《工程材料及热加工》大纲[1].doc

一、课程简介 工程材料与热加工是机械类专业的一门综合性技术基础课，系统地介绍了常用工程材料及零件热加工工艺的基本知识，课程的内容包括工程材料性能、金属学、热处理、常用机械工程材料、铸造生产、锻压生产和焊接生产等七个方面。既体现现代制造技术、材料科学、现代信息技术的密切交叉与融合，又体现工程材料和制造技术的历史传承和发展趋势。该课程在专业教育及机械专业工作中占有举足轻重的地位。作为一名机械工程高级技术及管理人员，必须具有合理选材、正确制定材料加工工艺能力，机器零件的设计制造依赖于对各类材料的分类、牌号、性能及加工成型等相关知识的掌握，其失效分析也必然涉及对材料的正确认识。因此，工程材料与热加工是机械类专业的必修课。该课程使学生获取必要的工程材料及毛坏成形方法的基本知识，初步掌握常用工程材料的性能及金属热加工的常用方法并能合理安排工艺工序，使学生具有合理选择材料、选用毛坯及分析毛坯结构工艺性的初步能力，为学习后续相关课程和今后从事生产技术工作建立必要的基础，同时对拓宽专业面、培养复合型人才，满足市场对人才的需求，也是不可缺少的重要环节。二、本课程的目的和任务通过本课程的学习，学生应获得工程材料的有关理论知识和分析技能；了解材料的成分、加工工艺、组织结构与性能间的关系及变化规律；掌握常用工程材料的基本特性及应用范围；懂得材料的性能与工程设计的关系，以便能合理地选用材料、正确地制定材料加工程序，设计出既经久耐用，又成本低廉的优质创新产品。工程材料与热加工基本任务如下：1）掌握工程材料的性能，以便在机械设计与制造工作中选择和运用工程材料。 2）掌握工程材料的基础理论和基础知识。 3）掌握工程材料的成分、组织结构与性能的关系以及变化规律。4）掌握热处理原理及工艺方法，具有能初步制定正确的热处理工艺的能力。5）掌握铸造、锻压和焊接的特点及其零件结构工艺性基本知识，能够合理设计 不同类型简单零件毛坯的结构。 6）能正确选择材料及毛坯，合理安排热处理的工序位置。三、本课程的基本要求及内容第篇工程材料与热处理第一章 工程材料概述 (一) 基本要求了解工程材料的分类，理解并掌握衡量材料性能的重要指标：屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性、耐磨性等的测试原理和生产实际意义、工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。(二) 课程内容工程材料的分类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料材料的性能：力学性能、物理和化学性能、工艺性能第二章 材料的晶体结构 (一) 基本要求掌握晶格、晶胞、晶格常数等概念以及纯金属当中存在的三种常见的晶体结构，对实际金属的多晶体结构以及晶体的缺陷要求理解。(二) 课程内容晶体结构基本知识三种典型晶格类型（ BCC 、 FCC 、 HCP ）的特点多晶体及晶体缺陷晶体缺陷的分类、主要形式及对性能的影响，合金晶体结构的基本类型、分类、性能特点及在合金中的地位与作用。第三章 材料的凝固与相图 (一) 基本要求了解金属凝固和结晶的条件、过程，掌握晶粒度、相、固溶体等概念，熟悉并掌握共晶、共析等相图, 能应用杠杆定律计算出各相的相对量。(二) 课程内容凝固与结晶金属凝固和结晶的条件、过程，晶粒度、相、固溶体等概念相与相图二元合金结晶过程及偏析现象，杠杆定律第四章 铁碳合金 (一) 基本要求熟悉并掌握铁碳合金相图，能独立地分析平衡结晶过程及常温组织，对碳钢和铸铁的分类、牌号及应用要求理解并掌握。(二) 课程内容铁碳合金相图Fe-C合金中的相、结构和性能。2. 平衡结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁碳钢与铸铁碳对合金的性能影响。碳钢的分类、牌号及应用。铸铁的分类，铁碳合金双重相图和铸铁的石墨化，铸铁的组织与性能。常用普通铸铁：灰口铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁。特殊性能铸铁：耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁。第五章 钢铁热处理 (一) 基本要求理解钢在加热和冷却时的组织及转变规律，并会利用TTT或CCT曲线进行分析，对常见的热处理工艺要求掌握并能根据实际情况灵活运用。(二) 课程内容钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热时的转变：奥氏体的形成过程，奥氏体晶粒长大及其控制。钢在冷却时的转变：冷却条件对钢性能的影响，过冷奥氏体等温转变曲线，影响过冷奥氏体等温转变的因素，过冷奥氏体连续冷却转变曲线。2.钢的整体热处理：退火、正火、淬火、回火淬火钢的回火转变：淬火碳钢回火时的组织转变，回火组织与性能，回火脆性。钢的退火与正火：钢的退火及应用，钢的正火及应用。钢的淬火与回火：钢的淬火，钢的回火。3.钢的表面及化学热处理钢的表面热处理：钢的表面淬火，钢的化学热处理。其他热处理与表面热处理新技术。第六章 合金钢 (一) 基本要求熟悉合金钢的分类及编号，对合金元素在钢中的作用有大致的了解，对不同种类钢的用途、性能特点、成分特点及作用、热处理特点及组织、常见的加工工艺路线要求理解并掌握。(二) 课程内容1.合金钢的分类及编号,合金元素在钢中的作用2.合金结构钢、合金工具钢及特殊性能钢工程结构钢：普通质量碳素结构钢，低合金结构钢。机器结构钢：概述，调制钢，渗碳钢，弹簧钢，滚动轴承钢。工具钢：刃具钢，模具钢，量具钢。特殊性能钢：不锈钢，耐热钢，其他特殊性能的钢及合金。第七章 有色金属材料 (一) 基本要求对常见的有色金属及其合金的特性、分类、牌号和应用要求理解并掌握。(二) 课程内容铝、铜、钛及其合金铝及其合金：工业纯铝，铝合金的分类，铝合金的强化方式，铸造铝合金，变形铝合金，铝合金的热处理。铜及其合金：工业纯铜的性质及用途，铜合金的分类及编号，黄铜，青铜，白铜。钛及其合金与热处理：纯钛，钛的合金化，钛合金的分类、牌号及成分、组织与性能，钛合金的热处理。2. 其他合金：轴承合金，硬质合金，低熔点合金，钎焊合金，记忆合金。第八章 高分子材料 (一) 基本要求熟悉常用工程塑料及其应用。了解合成橡胶、合成纤维和粘接剂。(二) 课程内容概念及分类概述：高分子化合物的组成，高分子化合物的聚合，高分子化合物的分类及命名，高分子化合物的结构，高分子化合物的力学性能，高分子材料的化学反应。工程塑料：塑料的组成，塑料的分类，塑料的性能，常用工程塑料。合成橡胶与合成纤维：橡胶，橡胶的种类，合成纤维。2.材料的制备及原理、组织和结构、性能及应用第九章 陶瓷材料 (一) 基本要求了解陶瓷材料及其应用。(二) 课程内容概念及分类陶瓷材料的几种典型结构：离子晶体陶瓷结构，共价晶体陶瓷结构，非晶型陶瓷结构。工程陶瓷材料简介：普通陶瓷，特种陶瓷。材料的制备及原理、组织和结构、性能及应用陶瓷的显微结构：晶粒，玻璃相，气相。陶瓷材料制造工艺：坯料制备，成型，烧结。陶瓷材料的脆性与增韧：陶瓷材料的脆性，改善陶瓷材料脆性的途径。第十章 复合材料 (一) 基本要求了解常用复合材料的性能特点及其应用。(二) 课程内容概念及分类材料的制备及原理、组织和结构、性能及应用复合材料增强机制：粒子增强型复合材料的增强机制，纤维增强型复合材料的增强机制。复合材料的性能特点：高的比强度和比模量，良好的抗疲劳性能，优良的高温性能，良好的减震性能，优良的破断安全性。常用复合材料。未来材料的发展方向。第十一章 机械设计及选材 (一) 基本要求了解机械产品失效的原因和形式，通过对典型实例的学习，学会针对不同的情况合理的选材以及制定合适的工艺过程(二) 课程内容机械设计及选材、失效问题、选材的思路与程序机械零件的失效 1过量变形失效 2断裂失效 3磨损失效 4腐蚀失效 5蠕变失效机械零件选材的一般原则 1根据材料的使用性能选材 2根据材料的工艺性能选材 3根据材料的经济性选材典型工件的选材 1齿轮类零件的选材 2轴类零件的选材 3弹簧类零件的选材 4切削工具的选材2.典型实例分析第十二章 材料表面改性技术 (一) 基本要求对常见的材料表面改性技术诸如涂敷及堆焊技术、镀覆及沉积技术、高能束强化技术有大致的了解。(二) 课程内容1.概念及分类2.原理及应用第二篇铸造第一章铸造工艺基础（1）熟悉合金的铸造性能：充型能力和收缩率的影响因素（2）能初步分析铸件主要缺陷产生原因及防止方法（重点）第二章常用合金铸件的生产（1）基本掌握灰铸铁的铸造性能、工艺特点和应用，提高灰铸铁强度的途径，了解可锻铸铁、球墨铸铁的生产过程和性能特点（重点）（2）了解铸钢件的工艺特点和应用，了解铝铜合金的种类、牌号、成份第三章砂型铸造（1）熟悉砂型铸造工艺方案的主要内容和选择（2）能绘制带型芯的简单铸件的铸造工艺图（难点、重点）第四章特种铸造（1）了解熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造的工艺过程、工艺特点及应用（2）能较合理的选择简单典型铸件的铸造方法第五章铸件结构设计初步掌握铸造工艺与合金铸造性能对铸件结构设计的要求，会改正常见的不正确的结构设计（重点）第三篇金属压力加工第一章金属的塑性变形（1）了解压力加工的基本概念、分类、特点和应用（2） 熟悉金属塑性变形的基本概念，金属塑性变形对金属组织及性能的影响（重点）（3）熟悉金属锻造性的概念及其影响因素第二章锻造（1）初步掌握锻压生产方法（自由锻造、模型锻造、胎膜锻造）的工艺过程、特点和应用，了解各种方法的主要设备种类（2） 能选择简单锻件的生产方法、制订工艺规程，能绘制自由锻、模锻的锻件图（难点重点）（3）了解锻件的结构工艺性，能改正不正确的结构设计第三章板料冲压（1）初步掌握板料冲压的主要工序（分离、变形）的种类、特点、应用（2）了解冲模的结构、种类、主要参数（间隙、刃口圆角）选择等第四章特种压力加工方法简介了解零件的精密模锻及挤压和轧制的分类、工艺过程、特点和应用第四篇焊接第一章 电弧焊（1）了解焊接的概念、分类、特点和应用（2）初步掌握手工电弧焊的基本原理、特点及应用，了解电焊条的作用，熟悉其常用型号（牌号）和一般选择原则（重点）（3）了解焊接冶金过程、热影响区、应力与变形及对焊接接头质量的影响，获得优质焊接接头的措施（重点）（4）了解埋