KIC的方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法2驗(yàn)證選做4金屬的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)掌握扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度測(cè)試方法，理解脆性和韌性兩種材料變形和破壞特點(diǎn)。測(cè)定低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線，測(cè)定低碳鋼的屈服點(diǎn)和抗扭強(qiáng)度，測(cè)定鑄鐵抗扭強(qiáng)度，觀察、比較兩種材料變形和破壞特點(diǎn)。2驗(yàn)證選做5沖擊彎

11、曲實(shí)驗(yàn)及韌脆轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定掌握低溫沖擊彎曲的試驗(yàn)方法，了解溫度對(duì)金屬?zèng)_擊韌性的影響規(guī)律及韌脆轉(zhuǎn)變溫度的確定方法測(cè)定低碳鋼的溫度-韌性變化曲線，確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。2驗(yàn)證選做6金屬的疲勞實(shí)驗(yàn)了解旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理，疲勞試樣的尺寸及加工要求，掌握疲勞曲線及疲勞強(qiáng)度的測(cè)定方法，理解表面強(qiáng)化都疲勞抗力的影響。利用旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)測(cè)定調(diào)質(zhì)態(tài)中碳鋼和調(diào)質(zhì)+表面淬火中碳鋼試樣的疲勞極限。2驗(yàn)證選做7金屬的磨損實(shí)驗(yàn)掌握失重法測(cè)定耐磨量的試驗(yàn)方法，理解組織和成分對(duì)耐磨性能的影響，了解實(shí)驗(yàn)機(jī)的原理和實(shí)驗(yàn)方法。利用磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定金屬材料的磨損量。2驗(yàn)證選做8自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（綜合訓(xùn)練）學(xué)生3-5人組成一個(gè)小組，根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程中、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和查閱資料中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，利用所掌握的影響金屬力學(xué)性能的影響因素和改善性能的措施，按照科研項(xiàng)目申請(qǐng)輸?shù)囊笞灾髟O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究方案，進(jìn)行答辯，教師就其方案的意義、科學(xué)性和可行性進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)研究方案進(jìn)行修改完善，經(jīng)審查通過(guò)后可作為一個(gè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫研究報(bào)告。通過(guò)該訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能