機械工程材料教學大綱大綱說明課程代碼：3325041總學時：32學時（講課26學時，實驗6學時）總學分：2課程類別：學科基礎課，必修適用專業：機械設計制造及其自動化專業預修要求：化學，物理學，工程圖學等。一、課程的性質、目的、任務：1、課程的性質本課程是機械工程專業的一門學科基礎課。2、課程的目的與任務(1)使學生在獲得有關金屬學，熱處理的基本理論和機械工程材料的一般知識的基礎上了解常用機械工程材料的成份、組織和性能之間的關系及其熱處理工藝和用途。(2)使學生在學完本課程后，應具有常用機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具有相關的基礎，并為學習其他有關課程和將來從事技術工作準備必要的條件二、課程教學的基本要求：1、理解金屬和合金組織結構和結晶過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具有合理選用機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，工藝特點和應用范圍，初步具有合理選用材料和熱處理方法，確定零件生產過程中熱處理工序位置的能力。5、教學方法及現代化教學手段的運用a為了彌補學生實踐經驗少，實際條件差的不足，課堂教學中配以多媒體教學。b習題課和習題的要求由于課時緊張不單獨安排習題課，對于作業中出現的問題，在課堂上及時予以解決。每次課后布置1-3題作業，以書中習題為主。三、大綱的使用說明： 本大綱適用于機械設計制造及其自動化專業的本科學生。大綱正文第一章 金屬的力學性能 學時：3學時（講課1學時，實驗2學時）本章講授要點：掌握強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性的概念。重點：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性的概念。1.1 強度和塑性一、強度二、塑性1.2 硬度一、布氏硬度試驗法二、洛氏硬度試驗法三、維氏硬度試驗法1.3 沖擊韌性一、擺錘式一次沖擊試驗二、多次沖擊試驗1.4 疲勞強度1.5 斷裂韌性第二章 金屬與合金的晶體結構 學時：2學時（講課2學時，實驗0學時）本章講授要點：掌握金屬與合金的晶體結構以及實際的晶體結構；掌握合金晶體結構的基本概念；理解合金的相結構。重點：金屬與合金的晶體結構以及實際的晶體結構；合金晶體結構的基本概念。難點：合金的相結構。2.1 金屬的晶體結構一、晶體與非晶體二、晶體結構的基本知識三、晶體的各向異性2.2 金屬的實際晶體結構一、多晶體結構與亞晶粒二、晶體缺陷2.3 合金的晶體結構一、基本概念二、合金的相結構第三章 純金屬與合金的結晶 學時：2學時（講課2學時，實驗0學時）本章講授要點：掌握純金屬結晶的過程及其基本規律；理解純金屬結晶后的組織；掌握二元合金相圖基本類型及合金的冷卻過程；掌握合金性能與相圖的關系。重點：純金屬以及合金的結晶過程和它們的相圖；合金的性能與相圖的關系。難點：合金的性能與相圖的關系。3.1 純金屬的結晶一、冷卻曲線與過冷度二、結晶過程及其基本規律三、金屬結晶后的晶粒大小四、鑄錠的組織3.2 合金的結晶一、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程3.3 合金性能與相圖的關系一、合金力學性能與相圖的關系二、合金鑄造性能與相圖的關系第四章 金屬的塑性變形與再結晶 學時：2學時（講課2學時，實驗0學時）本章講授要點：掌握金屬塑性變形的理論；掌握金屬塑性變形對金屬組織和性能的影響；掌握塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化。重點：金屬塑性變形的理論；金屬塑性變形對金屬組織和性能的影響；塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化。難點：金屬塑性變形通過形變機理的討論，引入了材料的形變抗力概念，可以加深學生對機械性能指標的理解和對材料強化的理解，同時也為零件的失效分析，提供必要的基礎知識。掌握塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化，為金屬的熱加工提供必要的基礎知識。所以本章是本書的一個重點，也是難點。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 塑性變形對金屬組織和性能的影響一、晶粒沿變形方向被拉長，性能趨于各向異性二、晶粒破碎，位錯密度增加，產生加工硬化三、晶粒擇優取向，形成變形織構四、產生殘余應力4.3 塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化一、回復二、再結晶三、晶粒長大四、再結晶后的晶粒大小4.4 金屬的熱變形加工一、熱變形加工的概念二、熱變形加工對金屬組織和性能的影響第五章 鐵碳合金相圖與碳鋼 學時：6學時（講課4學時，實驗2學時）本章講授要點：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、性能和用途。重點：鐵碳合金的基本組織和鐵碳合金相圖。難點：鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎，要求在掌握鐵碳合金中各種組織性能特點的基礎上，會熟練地分析和運用鐵碳合金相圖。即要求會熟練分析不同成分的鐵碳合金在結晶過程中的組織變化，以及隨合金成分變化時相應的組織變化和由此所引起的性能變化，為正確地認識材料和合理地選用材打下基礎這一內容的難度在于鐵碳合金相圖的分析和運用是金屬學基礎部分概念的綜合運用，學生往往易于掌握單一概念而不善于綜合運用。5.1 鐵碳合金的基本組織一、純鐵的同素異晶轉變二、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程及其組織三、含碳量對鐵碳合金組織和力學性能的影響四、Fe-Fe3C相圖的應用5.3 碳鋼一、常存雜質對鋼性能的影響二、碳鋼的分類、牌號、性能和用途第六章 鋼的熱處理 學時：8學時（講課6學時，實驗2學時）本章講授要點：掌握鋼在加熱時的組織轉變、鋼在冷卻時的組織轉變、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；了解鋼的化學熱處理的原理及應用；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）；了解熱處理對零件結構設計的要求。重點：掌握加熱和冷卻過程中的組織轉變，會分析和運用過冷奧氏體的轉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用。難點：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程中的組織轉變，會分析和運用過冷奧氏體的轉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用。6.1 鋼在加熱時的組織轉變一、奧氏體的形成二、影響奧氏體化的因素三、奧氏體晶粒長大及其控制措施6.2 鋼在冷卻時的組織轉變一、過冷奧氏體的等溫轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變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、淬火鋼回火時的組織轉變三、淬火鋼回火時的性能變化四、回火方法及應用五、回火脆性6.6 鋼的淬透性一、淬透性的概念二、淬透性的測定方法三、影響淬透性的應素四、淬透性的實際應用6.7 鋼的表面淬火一、感應加熱淬火二、火焰淬火6.8 鋼的化學熱處理一、鋼的滲碳二、鋼的滲氮三、鋼的碳氮共滲6.9 其它熱處理工藝簡介6.10 熱處理零件的結構工藝性一、常見熱處理缺陷二、熱處理零件的結構工藝性6.11 熱處理技術對零件結構設計的要求第七章 合金鋼 學時：4學時（講課4學時，實驗0學時）本章講授要點：掌握合金元素在鋼中的作用以及合金鋼的分類與編號。了解低合金結構鋼與合金結構鋼、合金彈簧鋼與滾動軸承鋼、合金工具鋼與高速工具鋼、特殊性能鋼的牌號、成分、組織和性能特點和應用。重點：合金元素在鋼中的作用，合金鋼的分類與編號。難點：合金元素在鋼中的作用。7.1 合金鋼的分類與編號一、合金鋼的分類二、合金鋼的牌號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、合金元素對鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對鋼熱處理的影響7.3 低合金結構鋼與合金結構鋼一、低合金結構鋼二、合金結構鋼三、其它結構鋼簡介7.4 合金彈簧鋼與滾動軸承鋼一、合金彈簧鋼二、滾動軸承鋼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 學時：1學時（講課1學時，實驗0學時）本章講授要點：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、組織、性能和用途，了解合金鑄鐵。重點：常用鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）的牌號、組織、性能和用途。難點：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 學時：2學時（講課2學時，實驗0學時）本章講授要點：了解鋁及其合金以及銅及其合金的性能和應用。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 學時：2學時（講課2學時，實驗0學時）本章講授要點：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：選材的一般原則、方法和步驟。難點：了解材料性能，初步學會材料選擇是本課程的主要目的之一，也是本課程全部內容的綜合運用，由于金屬材料種類繁多，學生不易掌握，應根據學生缺乏實踐經驗，缺少零件服役條件的感性認識的情況，要求學生重視金工工藝的學習和實習，重視各實踐環節。在本課程中則強調學生學會運用成分工藝，組織結構和性能的關系來認識金屬材料，并組織進行合理選材和零件工藝路線分析的課堂討論，以對全課程內容進行綜合性的歸納和運用。工藝路線分析是本課程的一個重要內容，這是由于熱處理是一種調整材料性能的工藝而安排在各工藝之間，通過工藝路線分析，可以了解各加工工藝之間的關系和進一步理解熱處理工藝的作用，也為專業課程的學習打下基礎。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學生自學的要求由于金屬材料種類繁多，學生不易掌握，且學生缺乏實踐經驗，缺少零件服役條件的感性認識，要求學生重視各實踐環節，針對課程內容多課時緊的狀況，要求學生切實在課前做好預習課后做好復習工作。學時分配表序 號內 容學 時講 課實 驗小 計1金屬的力學性能1232金屬與合金的晶體結構223純金屬與合金的結晶224金屬的塑性變形與再結晶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、工程材料及機械制造基礎（）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基礎，呂廣庶等主編，高等教育出版社。3、機械工程材料，許德珠主編，高等教育出版社。4、工程材料，鄭明新主編， 清華大學出版社5、工程材料，丁厚福等主編，武漢理工大學出版社。機械工程材料實驗大綱一、總則本大綱的適用范圍本大綱相關的課程名稱及課程屬性課程名稱：機械工程材料課程屬性：學科基礎課本大綱的適用范圍機械設計制造及其自動化專業實驗總時數6學時本大綱的實驗目的和要求掌握測試金屬材料硬度的方法；學會使用金相顯微鏡觀察金相顯微組織；觀察和識別鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態下的顯微組織；分析鐵碳合金成分（碳的含量）、組織和性能之間的關系；了解鋼的基本熱處理工藝方法和操作過程及金相顯微試樣的制備。本實驗課程的重點和內容鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態下的顯微組織，鋼的基本熱處理工藝方法和操作過程。本大綱的所需實驗設備布氏硬度計、洛氏硬度機、金相顯微鏡、鐵碳合金金相試樣、電阻加熱爐、拋光機。二、實驗項目及學時安排1實驗項目一 金屬材料的硬度實驗1）實驗類型 驗證性實驗2）實驗開設屬性 必開實驗3）學時數 2學時4）實驗目的了解布氏、洛氏硬度機的構造及應用范圍；掌握布氏、洛氏硬度機的操作方法。5）實驗要求使用布氏硬度機測定45鋼退火狀態下的硬度，使用洛氏硬度機測定45鋼淬火狀態下的硬度。2實驗項目二 鐵碳合金平衡組織的顯微分析實驗1）實驗類型 驗證性實驗2）實驗開設屬性 必開實驗3）學時數 2學時4）實驗目的a) 研究和了解鐵碳合金(碳鋼及白口鑄鐵)在平衡狀態下的顯微組織。b) 分析成分(含碳量)對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系。并初步掌握用組織相對量來估算碳鋼的大致含碳量。c) 進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）實驗要求a) 熟悉鋼和鑄鐵的平衡組織特