《機(jī)械工程材料》教學(xué)大綱

《機(jī)械工程材料》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03130021課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論40學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)C、機(jī)械制圖等后續(xù)課程：材料力學(xué)B、機(jī)械原理B、機(jī)械設(shè)計B等適用專業(yè)：車輛工程開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程說明《機(jī)械工程材料》是車輛工程專業(yè)必修的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。本課程主要講授金屬學(xué)的基本知識、金屬材料的熱處理以及常用金屬材料的牌號、成分、組織、性能及選用等基本理論與方法，注重基本理論知識的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識解決生產(chǎn)實際問題的能力。通過課程學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的理論與實踐相結(jié)合的應(yīng)用能力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題及創(chuàng)新實踐的綜合能力和素質(zhì)，為后續(xù)學(xué)習(xí)其他相關(guān)課程以及今后從事相關(guān)技術(shù)崗位工作奠定良好基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解工程材料的發(fā)展歷程及其應(yīng)用狀況，掌握金屬學(xué)的基本知識和基本原理，掌握金屬材料熱處理的基本概念、基本原理及基本方法，掌握常用機(jī)械工程材料的牌號、成分、組織、性能和應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和勞動精神。課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用金屬學(xué)的基本知識和基本原理，金屬材料熱處理基本概念和基本原理，根據(jù)零件的工作條件合理選擇材料，能合理制訂零件的熱處理工藝，并使學(xué)生具有分析問題和解決問題的能力，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、實事求是的科學(xué)態(tài)度。課程目標(biāo)3：具備一定的工程材料及熱處理工藝創(chuàng)新設(shè)計能力，了解新材料在機(jī)類專業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀；理解與工程材料有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、樂于鉆研的創(chuàng)新意識、綠色環(huán)保的科學(xué)發(fā)展觀念和強(qiáng)烈的社會責(zé)任感。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)械工程材料》課程教學(xué)目標(biāo)對車輛工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.3能夠?qū)④囕v工程基礎(chǔ)知識用于分析車輛工程相關(guān)復(fù)雜工程問題并提出解決方案課程目標(biāo)1：了解工程材料的發(fā)展歷程及其應(yīng)用狀況，掌握金屬學(xué)的基本知識和基本原理，掌握金屬材料熱處理的基本概念、基本原理及基本方法，掌握常用機(jī)械工程材料的牌號、成分、組織、性能和應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和勞動精神。H2.問題分析2.2能根據(jù)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理分析車輛領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，獲得多種解決方案課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用金屬學(xué)的基本知識和基本原理，金屬材料熱處理基本概念和基本原理，根據(jù)零件的工作條件合理選擇材料，能合理制訂零件的熱處理工藝，并使學(xué)生具有分析問題和解決問題的能力，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、實事求是的科學(xué)態(tài)度。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1掌握車輛工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)的基本方法和技術(shù)，能夠根據(jù)需求確定設(shè)計目標(biāo)，并研究確定技術(shù)方案。課程目標(biāo)3：具備一定的工程材料及熱處理工藝創(chuàng)新設(shè)計能力，了解新材料在機(jī)類專業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀；理解與工程材料有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、樂于鉆研的創(chuàng)新意識和綠色環(huán)保的科學(xué)發(fā)展觀念和強(qiáng)烈的社會責(zé)任感。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1材料的發(fā)展及材料科學(xué)的形成1.2工程材料的分類1.3課程目的、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法教學(xué)要求：了解材料的發(fā)展歷史以及工程材料在人類社會尤其是機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用；了解本課程各章節(jié)的基本內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法；熟悉工程材料的分類，了解新材料的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。重點：工程材料的分類。難點：課程的學(xué)習(xí)方法。11、2、32.工程材料的力學(xué)性能2.1工程材料的剛度、強(qiáng)度、塑性2.2工程材料的硬度2.3工程材料的沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度2.4工程材料的斷裂韌度教學(xué)要求：掌握拉伸試驗、硬度試驗、沖擊試驗及疲勞強(qiáng)度試驗的概念及應(yīng)用范圍；了解拉伸試驗、硬度試驗、沖擊試驗及疲勞強(qiáng)度試驗的測試原理。重點：材料的強(qiáng)度、硬度指標(biāo)。難點：硬度測試的應(yīng)用范圍。321、23.金屬材料的基礎(chǔ)知識3.1晶體的基本知識3.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷3.3合金的相結(jié)構(gòu)3.4純金屬的結(jié)晶、結(jié)晶過程3.5合金的結(jié)晶二元合金相圖的基本概念3.6杠桿定律及其應(yīng)用3.7鐵碳合金相圖各點、線、區(qū)的含義，分析典型成分的鐵碳合金的結(jié)晶過程3.8鐵碳合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系，鐵碳相圖的應(yīng)用教學(xué)要求：掌握金屬晶體結(jié)構(gòu)的基本概念；熟悉晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的確定步驟；掌握合金基本相結(jié)構(gòu)和性能；熟悉金屬的結(jié)晶過程、控制晶粒度大小的途徑；掌握二元合金相圖的基本知識；熟悉杠桿定律的計算及應(yīng)用；掌握鐵碳合金相圖的分析；掌握鐵碳合金的成分、組織和性能間的關(guān)系。重點：金屬中常見的三種晶格類型；金屬晶體中的晶面指數(shù)與晶向指數(shù)；實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷；合金相結(jié)構(gòu)的基本類型；二元合金相圖的基本概念、二元勻晶相圖和二元共晶相圖、杠桿定律；鐵碳合金的基本組織、鐵碳合金相圖分析及典型成分的鐵碳合金的結(jié)晶過程；鐵碳合金成分、組織和性能之間的關(guān)系及相圖的應(yīng)用。難點：金屬晶體中的晶面指數(shù)與晶向指數(shù)、二元勻晶相圖和二元共晶相圖、杠桿定律、鐵碳合金相圖分析及典型成分的鐵碳合金的結(jié)晶過程。1121、2、34.金屬的塑性變形與再結(jié)晶4.1金屬的塑性變形4.2冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.3回復(fù)與再結(jié)晶4.4金屬的熱加工與冷加工教學(xué)要求：了解金屬塑性變形的微觀機(jī)理；熟悉塑性變形對金屬組織和性能的影響；熟悉再結(jié)晶對金屬組織和性能的影響。重點：塑性變形、再結(jié)晶及對金屬組織和性能的影響。難點：金屬的塑性變形；回復(fù)與再結(jié)晶。21、25.鋼的熱處理5.1熱處理的定義、目的及分類5.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變5.3鋼在加冷卻時的組織轉(zhuǎn)變5.4鋼的退火、正火、淬火與回火5.5鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理5.6常見熱處理缺陷及影響因素。5.7熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注及工序位置的安排原則教學(xué)要求：掌握鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變，鋼的奧氏體化；掌握過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能特點，馬氏體的轉(zhuǎn)變及性能特點；掌握鋼的退火、正火、淬火與回火的目的、工藝及應(yīng)用；熟悉鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理的目的、工藝及應(yīng)用；了解常見熱處理缺陷及影響因素及熱處理工件的結(jié)構(gòu)工藝性；熟悉熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注及工序位置的安排原則。重點：過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線；馬氏體的轉(zhuǎn)變；鋼的退火、正火、淬火與回火的定義、目的、工藝特點及應(yīng)用。難點：鋼加熱時的組織轉(zhuǎn)變；過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變；馬氏體的轉(zhuǎn)變；鋼的淬火與回火的組織及工藝。1141、2、36.金屬材料6.1合金元素在鋼中的作用6.2鋼的分類、牌號及用途6.3鑄鐵的分類、牌號及用途6.4鋁及鋁合金6.5銅及銅合金6.6鈦及鈦合金教學(xué)要求：熟悉碳鋼、合金鋼、鑄鐵的種類、牌號、成分、組織、性能、熱處理特點及用途；掌握合金元素在鋼中的作用；了解鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金牌號、成分、組織、性能、熱處理特點及用途。重點：合金元素在鋼中的作用；碳鋼、合金鋼、鑄鐵的分類及應(yīng)用；鑄鐵的石墨化過程及影響因素。難點：合金元素在鋼中的作用；鑄鐵的石墨化對鑄鐵性能的影響；鋁合金的熱處理。101、2、37.機(jī)械零件的失效與選材7.1機(jī)械零件失效的概念7.2機(jī)械零件的材料選擇，典型零件的選材、加工工藝路線實例分析教學(xué)要求：了解機(jī)械零件失效的原因；熟悉典型零件的選材及熱處理工藝。重點：機(jī)械零件的材料選擇。難點:不同工作條件下零件材料的選擇，熱處理工藝的設(shè)計。22合計4082.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.金屬材料的硬度試驗實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)布氏硬度、洛氏硬度的測量方法。實驗要求：了解布氏硬度計、洛氏硬度計的測試原理，掌握用布氏硬度計、洛氏硬度測量材料硬度的方法。21、2、32.金相顯微鏡的使用及金相試樣的制備實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)金相顯微鏡的使用，制備金相試樣。實驗要求：了解金相顯微鏡的基本原理及構(gòu)造，掌握金相顯微鏡的使用方法；掌握金相試樣的制備過程。21、33.改性處理對45鋼組織的影響及性能分析實驗內(nèi)容：觀察和分析45鋼退火、正火、淬火組織結(jié)構(gòu)，并測量三種狀態(tài)的硬度。實驗要求：掌握通過金相顯微鏡觀察金相組織結(jié)構(gòu)，并分析改性處理對45鋼組織、性能的影響。41、2、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合播放視頻、課堂提問、討論、案例、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使學(xué)生能比較全面地理解并掌握金屬學(xué)及金屬的熱處理理論的基本概念、基本原理和基本方法，掌握常用材料的牌號、成分、組織、性能以及用途等之間的關(guān)系，能夠根據(jù)零件的工作條件、性能要求，合理選擇材料。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)，使學(xué)生驗證了理論課的內(nèi)容并提高了動手操作能力。使學(xué)生了解布氏硬度計、洛氏硬度計的基本結(jié)構(gòu)特點，掌握布氏硬度、洛氏硬度的測量方法及應(yīng)用范圍；了解并初步掌握金相試樣的制備方法及其過程；熟悉并掌握鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的組織特征，掌握鋼的熱處理方法及實際操作能力，加深認(rèn)識鋼的化學(xué)成分與熱處理工藝、組織及性能間的關(guān)系，為今后零件材料的合理選擇和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。通過實驗，使學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，并培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題及自學(xué)新知識的能力，此外，學(xué)生在實驗過程中，必須嚴(yán)格遵守實驗室安全守則及設(shè)備的操作規(guī)則，在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材（1）王正品,李炳.工程材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.2.參考書（1）王運(yùn)炎,朱莉.機(jī)械工程材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.（2）張文灼.機(jī)械工程材料與熱處理（第2版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.（3）王章忠.機(jī)械工程材料（第3版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.（4）高紅霞.機(jī)械工程材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.3.期刊（1）任鑫,竇春岳,高志玉等.熱處理數(shù)值模擬技術(shù)的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報,2021,35(19):19186-19194．（2）曹宇,宋新莉,黃昌虎等.奧氏體化溫度對51CrVNb彈簧鋼組織與力學(xué)性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報,2020,41(12):97-103．（3）楊曉輝,李興東,張繁等.熱處理工藝對04Cr13Ni8Mo2Al鋼逆變奧氏體含量的影響[J].機(jī)械工程材料,2018,42(7):23-27．（4）徐躍明,李俏,羅新民.熱處理高端化[J].金屬熱處理,2020,45(4):1-4．（5）彭二寶,杜建根.汽車用51CrV4彈簧鋼回火工藝研究[J].熱加工工藝,2021,50(10):127-129．（6）\t"/kcms2/article/_blank"HuanXue,\t"/kcms2/article/_blank"WenjiePeng,\t"/kcms2/article/_blank"LiYue,etal.Effectofhardenabilityonmicrostructureandpropertyoflowalloyabrasion-resistantsteel[J].MaterialsScience&EngineeringA.2020,793:139901.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）陳永楠.工程材料.中國大學(xué)慕課2021.10./verify（2）趙亦希.工程材料.中國大學(xué)慕課2021.09./verify七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末大作業(yè)成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√332作業(yè)評價8（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32階段測驗8（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次測驗單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?32課程實驗16（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?122期末大作業(yè)60（1）大作業(yè)成績100分，以大作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）大作業(yè)主要考核金屬材料的力學(xué)性能、金屬學(xué)的基本知識、金屬與合金的結(jié)晶、二元合金相圖、杠桿定律、鐵碳合金相圖及應(yīng)用、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變、鋼在加冷卻時的組織轉(zhuǎn)變、鋼的普通熱處理、鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理、合金元素在鋼中的作用、碳鋼及合金鋼的牌號、性能及用途、鑄鐵的牌號及用途、鋁及鋁合金、銅及銅合金、典型零件的選材及加工工藝路線的制訂等內(nèi)容。（3）大作業(yè)題型為：名詞解釋、簡答題、綜合題等?！獭獭?52510合計：100分364618八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)評價、階段測驗、課程實驗、期末大作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┐笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：大作業(yè)成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），大作業(yè)題型為名詞解釋、簡答題、綜合題等類型，大作業(yè)中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合題不低于50%；課堂表現(xiàn)、作業(yè)評價、階段測驗、課程實驗等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和大作業(yè)試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)