工程材料及其成型基礎(chǔ)

1、工程材料及其成型基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱( Fundamentals of Engineering Material and TheirManufacturing Technology)課程編號(hào)： 011103學(xué)分： 4學(xué)時(shí)： 78 (其中：講課學(xué)時(shí)： 68 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 10 上機(jī)學(xué)時(shí)： 0 )先修課程 ：畫法幾何與機(jī)械制圖后續(xù)課程 ：機(jī)械設(shè)計(jì)、金屬切削原理與刀具、機(jī)械制造工藝學(xué)適用專業(yè) ：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化開課部門 ：機(jī)械工程學(xué)院一、課程的性質(zhì)與目標(biāo)工程材料及其成型基礎(chǔ) 課程是以材料成形與加工工藝為主的工藝技術(shù)性 基礎(chǔ)課。它是對(duì)工科大學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械工程制造技術(shù)和綜合工程素質(zhì)教育的重 要基礎(chǔ)課程

2、。通過本課程學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到以下基本要求：1、掌握常用工程材料的性能、結(jié)構(gòu)、牌號(hào)和應(yīng)用范圍。2、熟悉鐵碳合金狀態(tài)圖， 并能據(jù)圖分析碳鋼成分、 組織和性能之間的關(guān)系。3、了解金屬熱處理的基本原理，熟悉常用熱處理方法及其應(yīng)用。4、了解常用非金屬材料的組成、特性及應(yīng)用；5、熟悉鑄造、壓力加工和焊接方法的基本原理、現(xiàn)代技術(shù)、工藝特點(diǎn)和應(yīng) 用范圍。6、了解零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本知識(shí)，能改進(jìn)較明顯不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。7、了解選擇材料及加工方法的經(jīng)濟(jì)性，具有選擇材料、毛坯和制定簡單零件加工工藝規(guī)程的能力。二、課程的主要內(nèi)容及基本要求第 0 章緒論（ 2 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 機(jī)械制造基礎(chǔ)課程主要內(nèi)容和機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展

3、概況，機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)全過 程概念，材料成形與加工在機(jī)械工業(yè)中的地位和作用，學(xué)習(xí)本課程的要求 和方法。 重點(diǎn) 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)全過程概念，材料成形與加工在機(jī)械工業(yè)中的地位和作用。 難點(diǎn) 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)全過程概念，材料成形與加工在機(jī)械工業(yè)中的地位和作用。 基本要求 明確本課程的作用與學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法。第 1 章金屬材料的力學(xué)性能（ 3 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 材料的力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等。 重點(diǎn) 強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度的概念。 難點(diǎn) 強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度的區(qū)分理解。 基本要求 掌握機(jī)械行業(yè)中常用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)。 實(shí)踐與練習(xí) 本部分內(nèi)容建議開設(shè) “硬

4、度實(shí)驗(yàn)”。通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)一步理解硬度測量的 原理，掌握布氏硬度、洛氏硬度的測量方法。1、彈性模量 E 的工程含義是什么？它和零件的剛度有什么關(guān)系？2、何謂硬度？簡述布氏硬度、 洛氏硬度、維氏硬度的試驗(yàn)原理及應(yīng)用范圍3、疲勞破壞是怎么產(chǎn)生的？提高零件疲勞強(qiáng)度的方法有哪些？第 2 章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（ 7 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶，晶體與非晶體，三種常見的晶格類型，多晶體、金屬 的缺陷及其對(duì)金屬性能的影響， 結(jié)晶的概念， 結(jié)晶的基本過程， 結(jié)晶過程對(duì)晶粒 大小的影響。合金的結(jié)構(gòu)與相圖。 重點(diǎn) 金屬的特性，金屬的晶體結(jié)構(gòu)，晶體缺陷，金屬的結(jié)晶，合金的概念，固 態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)，

5、二元合金相圖。 難點(diǎn) 位錯(cuò)、過冷度、二元合金相圖。 基本要求 掌握金屬的特性、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、金屬的結(jié)晶過程，熟練掌握二元 合金相圖。 實(shí)踐與練習(xí) 1、何謂晶體、晶格、晶胞？常見的晶格類型有哪些及代表金屬？2、簡述金屬的結(jié)晶過程。3、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能有何影響，影響晶粒度的因素有？第 3 章 鐵碳合金相圖（ 10 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體的定義，符號(hào)，性能與特點(diǎn)， 鐵碳合金狀態(tài)圖， 圖形的特征點(diǎn)，線和區(qū)域組織，典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程， 鐵碳合金成分、組織和性能的關(guān)系。 重點(diǎn) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的概念、鐵素體、奧氏體、滲碳體的概念及其特性、鐵碳合 金相圖、

6、含碳量對(duì)鋼組織與性能的影響。 難點(diǎn) 相與組織的區(qū)分，鐵碳合金狀態(tài)圖，鐵碳合金相圖的特征點(diǎn)、線和區(qū)域組織，典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程，含碳量對(duì)鋼組織與性能的影響。 基本要求 熟練掌握同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的概念、 鐵素體、奧氏體、 滲碳體的概念及其特性， 會(huì)默畫出鐵碳合金相圖， 掌握各種典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及含碳量對(duì)鋼組 織與性能的影響。 實(shí)踐與練習(xí) 本部分內(nèi)容建議開設(shè)“顯微鏡的構(gòu)造與使用” 、“鐵碳合金平衡組織觀察” 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。 通過“顯微鏡的構(gòu)造與使用” 實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解金相顯微鏡的構(gòu)造和工 作原理，掌握其使用的方法；通過“鐵碳合金平衡組織觀察”讓學(xué)生進(jìn)一步理解 鐵碳合金相圖的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)， 掌握平

7、衡狀態(tài)下的各種不同含碳量的鐵碳合金的組 織及其性能上的差別、含碳量對(duì)其組織和性能的影響。1、何謂鐵素體、滲碳體、奧氏體，寫出它們的符號(hào)，簡述其特性。2、畫出鐵碳合金相圖，說明其中各點(diǎn)、線的含義，并標(biāo)出各區(qū)域的組織。3、根據(jù)鐵碳合金相圖畫出亞共析鋼、過共晶白口鑄鐵的冷卻曲線。第 4 章 鋼的熱處理（ 10 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 熱處理的定義， 目的，分類及其在機(jī)械制造中的地位， 奧氏體的形成過程， 奧氏體晶粒長大及其控制， 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變， 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)及 性能，退火的種類，目的，工藝及應(yīng)用，正火的目的，工藝及應(yīng)用，退火與正火 選擇，淬火的目的及應(yīng)用，淬透性的概念，影響淬透性的因素

8、，淬透性與零件設(shè) 計(jì)的關(guān)系，常見的淬火缺陷及其預(yù)防措施， 回火的目的， 回火工藝及其對(duì)組織和 性能的影響，回火脆性，調(diào)質(zhì)的概念，鋼的表面熱處理，滲碳、氮化、碳氮共滲 及其它化學(xué)熱處理簡介，可控氣氛熱處理，真空熱處理，形變熱處理，復(fù)合熱處 理，其它表面處理技術(shù)。 重點(diǎn) 鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成及晶粒大小和影響因素、過冷奧氏體的等溫及連 續(xù)轉(zhuǎn)變曲線、鋼的退火與正火、鋼的淬火與回火、鋼的淬透性與淬硬性、鋼的表面熱處理。 難點(diǎn) 過冷奧氏體的等溫及連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線、鋼的淬透性與淬硬性的區(qū)分、各種熱 處理工藝的選擇。 基本要求 掌握鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律和各種熱處理方法。 實(shí)踐與練習(xí) 本部分內(nèi)容建議開設(shè)“鐵

9、碳合金非平衡組織觀察”實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生 理解熱處理的作用以及對(duì)鋼鐵材料組織、性能變化的影響。1、何謂熱處理？可分為哪幾類？2、簡述奧氏體加熱時(shí)候的轉(zhuǎn)變。3、什么是臨界冷卻速度，有何重要意義？4、什么是退火、正火、淬火、和回火？5、常見的表面熱處理方法有哪些，分別用于什么情況下？第 5 章 工業(yè)用鋼（ 8 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 鋼的分類， 碳及其雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響， 合金元素在鋼中的作用， 結(jié)構(gòu)鋼， 工具鋼，特殊性能鋼。 重點(diǎn) 鋼中的常存雜質(zhì)， 合金元素在鋼中的作用， 普通與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)， 成分、性能和用途。低合金結(jié)構(gòu)鋼、低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，中碳合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼 及滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、成分

10、、熱處理的特點(diǎn)和用途，刃具鋼 （ 碳素刃具鋼、低合 金刃具鋼、高速鋼 ） ，模具鋼及量具鋼的牌號(hào)、成分、熱處理的特點(diǎn)和用途，不 銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。 難點(diǎn) 合金元素在鋼中的作用、各種鋼的應(yīng)用。 基本要求 掌握鋼的分類和牌號(hào)表示方法以及應(yīng)用，了解合金元素在鋼中的作用。 實(shí)踐與練習(xí) 1、鋼中常存雜質(zhì)有哪些，其作用分別是什么？2、合金元素在鋼中有何作用？3、什么是調(diào)質(zhì)鋼？調(diào)質(zhì)鋼分為哪幾類？簡述調(diào)質(zhì)鋼的熱處理過程。4、試比較冷作模具鋼與熱作模具鋼的性能要求， 并簡單分析這兩種模具鋼 的成分特點(diǎn)及用途。5、常見的特殊性能鋼有哪些？第 6 章 有色金屬及其合金（ 4 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 鋁及鋁合金、銅及

11、銅合金、滑動(dòng)軸承合金。 重點(diǎn) 工業(yè)純鋁，鋁合金，工業(yè)純銅，銅合金，軸承合金的性能與組織，常用滑 動(dòng)軸承合金。 難點(diǎn) 各種有色金屬的應(yīng)用。 基本要求 掌握各種有色金屬的牌號(hào)表示方法了解其應(yīng)用。 實(shí)踐與練習(xí) 本部分內(nèi)容建議開設(shè)“有色金屬組織觀察”實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)一步了解有色金屬組織與黑色金屬組織之間的差別以及常見有色金屬組織性能上的 特點(diǎn)。1、鋁合金共分為哪幾類？鋁合金的強(qiáng)化方式有哪幾種？2、黃銅的含鋅量是如何影響其力學(xué)性能的？3、如何滿足滑動(dòng)軸承合金的性能及組織的要求？第 7 章非金屬材料及新型材料 （ 2 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 高分子材料、工業(yè)陶瓷、復(fù)合材料、納米材料、超導(dǎo)材料、貯氫材料、

12、形 狀記憶材料、非晶態(tài)合金。 重點(diǎn) 常用的高分子材料、工業(yè)陶瓷、復(fù)合材料。 難點(diǎn) 常用的高分子材料、工業(yè)陶瓷、復(fù)合材料的應(yīng)用。 基本要求 掌握常用的高分子材料、工業(yè)陶瓷、復(fù)合材料，了解一些新型材料。 實(shí)踐與練習(xí) 1、塑料的主要成分是什么，分別起什么作用？2、試比較熱塑性塑料和熱固性塑料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。第 8 章鑄造（ 6 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 合金的鑄造性能、常用鑄造合金、砂型鑄造、鑄件工藝的制定原則及結(jié)構(gòu) 工藝性、特種鑄造。 重點(diǎn) 合金的流動(dòng)性，流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響，影響流動(dòng)性的因素，合金的收 縮，影響收縮的主要因素，縮孔的形成及預(yù)防措施，鑄件內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋形 成及其防止，工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容

13、：確立澆注位置，分型面，選擇主要工藝參數(shù)，設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)及繪制鑄件圖， 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性與合金鑄造性能的關(guān)系， 鑄件結(jié)構(gòu)工藝 性對(duì)鑄造工藝過程的影響， 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鑄件外形設(shè)計(jì)， 鑄件內(nèi)腔與孔洞設(shè)計(jì)， 鑄件壁厚設(shè)計(jì)。 難點(diǎn) 鑄造內(nèi)應(yīng)力與變形裂紋、鑄件工藝的制定原則及結(jié)構(gòu)工藝性。 基本要求 熟悉合金的鑄造性能和常用的鑄造合金，掌握砂型鑄造的各種方法和鑄件工藝的制定原則及結(jié)構(gòu)工藝性。 實(shí)踐與練習(xí) 1、常用的鑄造合金有哪些，分別有什么特點(diǎn)？2、什么是合金的流動(dòng)性，提高合金流動(dòng)性的主要措施有哪些？3、縮孔和縮松是怎么形成的？防止措施有哪些？4、鑄造應(yīng)力有哪幾種？形成原因是什么？5、確定澆注位置和分型面

14、的原則是什么？6、零件、鑄件、模樣三者在尺寸與形狀上有何區(qū)別？第 9 章金屬壓力加工（ 6 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 金屬塑性成形概述，金屬塑性成形工藝種類，金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)和塑性 變形過程中的組織與性能，金屬的鍛造性及影響成形的因素，鍛造，板料沖壓。 重點(diǎn) 金屬塑性成形的條件、實(shí)質(zhì)和塑性變形過程中的組織性能特點(diǎn)，再結(jié)晶溫 度，加工硬化，金屬的冷變形與熱變形，自由鍛造，模膛鍛造，鍛造工藝設(shè)計(jì)內(nèi) 容：確定機(jī)械加工余量，鍛件公差，余塊，繪制鍛件圖，計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸， 確定加熱與冷卻規(guī)范， 沖壓特點(diǎn)與基本工序， 沖模的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 沖壓件的 結(jié)構(gòu)工藝性。 難點(diǎn) 鍛造工藝設(shè)計(jì)，沖模的結(jié)構(gòu)，沖壓件的結(jié)

15、構(gòu)工藝性。 基本要求 掌握金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)，熟悉各種金屬塑性成形工藝、鍛造和沖壓工藝 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、鍛模和沖模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 實(shí)踐與練習(xí) 1、何謂塑性變形？塑性變形的實(shí)質(zhì)是什么？2、何謂冷變形強(qiáng)化？它對(duì)工件性能和加工過程有何影響？冷變形強(qiáng)化在生 產(chǎn)中有何實(shí)用意義？3、何謂回復(fù)與再結(jié)晶？它們對(duì)金屬的組織及性能有何影響？4、如何提高金屬的塑性？常用措施是什么？5、何謂鍛件基本尺寸、鍛件公差、始鍛溫度、終鍛溫度？6、何謂單工序模、連續(xù)模、復(fù)合模，各有何特點(diǎn)？ 第 10 章 焊接（ 6 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 金屬熔焊，電弧焊，其他焊接方法，常用金屬材料的焊接，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 重點(diǎn) 焊接的分類、特點(diǎn)，焊接工

16、件上溫度的變化與分布，焊接接頭金屬組織與 性能的變化， 改善焊接熱影響區(qū)組織性能的方法， 焊接應(yīng)力與產(chǎn)生原因， 防止變 形措施，焊接結(jié)構(gòu)件材料的選擇，焊接方法的選擇，焊接接頭工藝設(shè)計(jì)規(guī)范，典 型焊件的工藝設(shè)計(jì)。 難點(diǎn) 焊接應(yīng)力與產(chǎn)生原因，防止變形措施，焊接結(jié)構(gòu)件材料的選擇，焊接方法 的選擇，焊接接頭工藝設(shè)計(jì)規(guī)范，典型焊件的工藝設(shè)計(jì)。 基本要求 掌握焊接的分類和特點(diǎn)，熟悉常見的焊接工藝和典型焊件的工藝設(shè)計(jì)。 實(shí)踐與練習(xí) 1、什么叫焊接熱影響區(qū)？低碳鋼焊接熱影響區(qū)的組織與性能如何？2、焊接應(yīng)力與變形的原因是什么？焊接變形的基本形式有哪幾種？3、何謂金屬的焊接性？鋼材的焊接性主要取決于什么因素？4、

17、何謂焊件的結(jié)構(gòu)工藝性？保證焊件結(jié)構(gòu)工藝性良好的一般原則有哪些？ 第 11 章 機(jī)械零件材料及成型方法選用（ 4 學(xué)時(shí)） 知 識(shí) 點(diǎn) 零件失效的定義、類型、原因及分析方法，選材的一般原則與程序，齒輪 類及軸類零件的選材及改性方法示例， 毛坯成型方法選用原則， 選擇毛坯的依據(jù)， 典型機(jī)械零件毛坯成型方法選用示例。重點(diǎn)零件失效的原因及分析方法，齒輪類及軸類零件的選材及改性方法，毛坯 成型方法選用原則，典型機(jī)械零件毛坯成型方法選用。難點(diǎn)齒輪類及軸類零件的選材及改性方法，毛坯成型方法選用原則，典型機(jī)械 零件毛坯成型方法選用。基本要求掌握零件失效的原因及分析方法、毛坯成型方法選用原則。實(shí)踐與練習(xí)1、機(jī)械零

18、件有哪些失效形式？失效的基本原因有哪些？它們要求材料的主要性能指標(biāo)分別是什么？2、選材應(yīng)遵循哪些原則？3、零件毛坯選擇有哪些基本原則？4、按形狀和用途不同，常用機(jī)械零件有哪些主要類型？三、學(xué)時(shí)分配章目講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)合計(jì)緒論2第一章 金屬材料的力學(xué)性能32第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶7第三章鐵碳合金相圖104第四章鋼的熱處理102第五章工業(yè)用鋼8第六章有色金屬及其合金42第七章非金屬材料及新型材料2第八章鑄造6第九章金屬壓力加工6第十章焊接6第十一章機(jī)械零件材料及成型方法選用4合計(jì)681078四、考核模式與成績?cè)u(píng)定辦法考核方式：考試。成績?cè)u(píng)定：期評(píng)成績=期末考試卷面成績x 70%+平時(shí)成績X 10%+實(shí)驗(yàn)成績X20%的辦法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)成績根據(jù)實(shí)驗(yàn)記分冊(cè)成績給出，平時(shí)成績根據(jù)實(shí)際作業(yè)、課堂出勤率與表現(xiàn)等情況評(píng)定，具體結(jié)果參照教師日志。五、選用教材和主要參考書推薦