《机械工程材料》教学大纲

课程编号：0302101 总学分：2机械工程材料（Mechanical Engineering Materials）课程性质：学科大类专业基础课 适用专业：机械设计制造及其自动化、机械设计及制造、机电一体化、数控技术、计算机辅助设计及制造、检测技术及应用学时分配：课程总学时：30学时 其中：理论课学时：30学时； 实验：0学时先行、后续课程情况：先行课：高等数学、大学物理；后续课：机械制造基础、机械设计基础等 教材：机械工程材料赵程 主编，北京：机械工业出版社。2007.02参考书目：机械工程材料 朱莉 主编，北京：机械工业出版社。2005.08机械工程材料崔占全 主编，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社。2000机械工程材料刘祖其 主编，北京：高等教育出版社。2012材料科学基础石德柯 主编，北京：机械工业出版社。2012一、课程的目的与任务机械工程材料课程是机电工程系相关专业必修的学科基础课。课程的重点是研究金属材料的性能与成分、组织及热处理之间的关系，为学习有关课程及合理选用材料奠定必要的基础。学习本课程的目的是使学生通过学习在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理的选材及制定零件工业路线的初步能力。课程的任务是从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的化学成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系及其变化规律，了解控制结晶、塑性变形、热处理和合金化等强化材料手段的的基本原理。掌握常用机械工程材料及其应用等基本知识。二、课程的基本要求1了解工程材料的主要力学性能。 2了解纯金属的晶体结构和结晶，晶体缺陷及其对性能的影响。3了解合金的结构和性能、相与组织的概念，熟悉二元合金状态图和铁碳合金状态图及其应用。4熟悉金属塑性变形的实质及其对金属组织和性能的影响。5熟悉钢在热处理过程中的组织转变及转变产物的形状和性能。掌握退火、正火、淬火、回火及表面热处理的工艺特点和应用6掌握碳素钢、合金钢和铸铁的种类、牌号、性能及应用。7熟悉常用工程塑料的种类、结构特点、性能和应用。了解橡胶、陶瓷、复合材料等的特点及应用。8了解机械零件的主要失效形式。9熟悉选用工程材料的基本原则，根据零件的使用要求，材料工艺性及经济性，能合理地选用材料及相应的处理方法。三、课程教学内容 理论教学内容第0章 绪论1该章的基本要求与基本知识点：了解工程材料在人类社会尤其是机械行业的应用。了解本课程的基本内容和学习方法2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理 各章节所包含的基本内容3.教学重点与难点：该课程的学习方法4、实验：无5、习题课安排：无第1章 工程材料的力学性能1. 该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生了解金属的主要机械性能、测试方法及选择；了解金属材料的其他性能，突出工艺性能的概念；基本知识点：（1）材料的强度与塑性（2）材料的硬度（3）材料的冲击韧性（4）材料的疲劳强度（5）材料的断裂韧度2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理材料的强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂强度的定义与测量方法。3.教学重点与难点： 各种力学性能指标（强度, 塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。4、实验：无5、习题课安排：无第2章 金属材料的基础知识1该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生掌握金属的晶体结构和结晶、晶粒度与性能间的关系；了解合金的基本相结构和性能，熟悉铁碳合金基本相的结构与性能；基本掌握铁碳合金相图的分析，掌握铁碳合金的成份、组织与性能间的关系。基本知识点：（1）金属的晶体结构和组织 （2）合金的相结构（3）纯金属的结晶（4）合金的结晶（5）铁碳合金相图2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理（1） 有关晶体结构的基本概念：金属键，晶面，晶向，晶体，晶格，晶粒，单晶体，三种常见的金属晶格。实际晶体的缺陷；晶格的致密度，晶体的各向异性；（2）合金相结构的基本类型：固溶体、化合物及混合物，以及这些合金相结构的结构特点与性能特点。（3）金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规律及其影响因素；金属中的扩散。 （4）二元合金相图的基本概念：相、组织、组元、相图、合金、合金系等； （5）二元合金相图的分析方法，熟悉几种最基本的二元合金相图；合金相图与性能的关系；（6）杠杆定律及其应用。（7）纯铁的同素异构转变；（8）铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的结构和性能特点及显微组织形貌；（9）铁碳合金相图中各点、线、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；（10）铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系；铁碳相图的应用。各类特殊性能铸铁的成分，组织，性能特点和应用；白口铁的组织与性能3、教学重点与难点：（1）三种常见的金属晶格。实际晶体的缺陷；（2）合金相结构的基本类型：固溶体、化合物及混合物，以及这些合金相结构的结构特点与性能特点。（3）晶核的形成，长大规律及其影响因素；（4）二元合金相图的基本概念：相、组织、组元、相图、合金、合金系等； （5）几种最基本的二元合金相图；（6）杠杆定律及其应用。（7）纯铁的同素异构转变；（8）铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的结构和性能特点及显微组织形貌；（9）铁碳合金相图中各点、线、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；（10）铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系；铁碳相图的应用。4、实验：无5、习题课安排：无第3章 金属的塑性变形与再结晶1该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生了解金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响，以及再结晶对金属组织和性能的影响。基本知识点：（1）金属的塑性变形；（2）冷塑性变形对金属组织和性能的影响；（3）回复与再结晶；（4）金属的热塑性加工。2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理（1）单晶体金属的塑性变形：滑移和孪生的概念和区别；多晶体金属的塑性变形：晶界及晶粒位向差的影响；多晶体金属的塑性变形过程；晶粒大小对金属力学性能的影响 （2）冷塑性变形对金属组织和性能的影响：晶粒变形，形变织构，加工硬化（形变硬化）（冷作硬化），残余内应力；（3）回复与再结晶；（4）金属的热塑性加工：冷加工与热加工的区别3、教学重点与难点：塑性变形、再结晶及它们对金属组织和性能的影响。4、实验：无5、习题课安排：无第4章 钢的热处理1该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生掌握钢在热处理时加热和冷却的转变、转变产物的组织形态和性能；熟悉退火、正火、淬火、回火及常用表面热处理和化学热处理的工艺过程、目的、工艺特点和应用。 基本知识点：（1）钢在加热时的组织转变；（2）钢在冷却时的组织转变；（3）钢的退火与正火；（4）钢的淬火。（5）钢的回火；（6）钢的表面淬火和化学热处理；2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理（1）钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；钢在加热和冷却时组织转变的机理；（2）本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；（3）共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。（4）非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；（5）奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；（6） 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。各种热处理的具体工艺过程；. （7）钢在加热和冷却过程中产生的缺陷；. （8）钢的表面淬火和化学热处理的工艺种类特点和区别；3、教学重点与难点：（1）钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；（2）本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；（3）共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。（4）非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；（5）奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；（6）各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。4、实验：无5、习题课安排：无第5章 金属材料 1该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生熟悉碳钢、合金钢、铸铁的种类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；了解合金元素在钢中的作用。基本知识点：（1）工业用钢（2）铸铁（3）有色金属及其合金2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理（1）工业用钢的分类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；（2）合金元素在钢中的作用；（3）铸铁的分类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；（4）影响石墨化的因素；（4）黑色金属和有色金属的概念。（4）铝及铝合金分类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；（4）铜及铜合金分类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；（4）钛及钛合金分类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；3、教学重点与难点：工业用钢、铸铁、合金钢的种类、牌号、成份、组织、性能、热处理的特点及用途；4、实验：无5、习题课安排：无第6章 非金属材料1该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 通过本章的学习，使学生了解常用高分子材料的特性、应用及制品；了解特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用；了解复合材料比组成材料性能优越的原因，熟悉常用复合材料的性能，了解其应用。基本知识点：（1）金属的塑性变形；（2）高分子材料（3）陶瓷材料；（4）复合材料。2、要求学生掌握的基本概念、理论、原理（1）了解高分子材料的含义及合成方法，了解高分子链与高分子材料的性能的关系，熟悉高分子材料的性能特点，熟悉高分子材料的分类及其典型应用；（2）了解陶瓷材料的定义、制备工艺，了解陶瓷材料的组织特构及作用，了解陶瓷材料的性能特点，了解陶瓷材料的分类及应用；（3）复合材料的定义和分类，复合材料的性能特点，塑料基复合材料的应用；3、教学重点与难点：（1）熟悉高分子材料的性能特