机械工程材料教学大纲.docx

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机械工程材料教学大纲

《机械工程材料》教学大纲

大纲说明

课程代码：

3325041

总学时：

32学时（讲课26学时，实验6学时）

总学分：

2

课程类别：

学科基础课，必修

适用专业：

机械设计制造及其自动化专业

预修要求：

化学，物理学，工程图学等。

一、课程的性质、目的、任务：

1、课程的性质

本课程是机械工程专业的一门学科基础课。

2、课程的目的与任务

（1）使学生在获得有关金属学，热处理的基本理论和机械工程材料的一般知识的基础上了解常用机械工程材料的成份、组织和性能之间的关系及其热处理工艺和用途。

（2）使学生在学完本课程后，应具有常用机械工程材料的正确选择，合理使用及其主要处理工艺方案和工艺路线安排等方面也应具有相关的基础，并为学习其他有关课程和将来从事技术工作准备必要的条件

二、课程教学的基本要求：

1、理解金属和合金组织结构和结晶过程以及二元合金相图。

2、掌握铁碳合金相图的基本理论。

3、掌握常用的碳钢、合金钢、铜合金、轴承合金等金属材料（其中钢铁材料为主）的成分、组织、性能和用途基本知识具有合理选用机械工程材料的初步能力。

4、理解和掌握钢铁材料的热处理基本原理，工艺特点和应用范围，初步具有合理选用材料和热处理方法，确定零件生产过程中热处理工序位置的能力。

5、教学方法及现代化教学手段的运用

a．为了弥补学生实践经验少，实际条件差的不足，课堂教学中配以多媒体教学。

b．习题课和习题的要求

由于课时紧张不单独安排习题课，对于作业中出现的问题，在课堂上及时予以解决。

每次课后布置1-3题作业，以书中习题为主。

三、大纲的使用说明：

本大纲适用于机械设计制造及其自动化专业的本科学生。

大纲正文

第一章金属的力学性能学时：

3学时（讲课1学时，实验2学时）

本章讲授要点：

掌握强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性的概念。

重点：

强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性的概念。

§强度和塑性

一、强度

二、塑性

§硬度

一、布氏硬度试验法

二、洛氏硬度试验法

三、维氏硬度试验法

§冲击韧性

一、摆锤式一次冲击试验

二、多次冲击试验

§疲劳强度

§断裂韧性

第二章金属与合金的晶体结构学时：

2学时（讲课2学时，实验0学时）

本章讲授要点：

掌握金属与合金的晶体结构以及实际的晶体结构；掌握合金晶体结构的基本概念；理解合金的相结构。

重点：

金属与合金的晶体结构以及实际的晶体结构；合金晶体结构的基本概念。

难点：

合金的相结构。

§金属的晶体结构

一、晶体与非晶体

二、晶体结构的基本知识

三、晶体的各向异性

§金属的实际晶体结构

一、多晶体结构与亚晶粒

二、晶体缺陷

§合金的晶体结构

一、基本概念

二、合金的相结构

第三章纯金属与合金的结晶学时：

2学时（讲课2学时，实验0学时）

本章讲授要点：

掌握纯金属结晶的过程及其基本规律；理解纯金属结晶后的组织；掌握二元合金相图基本类型及合金的冷却过程；掌握合金性能与相图的关系。

重点：

纯金属以及合金的结晶过程和它们的相图；合金的性能与相图的关系。

难点：

合金的性能与相图的关系。

§纯金属的结晶

一、冷却曲线与过冷度

二、结晶过程及其基本规律

三、金属结晶后的晶粒大小

四、铸锭的组织

§合金的结晶

一、二元合金相图

二、二元合金相图的基本类型及合金的冷却过程

§合金性能与相图的关系

一、合金力学性能与相图的关系

二、合金铸造性能与相图的关系

第四章金属的塑性变形与再结晶学时：

2学时（讲课2学时，实验0学时）

本章讲授要点：

掌握金属塑性变形的理论；掌握金属塑性变形对金属组织和性能的影响；掌握塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化。

重点：

金属塑性变形的理论；金属塑性变形对金属组织和性能的影响；塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化。

难点：

金属塑性变形通过形变机理的讨论，引入了材料的形变抗力概念，可以加深学生对机械性能指标的理解和对材料强化的理解，同时也为零件的失效分析，提供必要的基础知识。

掌握塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化，为金属的热加工提供必要的基础知识。

所以本章是本书的一个重点，也是难点。

§金属的塑性变形

一、单晶体的塑性变形

二、多晶体的塑性变形

§塑性变形对金属组织和性能的影响

一、晶粒沿变形方向被拉长，性能趋于各向异性

二、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化

三、晶粒择优取向，形成变形织构

四、产生残余应力

§塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化

一、回复

二、再结晶

三、晶粒长大

四、再结晶后的晶粒大小

§金属的热变形加工

一、热变形加工的概念

二、热变形加工对金属组织和性能的影响

第五章铁碳合金相图与碳钢学时：

6学时（讲课4学时，实验2学时）

本章讲授要点：

掌握铁碳合金的基本组织；掌握铁碳合金相图；了解常用碳钢分类、牌号、性能和用途。

重点：

铁碳合金的基本组织和铁碳合金相图。

难点：

铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，要求在掌握铁碳合金中各种组织性能特点的基础上，会熟练地分析和运用铁碳合金相图。

即要求会熟练分析不同成分的铁碳合金在结晶过程中的组织变化，以及随合金成分变化时相应的组织变化和由此所引起的性能变化，为正确地认识材料和合理地选用材打下基础．

这一内容的难度在于铁碳合金相图的分析和运用是金属学基础部分概念的综合运用，学生往往易于掌握单一概念而不善于综合运用。

§铁碳合金的基本组织

一、纯铁的同素异晶转变

二、铁碳合金的基本组织

§铁碳合金相图

一、Fe-Fe3C相图分析

二、典型铁碳合金的冷却过程及其组织

三、含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响

四、Fe-Fe3C相图的应用

§碳钢

一、常存杂质对钢性能的影响

二、碳钢的分类、牌号、性能和用途

第六章钢的热处理学时：

8学时（讲课6学时，实验2学时）

本章讲授要点：

掌握钢在加热时的组织转变、钢在冷却时的组织转变、钢的退火与正火、钢的淬火、钢的回火钢的淬透性、钢的表面淬火；了解钢的化学热处理的原理及应用；了解其他热处理工艺（可控气氛热处理、形变热处理、真空热处理、激光热处理）；了解热处理对零件结构设计的要求。

重点：

掌握加热和冷却过程中的组织转变，会分析和运用过冷奥氏体的转变曲线选择材料和热处理工艺，淬透性曲线及其在选材中的应用。

难点：

钢铁热处理是改变材料性能的一种重要手段，要求掌握加热和冷却过程中的组织转变，会分析和运用过冷奥氏体的转变曲线选择材料和热处理工艺，淬透性曲线及其在选材中的应用。

§钢在加热时的组织转变

一、奥氏体的形成

二、影响奥氏体化的因素

三、奥氏体晶粒长大及其控制措施

§钢在冷却时的组织转变

一、过冷奥氏体的等温转变

二、过冷奥氏体的连续冷却转变

§钢的退火与正火

一、钢的退火

二、钢的正火

§钢的淬火

一、淬火的目的

二、淬火工艺

三、淬火方法

§钢的回火

一、回火的目的

二、淬火钢回火时的组织转变

三、淬火钢回火时的性能变化

四、回火方法及应用

五、回火脆性

§钢的淬透性

一、淬透性的概念

二、淬透性的测定方法

三、影响淬透性的应素

四、淬透性的实际应用

§钢的表面淬火

一、感应加热淬火

二、火焰淬火

§钢的化学热处理

一、钢的渗碳

二、钢的渗氮

三、钢的碳氮共渗

§其它热处理工艺简介

§热处理零件的结构工艺性

一、常见热处理缺陷

二、热处理零件的结构工艺性

§热处理技术对零件结构设计的要求

第七章合金钢学时：

4学时（讲课4学时，实验0学时）

本章讲授要点：

掌握合金元素在钢中的作用以及合金钢的分类与编号。

了解低合金结构钢与合金结构钢、合金弹簧钢与滚动轴承钢、合金工具钢与高速工具钢、特殊性能钢的牌号、成分、组织和性能特点和应用。

重点：

合金元素在钢中的作用，合金钢的分类与编号。

难点：

合金元素在钢中的作用。

§合金钢的分类与编号

一、合金钢的分类

二、合金钢的牌号

§合金元素在钢中的作用

一、合金元素与铁、碳的相互作用

二、合金元素对铁碳合金相图的影响

三、合金元素对钢热处理的影响

§低合金结构钢与合金结构钢

一、低合金结构钢

二、合金结构钢

三、其它结构钢简介

§合金弹簧钢与滚动轴承钢

一、合金弹簧钢

二、滚动轴承钢

§合金工具钢与高速工具钢

一、合金刃具钢

二、高速工具钢

三、合金模具钢

四、合金量具钢

§特殊性能钢

一、不锈钢

二、耐热钢

三、耐磨钢

第八章铸铁学时：

1学时（讲课1学时，实验0学时）

本章讲授要点：

了解铸铁的石墨化，熟悉常用铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）的牌号、组织、性能和用途，了解合金铸铁。

重点：

常用铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）的牌号、组织、性能和用途。

难点：

铸铁的石墨化。

§铸铁的石墨化

§常用铸铁

§合金铸铁

第九章有色金属学时：

2学时（讲课2学时，实验0学时）

本章讲授要点：

了解铝及其合金以及铜及其合金的性能和应用。

§铝及其合金

一、纯铝

二、铝合金

§铜及其合金

一、纯铜

二、铜合金

第十章工程材料的选用学时：

2学时（讲课2学时，实验0学时）

本章讲授要点：

掌握零件的失效的原因；掌握选材的一般原则、方法和步骤；了解典型零件的选材与工艺。

重点：

选材的一般原则、方法和步骤。

难点：

了解材料性能，初步学会材料选择是本课程的主要目的之一，也是本课程全部内容的综合运用，由于金属材料种类繁多，学生不易掌握，应根据学生缺乏实践经验，缺少零件服役条件的感性认识的情况，要求学生重视金工工艺的学习和实习，重视各实践环节。

在本课程中则强调学生学会运用成分工艺，组织结构和性能的关系来认识金属材料，并组织进行合理选材和零件工艺路线分析的课堂讨论，以对全课程内容进行综合性的归纳和运用。

工艺路线分析是本课程的一个重要内容，这是由于热处理是一种调整材料性能的工艺而安排在各工艺之间，通过工艺路线分析，可以了解各加工工艺之间的关系和进一步理解热处理工艺的作用，也为专业课程的学习打下基础。

§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

§选材的一般原则．方法和步骤

一、选材的一般原则

二、选材的方法和步骤

§典型零件的选材与工艺

本课程对学生自学的要求

由于金属材料种类繁多，学生不易掌握，且学生缺乏实践经验，缺少零件服役条件的感性认识，要求学生重视各实践环节，针对课程内容多课时紧的状况，要求学生切实在课前做好预习课后做好复习工作。

学时分配表

序号

内容

学时

讲课

实验

小计

1

金属的力学性能

1

2

3

2

金属与合金的晶体结构

2

2

3

纯金属与合金的结晶

2

2

4

金属的塑性变形与再结晶

2

2

5

铁碳合金相图与碳钢

4

2

6

6

钢的热处理

6

2

8

7

合金钢

4

4

8

铸铁

1

1

9

有色金属

2

2

10

工程材料的选用

2

2

合计

26

6

32

考核方式与要求

课程考核为期终考一次，采用闭卷形式考试。

推荐教材与参考书目

1、工程材料及机械制造基础（Ⅰ）——工程材料，戴枝荣等主编，高等教育出版社。

2、工程材料及成形技术基础，吕广庶等主编，高等教育出版社。

3、机械工程材料，许德珠主编，高等教育出版社。

4、工程材料，郑明新主编，清华大学出版社

5、工程材料，丁厚福等主编，武汉理工大学出版社。

《机械工程材料》实验大纲

一、总则

本大纲的适用范围

本大纲相关的课程名称及课程属性

课程名称：

机械工程材料

课程属性：

学科基础课

本大纲的适用范围

机械设计制造及其自动化专业

实验总时数

6学时

本大纲的实验目的和要求

掌握测试金属材料硬度的方法；学会使用金相显微镜观察金相显微组织；观察和识别铁碳合金（碳钢和白口铁）在平衡状态下的显微组织；分析铁碳合金成分（碳的含量）、组织和性能之间的关系；了解钢的基本热处理工艺方法和操作过程及金相显微试样的制备。

本实验课程的重点和内容

铁碳合金（碳钢和白口铁）在平衡状态下的显微组织，钢的基本热处理工艺方法和操作过程。

本大纲的所需实验设备

布氏硬度计、洛氏硬度机、金相显微镜、铁碳合金金相试样、电阻加热炉、抛光机。

二、实验项目及学时安排

1．实验项目一金属材料的硬度实验

1）实验类型验证性实验

2）实验开设属性必开实验

3）学时数2学时

4）实验目的

了解布氏、洛氏硬度机的构造及应用范围；掌握布氏、洛氏硬度机的操作方法。

5）实验要求

使用布氏硬度机测定45钢退火状态下的硬度，使用洛氏硬度机测定45钢淬火状态下的硬度。

2．实验项目二铁碳合金平衡组织的显微分析实验

1）实验类型验证性实验

2）实验开设属性必开实验

3）学时数2学时

4）实验目的

a）研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。

b）分析成分（含碳量）对铁碳合金的显微组织的影响，从而加深理解成分，组织和性能之间的相互关系。

并初步掌握用组织相对量来估算碳钢的大致含碳量。

c）进一步熟悉金相显微镜的使用方法及组织示意图的描绘技能。

5）实验要求

a）熟悉钢和铸铁的平衡组织特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。

b）在金相显微镜下观察20钢，45钢，T8钢，T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁的显微组织。

c）描绘前五个试样的组织示意图。

3．实验项目三碳钢的热处理及金相显微试样制备

1）实验类型综合性实验

2）实验开设属性必开实验

3）学时数2学时

4）实验目的

了解钢的基本热处理工艺方法和操作过程。

了解冷却方式与碳钢性能的关系；分析淬火及回火温度对碳钢性能的影响。

5）实验要求

分析钢中的含碳量与淬火后硬度之间的关系；分析加热温度与冷却速度对碳钢组织和性能的影响；掌握金相显微试样的制备过程。