重庆大学工程材料教案.doc

工程材料教案总 纲一、课程性质及教学目的：工程材料是机械及近机类专业一门重要的技术基础课。本课程以材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系为主线，重点介绍材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的。 学习本课程的目的，是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识。通过对基础科学和知识的综合和运用，初步具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料，正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。二、课程内容：包含工程材料的分类及性能、材料的结构、材料制备的基本知识、二元相图及应用、材料的变形、钢的热处理、工业用钢、铸铁、有色金属、常用非金属材料、工程材料的选用等11章。纵观本课程所含内容可知，其内容较为庞杂。具有三多的特点；即所谓内容头绪多、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多（名词、定义三百多个），由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。三、与其它课程的关系：“工程材料”是以化学、物理、材料力学、金属工艺学和金工教学实习为基础的课程，在学习时应联系上述基础课程的有关内容，以加深对本课程内容的理解。同时本课程的基础，在今后学习有关专业课程时，还应经常联系本书的有关内容，以便进一步掌握所学的知识。四、教学对象：机械制造及自动化、汽车工程、测控技术、采矿工程专业的本科生。五、教学指导思想：1. 从材料应用的角度出发讲授工程材料，体现21世纪教学理念、教学改革精神和世界工程教育思想。2. 严格按工程材料教学大纲及工程材料实验教学大纲进行教学，注意课程内容的准确定位和整体优化。3. 开设的实验及课堂讨论应有利于学生分析问题、解决问题的能力及创新能力培养。六、教学重点： 1典型金属的晶体结构；2晶体缺陷；3二元相图；4铁碳相图及其应用；5塑性变形与再结晶；6钢的热处理；7工业用钢。七、教学难点：1典型金属的晶体结构；2晶体缺陷；3二元相图；4铁碳相图的分析与应用； 5塑性变形机理与再结晶机制；6钢的热处理。八、教学方法：1采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。2改革实验内容及方法，注重理论联系实际及培养学生分析问题、解决问题的能力，利用电视、计算机等辅助教学手段提高实验教学效果。3正确处理工程材料与基础课、专业课的关系：即利用基础课所学过的知识来讲授工程材料，结合专业特点讲授工程材料。九、学时分配：1讲课：36学时2实验：18学时总学时：54学时十、教学过程（见讲义）：主要包括：1 后次复习前次概念；2 本次讲授内容的引入；3 新教学内容的讲授过程；4 小结；5 思考作业题。十一、实验内容 1材料密度的测定2学时2材料电阻温度系数测定2学时3铁碳合金平衡组织观察2学时4铁碳合金非平衡组织观察2学时5综合实验：钢的热处理2学时6综合实验：金相试样的制备2学时7综合实验：显微摄影2学时8综合实验：暗室技术2学时9常用材料组织观察2学时十一、教材及教学参考书1工程材料 刘天模、徐幸梓主编 机械工业出版社2机械工程材料王焕庭、李矛华主编 大连理工大学出版社 第一章 工程材料的分类及性能 一、教学目的及要求通过本章学习，使学生掌握材料在力学、电学和热学等方面的性能和特征，为以后各章中研究结构与性能关系打下良好的基础。二、主要内容1 机械制造与材料；2 材料的分类3 材料的性能。三、学时安排：4学时四、教学重点：1 材料的分类；2 材料的性能。五、教学难点：材料的性能。六、教学过程：(见讲稿) 七、思考作业题：1 一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kg的载荷，它的直径是多少？2 有一钢棒在无塑性变形时所能承受的最大载荷11800kg，问它的强度是多少。3 1根2米长的黄铜棒温度升高80，要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？4 一根焊接钢轨在35时铺设并固定，因此不能发生收缩。问当温度下降到9时，钢轨内产生的应力有多大？5 零件设计时，选取0.2（S）还是选取b，应以什么情况为依据？6 与这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？7 常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？8 有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？9 举例说明机器设备选材中物理性能、化学性能、工艺性能的重要性。第二章 材料的结构 一、教学目的及要求通过本章的学习，使学生掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。二、主要内容1 材料的结合方式；2 金属材料的结构；3 高分子材料的结构特点；4 陶瓷材料的结构特点。三、学时安排：4学时四、教学重点：1 典型金属材料的晶体结构；2 晶体缺陷及其对性能的影响；3 合金相结构；4 高分子材料及陶瓷材料的结构及性能特点。五、教学难点：1 金属材料的晶体结构；2 各类缺陷对结构及性能的影响；3 合金相结构；4 高分子材料、陶瓷材料的结构特点。六、教学过程：(见讲稿) 七、思考作业题：1 三大固体材料的键性如何？2 金属的特性是什么？3 纯金属的晶体结构有几种类型？4 合金相结构有几种？都是什么？5 金属材料的性能特点是什么？6 高分子材料的结构及性能特点是什么？7 陶瓷材料的结构及性能特点是什么？8 试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。9 合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。第三章 材料制备的基本知识一、教学目的及要求：通过本章学习，使学生掌握金属结晶的基本规律、了解高分子材料的合成与陶瓷材料的成形与烧结工艺。二、主要内容：1 结晶过程；2 聚合物的合成；3 陶瓷材料的制备过程；三、学时安排：4学时四、教学重点：1 结晶的基本过程；2 合金的结晶；3 金属铸锭的凝固；4 聚合物的合成。五、教学难点：1. 结晶的规律；2. 合金的结晶。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 液态金属结构与固态金属结构有何区别，试述小体积液态纯金属结晶过程。2 细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？3 液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？4 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？5 过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？6 如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；（4）浇注时振动与不振动。7 凝固与结晶是不是一回事？影响凝固的因素有哪些？8 晶粒度等级N是由关系式m=2N+2来确定的，试计算晶粒度为7级时，晶粒的实际的平均直径是多少？9 聚合物的加成聚合反应与逐步聚合反应有何区别？10 陶瓷烧结时为什么会产生收缩现象？11 试比较陶瓷粘滞成型与烧结工艺之间的区别。第四章 二元相图及应用 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生们掌握二元相图的基本类型、分析和使用，掌握铁碳合金的基本知识及铁碳相图的应用。二、 主要内容1 二元相图的建立；2 二元相图的基本类型及应用；3 相图与合金性能之间的关系；4 铁碳合金相图。三、学时安排：6学时四、教学重点：1 二元相图的基本类型及应用；2 铁碳合金相图的分析和应用。五、教学难点：1 二元相图的基本类型及应用；2 铁碳合金相图的分析和应用。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 二元相图有那些最基本的类型？ 何为匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变。2 何为“杠杆定律”？“杠杆定律”的应用范围及用途。3 简述枝晶偏析形成过程和消除方法。4 何谓相组成物和组织组成物？请举例说明之。5 一个二元共晶反应如下：L（WB=75%） （WB=15%）+（WB=95%）（1）WB =50%的合金完全凝固时初晶与共晶（+）的重量百分数，以及共晶体中相与相的重量百分数；（2）若已知显微组织中初晶与（+）共晶各占一半，求该合金的成分。6 铁碳合金有那些基本相？从组织反应的角度看，纯铁、钢、铸铁有何区别？7 纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？8 Fe和铁素体有何区别？Fe和奥氏体有何区别？9 从组织的角度看，渗碳体有哪几种基本的形态？10 按含碳量可将铁碳合金分为那几类？它们的力学性能随含碳量的增加有何变化规律？11 分析0.45%C，1.2%C和2.3%C 的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成 物的相对量及两相相对量。12 根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求该合金的碳含量。13 分析含碳量为0.2%、0.6%、0.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算含碳量为0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。第五章 材料的变形 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生们掌握固体材料变形的基本方式、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化，掌握变形金属的加热转变、回复与再结晶，掌握高分子材料和陶瓷材料的变形特点。二、 主要内容1 金属的塑性变形与再结晶；2 高分子材料的变形；3 陶瓷材料的变形特点。三、学时安排：4学时四、教学重点：1 塑性变形对组织与性能的影响；2 回复与再结晶；3 高分子材料的变形特点。五、教学难点：1 塑性变形的机理；2 回复与再结晶；3 热塑性塑料与热固性塑料的变形。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 金属材料冷塑性变形时，主要的变形方式有那些？2 滑移与孪生有何异同？3 何为滑移带与滑移线？何为交滑移与多滑移？4 冷塑变对金属及合金的组织性能有何影响？5 何谓形变织构？如何表示板织构与丝织构？一旦产生织构，性能上有何变化？6 用位错理论解释金属及合金形变强化。7 热固性塑料在拉伸和压缩变形时，有何不同？8 将一根长20m，直径14mm铝棒，通过12.7mm的模具拉拔，求：（1） 这根棒材拉拔后的尺寸；（2） 这根棒材承受的工程应变与真应变。9 试用多晶体塑变理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高。10 从金属学的角度如何区分冷加工与热加工？热加工金属的软化机制有几种？11 加聚反应与缩聚反应的主要区别是什么？ 第六章 钢的热处理 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生掌握热处理的基本概念，掌握钢的加热转变和冷却转变的基本类型及其特点，掌握并了解钢的常用热处理工艺，并能够应用过冷奥氏体转变曲线进行热处理工艺分析。二、 主要内容1热处理基本概念；2钢的加热与冷却转变；3钢的热处理状态图及其应用；4常用热处理工艺；5特殊热处理方法。三、学时安排：5学时四、教学重点：1钢的加热与冷却转变；2钢的热处理状态图及其应用；3常用热处理工艺；五、教学难点：1钢的加热与冷却转变；2钢的热处理状态图及其应用。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？2 试比较索氏体、屈氏体、马氏体与回火屈氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态与性能上的差别。3 什么叫回火脆性？第一类回火脆性产生的原因是什么？如何防止？4 加热时奥氏体的形成过程要经过哪几个阶段？5 什么是淬透性？淬透性对钢的热处理工艺有何影响？6 共析钢经正常淬火得到什么组织？它们经过200、400、600回火后得到什么组织？7 某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削。请说明、四项热处理工艺的目的及大致工艺参数。8 在C曲线中分别画出获得珠光体、珠光体+马氏体、贝氏体、马氏体+贝氏体等组织的冷却工艺曲线。9 试比较表面淬火和化学热处理之间的异同。第七章 工业用钢一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生熟悉和了解我国的钢材编号规则，掌握各类钢种的牌号，熟悉钢中杂质与合金元素的分布规律及其对钢材性能的影响，了解和熟悉常用钢材的牌号、性能及用途。二、 主要内容1钢中的常存元素、隐存元素及合金元素对钢性能的影响；2我国的钢材编号；3 常见工业用钢的性能及用途。三、学时安排：3学时四、教学重点：1钢的合金化原理；2我国的钢材编号；3常用工业用钢。五、教学难点：钢的合金化原理。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？2 钢中有那些常见杂质？何为钢的“热脆” ？何为钢的“冷脆”？如何防止？3 汽车、拖拉机变速箱齿轮和汽车后桥齿轮多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢制造，试分析原因何在？4 滚齿机上的螺栓，本应用45钢制造，但错用了T12钢，其退火、淬火都沿用了45钢的工艺，问此时将得到什么组织何性能？5 直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因？试设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。6 指出下列钢号属于什么钢？各符号代表什么？Q235、20CrNi、T8、T10A、08Al、16Mn、W6Mo5Cr4V2、Cr12MoV、60Si2Mn。7 Q235经调质处理后使用是否合理？为什么？8 用W18Cr4V钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达1280？淬火后为什么要经过三次560回火？能否用一次长时间回火代替？9 判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织： T8、16Mn、20Cr、40Cr、20CrMnTi、4Cr13、GCr15、3Cr2W8V、9CrSi、1Cr18Ni9Ti。10 在材料库中存有：42CrMo、GCr15、T13、60Si2Mn。现在要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。第八章 铸铁 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生掌握和了解铸铁石墨化的一般概念，熟悉和了解常用铸铁材料。二、 主要内容1铸铁的石墨化；2常用铸铁的牌号、组织与性能；3铸铁的热处理三、学时安排：2学时四、教学重点：1铸铁的石墨化；2常用铸铁的牌号、组织与性能。五、教学难点：铸铁的石墨化。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 对于灰口铸铁来说，基体中珠光体数量越多，珠光体片层越细，其强度越高，那么在生产中可采用哪些方法提高灰口铸铁中的珠光体数量？2 灰口铸铁件薄壁处，常出现高硬度层，机加工困难，请说明产生的原因及消除的方法。3 可锻铸铁和球墨铸铁中的石墨形态与形成方式有何不同？4 试说明为什么可锻铸铁适宜制造薄壁零件，而球墨铸铁不适宜制造这类零件。5 要使球墨铸铁分别得到珠光体、铁素体和贝氏体的基体组织，热处理工艺上如何控制？依据是什么？6 不同阶段石墨化程度对灰口铸铁的基体组织有何影响？7 促进石墨化的元素有哪些？为什么在灰口铸铁中应控制碳化物形成元素的数量？8 试说明为什么铸铁含碳量通常要选择接近共晶成分？第九章 有色金属 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生掌握和了解各种有色金属的牌号、成分、性能和用途。二、 主要内容1铝及铝合金；2铜及铜合金；3镁及镁合金；4钛及钛合金；5轴承合金。三、学时安排：2学时四、教学重点：1铝及铝合金；2镁及镁合金；3轴承合金。五、教学难点：铝合金强韧化。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 铸造铝合金（如Al-Si合金）为何要进行变质处理？2 以Al-Cu合金为例，说明时效硬化的基本过程及影响时效硬化过程的因素。3 铝合金能象钢一样进行马氏体相变强化吗？可以通过渗碳、氮化的方式表面强化吗？为什么？4 铝合金的自然时效与人工时效有什么区别？选用自然时效或人工时效的原则是什么？5 铜合金的性能有何特点？铜合金在工业上的主要用途是什么？6 哪些合金元素常用来制造复杂黄铜？这些合金元素在黄铜中存在的形态是怎样的？7 锡青铜属于什么合金？为什么工业用锡青铜的含锡量一般不超过14%？8 轴承合金在性能上有何要求？在组织上有何特点？9 试比较钛合金的热处理强化方式与钢、铝合金的热处理强化方式的异同。第十章 常用非金属材料一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生掌握和了解常用非金属材料的成分、性能和用途。二、 主要内容1高分子材料；2无机非金属材料；3复合材料。三、学时安排：2学时四、教学重点：1高分子材料；2复合材料。五、教学难点：复合材料。六、教学过程：(见讲稿)七、思考作业题：1 请选用两种塑料制造中等载荷的齿轮，说明选材的依据。2 用全塑料制造的零件有什么优缺点？3 为什么金属很少是玻璃态，而高聚物大多是非晶态？4 橡胶为什么可作减震制品？还有哪些材料可用来制作减震元件？5 结构陶瓷和功能陶瓷在性能上有何区别，主要表现在哪些方面？6 陶瓷性能的主要缺点是什么？分析其原因，并指出改进的方法。7 氮化硅和氮化硼特种陶瓷在应用上有何异同点？8 复合材料有哪几种基本类型？其基本性能特点是什么？9 纤维复合材料有何特点？第十一章 工程材料的选用 一、教学目的及其要求：通过本章学习，使学生了解零件的失效形式与提高材料性能的途径，掌握零件选材的一般原则和方法。二、 主要内容1零件的失效形式与提高材料性能的途径；2零件选材的一般原则和方法；3典型零件的选材及应用实例。三、学时安排：2学时四、教学重点：1零件的失效形式与提高材料性能的途径；2零件选材的一般原则和方法。五、教学难点：零件的失效形式与提高材料性能的途径。六、教学过程：(见讲稿)七、思