《工程材料及成型技术》教案.docx
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《工程材料及成型技术》教案
教案
2007~2008学年第1学期
学院、系室机械工程系
课程名称材料与成型技术
专业、年级、班级工业工程06级
主讲教师庄哲峰
福建农林大学
教案编写说明
教案又称课时授课计划,是任课教师的教学实施方案。
任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标,以教学大纲为依据,在熟悉教材、了解学生的基础上,结合教学实践经验,提前编写设计好每门课程每个章、节或主题的全部教学活动。
教案可以按每堂课(指同一主题连续1~4节课)设计编写。
教案编写说明如下:
1、编号:
按施教的顺序标明序号。
2、教学课型表示所授课程的类型,请在理论课、实验课、习题课、实践课及其它栏内选择打“√”。
3、题目:
标明章、节或主题。
4、教学内容:
是授课的核心。
将授课的内容按逻辑层次,有序设计编排,必要时标以“*”、“#”“?
”符号分别表示重点、难点或疑点。
5、教学方式、手段既教学方法,如讲授、讨论、示教、指导等。
教学媒介指教科书、板书、多媒体、模型、标本、挂图、音像等教学工具。
6、讨论、思考题和作业:
提出若干问题以供讨论,或作为课后复习时思考,亦可要求学生作为作业来完成,以供考核之用。
7、参考书目:
列出参考书籍、有关资料。
8、日期的填写系指本堂课授课的时间。
福建农林大学教案
编号:
1
课时安排:
2学时
教学课型:
理论课√实验课□习题课□实践课□其它□
题目绪论
第一章工程材料的性能(1学时)
教学目的要求:
●了解材料及材料技术的发展史,本课程的基本内容、基本框架和基本特点
●掌握本课程的学习方法
●了解材料的常用性能指标的物理意义及应用
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点)
绪论
一.材料技术与成形工艺
二.课程的专业地位(为什么要学)
1.本课程的内容:
以材料及成型工艺的选用为主线,内容结构上可分为材料与成型技术的基本原理,基本知识与工程应用三个层次。
基本原理主要明确三种关系:
1材料的成分——组织、结构——使用性能的关系;
2材料改性及强化工艺——成分——组织、结构——性能的关系
3材料成型工艺——组织——性能的关系
基本知识包括五类问题:
1各类工程材料的特点及应用;
2材料改性工艺的特点及应用;
3各类成型工艺的特点及应用;
零件失效分析及质量控制方法;
新材料的发展与新工艺进展。
工程应用包括零件的材料及成型工艺选择方法和材料及改性成型分析。
2.目的
①培养合理选择材料的初步能力;
②培养正确确定加工方法的能力。
三.本课程的特点与学习方法(怎么学)
特点
方法:
①记
②抓主线成分——组织,结构——使用性能
工艺——组织,结构——使用性能
即一个中心两条线
③抓比较
④及时复习,归纳,总结
第一章工程材料的性能(1学时)
第一节材料的力学性能
1.刚度、强度、塑性
2.疲劳强度
3.硬度
4.冲击韧性
第二节材料的理化性能
1.物理性能
2化学性能
第三节材料的工艺性能
1.铸造性能
2.锻造性能
3.焊接性能
4.切削加工性能
教学方式、手段、媒介:
课堂讲授,多媒体辅助教学,结合部分板书
板书设计:
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
绪论
一.材料技术与成形工艺
、二.课程的专业地位(为什么要学)*
1、课程的内容:
以材料及成型工艺的选用为主线,
三个层次
①基本原理(明确三种关系):
成分——组织、结构——使用性能
工艺——组织、结构——性能的关系
②基本知识(包括五类问题):
材料的特点及应用;
改性工艺的特点及应用;
成型工艺的特点及应用;
失效分析及质量控制方法;
新材料、新工艺进展。
③工程应用
、2。
学习目的
①合理选材能力;
②正确确定加工方法的能力。
*三.课程的特点与学习方法(怎么学)
:
①记
②抓主线成分——组织,结构——使用性能
工艺——组织,结构——使用性能
即一个中心两条线
③抓比较
④及时复习,归纳,总结
第一章工程材料的性能(1学时)
第一节材料的力学性能
1.刚度、强度、塑性(画拉伸曲线解析
2.疲劳强度3.硬度
4.冲击韧性
第二节材料的理化性能
1.物理性能导电性导热性电阻率磁性
2化学性能耐腐蚀性
第三节材料的工艺性能
讨论、思考题、作业:
1.概述本课程内容的基本框架。
2.比较强度与硬度、塑性与韧性。
参考书目:
1.吕广庶张远明.材料材料及成形技术基础.北京:
高等教育出版社,2001
2.王焕庭等.机械工程材料.大连:
大连理工大学出版社,2001
3.王俊昌等.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
机械工业出版社,2004
4.严绍华.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
高等教育出版社,2004
5.郑明新.工程材料.北京:
清华大学出版社,1992
6陈培里等,材料及热加工,高等教育出版社,2006。
福建农林大学教案
编号:
2
课时安排:
2学时
教学课型:
理论课√实验课□习题课□实践课□其它□
题目(教学章、节或主题):
第二章工程材料的结构
教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
●熟悉1、材料内部原子的结合方式(结合键)和排列方式(晶体结构)及其对性能的影响;
2、晶体缺陷及其对材料性能的影响。
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
1.1、材料的键合方式
一、离子键
1.2、金属的结构
一、基本概念
二、基本结构
三、晶体缺陷
强化金属的途径有二:
a.减少晶体缺陷接近理想状态,如单晶,晶须
b.增加晶体缺陷,如淬火,冷加工非晶态。
1.3.合金的晶体结构
一、基本概念
二、基本相结构
1、固溶体
2、合金的性能
①固溶体与固溶强化。
固溶体在合金中的相对含量大,称为基体相,化合物相对量较少称为第二相。
②化合物与第二相强化。
利用第二相来提高材料的强度称为第二相强化。
当第二相是弥散质点引起的强化称为弥散强化。
1.4.高分子材料
一.高分子的概念
二.高聚物的结构
1.大分子链的几何形态
2.大分子链的构象及柔顺性
3.高聚物的聚集态结构
1.5.陶瓷材料的结构特点
一.相组成
1.晶相
2.玻璃相
3.气相
二.相结构
1.氧化物结构
2.硅酸盐结构
教学方式、手段、媒介:
课堂讲授,多媒体辅助教学,结合部分板书
板书设计:
强化金属的途径有二:
a.减少晶体缺陷接近理想状态,如单晶,晶须
b.增加晶体缺陷,如淬火,冷加工非晶态。
固溶强化:
通过加热合金元素(溶质),产生晶格畸变,使材料的强度、硬度提高的方法称为固溶强化。
固溶体在合金中的相对含量大,称为基体相,
化合物相对量较少称为第二相。
第二相强化:
通过加入合金元素形成化合物(第二相)来提高材料的强度的方法,称为第二相强化
当第二相是弥散质点引起的强化称为弥散强化。
讨论、思考题、作业:
1、何谓刃型位错?
位错密度对材料的力学性能有何影响?
2、置换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大些?
为什么?
3、金属间化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同?
常见的金属间化合物有几种类型?
它们对合金的性能有何影响?
参考书目:
1、吕广庶张远明.材料及成形技术基础.北京:
高等教育出版社,2001
2、王焕庭等.机械工程材料.大连:
大连理工大学出版社,2001
福建农林大学教案
编号:
3
课时安排:
2学时
教学课型:
理论课□实验课□习题课□实践课□其它□
题目(教学章、节或主题):
第三讲工程材料的强韧化
3.1.金属的塑性变形
3.2.金属的结晶
教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
教学目的要求:
●掌握1。
金属形变强化的本质及其应用;
2.金属结晶的规律及细晶强化的途径;
3.铁碳合金相图的分析及应用;
4.金属的相变强化(热处理)目的、工艺及应用(重点);
●熟悉金属合金化及其应用
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
3.1、金属的塑性变形
一、塑性变形的实质
1、形式:
滑移与孪晶
2、本质:
位错的运动
3.晶界对塑性变形起阻碍作用
二、变形过程的组织和性能变化
1.组织变化晶粒拉长形变亚结构形变织构
2.加工硬化随着变形量的增大,金属的强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
利用增大变形量使金属的强度、硬度增加的方法称为形变强化。
3.残余内应力宏观内应力微观内应力晶格内应力
三、加热对冷变形金属组织与性能的影响
1.回复
2.再结晶
组织性能变化:
无变形晶粒通过形核和长大,取代了变形晶粒。
位错密度下降,力学性能恢复到变形前的状态。
再结晶温度:
T再≈0.4T熔(K)
3.2.金属的结晶
一、基本概念
1、凝固、结晶、相变
2、冷却曲线
3、过冷度(△T)
二、结晶过程
1、形核
2、长大
三、晶粒大小及其控制
1、晶粒度的概念
2、晶粒大小对金属力学性能的影响(细晶强化)
3、控制晶粒大小的途径
①控制过冷度
②变质处理
③搅拌和振动
四、合金的结晶
1、合金结晶的特点
2、合金结晶的规律——相图
(1)相图的建立
(2)相图的分析方法
教学方式、手段、媒介:
课堂讲授,多媒体辅助教学,结合部分板书
板书设计:
3.1、金属的塑性变形
一、塑性变形的实质
1、形式:
滑移与孪晶
2、本质:
位错的运动
3.晶界对塑性变形起阻碍作用
二、变形过程的组织和性能变化
1.组织变化晶粒拉长形变亚结构形变织构
2.加工硬化随着变形量的增大,金属的强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
利用增大变形量使金属的强度、硬度增加的方法称为形变强化。
3.残余内应力宏观内应力微观内应力晶格内应力
三、加热对冷变形金属组织与性能的影响
1.回复
2.再结晶
组织性能变化:
无变形晶粒通过形核和长大,取代了变形晶粒。
位错密度下降,力学性能恢复到变形前的状态。
再结晶温度:
T再≈0.4T熔(K)
3.2.金属的结晶
一、基本概念
1、凝固、结晶、相变
2、冷却曲线
3、过冷度(△T)
二、结晶过程
1、形核均质形核异质形核
2、长大
三、晶粒大小及其控制
1、晶粒度的概念
2、晶粒大小对金属力学性能的影响
细晶强化;通过细化晶粒来提高材料强度和韧性的方法称为细晶强化。
3、控制晶粒大小的途径
①控制过冷度
②变质处理
③搅拌和振动
四、合金的结晶
1、合金结晶的特点
(1)结晶在一个温区进行;
(2)结晶过程伴随着成分的变化
2、合金结晶的规律——相图
(1)相图的建立热分析法
(2)相图的分析方法
--------在对应的成分点上画垂线;
--------确定垂线与相图的交点;
--------确定相变类型,分析结晶过程。
讨论、思考题、作业:
1.碳钢在锻造温度范围内变形时,是否会有形变强化现象?
为什么?
2.分析形变强化现象的利与弊,如何利用或消除形变强化?
3.金属结晶的基本规律是什么?
晶核的成核率和长大速度受到哪些因素的影响?
4.为什么材料一般希望获得细晶粒?
细化晶粒的方法有哪些?
参考书目:
1.吕广庶张远明.材料材料及成形技术基础.北京:
高等教育出版社,2001
2.王焕庭等.机械工程材料.大连:
大连理工大学出版社,2001
3.王俊昌等.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
机械工业出版社,2004
4.严绍华.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
高等教育出版社,2004
5.郑明新.工程材料.北京:
清华大学出版社,1992
6陈培里等,材料及热加工,高等教育出版社,2006。
福建农林大学教案
编号:
4
课时安排:
2学时
教学课型:
理论课√实验课□习题课□实践课□其它□
题目(教学章、节或主题):
3.3.铁碳合金的平衡态相图
3.4.钢的热处理
一、钢在加热时的相变
教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
掌握1、铁碳合金相图的分析与应用;
2、铁碳合金成分组织性能的关系及其变化规律;
3、加热对钢的热处理的影响;
4.过冷奥氏体转变产物的组织、性能特点及形成条件。
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
3.3.铁碳合金的平衡态相图
一、Fe-Fe3C相图
1.纯铁的性能及同素异构转变
性能:
低强度高塑性
同素异构转变:
-Fe
r-Fe
-Fe
(Bcc)(Fcc)(Bcc)
图纯铁的冷却曲线
*2.铁碳合金的基本组织
下面五个组织都介绍其定义,成分、结构、性能特点。
1固溶体
a.铁素体(Ferrite,F)碳在
-Fe中的固溶体,BCC结构,
b.奥氏体(Austenite,A)碳在r-Fe中的固溶体,FCC结构,
2金属间化合物—渗碳体(Fe3C,或Cementite,Cem)
3混合物
a.珠光体(Pearlite,P)
b.莱氏体(Ledeburite,Le或Ld)
3.Fe-Fe3C相图
画出标注组织的Fe-Fe3C相图
分析相图中的特征点,曲线和水平线
二、铁碳合金的平衡结晶过程
图2.17.六种典型合金的结晶过程分析
分析三种碳钢和三种白口铸铁的结晶过程
1,碳钢的结晶过程
1共析钢(含碳量0.77%)
介绍结晶过程后引出杠杆定律:
根据相对量相等和含碳量相等可有
Q
+Q
=1相对量相等
Q
×0.0218+Q
×6.69=0.77含碳量相等
②亚共析钢(<0.77%c)从奥氏体状态开始分析
③过共析钢(0.77<%C<2.11)
与亚共析钢比较,提出不同特点
----------共析反应前先发生A→Fe3CⅡ接着发生共析转变,
其显微组织为Fe3CⅡ+P
2.白口铸铁的结晶过程
①共晶白口铸铁(4.3%C)
这里的关键是Tc(1148℃)发生共晶转变。
L4.3
(A2.11+Fe3C)---Ld(莱氏体)
②亚共晶白口铸铁(2.11<%c<4.3=
③过共晶白口铸铁
总结结晶和相变规律
下面进一步讨论含碳量对铁碳合金的影响。
*、三.含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
1、对组织的影响
分析.铁碳合金中含碳量与相和组织组成物的关系
2、对性能的影响
3.4.钢的热处理
金属热处理的定义和分类
一、钢在加热时的相变
1.钢的临界转变温度
2.奥氏体形成的过程
*3.影响奥氏体形成和晶粒长大的因素
1)加热温度和保温时间
2)原始组织
3)合金元素
二.钢中过冷奥氏体的冷却转变
冷却方式
1.1。
珠光体转变
介绍其转变性质,组织形态、性能特点及应用(下同)
2。
贝氏体转变
2.3。
马氏体相变
4.过冷奥氏体的冷却转变曲线
教学方式、手段、媒介:
课堂讲授,多媒体辅助教学,结合部分板书
板书设计:
已把多媒体文稿印发给学生,加上内容多只进行课堂少量助说话的辅助性板书
讨论、思考题、作业:
1.为什么铸造合金常选用共晶成分合金?
为什么进行塑性加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?
2.何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体?
它们的结构、组织形态、性能等各有何特点?
3.分析含而是分别为0.45%、1.0%、3%、4.7%的铁碳合金从流言蜚语缓冷至室温时的结晶过程,
4.根据Fe-FeC相图,计算:
(1)室温下,含碳0.45%的钢中珠光体和铁素体各多少;
(2)室温下,含碳1.0%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少;
(3)铁碳合金中,二次渗碳体的最大百分含量。
5.某工厂仓库积压了许多碳钢(退火状态),由于钢材混杂,不街道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,问此钢才的含碳量大约是多少?
6.简述加热温度和保温时间对钢的奥氏体晶粒尺寸及其冷却后的组织和性能的影响?
7.奥氏体的形成过程分哪几个阶段?
影响奥氏体形成过程的因素有哪些?
8.过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型?
比较这几种转变类型的异同点。
参考书目:
1.吕广庶张远明.材料材料及成形技术基础.北京:
高等教育出版社,2001
2.王焕庭等.机械工程材料.大连:
大连理工大学出版社,2001
3.王俊昌等.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
机械工业出版社,2004
4.严绍华.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
高等教育出版社,2004
5.郑明新.工程材料.北京:
清华大学出版社,1992
6陈培里等,材料及热加工,高等教育出版社,2006。
福建农林大学教案
编号:
5
课时安排:
学时
教学课型:
理论课□实验课□习题课□实践课□其它□
题目(教学章、节或主题):
3.4.钢的热处理(续)
第五节.钢的合金化
第六节.高分子材料的增强与改性
教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
掌握1。
过冷奥氏体转变产物的组织、性能特点及形成条件;
2.各种热处理工艺的操作要点、目的应用处理后的组织性能特点。
、
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
三、退火与正火
介绍定义及工艺要点
1)目的:
2)正火与退火的选择
①考虑切削性能
2②考虑使用性能
3③考虑经济性
4
5四、钢的淬火
介绍定义及工艺要点
61、淬火加热温度的选择
71)亚共析钢为Ac3+(30-50℃)
2).过共析钢为Ac1+(30-50℃)
2.淬火冷却介质的选择
介绍选择的原则、着重介绍水和油
介绍
3.常用淬火方法
从消除淬火应力出发,简要介绍四种淬火方法
4.钢的淬透性
介绍淬透性(Hardenability)和淬硬性(Hardeningcapacity)的概念
五、淬火钢的回火
回火(Termping,韧化)的定义
1.回火的目的
2.组织与性能变化
1)组织变化
2)性能变化
六.钢的表面淬火
介绍工艺定义和目的。
1.感应加热淬火
1)基本原理
2)组织与性能
3)应用:
齿轮和轴类零件
2.火焰加热表面淬火
七.钢的化学热处理
1.化学热处理的基本过程
1)活性原子的产生
2)活性原子被吸收
3)活性原子向心部方向扩散
2.化学热处理的常用方法
1)渗碳(Carburizing)
2)氮化.(Nitriding)
3.)气体软氮化
简要介绍上述各种工艺的操作要点、性能特点及应用
八.热处理新技术
1.形变热处理(Thermomechanicaltreatment,TMT)
2.超细化热处理
3.真空热处理
4.离子氮化:
5.激光热处理
6.电子束热处理
极简要介绍上述各种工艺的操作要点、性能特点及应用
第五节.钢的合金化
一、合金元素在钢中的分布
周期表
碳化物形成元素26Fe非碳化物形成元素
Ti.V.W.Mo.Cr.Mn.铁3d
4S
Si.Al.Cu.Ni.Co.B
形成合金碳化物形成合金铁素体
二.合金元素在钢中的作用
1.改善钢的力学性能
强化原因:
提高强度硬度
c.细化晶化(碳化物阻碍奥氏体晶粒长大)一提高强度和韧性。
2.提高钢的淬透性
提高淬透性带来的好处:
1增加淬硬层深度,改善钢的性能;
2减慢淬火冷却速度,减少变形。
(所以,合金钢用油冷,碳钢用水冷)
2.提高钢的回火稳定性
(引例)比较T12钢与高速钢车刀的不同回火温度下的组织和性能变化引出
回火稳定性的概念再着重阐述回火稳定性给钢带来的高带来的好处(两点)。
第六节.高分子材料的增强与改性
放在其它工程材料介绍,这里只简单提一提
教学方式、手段、媒介:
课堂讲授,多媒体辅助教学,结合部分板书
板书设计:
已把多媒体文稿印发给学生,加上内容多只进行课堂少量助说话的辅助性板书
讨论、思考题、作业:
1.钢材的退火、正火、淬火、回火的目的是什么?
各种热处理加热温度范围和冷却方法如何选择?
各应用在什么场合?
热处理后形成的组织是什么?
2.为什么要进行表面淬火?
常用的表面淬火方法有哪些?
各应用在什么场合?
3.淬透性与淬透层深度、淬硬性有哪些区别?
影响淬透性因素有哪些?
4.化学热处理的基本过程是什么?
常用的化学热处理方法有哪些?
各自的目的是什么?
参考书目:
1.吕广庶张远明.材料材料及成形技术基础.北京:
高等教育出版社,2001
2.王焕庭等.机械工程材料.大连:
大连理工大学出版社,2001
3.王俊昌等.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
机械工业出版社,2004
4.严绍华.工程材料及机械制造基础(热加工工艺基础).北京:
高等教育出版社,2004
5.郑明新.工程材料.北京:
清华大学出版社,1992
6陈培里等,材料及热加工,高等教育出版社,2006。
福建农林大学教案
编号:
6
课时安排:
2学时
教学课型:
理论课√实验课□习题课□实践课□其它□
题目(教学章、节或主题):
第四讲常用金属材料
4.1.工业用钢概述
4.2.结构钢
教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):
●掌握1。
钢的合金化及其对性能的影响
2。
钢的分类及牌号表示,钢的性能特点,热处理特点及应用;
教学内容(注明:
*重点#难点?
疑点):
第四章常用金属材料
4.1.工业用钢概述
钢的定义
一、钢中杂质
1.硫的影响:
2.磷的影响:
着重介绍它们的危害及限量
*二、钢的分类及牌号表示
1.分类:
见教材
2.牌号表示:
①结构钢
a.碳钢以“钢中平均含碳量的万倍”编号
b.合金结构钢“钢中平均含碳量的万倍+Me符号及含量的百倍+……”
②工具钢和不锈钢。
a、碳素工具钢。
T+钢中平均含碳量的千倍(高级优质+A)
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程材料及成型技术 工程 材料 成型 技术 教案