《機(jī)械工程材料》教學(xué)大綱

機(jī)械工程材料教學(xué)大綱大綱說(shuō)明課程代碼：3325041總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（講課26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)）總學(xué)分：2課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課，必修適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)預(yù)修要求：化學(xué)，物理學(xué)，工程圖學(xué)等。一、課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)：1、課程的性質(zhì)本課程是機(jī)械工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。2、課程的目的與任務(wù)(1)使學(xué)生在獲得有關(guān)金屬學(xué)，熱處理的基本理論和機(jī)械工程材料的一般知識(shí)的基礎(chǔ)上了解常用機(jī)械工程材料的成份、組織和性能之間的關(guān)系及其熱處理工藝和用途。(2)使學(xué)生在學(xué)完本課程后，應(yīng)具有常用機(jī)械工程材料的正確選擇，合理使用及其主要處理工藝方案和工藝路線安排等方面也應(yīng)具有相關(guān)的基礎(chǔ)，并為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程和將來(lái)從事技術(shù)工作準(zhǔn)備必要的條件二、課程教學(xué)的基本要求：1、理解金屬和合金組織結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過(guò)程以及二元合金相圖。2、掌握鐵碳合金相圖的基本理論。3、掌握常用的碳鋼、合金鋼、銅合金、軸承合金等金屬材料（其中鋼鐵材料為主）的成分、組織、性能和用途基本知識(shí)具有合理選用機(jī)械工程材料的初步能力。4、理解和掌握鋼鐵材料的熱處理基本原理，工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，初步具有合理選用材料和熱處理方法，確定零件生產(chǎn)過(guò)程中熱處理工序位置的能力。5、教學(xué)方法及現(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用a為了彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，實(shí)際條件差的不足，課堂教學(xué)中配以多媒體教學(xué)。b習(xí)題課和習(xí)題的要求由于課時(shí)緊張不單獨(dú)安排習(xí)題課，對(duì)于作業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在課堂上及時(shí)予以解決。每次課后布置1-3題作業(yè)，以書中習(xí)題為主。三、大綱的使用說(shuō)明： 本大綱適用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的本科學(xué)生。大綱正文第一章 金屬的力學(xué)性能 學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)（講課1學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性的概念。重點(diǎn)：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性的概念。1.1 強(qiáng)度和塑性一、強(qiáng)度二、塑性1.2 硬度一、布氏硬度試驗(yàn)法二、洛氏硬度試驗(yàn)法三、維氏硬度試驗(yàn)法1.3 沖擊韌性一、擺錘式一次沖擊試驗(yàn)二、多次沖擊試驗(yàn)1.4 疲勞強(qiáng)度1.5 斷裂韌性第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu) 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)以及實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)；掌握合金晶體結(jié)構(gòu)的基本概念；理解合金的相結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)以及實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)；合金晶體結(jié)構(gòu)的基本概念。難點(diǎn)：合金的相結(jié)構(gòu)。2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)三、晶體的各向異性2.2 金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)一、多晶體結(jié)構(gòu)與亞晶粒二、晶體缺陷2.3 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、基本概念二、合金的相結(jié)構(gòu)第三章 純金屬與合金的結(jié)晶 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握純金屬結(jié)晶的過(guò)程及其基本規(guī)律；理解純金屬結(jié)晶后的組織；掌握二元合金相圖基本類型及合金的冷卻過(guò)程；掌握合金性能與相圖的關(guān)系。重點(diǎn)：純金屬以及合金的結(jié)晶過(guò)程和它們的相圖；合金的性能與相圖的關(guān)系。難點(diǎn)：合金的性能與相圖的關(guān)系。3.1 純金屬的結(jié)晶一、冷卻曲線與過(guò)冷度二、結(jié)晶過(guò)程及其基本規(guī)律三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小四、鑄錠的組織3.2 合金的結(jié)晶一、二元合金相圖二、二元合金相圖的基本類型及合金的冷卻過(guò)程3.3 合金性能與相圖的關(guān)系一、合金力學(xué)性能與相圖的關(guān)系二、合金鑄造性能與相圖的關(guān)系第四章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握金屬塑性變形的理論；掌握金屬塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；掌握塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化。重點(diǎn)：金屬塑性變形的理論；金屬塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化。難點(diǎn)：金屬塑性變形通過(guò)形變機(jī)理的討論，引入了材料的形變抗力概念，可以加深學(xué)生對(duì)機(jī)械性能指標(biāo)的理解和對(duì)材料強(qiáng)化的理解，同時(shí)也為零件的失效分析，提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。掌握塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化，為金屬的熱加工提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。所以本章是本書的一個(gè)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。4.1 金屬的塑性變形一、單晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形4.2 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)，性能趨于各向異性二、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化三、晶粒擇優(yōu)取向，形成變形織構(gòu)四、產(chǎn)生殘余應(yīng)力4.3 塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化一、回復(fù)二、再結(jié)晶三、晶粒長(zhǎng)大四、再結(jié)晶后的晶粒大小4.4 金屬的熱變形加工一、熱變形加工的概念二、熱變形加工對(duì)金屬組織和性能的影響第五章 鐵碳合金相圖與碳鋼 學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)（講課4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握鐵碳合金的基本組織；掌握鐵碳合金相圖；了解常用碳鋼分類、牌號(hào)、性能和用途。重點(diǎn)：鐵碳合金的基本組織和鐵碳合金相圖。難點(diǎn)：鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)，要求在掌握鐵碳合金中各種組織性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，會(huì)熟練地分析和運(yùn)用鐵碳合金相圖。即要求會(huì)熟練分析不同成分的鐵碳合金在結(jié)晶過(guò)程中的組織變化，以及隨合金成分變化時(shí)相應(yīng)的組織變化和由此所引起的性能變化，為正確地認(rèn)識(shí)材料和合理地選用材打下基礎(chǔ)這一內(nèi)容的難度在于鐵碳合金相圖的分析和運(yùn)用是金屬學(xué)基礎(chǔ)部分概念的綜合運(yùn)用，學(xué)生往往易于掌握單一概念而不善于綜合運(yùn)用。5.1 鐵碳合金的基本組織一、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變二、鐵碳合金的基本組織5.2 鐵碳合金相圖一、Fe-Fe3C相圖分析二、典型鐵碳合金的冷卻過(guò)程及其組織三、含碳量對(duì)鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響四、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用5.3 碳鋼一、常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響二、碳鋼的分類、牌號(hào)、性能和用途第六章 鋼的熱處理 學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)（講課6學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變、鋼的退火與正火、鋼的淬火、鋼的回火鋼的淬透性、鋼的表面淬火；了解鋼的化學(xué)熱處理的原理及應(yīng)用；了解其他熱處理工藝（可控氣氛熱處理、形變熱處理、真空熱處理、激光熱處理）；了解熱處理對(duì)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。重點(diǎn)：掌握加熱和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變，會(huì)分析和運(yùn)用過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線選擇材料和熱處理工藝，淬透性曲線及其在選材中的應(yīng)用。難點(diǎn)：鋼鐵熱處理是改變材料性能的一種重要手段，要求掌握加熱和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變，會(huì)分析和運(yùn)用過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線選擇材料和熱處理工藝，淬透性曲線及其在選材中的應(yīng)用。6.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成二、影響奧氏體化的因素三、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施6.2 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變6.3 鋼的退火與正火一、鋼的退火二、鋼的正火6.4 鋼的淬火一、淬火的目的二、淬火工藝三、淬火方法6.5 鋼的回火一、回火的目的二、淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、淬火鋼回火時(shí)的性能變化四、回火方法及應(yīng)用五、回火脆性6.6 鋼的淬透性一、淬透性的概念二、淬透性的測(cè)定方法三、影響淬透性的應(yīng)素四、淬透性的實(shí)際應(yīng)用6.7 鋼的表面淬火一、感應(yīng)加熱淬火二、火焰淬火6.8 鋼的化學(xué)熱處理一、鋼的滲碳二、鋼的滲氮三、鋼的碳氮共滲6.9 其它熱處理工藝簡(jiǎn)介6.10 熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性一、常見(jiàn)熱處理缺陷二、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性6.11 熱處理技術(shù)對(duì)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求第七章 合金鋼 學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)（講課4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握合金元素在鋼中的作用以及合金鋼的分類與編號(hào)。了解低合金結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼與滾動(dòng)軸承鋼、合金工具鋼與高速工具鋼、特殊性能鋼的牌號(hào)、成分、組織和性能特點(diǎn)和應(yīng)用。重點(diǎn)：合金元素在鋼中的作用，合金鋼的分類與編號(hào)。難點(diǎn)：合金元素在鋼中的作用。7.1 合金鋼的分類與編號(hào)一、合金鋼的分類二、合金鋼的牌號(hào)7.2 合金元素在鋼中的作用一、合金元素與鐵、碳的相互作用二、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響7.3 低合金結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金結(jié)構(gòu)鋼三、其它結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)介7.4 合金彈簧鋼與滾動(dòng)軸承鋼一、合金彈簧鋼二、滾動(dòng)軸承鋼7.5 合金工具鋼與高速工具鋼一、合金刃具鋼二、高速工具鋼三、合金模具鋼四、合金量具鋼7.6 特殊性能鋼一、不銹鋼二、耐熱鋼三、耐磨鋼第八章 鑄鐵 學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)（講課1學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：了解鑄鐵的石墨化，熟悉常用鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）的牌號(hào)、組織、性能和用途，了解合金鑄鐵。重點(diǎn)：常用鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）的牌號(hào)、組織、性能和用途。難點(diǎn)：鑄鐵的石墨化。8.1 鑄鐵的石墨化8.2 常用鑄鐵8.3 合金鑄鐵第九章 有色金屬 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：了解鋁及其合金以及銅及其合金的性能和應(yīng)用。9.1 鋁及其合金一、純鋁二、鋁合金9.2 銅及其合金一、純銅二、銅合金第十章 工程材料的選用 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：掌握零件的失效的原因；掌握選材的一般原則、方法和步驟；了解典型零件的選材與工藝。重點(diǎn)：選材的一般原則、方法和步驟。難點(diǎn)：了解材料性能，初步學(xué)會(huì)材料選擇是本課程的主要目的之一，也是本課程全部?jī)?nèi)容的綜合運(yùn)用，由于金屬材料種類繁多，學(xué)生不易掌握，應(yīng)根據(jù)學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺少零件服役條件的感性認(rèn)識(shí)的情況，要求學(xué)生重視金工工藝的學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)，重視各實(shí)踐環(huán)節(jié)。在本課程中則強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用成分工藝，組織結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系來(lái)認(rèn)識(shí)金屬材料，并組織進(jìn)行合理選材和零件工藝路線分析的課堂討論，以對(duì)全課程內(nèi)容進(jìn)行綜合性的歸納和運(yùn)用。工藝路線分析是本課程的一個(gè)重要內(nèi)容，這是由于熱處理是一種調(diào)整材料性能的工藝而安排在各工藝之間，通過(guò)工藝路線分析，可以了解各加工工藝之間的關(guān)系和進(jìn)一步理解熱處理工藝的作用，也為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。10.1 零件的失效一、失效的概念二、失效的形式三、零件失效的原因10.2 選材的一般原則方法和步驟一、選材的一般原則二、選材的方法和步驟10.3 典型零件的選材與工藝本課程對(duì)學(xué)生自學(xué)的要求由于金屬材料種類繁多，學(xué)生不易掌握，且學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺少零件服役條件的感性認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生重視各實(shí)踐環(huán)節(jié)，針對(duì)課程內(nèi)容多課時(shí)緊的狀況，要求學(xué)生切實(shí)在課前做好預(yù)習(xí)課后做好復(fù)習(xí)工作。學(xué)時(shí)分配表序 號(hào)內(nèi) 容學(xué) 時(shí)講 課實(shí) 驗(yàn)小 計(jì)1金屬的力學(xué)性能1232金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)223純金屬與合金的結(jié)晶224金屬的塑性變形與再結(jié)晶225鐵碳合金相圖與碳鋼4266鋼的熱處理6287合金鋼448鑄鐵119有色金屬2210工程材料的選用22合 計(jì)26632考核方式與要求課程考核為期終考一次，采用閉卷形式考試。推薦教材與參考書目1、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)（）工程材料，戴枝榮等主編，高等教育出版社。2、工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，呂廣庶等主編，高等教育出版社。3、機(jī)械工程材料，許德珠主編，高等教育出版社。4、工程材料，鄭明新主編， 清華大學(xué)出版社5、工程材料，丁厚福等主編，武漢理工大學(xué)出版社。機(jī)械工程材料實(shí)驗(yàn)大綱一、總則本大綱的適用范圍本大綱相關(guān)的課程名稱及課程屬性課程名稱：機(jī)械工程材料課程屬性：學(xué)科基礎(chǔ)課本大綱的適用范圍機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)總時(shí)數(shù)6學(xué)時(shí)本大綱的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆諟y(cè)試金屬材料硬度的方法；學(xué)會(huì)使用金相顯微鏡觀察金相顯微組織；觀察和識(shí)別鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織；分析鐵碳合金成分（碳的含量）、組織和性能之間的關(guān)系；了解鋼的基本熱處理工藝方法和操作過(guò)程及金相顯微試樣的制備。本實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)和內(nèi)容鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織，鋼的基本熱處理工藝方法和操作過(guò)程。本大綱的所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備布氏硬度計(jì)、洛氏硬度機(jī)、金相顯微鏡、鐵碳合金金相試樣、電阻加熱爐、拋光機(jī)。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)安排1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)屬性 必開(kāi)實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 2學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠际?、洛氏硬度機(jī)的構(gòu)造及應(yīng)用范圍；掌握布氏、洛氏硬度機(jī)的操作方法。5）實(shí)驗(yàn)要求使用布氏硬度機(jī)測(cè)定45鋼退火狀態(tài)下的硬度，使用洛氏硬度機(jī)測(cè)定45鋼淬火狀態(tài)下的硬度。2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 鐵碳合金平衡組織的顯微分析實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)屬性 必開(kāi)實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 2學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶) 研究和了解鐵碳合金(碳鋼及白口鑄鐵)在平衡狀態(tài)下的顯微組織。b) 分析成分(含碳量)對(duì)鐵碳合金的顯微組織的影響，從而加深理解成分，組織和性能之間的相互關(guān)系。并初步掌握用組織相對(duì)量來(lái)估算碳鋼的大致含碳量。c) 進(jìn)一步熟悉金相顯微鏡的使用方法及組織示意圖的描繪技能。5）實(shí)驗(yàn)要求a) 熟悉鋼和鑄鐵的平衡組織特