机械工程材料教案.docx

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机械工程材料教案

教学教案

2009～2010学年第二学期

学部

机械工程学部

课程名称

机械工程材料

适用班级

材料成型及控制工程专业

主讲教师

陈健美

职称

教授

湖南涉外经济学院

二零一零年一月五日

课程名称

机械工程材料

授课对象

材料成型及控制工程专业

课程编号

课程类型

必修课

公共基础课（）；专业基础课（√）；专业课（）

选修课

限选课（）；任选课（）

授课方式

课堂讲授（√）；实践课（√）

考核方式

考试（√）；考查（）

课程教学

总学时数

72

学分数

3.5

学时分配

课堂讲授58学时；实践课14学时

基本

教材

和主

要参

考资

料

序号

教材名称

作者

出版社

出版时间

基本教材

1

机械工程材料（第二版）

沈莲

机械工业出版社

2003年

主要参考资料

1

机械工程材料（第三版）

王运炎朱莉编

机械工业出版社

2009年

2

工程材料（第四版）

朱张校姚可夫主编

清华大学出版社

2009年

3

工程材料（第二版）

戴枝荣、张远明主编

高等教育出版社

2005年

4

机械工程材料基础

高为国主编

中南大学出版社

2003年

授课教师

陈健美

职称

教授

授课时间

教学

目的

要求

教学目的：

通过本课程的学习，不仅可以为今后其他专业课的学习和从事实际专业工作打好良好的基础，而且还可以开拓知识面，扩大本专业的适应性。

基本要求：

掌握机械零构件的常见失效方式、原因及防止措施。

熟悉金属材料的内部结构特点；熟悉常用金属材料的分类、牌号、主要性能及大致用途；掌握金属材料的成份，组织、性能之间的关系；基本掌握根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及制造工艺的思路。

熟悉金属材料的强化方法、性能检验方法、金相分析手段等。

教学

重点

难点

教学重点：

贯穿本课程的纲是“零件工作条件—合理选材—材料的成分、制备工艺、组织和性能之间的关系。

”由于机械工程中机械零件的用材主要是以金属材料特别是钢铁为主，所以金属材料特别是钢，其基本原理、热处理与应用当属本课程重点。

材料的显微组织与力学性能；合金的成分、组织、性能、用途之间的相互关系；碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及粉末冶金材料的性能、牌号、热处理工艺及应用等。

教学难点：

零件在常温静载下的过量变形、零件在静载、冲击载荷下的断裂行为以及零件在交变载荷下的疲劳断裂；典型铁碳合金结晶过程分析和碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响；钢的热处理工艺：

退火、正火、淬火和回火工艺的应用；应用“C”、“CCT”曲线分析不同冷速下的组织特征；金属材料的强韧化途径等。

注：

表中（）选项请打“√”

课程教案

授课方式

（请打√）

理论课√实验课□习题课□实践课□其他□

课时

安排

1

授课题目（教学章、节或主题）：

第1章绪论

1.1．材料科学的发展

1.2．材料的分类

1.3．工程材料的研究内容

1.4．本课程内容

1.5．基本要求

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1．了解课程的性质、任务和基本要求；

2.了解材料材料科学的发展和分类以及工程材料的研究内容。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

1.材料学的发展与分类。

教学基本内容：

1.材料概念、分类、发展；

2.教学目标，教学内容，教学要求，学习方法。

教学方法及手段：

1．从现实实例入手讲材料学的发展以及现代工程材料的分类；

2.采用多媒体课件配图片。

讨论、作业和思考题：

参考资料：

备注：

课程教案

授课方式

（请打√）

理论课√实验课√习题课□实践课□其他□

课时

安排

7

授课题目（教学章、节或主题）：

第2章机械零件的失效分析

1.1.常温静载下的过量变形失效；

1.2.静载和冲击载荷下的断裂失效；

1.3.交变载荷下的疲劳断裂失效；

1.4.磨损失效；

1.5.高温下的蠕变变形和断裂失效；

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

本章要求学生熟悉机械零件常见的失效方式：

过量变形、断裂、磨损和腐蚀。

3.了解材料硬度、冲击韧度、疲劳强度指标的测试设备；

4.熟悉材料硬度、冲击韧度、疲劳强度的基本概念；

5.掌握材料强度、塑性、弹性指标的基本含义与应用；掌握金属材料硬度、冲击韧度、疲劳强度指标的含义及应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

机械零件的失效模式、金属材料的强度、塑性、弹性、硬度、冲击韧度、疲劳强度的含义及应用

教学难点：

零件在常温静载下的过量变形、零件在静载、冲击载荷下的断裂行为以及零件在交变载荷下的疲劳断裂。

教学基本内容：

工程材料的性能指标

1.静载、应力——应变、过量变形

2.冲击载荷、冲击韧性、断裂韧性

3.疲劳断裂、断口、疲劳抗力

4.磨损失效、腐蚀失效、蠕变变形、断裂失效；

教学方法及手段：

1.从生产实例入手讲解强度、塑性指标的基本概念及其应用；

2.通过拉伸试验的讲解引进强度和塑性指标的计算方法及其含义。

3.从生产实例入手引入硬度、冲击韧性和疲劳强度的概念、指标和试验。

4.采用多媒体课件配图片。

讨论、作业和思考题：

P35~36

参考资料：

备注：

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授课方式

（请打√）

理论课√实验课√习题课□实践课□其他□

课时

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16

授课题目（教学章、节或主题）：

第3章碳钢

2.1.纯铁的组织和性能

2.2.铁碳合金中的相和组织组成物

2.3.Fe-Fe3C相图

2.4.杂质元素对钢性能的影响

2.5.钢锭的组织和缺陷

2.6.压力加工对钢组织和性能的影响

2.7.碳钢的分类和牌号及用途

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.了解铁碳合金相图的内涵，成分、温度、结构和组成物相对重量的计算。

2.了解碳钢的分类和牌号及用途；

3.了解Fe-Fe3C相图中某合金的结晶过程分析方法和意义。

4.熟悉金属晶体结构与结晶的基本概念；

5.熟悉Fe-Fe3C相图中合金组成物成分和结构的确定方法。

6.掌握铁碳合金的成分、结构、组织、性能之间的变化规律。

掌握碳钢的分类、牌号和应用。

7.掌握典型铁碳合金结晶过程分析和碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响；

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

本章要求学生熟悉铁碳合金的基本相图和各种组织的晶相特征。

为后面课程的学习打下基础。

教学重点：

金属的晶体结构类型；铁碳合金中相结构的基本组成、结构特点、形成条件和性能特点。

二元相图中合金的结晶过程及室温下的组织。

教学难点：

典型铁碳合金结晶过程分析和碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

教学基本内容：

2.1.纯铁的组织和性能

金属晶体结构的基本概念和特性；晶体缺陷类型；常见的三种常见金属晶格类型；晶格的致密度、实际金属的结构特点；金属结晶的基本概念、金属的结晶过程、金属结晶的晶粒大小及其影响因素、金属铸锭的结晶过程及组织、金属的同素异晶转变纯铁的同素异形体；

2.2.铁碳合金中的相和组织组成物

铁和碳的相互作用产物，了解固溶体和渗碳体的晶体结构；铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体的组织形貌与性能。

2.3.Fe-Fe3C相图

相图的基本概念；相图的建立和杠杆定律的应用；铁碳合金相图中的点、线、区的含义；典型铁碳合金结晶过程分析和碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响

2.4.杂质元素对钢性能的影响

硅和锰对钢性能的影响；硫和磷对钢性能的影响以及钢中气体对钢组织和性能的影响。

2.5.钢锭的组织和缺陷

钢锭的分类；镇静钢的组织形貌；镇静钢的组织缺陷以及由于这些缺陷而产生的对材料性能的影响；

2.6.压力加工对钢组织和性能的影响

塑性变形的主要方式——滑移；纯铁和钢在索性变形过程中的组织变化和相应的性能变化；冷变形钢在加热过程中的回复、再结晶和晶粒长大；影响再结晶晶粒大小的因素：

变形度、退回温度等；热加工对钢组织和性能的影响。

2.7.碳钢的分类和牌号及用途

教学方法及手段：

1.以二元合金相图为基础，结合铁碳合金的基本相和基本组织，通过板书展示的方法，分析铁碳合金的结晶过程及组织。

2.采用显微组织图片与手工绘制示意图的方法，帮助学生理解和掌握铁碳合金显微组织的基本组成、组织形态、相对量等知识。

举例分析结晶过程、室温组织变化规律和相对重量的计算。

3.结合实际介绍碳钢的应用。

讨论、作业和思考题：

P83~84

参考资料：

备注：

课程教案

授课方式

（请打√）

理论课√实验课√习题课□实践课□其他□

课时

安排

14

授课题目（教学章、节或主题）：

第4章钢的热处理

3.1.钢在加热时的转变

3.2.奥氏体转变图

3.3.钢的普通热处理

3.4.钢的表面热处理

3.5.钢的特种热处理

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.了解钢铁热处理的实质、分类和应用；

2.了解淬火和回火，表面淬火和化学热处理的结构和组织变化规律，以及强化机理。

3.熟悉钢在加热和冷却时的转变条件、规律和结果。

4.熟悉淬火和回火的热处理工艺，组织转变规律、性能变化规律。

5.掌握淬火、回火和表面热处理工艺方法、性能特征和应用。

6.掌握转变产物名称、代号、结构、性能和应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

本章要求学生通过热处理原理与工艺的学习，了解钢在加热和冷却时的组织转变。

掌握退火、正火、淬火和回火工艺的应用，了解热处理的特点及用途。

了解钢的表面淬火、化学热处理工艺的应用。

教学重点：

1.热处理原理

2.常见热处理工艺

3.钢在加热和冷却时的转变条件、组织、性能和应用。

教学难点：

1.钢在加热和冷却时的组织转变过程。

2.应用“C”、“CCT”曲线分析不同冷速下的组织特征。

教学基本内容：

概述

概念、分类、意义和应用。

3.1.钢在加热时的转变

相图的变化，奥氏体化的过程、结果，奥氏体组织对冷却后组织以及性能的影响。

3.2.奥氏体转变图

奥氏体等温转变图测定原理、分析；过冷奥氏体等温转变过程及产物，珠光体、贝氏体、马氏体转变过程；影响奥氏体等温转变图的主要因素：

碳含量和合金元素的影响；奥氏体连续冷却转变图：

残余奥氏体的概念；等温转变产物，条件，性能和应用；连续转变方法、产物、性能与运用。

3.3.钢的普通热处理

退火与正火的温度、冷却方式、，以及区别。

3.4.钢的表面热处理

表面热处理的类型，处理工艺对组织和性能的影响。

钢的渗碳，钢的渗氮工艺，性能特点，强化机理以及应用。

感应加热、火焰加热和激光加热淬火工艺，以及应用。

3.5.钢的特种热处理

真空热处理、可控热处理、形变热处理的类型、应用及优缺点

教学方法及手段：

1.多媒体图文讲述教学内容;重点分析回火时组织变化规律.

2.比较整体淬火和表面淬火的性能特征和应用，比较渗碳和渗氮性能特点以及应用。

3.例题讲解齿轮和弹簧的制造工艺和热处理工艺。

讨论、作业和思考题：

P115～116

参考资料：

备注：

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课时

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8

授课题目（教学章、节或主题）：

第5章合金钢

4.1.概述

4.2.合金结构钢

4.3.合金工具钢

4.4.特殊性能钢

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.了解合金元素在钢中的存在形式、对钢力学性能、热处理性能和工艺性能的影响；

2.了解合金工具钢和特殊性能钢的使用条件和性能要求。

3.熟悉合金结构钢热处理工艺、性能特点、使用组织和应用；

4.熟悉合金工具钢和特殊性能钢的热处理原理以及热处理结果。

5.掌握钢的种类和编号方法，掌握合金结构钢牌号、热处理工艺和应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

本章要求学生了解金属材料的强韧化途径，充分认识合金元素在钢中的作用；熟悉常用金属材料的分类和编号方法；熟练掌握合金钢的类别（按用途分类）、典型牌号、碳与合金元素的含量及主要作用、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织以及典型用途等。

重点：

以用途最为广泛的结构钢为重点，在每类钢（按用途分类）中能熟练掌握二三个用途最为广泛的典型钢号。

教学重点：

钢在加热和冷却时的组织类型及对力学性能的影响；从典型钢号即能推断出其类别，并能明确该钢的主要性能特点。

教学难点：

合金结构钢的热处理原理和使用组织；合金元素在钢中的存在形式和对钢性能的影响规律。

教学基本内容：

4.1.概述

合金元素在钢中的存在形式；对钢力学性能、热处理性能和工艺性能的影响。

4.2.合金结构钢

合金钢种类；合金钢的编号方法。

4.3.合金工具钢

低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、易切钢的牌号、成分、热处理工艺、组织和性能，以及应用。

刃具钢、模具钢和量具钢的牌号、使用条件、性能要求、组织保证和热处理工艺措施。

4.4.特殊性能钢

各种特殊性能钢的性能要求、成分特点及各种热处理方法和工艺。

不锈钢、耐热钢、耐磨钢和低温钢的牌号、使用条件、性能要求、组织保证和热处理工艺措施。

教学方法及手段：

1．采用多媒体图片和课件讲述教学内容和合金元素对钢性能的影响；

2．从实际应用条件分析入手引入合金结构钢的性能特点，组织保证，成分保证和牌号。

3．以例题的方法讲解弹簧、桥梁和齿轮的制造和热处理工艺。

讨论使用组织。

4.举例分析刃具的制造工艺和热处理工艺、性能、牌号和组织。

讨论、作业和思考题：

P168

参考资料：

备注：

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课时

安排

4

授课题目（教学章、节或主题）：

第6章铸铁

5.1.铸铁的石墨化

5.2.各类铸铁的特点及应用

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1．了解铸铁成分、牌号、分类和组织；

2．熟悉常用铸铁的组织特征、性能和热处理工艺。

3．掌握常用铸铁的牌号、组织和应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

铸铁的石墨化，分类、组织、牌号以及应用。

表面热处理的基本方法及应用。

教学难点：

石墨对铸铁性能的影响；铸铁生产工艺、铸铁的特殊性能形成机制。

教学基本内容：

5.1.铸铁的石墨化

铸铁的成分和特性；石墨化过程；分类。

5.2.各类铸铁的特点及应用

灰铸铁、可锻铸铁、球墨和蠕墨铸铁生产工艺、牌号、组织、性能和应用。

耐磨、耐热和耐蚀铸铁的性能形成机制、牌号和应用。

教学方法及手段：

1．采用多媒体图文讲述教学内容。

2．重点版图分析石墨对铸铁力学性能的影响；板图总结常用铸铁的组织。

3.从使用条件出发,提出合金铸铁的性能要求,组织和成分准备。

讨论、作业和思考题：

P181

参考资料：

备注：

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安排

8

授课题目（教学章、节或主题）：

第7章有色金属及其合金

6.1.铝及其合金

6.2.镁及其合金

6.3.铜及其合金

6.4.钛及其合金

6.5.轴承合金

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1．了解铝镁铜钛金属其合金强化机理与工艺；轴承合金的使用条件和组织特征。

2．熟悉铝镁铜钛金属和轴承合金的成分、生产工艺和热处理工艺；

3．掌握铝镁铜钛金属的分类、牌号和应用。

掌握轴承合金的分类和应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

铝镁铜钛金属及其合金的分类、牌号和应用。

轴承合金的分类和应用。

教学难点：

铝镁铜钛金属及其合金和铝及其合金强化机理。

轴承合金的组织形成工艺。

教学基本内容：

铝镁铜钛金属及合金的分类、牌号、热处理；形变铝合金的强化机理；铸造铝合金的生产工艺。

轴承合金分类、成分、牌号、组织、性能、生产工艺和应用。

教学方法及手段：

1．以铁碳合金热处理强化为基础，分析铝镁铜钛金属及其合金热处理强化的条件，提出其它强化方法。

2．从生产实际分析轴承合金的使用条件、性能要求和组织准备。

3.多媒体图文重点讲述时效强化、变质处理和减磨耐磨机理理论。

讨论、作业和思考题：

P219～220

参考资料：

备注：

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10

授课题目（教学章、节或主题）：

其他常用的机械工程材料（第七章高分子材料、第八章陶瓷材料、第九章复合材料、第十章功能材料、第十一章材料表面改性新技术）

7.1.概述

7.2.高分子材料的特点

7.3.常用高分子材料

8.1.概述

8.2.工程结构陶瓷

8.3.金属陶瓷

9.1.概述

9.2.增强材料及其增强机制

9.3.常用复合材料

10.1.电功能材料

10.2.磁功能材料

10.3.热功能材料

10.4.光功能材料

10.5.其它功能材料简介

11.1.材料表面改性技术

11.2.快速凝固性新技术

11.3.纳米材料

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1．了解高分子材料、陶瓷材料、复合材料和功能材料分类和应用，以及材料表面改性新技术的类型和发展应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

了解高分子材料、陶瓷材料、复合材料和功能材料分类和应用，以及材料表面改性新技术的类型和发展应用。

教学基本内容：

了解高分子材料、陶瓷材料、复合材料和功能材料分类和应用，以及材料表面改性新技术的类型和发展应用。

教学方法及手段：

1．从现实实例入手讲各种材料的发展和应用；

2．采用多媒体课件配图片。

讨论、作业和思考题：

参考资料：

备注：

课程教案

授课方式

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理论课√实验课□习题课□实践课□其他□

课时

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2

授课题目（教学章、节或主题）：

第十二章零件的选材及工艺路线

13.1.常用的力学性能指标在选材中的意义

13.2.断裂韧度在选材中的意义

13.3.零件实物性能试验的重要性

13.4.材料强度、塑性与韧性的合理配合

13.5.选材方法

13.6.典型零件选材及工艺路线

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.熟悉典型零件的选材和加工工艺路线的安排；

2.了解工程材料在典型机械上的应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

力学性能：

强度、弹性、硬度、刚度、塑性与韧性等。

教学难点：

典型零件的选材和加工工艺路线的设计。

教学基本内容：

1.常用的力学性能指标在选材中的意义：

刚度指标、弹性指标、硬度指标；

强度指标、塑性指标、冲击韧性指标；

2．断裂韧度在选材中的意义

3．零件实物性能试验的重要性

4．典型零件的选材和加工工艺路线的设计和选择。

根据材料的使用性能选材

根据材料的工艺性能选材

根据材料的经济性选材

实例分析

教学方法及手段：

1．从现实实例入手讲典型零件的选材和加工工艺路线的设计和选择；

2．采用多媒体课件配图片。

讨论、作业和思考题：

P341

参考资料：

备注：

课程教案

授课方式

（请打√）

理论课√实验课□习题课□实践课□其他□

课时

安排

2

授课题目（教学章、节或主题）：

第十三章工程材料在典型机械上的应用

13.1.工程材料在汽车上的应用

13.2.工程材料在机床上的应用

13.3.工程材料在热能设备上的应用

13.4.工程材料在仪器仪表上的应用

13.5.工程材料在石油化工设备上的应用

13.6.工程材料在航空航天器上的应用

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1.了解工程材料在各种典型机械上的应用。

教学内容（注明：

重点、难点及疑点）：

教学重点：

工程材料在各种典型机械上的应用。

教学难点：

工程材料在各种典型机械上的应用。

教学基本内容：

1.工程材料在汽车上的应用

2.工程材料在机床上的应用

3.工程材料在热能设备上的应用

4.工程材料在仪器仪表上的应用

5.工程材料在石油化工设备上的应用

6.工程材料在航空航天器上的应用

教学方法及手段：

1．从现实实例入手讲典型零件的选材和加工工艺路线的设计和选择；

2．采用多媒体课件配图片。

讨论、作业和思考题：

P372

参考资料：

备注：