《机械工程材料》课程教学大纲

《机械工程材料》课程教学大纲课程编码：AL043100课程性质：专业基础课程适用专业：机械设计制造及其自动化，农业机械化及其自动化学时学分：32学时2学分所需先修课：化学、物理、机械制图编写单位：机电工程学院一、课程说明1．课程简介机械工程材料是农业机械化及其自动化、机械设计制造及其自动化专业的专业基础课程。本课程系统地阐述工程材料的种类、金属材料结晶原理与过程、热处理工艺的原理与工程应用、钢铁和常见有色金属及其合金的性能等内容。课程先修课包括高中化学知识和物理知识。通过课程学习，为学习金属工艺学、材料力学、机械设计、机械制造工艺等课程打下基础。2．教学目标要求通过对本课程的学习，使学生：（l）了解金属材料事业的发展概况；了解中华民族对材料发展的重大贡献；理解金属材料的结合键，掌握工程材料的结合键与分类关系。（2）了解组织和性能之间的关系，理解金属材料性能表征方法；掌握三种常见金属的晶体结构，实际金属中三类晶体缺陷，理解合金相、组织的概念。（3）掌握结晶过程中形核和长大的概念，过冷度对结晶过程的影响规律及获得细晶的方法；掌握具有匀晶相图、共晶相图的合金的结晶过程，理解具有包晶相图、共析相图及含金属化合物的合金的结晶过程。（4）熟悉铁碳合金相图的图形，能对不同成分铁碳合金进行结晶过程分析，了解杠杆定理计算组织成物的相对量，掌握典型合金的平衡组织，并能熟练的绘出组织示意图，理解相图的意义并如何在工程上应用；掌握铁碳合金的成份、组织、性能之间的关系。（5）掌握塑性变形的机制，加工硬化的本质及实际意义，冷热加工的区别。（6）掌握钢在加热和冷却时组织转变；TTT曲线图和CCT曲线图及其应用；奥氏体的马氏体转变；钢的正火、退火、淬火和回火、淬透性。（7）掌握合金元素在钢中的作用和对钢的相变过程的影响规律；掌握铸铁石墨化过程及影响因素；掌握石墨形状对性能的影响；掌握铸铁分类、性能、牌号、热处理及应用；掌握有色金属成分、组织、性能，强化机理编号规则、分类及应用。3．教学重点难点机械工程材料课程重点内容包括材料的分类、金属材料的结晶过程，铁碳相图的意义与应用，改变材料性能的方法与原理，常用黑色金属的性能、用途及热处理方法，常用有色金属材料的性能、用途及热处理方法等。课程理论性较强，内容较为抽象，不易理解。难点内容包括合金的结晶过程，杠杆定理，不同组织的形成与性能差异，碳在奥氏体、铁素体的溶解度，合金元素对铁碳相图的影响，塑性变形的机理，钢在热处理中组织的变化，金属材料的分类、牌号、性能、热处理以及应用等。4．学时分配表次序教学内容理论课学时数第一部分综述1第二部分材料的结构与性能特点4第三部分金属材料组织和性能的控制5第四部分铁碳合金4第五部分金属的塑形加工2第六部分钢的热处理6第七部分钢的合金化2第八部分金属材料8总计=SUM(ABOVE)325．主要教法、学法本课程主要教学手段是以课堂教学为主，并本着由浅入深、由一般到特殊理论和实践相结合的原则，先讲授材料的结构与性能特点，后讲授金属材料组织和性能的控制方法，围绕铁碳合金，讲述铁碳相图和热处理方法，并以此为基础向其他金属材料展开，使学生掌握各种金属材料的特点，并列举典型的例题和练习题。一般了解内容以课下学生自学为主。本课是理论性很强的一门课程，配套的实验课占8学时，以帮助学生理解和巩固基本理论知识。6．考核方式及标准考核方式为考查；考试成绩包含课堂表现、平时作业成绩、期末综合练习成绩，期末综合练习采用开卷50分钟考试形式。其中课堂表现占20%，作业成绩占20%，期末综合练习成绩占60%。二、各部分教学纲要第一部分绪论（1学时）教学目标了解材料在工程中的地位；掌握金属材料结合键；掌握工程材料的分类。本部分重点工程材料的分类。本部分难点工程材料的结合键与分类。教学内容1材料学在历史中的地位2材料的结合键与分类第二部分材料的结构与性能特点（4学时）教学目标了解组织和性能之间的关系；理解金属材料性能表征方法；掌握三种常见金属的晶体结构；掌握实际金属中三类晶体缺陷、合金相；理解组织的概念。本部分重点材料的结构及性能指标；晶体缺陷对性能的影响；金属结晶的必要条件；金属材料的性能指标；硬度计的原理与使用。本部分难点组织的概念；晶位与晶向；合金的晶体结构；金属材料的力学性能。教学内容1金属材料的结构与组织2纯金属的晶体结构3合金的晶体结构4金属材料的组织5金属材料的性能6金属材料的工艺性能7金属材料的机械（力学）性能8金属材料的理化性能第三部分金属材料组织和性能的控制（5学时）教学目标掌握结晶过程中形核和长大的概念；掌握过冷度对结晶过程的影响规律及获得细晶的方法；掌握具有匀晶相图、共晶相图的合金的结晶过程；理解匀晶相图、共析相图、金属化合物相图的结晶过程。本部分重点过冷度与结晶；细晶强化的方法；匀晶相图结晶过程；金属共晶相图结晶过程；相图与合金性能的关系；金相试样的制备。本部分难点纯金属结晶的过程；杠杆定律；合金的结晶过程。教学内容1纯金属的结晶2铸锭的结构3结晶理论的工程应用4合金的结晶5二元合金的结晶6合金的性能与相图的关系第四部分铁碳合金（4学时）教学目标熟悉铁碳合金相图的图形，能对不同成分铁碳合金进行结晶过程分析；能利用杠杆定理计算组织成物的相对量，能记住典型合金的平衡组织；能熟练的绘出组织示意图，理解相图的意义和掌握应用；掌握生产中应用的各种碳钢材料的分类、编号及用途；掌握铁碳合金的成份、组织、性能之间的关系。本部分重点铁碳相图及其应用；铁碳相图中线代表的物理意义；铁碳合金在共晶、共析结晶过程；碳钢分类及其具体应用；铁碳合金的金相观察。本部分难点铁碳合金的结晶过程；铁碳相同中线的物理意义；奥氏体、莱氏体、珠光体等组织的意义。教学内容1铁碳相图2典型铁碳合金的平衡结晶过程3铁碳合金的成分－组织－性能关系4Fe-Fe3C相图的应用第五部分金属的塑形变形（2学时）教学目标掌握塑性变形的机制；掌握加工硬化的本质及实际意义；掌握冷热加工的区别。本部分重点塑性变形的机制；合金塑性变形、塑性变形对组织性能的影响；塑性变形后加热对组织和性能的影响；碳钢分类及其具体应用。滑移的发生与孪生、加工硬化、残余内应力、回复与再结晶。本部分难点滑移与孪生；加工硬化与残余内应力；回复与再结晶。教学内容1金属的塑性变形2金属的再结晶3塑性变形和再结晶的工程应用4金属材料的热加工与冷加工第六部分钢的热处理（6学时）教学目标掌握热处理的原理；掌握热处理的方法；了解工程中常用的热处理方法；掌握分析过冷奥氏体在不同条件下转变为各种不同产物的转变过程；熟悉退火、正火、淬火、回火、表面淬火和化学热处理等热处理工艺。本部分重点钢在加热和冷却时组织转变；TTT曲线图和CCT曲线图及其应用；奥氏体的马氏体转变；钢的正火、退火、淬火和回火、淬透性；热处理工艺－组织－性能－应用之间规律；钢的热处理。本部分难点恒温冷却与连续冷却；珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体的形成与性能；钢的热处理方法。教学内容1钢在加热时的转变2钢在冷却时的转变3钢的普通热处理4钢的表面热处理5钢的化学热处理6其他热处理技术7计算机技术在热处理中的应用8热处理的工程应用第七部分钢的合金化（2学时）教学目标掌握合金元素在钢中的作用；掌握合金元素对钢的相变过程的影响规律。本部分重点各类合金钢的热处理工艺、组织、性能；合金元素在钢中作用；合金元素对相图、对加热和冷却组织转变的影响；合金元素对马氏体转变和回火组织转变的影响。本部分难点各类合金钢的组织与性能。教学内容1合金元素对铁、碳的作用2合金元素对Fe－Fe3C相图的影响3合金元素对钢热处理的影响4合金元素对钢的机械性能的影响5合金元素对钢的工艺性能的影响6合金化的工程应用第八部分金属材料（8学时）教学目标掌握合金元素在钢中的作用和对钢的相变过程的影响规律；掌握铸铁石墨化过程及影响因素。以及石墨形状对性能的影响；掌握铸铁分类、性能、牌号、热处理及应用；掌握有色金属成分、组织、性能，强化机理编号规则、分类及应用。本部分重点碳钢、合金钢的牌号与分类；各类碳钢、合金钢的热处理工艺、组织、性能；铸铁石墨化组织特点，石墨形状、大小、分布对性能的影响；各类铸铁的牌号与性能；常用有色金属及其合金的牌号、性能、用途以及热处理方法。本部分难点碳钢、合金钢的分类；各类钢种的热处理工艺；特殊钢；碳的石墨化；时效。教学内容1碳钢的成分和分类2碳钢的牌号及用