《機械設計制造及自動化專業(yè)工程材料》課程教學大綱

《機械設計制造及自動化專業(yè)工程材料》課程教學大綱課程代碼：ABJD0735課程中文名稱:工程材料課程英文名稱：Engineering

Materials課程性質(zhì)：必修課程學分數(shù)：2.5學分課程學時數(shù)：40學時授課對象：機械設計制造及自動化專業(yè)本課程的前導課程：高等數(shù)學，大學物理，工程制圖、材料力學、金工實習等課程一、課程簡介《工程材料》是理工科高等院校機械類、近機械類（冷加工）各專業(yè)的一門必修的技術(shù)基礎課程。

本課程的任務是從工程材料的應用角度出發(fā)，通過對工程材料基本理論的闡述，使學生了解“材料結(jié)構(gòu)與性能的關系”這一控制材料性能的基本關系，介紹金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料等常用工程材料及其應用等方面的基本知識，了解合理地選材與用材的基本原則與程序。

本課程的目的是使學生在掌握“材料結(jié)構(gòu)與性能的關系”這一核心思想的基礎上，具備合理的選擇材料和使用材料的基礎知識，即：材料選擇與技術(shù)決策基礎（原則、判據(jù)、方法等）；常用材料的應用及其性能特點；控制材料性能的基本途徑；以及根據(jù)機械零件使用條件和性能要求，對機械零件進行合理選材及制訂零件加工工藝路線的初步能力。為學習其它相關課程和從事機械設計、工程材料選用奠定必要的理論基礎和工藝基礎。二、教學基本內(nèi)容和要求第一章材料的性能課程教學內(nèi)容：強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度。課程的重點、難點：金屬材料的機械性能：單向靜拉伸圖及屈服、頸縮現(xiàn)象；掌握強度（抗拉強度、屈服強度、條件屈服強度、疲勞強度）、塑性（延伸率、斷面收縮率）、沖擊韌性、硬度的符號及表示方法、單位、物理意義、工程技術(shù)意義。課程教學要求：通過本章的學習，了解工程材料的主要力學性能。掌握材料的各種機械性能指標（強度、塑性、沖擊韌性、硬度HB，HRC，HV、疲勞強度和斷裂韌性）的物理意義和單位，了解材料的工藝性能和物理化學性能以及零件失效分析的一般方法。第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)課程教學內(nèi)容：金屬的晶體結(jié)構(gòu)、實際金屬的的晶體缺陷、金屬中的擴散。課程的重點、難點：（1）金屬的晶體結(jié)構(gòu)（晶體學基礎）：晶體結(jié)構(gòu)的描述、晶胞的概念和三種典型金屬晶胞（BCC、FCC、HCP）。（2）合金的晶體結(jié)構(gòu)（合金相結(jié)構(gòu)）：相和組織的概念、固溶體的概念、分類、特點；固溶強化；化合物、機械混合物等概念。課程教學要求：

通過本章的學習，掌握有關晶體結(jié)構(gòu)的基本概念（金屬鍵、晶面、晶向、晶體、晶格、晶粒、單晶體）和三種常見的金屬晶格以及合金相（固溶體、化合物及混合物）結(jié)構(gòu)與性能。晶體缺陷及其對性能的影響。第三章金屬和合金的結(jié)晶課程教學內(nèi)容：金屬和合金的結(jié)晶的概念、金屬和合金的結(jié)晶的過程、鐵碳合金相圖及平衡結(jié)晶過程、鐵碳合金相圖的應用。課程的重點、難點：（1）純金屬的結(jié)晶與組織：過冷度與冷卻曲線；結(jié)晶過程；變質(zhì)處理；過冷度對結(jié)晶過程的影響；晶粒度概念及細化晶粒的途徑。（2）二元合金相圖：相圖的建立方法；二元勻晶、共晶相圖的概念、相圖分析、相組成物、相相對量、杠桿原理，相圖與機械性能的關系；相圖與工藝性能的關系。（3）Fe-Fe3C相圖：Fe的同素異構(gòu)現(xiàn)象；Fe-Fe3C相圖的組元；Fe-Fe3C相圖中的基本相；Fe-Fe3C相圖的重要點線。（4）典型Fe－C課程教學要求：了解純金屬和合金結(jié)晶過程，了解合金相與組織的概念，熟悉二元合金狀態(tài)圖和鐵碳合金狀態(tài)圖及其應用。第四章鋼的熱處理原理課程教學內(nèi)容：鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變、鋼的退火和火、鋼的退火和火、鋼的淬火、鋼的回火、鋼的淬透性、鋼的表面處理。課程的重點、難點：（1）鋼在加熱過程中的組織轉(zhuǎn)變：鋼的臨界點；A化的轉(zhuǎn)變溫度；共析鋼A化的過程；影響A化的因素；（2）過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT圖）；共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變以及產(chǎn)物組織特征、性能特點；馬氏體轉(zhuǎn)變的實質(zhì)和馬氏體轉(zhuǎn)變的特征；影響“C”曲線的因素；過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT圖）；“C”曲線的應用。（3）鋼的退火和正火：完全退火、不完全退火（球化退火）、擴散退火（均勻化退火）、再結(jié)晶退火、去應力退火（低溫退火）的溫度、組織和目的；正火的溫度、組織和目的；正火與完全退火的比較。（4）鋼的淬火和回火：淬透性和淬硬性的概念影響淬透性的因素及淬透性的應用；回火的溫度與組織、性能的關系；調(diào)質(zhì)與正火的區(qū)別。課程教學要求：

通過本章的學習，熟悉鋼在熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)和性能。掌握退火、正火、淬火、回火及表面熱處理的工藝特點和應用。了解常見熱處理缺陷、產(chǎn)生原因及預防措施。第五章金屬的塑性變形與再結(jié)晶課程教學內(nèi)容：金屬的塑性變形、塑性變形對金屬組織和性能的影響、塑性變形對金屬在加熱時組織和性能的變化、金屬的熱加工、提高材料塑性變形抗力的方法。課程的重點、難點：（1）冷塑性變形對金屬組織、性能的影響：纖維組織的概念；加工硬化的概念、實際意義；（2）回復與再結(jié)晶：回復、再結(jié)晶、晶粒長大的概念、結(jié)果；再結(jié)晶退火及再結(jié)晶溫度；冷、熱加工的區(qū)別。課程教學要求：

熟悉金屬塑性變形的實質(zhì)及對金屬組織和性能的影響。第六章碳素鋼及合金鋼課程教學內(nèi)容：鋼的分類、碳素鋼、合金鋼、特殊性能鋼、鑄鋼。課程的重點、難點：（1）鋼中主要元素；鋼中雜質(zhì)及熱脆、冷脆、蘭脆（氮的失效）、氫脆（白點）；金屬元素在鋼中的存在方式（擴大γ相區(qū)元素、擴大α相區(qū)元素、強碳化物形成元素）；金屬元素對熱處理的影響；金屬元素對鐵碳相圖的影響；（2）合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼：低合金高強鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼、低合金刃具鋼和高速鋼的成分特點與合金化原則、性能特點、使用態(tài)組織、典型鋼號及其應用、熱處理特點。（3）特殊性能鋼：金屬腐蝕的方法（化學腐蝕、電化學腐蝕）；金屬腐蝕破壞的方式；金屬抗腐蝕的原理及合金化；不銹鋼的分類和用途；耐熱鋼及合金簡介。課程教學要求：通過本章的學習，掌握碳素鋼、合金鋼、特殊性能鋼和鑄鋼的種類、牌號、性能及應用。第七章鑄鐵課程教學內(nèi)容：鑄鐵的石墨化、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、特殊性能鑄鐵。課程的重點、難點：（1）鐵石墨相圖及石墨化：石墨化的過程；影響G化的因素；鑄鐵的組織與分類；鑄鐵的性能特點。（2）常用鑄鐵材料：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的石墨形態(tài)、成分特點、典型牌號、熱處理特點、性能特點、主要應用。課程教學要求：通過本章的學習，了解鑄鐵的石墨化原理，石墨的形態(tài)，大小對鑄鐵性能的影響，鑄鐵的性能特點及應用范圍以及各類鑄鐵的成份，組織和性能特點及牌號識別；了解鑄鐵的常用熱處理的方法和目的。第八章有色金屬及其合金課程教學內(nèi)容：鋁及鋁合金、銅及銅合金、軸承合金。課程的重點、難點：（1）鋁及鋁合金：鋁合金的分類及牌號；鋁合金的熱處理強化；形變鋁合金的應用；Al-Si鑄造鋁合金的變質(zhì)處理及其應用。（2）銅及銅合金：黃銅（單相黃銅、雙相黃銅）的特點及應用；青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等）特點及應用。課程教學要求：通過本章的學習，掌握有色金屬的性能特點、牌號和強化方法，了解有色金屬的加工工藝及應用范圍。第九章非金屬材料課程教學內(nèi)容：高分子材料基本性能及特點、常用高分子材料、陶瓷組織和結(jié)構(gòu)、常用陶瓷材料、復合材料性能特點及應用、常用復合材料。課程的重點、難點：（1）高分子材料的性能特點；高分子材料的老化；塑料的基本組成及分類；常用高分子材料簡介。（2）陶瓷材料的性能；常用陶瓷材料簡介。（3）復合材料的分類；復合材料的復合法則和復合原則；復合材料的性能特點；復合材料的主要應用簡介。課程教學要求：通過本章的學習，了解常用工程塑料的種類、結(jié)構(gòu)特點、性能和應用。了解橡膠、陶瓷、復合材料等的特點及應用。第十章機械設計與選材課程教學內(nèi)容：零件失效與選材原則、典型零件的選材與制造工序。課程的重點、難點：（1）失效的概念；機械零件的失效的主要方式和原因。（2）選材使用性能原則（首要原則）；選材的工藝性能原則；金屬材料的加工工藝路線；選材的經(jīng)濟性原則（根本原則）。（3）典型零件的選材分析：齒輪的選材分析；主軸類零件的選材分析。課程教學要求：通過本章的學習，了解機械零件的主要失效形式。熟悉選用工程材料的基本原則，根據(jù)零件的使用要求，材料工藝性及經(jīng)濟性，能合理地選用材料及相應的處理方法。三、實驗教學內(nèi)容及基本要求實驗教學內(nèi)容：鐵碳合金平衡組織觀察、鋼的熱處理。實驗基本要求：實驗課與講課緊密配合，實驗前學生必須進行預習，了解實驗的目的和方法；了解金相顯微鏡的工作原理和使用方法；識別鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織，掌握鐵碳合金含碳量和組織之間的關系；掌握普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）的操作方法；了解熱處理爐及工作原理和使用方法；了解碳鋼熱處理后的性能特點；了解硬度計的結(jié)構(gòu)和使用方法。實驗安排序號實驗項目實驗學時實驗類型每組人數(shù)實驗類別1鐵碳合金平衡組織觀察2驗證10必做2鋼的熱處理2設計2必做注：實驗類型：演示/驗證/綜合/設計實驗要求：必做/選做實驗報告要求1、寫出實驗目的。2、寫出實驗儀器及材料。3、寫出實驗步驟（顯微組織觀察實驗要求畫出所觀察樣品的顯微組織示意圖，并注明材料名稱、含碳量、浸蝕劑和放大倍數(shù)；熱處理及硬度測定實驗要記錄測定的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理和分析。）4、談談本次實驗的心得體會。四、教學方法與手段教學方法：根據(jù)不同章節(jié)教學內(nèi)容的不同分別采用不同的教學方法，比如講授法、讀書指導法、演示法、練習法、實驗法等或兩種或兩種以上教學方法相結(jié)合的形式。教學手段：采用現(xiàn)代化教學手段與傳統(tǒng)教學手段相結(jié)合的形式，即教科書、粉筆、黑板等與多媒體、電子教鞭、電子教材等相結(jié)合。五、教學學時分配章節(jié)與內(nèi)容課時作業(yè)量備注第一章材料的性能22第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)42第三章金屬和合金的結(jié)晶64第四章鋼的熱處理64第五章金屬的塑性變形與再結(jié)晶22第六章碳素鋼及合金鋼44第七章鑄鐵22第八章有色金屬及其合金23第九章非金屬材料43第十章機械設計與選材44合計3630六、考核方式與成績評定標準1、考核方法本課程是考查課，總成績由平時考核和期末考試兩部分形成?？偝煽儯狡綍r考核成績（40分）＋期末考試成績（60分）2、成績評定本課程以考查+考試的方式進行考核。其中以學生的課堂表現(xiàn)，實驗情況和作業(yè)質(zhì)量為考查成績