機械工程材料教學(xué)大綱

1、機械工程材料教學(xué)大綱大綱說明課程代碼：3325041總學(xué)時：32 學(xué)時（講課26 學(xué)時，實驗6 學(xué)時）總學(xué)分：2課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課，必修適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)預(yù)修要求：化學(xué)，物理學(xué)，工程圖學(xué)等。一、課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)：1 、課程的性質(zhì)本課程是機械工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。2、課程的目的與任務(wù)（1） 使學(xué)生在獲得有關(guān)金屬學(xué)，熱處理的基本理論和機械工程材料的一般知識的基礎(chǔ)上了解常用機械工程材料的成份、組織和性能之間的關(guān)系及其熱處理工藝和用途。（2） 使學(xué)生在學(xué)完本課程后，應(yīng)具有常用機械工程材料的正確選擇，合理使用及其主要處理工藝方案和工藝路線安排等方面也應(yīng)具有相關(guān)的基礎(chǔ)，并為學(xué)

2、習(xí)其他有關(guān)課程和將來從事技術(shù)工作準(zhǔn)備必要的條件二、課程教學(xué)的基本要求：1 、理解金屬和合金組織結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程以及二元合金相圖。2、掌握鐵碳合金相圖的基本理論。3、掌握常用的碳鋼、合金鋼、銅合金、軸承合金等金屬材料（其中鋼鐵材料為主）的成分、組織、性能和用途基本知識具有合理選用機械工程材料的初步能力。4、理解和掌握鋼鐵材料的熱處理基本原理，工藝特點和應(yīng)用范圍，初步具有合理選用材料和熱處理方法，確定零件生產(chǎn)過程中熱處理工序位置的能力。5、教學(xué)方法及現(xiàn)代化教學(xué)手段的運用a.為了彌補學(xué)生實踐經(jīng)驗少，實際條件差的不足，課堂教學(xué)中配以多媒體教學(xué)。b.習(xí)題課和習(xí)題的要求由于課時緊張不單獨安排習(xí)題課，對于作業(yè)

3、中出現(xiàn)的問題，在課堂上及時予以解決。每次課后布置 1-3 題作業(yè)，以書中習(xí)題為主。三、大綱的使用說明：本大綱適用于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的本科學(xué)生。大綱正文第一章金屬的力學(xué)性能學(xué)時： 3 學(xué)時（講課1 學(xué)時，實驗2 學(xué)時）本章講授要點：掌握強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性的概念。重點： 強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性的概念。§ 強度和塑性一、強度二、塑性§ 硬度一、布氏硬度試驗法二、洛氏硬度試驗法三、維氏硬度試驗法§ 沖擊韌性一、擺錘式一次沖擊試驗二、多次沖擊試驗§ 疲勞強度§ 斷裂韌性第二章金屬與合金的晶體結(jié)

4、構(gòu)學(xué)時： 2 學(xué)時（講課2 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：掌握金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)以及實際的晶體結(jié)構(gòu)；掌握合金晶體結(jié)構(gòu)的基本概念；理解合金的相結(jié)構(gòu)。重點 ：金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)以及實際的晶體結(jié)構(gòu)；合金晶體結(jié)構(gòu)的基本概念。難點： 合金的相結(jié)構(gòu)。§ 金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識三、晶體的各向異性§ 金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)一、多晶體結(jié)構(gòu)與亞晶粒二、晶體缺陷§ 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、基本概念二、合金的相結(jié)構(gòu)第三章純金屬與合金的結(jié)晶學(xué)時： 2 學(xué)時（講課2 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：掌握純金屬結(jié)晶的過程及其基本規(guī)律；理解純金屬結(jié)晶后的組織；掌握二

5、元合金相圖基本類型及合金的冷卻過程；掌握合金性能與相圖的關(guān)系。重點：純金屬以及合金的結(jié)晶過程和它們的相圖；合金的性能與相圖的關(guān)系。難點：合金的性能與相圖的關(guān)系。§ 純金屬的結(jié)晶一、冷卻曲線與過冷度二、結(jié)晶過程及其基本規(guī)律三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小四、鑄錠的組織 合金的結(jié)晶一、二元合金相圖 二、二元合金相圖的基本類型及合金的冷卻過程合金性能與相圖的關(guān)系一、合金力學(xué)性能與相圖的關(guān)系 二、合金鑄造性能與相圖的關(guān)系第四章金屬的塑性變形與再結(jié)晶學(xué)時： 2 學(xué)時（講課2 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：掌握金屬塑性變形的理論；掌握金屬塑性變形對金屬組織和性能的影響；掌握塑性變形后的金屬在加熱時組

6、織和性能的變化。重點：金屬塑性變形的理論；金屬塑性變形對金屬組織和性能的影響；塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化。難點：金屬塑性變形通過形變機理的討論，引入了材料的形變抗力概念，可以加深學(xué)生對機械性能指標(biāo)的理解和對材料強化的理解，同時也為零件的失效分析，提供必要的基礎(chǔ)知識。掌握塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化，為金屬的熱加工提供必要的基礎(chǔ)知識。所以本章是本書的一個重點，也是難點。§ 金屬的塑性變形一、單晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形§ 塑性變形對金屬組織和性能的影響一、晶粒沿變形方向被拉長，性能趨于各向異性二、晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化三、晶粒擇

7、優(yōu)取向，形成變形織構(gòu)四、產(chǎn)生殘余應(yīng)力§ 塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化一、回復(fù)二、再結(jié)晶三、晶粒長大四、再結(jié)晶后的晶粒大小§ 金屬的熱變形加工一、熱變形加工的概念二、熱變形加工對金屬組織和性能的影響第五章 鐵碳合金相圖與碳鋼學(xué)時： 6 學(xué)時（講課4 學(xué)時，實驗2 學(xué)時）本章講授要點：掌握鐵碳合金的基本組織；掌握鐵碳合金相圖；了解常用碳鋼分類、牌號、性能和用途。重點：鐵碳合金的基本組織和鐵碳合金相圖。難點：鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)，要求在掌握鐵碳合金中各種組織性能特點的基礎(chǔ)上，會熟練地分析和運用鐵碳合金相圖。即要求會熟練分析不同成分的鐵碳合金在結(jié)晶過程中的組

8、織變化，以及隨合金成分變化時相應(yīng)的組織變化和由此所引起的性能變化，為正確地認(rèn)識材料和合理地選用材打下基礎(chǔ)這一內(nèi)容的難度在于鐵碳合金相圖的分析和運用是金屬學(xué)基礎(chǔ)部分概念的綜合運用，學(xué)生往往易于掌握單一概念而不善于綜合運用。§ 鐵碳合金的基本組織一、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變二、鐵碳合金的基本組織§ 鐵碳合金相圖一、Fe-Fe3c相圖分析二、典型鐵碳合金的冷卻過程及其組織三、含碳量對鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響四、Fe-Fe3c相圖的應(yīng)用§ 碳鋼一、常存雜質(zhì)對鋼性能的影響二、碳鋼的分類、牌號、性能和用途第六章鋼的熱處理學(xué)時： 8 學(xué)時（講課6 學(xué)時，實驗2 學(xué)時）本章講授要點

9、：掌握鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變、鋼的退火與正火、鋼的淬火、鋼的回火鋼的淬透性、鋼的表面淬火；了解鋼的化學(xué)熱處理的原理及應(yīng)用；了解其他熱處理工藝（可控氣氛熱處理、形變熱處理、真空熱處理、激光熱處理）；了解熱處理對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。重點：掌握加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變，會分析和運用過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線選擇材料和熱處理工藝，淬透性曲線及其在選材中的應(yīng)用。難點：鋼鐵熱處理是改變材料性能的一種重要手段，要求掌握加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變，會分析和運用過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線選擇材料和熱處理工藝，淬透性曲線及其在選材中的應(yīng)用。§ 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成二、影響奧氏體

10、化的因素三、奧氏體晶粒長大及其控制措施§ 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變§ 鋼的退火與正火一、鋼的退火二、鋼的正火§ 鋼的淬火一、淬火的目的二、淬火工藝三、淬火方法§ 鋼的回火一、回火的目的二、淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)⒋慊痄摶鼗饡r的性能變化 四、回火方法及應(yīng)用 五、回火脆性 鋼的淬透性一、淬透性的概念 二、淬透性的測定方法 三、影響淬透性的應(yīng)素 四、淬透性的實際應(yīng)用鋼的表面淬火一、感應(yīng)加熱淬火 二、火焰淬火 鋼的化學(xué)熱處理一、鋼的滲碳 二、鋼的滲氮 三、鋼的碳氮共滲 其它熱處理工藝簡介 熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性一

11、、常見熱處理缺陷 二、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性 熱處理技術(shù)對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求第七章合金鋼學(xué)時： 4 學(xué)時（講課4 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：掌握合金元素在鋼中的作用以及合金鋼的分類與編號。了解低合金結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼與滾動軸承鋼、合金工具鋼與高速工具鋼、特殊性能鋼的牌號、成分、組織和性能特點和應(yīng)用。重點：合金元素在鋼中的作用，合金鋼的分類與編號。難點：合金元素在鋼中的作用。§ 合金鋼的分類與編號一、合金鋼的分類二、合金鋼的牌號§ 合金元素在鋼中的作用一、合金元素與鐵、碳的相互作用二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對鋼熱處理的影響§ 低

12、合金結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金結(jié)構(gòu)鋼三、其它結(jié)構(gòu)鋼簡介§ 合金彈簧鋼與滾動軸承鋼一、合金彈簧鋼二、滾動軸承鋼合金工具鋼與高速工具鋼一、合金刃具鋼 二、高速工具鋼 三、合金模具鋼 四、合金量具鋼特殊性能鋼一、不銹鋼 二、耐熱鋼 三、耐磨鋼第八章鑄鐵學(xué)時： 1 學(xué)時（講課1 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：了解鑄鐵的石墨化，熟悉常用鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）的牌號、組織、性能和用途，了解合金鑄鐵。重點：常用鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）的牌號、組織、性能和用途。難點：鑄鐵的石墨化。§ 鑄鐵的石墨化§ 常用鑄鐵§ 合金鑄鐵第九章有

13、色金屬學(xué)時： 2 學(xué)時（講課2 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：了解鋁及其合金以及銅及其合金的性能和應(yīng)用。§ 鋁及其合金一、純鋁二、鋁合金§ 銅及其合金一、純銅二、銅合金第十章工程材料的選用學(xué)時： 2 學(xué)時（講課2 學(xué)時，實驗0 學(xué)時）本章講授要點：掌握零件的失效的原因；掌握選材的一般原則、方法和步驟；了解典型零件的選材與工藝。重點： 選材的一般原則、方法和步驟。難點： 了解材料性能，初步學(xué)會材料選擇是本課程的主要目的之一，也是本課程全部內(nèi)容的綜合運用，由于金屬材料種類繁多，學(xué)生不易掌握，應(yīng)根據(jù)學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，缺少零件服役條件的感性認(rèn)識的情況，要求學(xué)生重視金工工藝的學(xué)習(xí)

14、和實習(xí)，重視各實踐環(huán)節(jié)。在本課程中則強調(diào)學(xué)生學(xué)會運用成分工藝，組織結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系來認(rèn)識金屬材料，并組織進(jìn)行合理選材和零件工藝路線分析的課堂討論，以對全課程內(nèi)容進(jìn)行綜合性的歸納和運用。工藝路線分析是本課程的一個重要內(nèi)容，這是由于熱處理是一種調(diào)整材料性能的工藝而安排在各工藝 之間，通過工藝路線分析，可以了解各加工工藝之間的關(guān)系和進(jìn)一步理解熱處理工藝的作用，也為專業(yè)課 程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。§零件的失效一、失效的概念二、失效的形式三、零件失效的原因§選材的一般原則.方法和步驟一、選材的一般原則二、選材的方法和步驟§典型零件的選材與工藝本課程對學(xué)生自學(xué)的要求由于金屬材料種類

15、繁多，學(xué)生不易掌握，且學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，缺少零件服役條件的感性認(rèn)識，要求 學(xué)生重視各實踐環(huán)節(jié)，針對課程內(nèi)容多課時緊的狀況，要求學(xué)生切實在課前做好預(yù)習(xí)課后做好復(fù)習(xí)工作。學(xué)時分配表序號內(nèi)容學(xué)時講課實驗小計1金屬的力學(xué)性能1232金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)223純金屬與合金的結(jié)晶224金屬的塑性變形與再結(jié)晶225鐵碳合金相圖與碳鋼4266鋼的熱處理6287合金鋼448鑄鐵119有色金屬2210工程材料的選用22合計26632考核方式與要求課程考核為期終考一次，采用閉卷形式考試。 推薦教材與參考書目1-工程材料及機械制造基礎(chǔ)（I）工程材料，戴枝榮等主編，高等教育出版社。2、工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，呂廣庶等主

16、編，高等教育出版。3、機械工程材料，許德珠主編，高等教育出版。4、工程材料，鄭明新主編，清華大學(xué)出版5、工程材料，丁厚福等主編，武漢理工大學(xué)出版。機械工程材料實驗大綱一、總則本大綱的適用范圍本大綱相關(guān)的課程名稱及課程屬性課程名稱：機械工程材料課程屬性：學(xué)科基礎(chǔ)課本大綱的適用范圍機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)實驗總時數(shù)6 學(xué)時本大綱的實驗?zāi)康暮鸵笳莆諟y試金屬材料硬度的方法；學(xué)會使用金相顯微鏡觀察金相顯微組織；觀察和識別鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織；分析鐵碳合金成分（碳的含量）、組織和性能之間的關(guān)系；了解鋼的基本熱處理工藝方法和操作過程及金相顯微試樣的制備。本實驗課程的重點和內(nèi)容鐵

17、碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織，鋼的基本熱處理工藝方法和操作過程。本大綱的所需實驗設(shè)備布氏硬度計、洛氏硬度機、金相顯微鏡、鐵碳合金金相試樣、電阻加熱爐、拋光機。二、實驗項目及學(xué)時安排1實驗項目一金屬材料的硬度實驗1 ）實驗類型驗證性實驗2）實驗開設(shè)屬性必開實驗3）學(xué)時數(shù)2 學(xué)時4）實驗?zāi)康牧私獠际?、洛氏硬度機的構(gòu)造及應(yīng)用范圍；掌握布氏、洛氏硬度機的操作方法。5）實驗要求使用布氏硬度機測定45 鋼退火狀態(tài)下的硬度，使用洛氏硬度機測定45 鋼淬火狀態(tài)下的硬度。2實驗項目二鐵碳合金平衡組織的顯微分析實驗1 ）實驗類型驗證性實驗2）實驗開設(shè)屬性必開實驗3）學(xué)時數(shù)2 學(xué)時4）實驗?zāi)康腶） 研究和了解鐵碳合金（碳鋼及白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織。b） 分析成分（ 含碳量 ） 對鐵碳合金的顯微組織的影響，從而加深理解成分，組織和性能之間的相互關(guān)系。并初步掌握用組織相對量來估算碳鋼的大致含碳量。c） 進(jìn)一步熟悉金相顯微鏡的使用方法及組織示意圖的描繪技能。5）實驗要求a） 熟悉鋼和鑄