《机械设计制造及自动化专业工程材料》课程教学大纲

《机械设计制造及自动化专业工程材料》课程教学大纲课程代码：ABJD0735课程中文名称:工程材料课程英文名称：Engineering

Materials课程性质：必修课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时授课对象：机械设计制造及自动化专业本课程的前导课程：高等数学，大学物理，工程制图、材料力学、金工实习等课程一、课程简介《工程材料》是理工科高等院校机械类、近机械类（冷加工）各专业的一门必修的技术基础课程。

本课程的任务是从工程材料的应用角度出发，通过对工程材料基本理论的阐述，使学生了解“材料结构与性能的关系”这一控制材料性能的基本关系，介绍金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料等常用工程材料及其应用等方面的基本知识，了解合理地选材与用材的基本原则与程序。

本课程的目的是使学生在掌握“材料结构与性能的关系”这一核心思想的基础上，具备合理的选择材料和使用材料的基础知识，即：材料选择与技术决策基础（原则、判据、方法等）；常用材料的应用及其性能特点；控制材料性能的基本途径；以及根据机械零件使用条件和性能要求，对机械零件进行合理选材及制订零件加工工艺路线的初步能力。为学习其它相关课程和从事机械设计、工程材料选用奠定必要的理论基础和工艺基础。二、教学基本内容和要求第一章材料的性能课程教学内容：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。课程的重点、难点：金属材料的机械性能：单向静拉伸图及屈服、颈缩现象；掌握强度（抗拉强度、屈服强度、条件屈服强度、疲劳强度）、塑性（延伸率、断面收缩率）、冲击韧性、硬度的符号及表示方法、单位、物理意义、工程技术意义。课程教学要求：通过本章的学习，了解工程材料的主要力学性能。掌握材料的各种机械性能指标（强度、塑性、冲击韧性、硬度HB，HRC，HV、疲劳强度和断裂韧性）的物理意义和单位，了解材料的工艺性能和物理化学性能以及零件失效分析的一般方法。第二章金属与合金的晶体结构课程教学内容：金属的晶体结构、实际金属的的晶体缺陷、金属中的扩散。课程的重点、难点：（1）金属的晶体结构（晶体学基础）：晶体结构的描述、晶胞的概念和三种典型金属晶胞（BCC、FCC、HCP）。（2）合金的晶体结构（合金相结构）：相和组织的概念、固溶体的概念、分类、特点；固溶强化；化合物、机械混合物等概念。课程教学要求：

通过本章的学习，掌握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）和三种常见的金属晶格以及合金相（固溶体、化合物及混合物）结构与性能。晶体缺陷及其对性能的影响。第三章金属和合金的结晶课程教学内容：金属和合金的结晶的概念、金属和合金的结晶的过程、铁碳合金相图及平衡结晶过程、铁碳合金相图的应用。课程的重点、难点：（1）纯金属的结晶与组织：过冷度与冷却曲线；结晶过程；变质处理；过冷度对结晶过程的影响；晶粒度概念及细化晶粒的途径。（2）二元合金相图：相图的建立方法；二元匀晶、共晶相图的概念、相图分析、相组成物、相相对量、杠杆原理，相图与机械性能的关系；相图与工艺性能的关系。（3）Fe-Fe3C相图：Fe的同素异构现象；Fe-Fe3C相图的组元；Fe-Fe3C相图中的基本相；Fe-Fe3C相图的重要点线。（4）典型Fe－C课程教学要求：了解纯金属和合金结晶过程，了解合金相与组织的概念，熟悉二元合金状态图和铁碳合金状态图及其应用。第四章钢的热处理原理课程教学内容：钢在加热时的转变、钢在冷却时的转变、钢的退火和火、钢的退火和火、钢的淬火、钢的回火、钢的淬透性、钢的表面处理。课程的重点、难点：（1）钢在加热过程中的组织转变：钢的临界点；A化的转变温度；共析钢A化的过程；影响A化的因素；（2）过冷A等温转变曲线（TTT图）；共析钢过冷A等温转变以及产物组织特征、性能特点；马氏体转变的实质和马氏体转变的特征；影响“C”曲线的因素；过冷A的连续冷却转变（CCT图）；“C”曲线的应用。（3）钢的退火和正火：完全退火、不完全退火（球化退火）、扩散退火（均匀化退火）、再结晶退火、去应力退火（低温退火）的温度、组织和目的；正火的温度、组织和目的；正火与完全退火的比较。（4）钢的淬火和回火：淬透性和淬硬性的概念影响淬透性的因素及淬透性的应用；回火的温度与组织、性能的关系；调质与正火的区别。课程教学要求：

通过本章的学习，熟悉钢在热处理过程中的组织转变及转变产物的形态和性能。掌握退火、正火、淬火、回火及表面热处理的工艺特点和应用。了解常见热处理缺陷、产生原因及预防措施。第五章金属的塑性变形与再结晶课程教学内容：金属的塑性变形、塑性变形对金属组织和性能的影响、塑性变形对金属在加热时组织和性能的变化、金属的热加工、提高材料塑性变形抗力的方法。课程的重点、难点：（1）冷塑性变形对金属组织、性能的影响：纤维组织的概念；加工硬化的概念、实际意义；（2）回复与再结晶：回复、再结晶、晶粒长大的概念、结果；再结晶退火及再结晶温度；冷、热加工的区别。课程教学要求：

熟悉金属塑性变形的实质及对金属组织和性能的影响。第六章碳素钢及合金钢课程教学内容：钢的分类、碳素钢、合金钢、特殊性能钢、铸钢。课程的重点、难点：（1）钢中主要元素；钢中杂质及热脆、冷脆、兰脆（氮的失效）、氢脆（白点）；金属元素在钢中的存在方式（扩大γ相区元素、扩大α相区元素、强碳化物形成元素）；金属元素对热处理的影响；金属元素对铁碳相图的影响；（2）合金结构钢、合金工具钢：低合金高强钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢、低合金刃具钢和高速钢的成分特点与合金化原则、性能特点、使用态组织、典型钢号及其应用、热处理特点。（3）特殊性能钢：金属腐蚀的方法（化学腐蚀、电化学腐蚀）；金属腐蚀破坏的方式；金属抗腐蚀的原理及合金化；不锈钢的分类和用途；耐热钢及合金简介。课程教学要求：通过本章的学习，掌握碳素钢、合金钢、特殊性能钢和铸钢的种类、牌号、性能及应用。第七章铸铁课程教学内容：铸铁的石墨化、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、特殊性能铸铁。课程的重点、难点：（1）铁石墨相图及石墨化：石墨化的过程；影响G化的因素；铸铁的组织与分类；铸铁的性能特点。（2）常用铸铁材料：灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的石墨形态、成分特点、典型牌号、热处理特点、性能特点、主要应用。课程教学要求：通过本章的学习，了解铸铁的石墨化原理，石墨的形态，大小对铸铁性能的影响，铸铁的性能特点及应用范围以及各类铸铁的成份，组织和性能特点及牌号识别；了解铸铁的常用热处理的方法和目的。第八章有色金属及其合金课程教学内容：铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金。课程的重点、难点：（1）铝及铝合金：铝合金的分类及牌号；铝合金的热处理强化；形变铝合金的应用；Al-Si铸造铝合金的变质处理及其应用。（2）铜及铜合金：黄铜（单相黄铜、双相黄铜）的特点及应用；青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜等）特点及应用。课程教学要求：通过本章的学习，掌握有色金属的性能特点、牌号和强化方法，了解有色金属的加工工艺及应用范围。第九章非金属材料课程教学内容：高分子材料基本性能及特点、常用高分子材料、陶瓷组织和结构、常用陶瓷材料、复合材料性能特点及应用、常用复合材料。课程的重点、难点：（1）高分子材料的性能特点；高分子材料的老化；塑料的基本组成及分类；常用高分子材料简介。（2）陶瓷材料的性能；常用陶瓷材料简介。（3）复合材料的分类；复合材料的复合法则和复合原则；复合材料的性能特点；复合材料的主要应用简介。课程教学要求：通过本章的学习，了解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。第十章机械设计与选材课程教学内容：零件失效与选材原则、典型零件的选材与制造工序。课程的重点、难点：（1）失效的概念；机械零件的失效的主要方式和原因。（2）选材使用性能原则（首要原则）；选材的工艺性能原则；金属材料的加工工艺路线；选材的经济性原则（根本原则）。（3）典型零件的选材分析：齿轮的选材分析；主轴类零件的选材分析。课程教学要求：通过本章的学习，了解机械零件的主要失效形式。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、实验教学内容及基本要求实验教学内容：铁碳合金平衡组织观察、钢的热处理。实验基本要求：实验课与讲课紧密配合，实验前学生必须进行预习，了解实验的目的和方法；了解金相显微镜的工作原理和使用方法；识别铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织，掌握铁碳合金含碳量和组织之间的关系；掌握普通热处理（退火、正火、淬火、回火）的操作方法；了解热处理炉及工作原理和使用方法；了解碳钢热处理后的性能特点；了解硬度计的结构和使用方法。实验安排序号实验项目实验学时实验类型每组人数实验类别1铁碳合金平衡组织观察2验证10必做2钢的热处理2设计2必做注：实验类型：演示/验证/综合/设计实验要求：必做/选做实验报告要求1、写出实验目的。2、写出实验仪器及材料。3、写出实验步骤（显微组织观察实验要求画出所观察样品的显微组织示意图，并注明材料名称、含碳量、浸蚀剂和放大倍数；热处理及硬度测定实验要记录测定的数据并进行数据处理和分析。）4、谈谈本次实验的心得体会。四、教学方法与手段教学方法：根据不同章节教学内容的不同分别采用不同的教学方法，比如讲授法、读书指导法、演示法、练习法、实验法等或两种或两种以上教学方法相结合的形式。教学手段：采用现代化教学手段与传统教学手段相结合的形式，即教科书、粉笔、黑板等与多媒体、电子教鞭、电子教材等相结合。五、教学学时分配章节与内容课时作业量备注第一章材料的性能22第二章金属与合金的晶体结构42第三章金属和合金的结晶64第四章钢的热处理64第五章金属的塑性变形与再结晶22第六章碳素钢及合金钢44第七章铸铁22第八章有色金属及其合金23第九章非金属材料43第十章机械设计与选材44合计3630六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法本课程是考查课，总成绩由平时考核和期末考试两部分形成。总成绩＝平时考核成绩（40分）＋期末考试成绩（60分）2、成绩评定本课程以考查+考试的方式进行考核。其中以学生的课堂表现，实验情况和作业质量为考查成绩