工程材料教案

1、教案用纸第1周总第1次学时 2教学班级：课程:工程材料授课教师：课题：课程介绍与绪论教学方法：讲授教具：教学目标：了解课程内容学习方法和教学目的，理解课程的研究对象及其在机械工业中的作用、发展简史。教学重点：理解工程材料在机械工业中的作用及掌握常识性知识。教学难点：了解工程材料的发展及分类主要教学内容：1 .课程介绍：课程性质、内容、主要章节、重点对学生的要求2 .绪论材料科学的发展及研究内容工程材料的发展及分类工程材料的四种键合机制材料加工方法的分类课程回顾：教案用纸首先介绍课程性质、内容及学习方法课程性质：工程材料是机制专业学生必修的一门职业技能课。本课程的内容和学习任务是 ：1 .工程材

2、料的性能与其组织结构之间的联系；2 .说明如何通过工艺手段改变材料的组织结构，以达到提高材料性能的目的；3 .介绍常用工程材料及其应用等基本知识；4 .为工程结构和机械零件制造提供合理选用材料的方法。教材与学时安排教材选用-工程材料刘新佳主编理论教学：30学时实 验：2学时一、材料科学的发展及研究内容二、工程材料的发展及分类是人类生产、生活的物质基础，人类社会文明程度的重要 标志之一当代社会经济的先导，是科技进步的关键。材料的发展历经：石器时代一陶器一青铜器一铁器一钢铁（资本主义大工业时期）一合成材料（20世纪）一复合材料（20 世纪40年代）。（7）材料按化学组成（基本组成）分类：1.金属材

3、料2,无机非金属材料（广义陶瓷）3.高分子材料（聚合物）4,复合材料（n）根据材料使用性能分类：1 .结构材料2 .功能材料教案用纸5三、工程材料的四种键合机制1 .化学键(1)离子键(2)共价键(3) 金属键2 .物理键(1)范德华键(范德瓦尔斯键)(2)氢键3 .工程材料的键性实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多 的是几种键的结合。如果以四种键为顶点作一个四面体， 就可以把材料的结合键范围示意地表示在这个四面体上， 具体材料的键特性见图。四、材料加工方法的分类教案用纸第1周总第2次学时 2教学班级:课程:工程材料授课教师:课题：第一章材料的性能教学方法：讲授教具: 教学目标：主要

4、了解金属材料在外力作用下表现的力学性能，掌握力学 性能指标、实际意义及测试方法。教学重点：理解并掌握力学性能指标、实际意义及测试方法。教学难点：理解并掌握力学性能指标、实际意义及常用测试方法。主要教学内容：第一章材料的性能 一、力学性能的定义及范围 二、强度 三、塑性 四、硬度 五、韧性 六、疲劳强度课程回顾:教案用纸教案用纸复习第一章材料的性能一、力学性能的定义及范围1 .定义：力学性能是指材料在外加载荷作用下抵抗变形和开裂的性能。2 .指标：强度、弹性、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。二、强度强度:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。抗扭强度等。种类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度

5、、拉伸试验备注屈服强度bS、条件屈服强度（70.2、抗拉强度bb三、塑性塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。断面收缩率：少是指试样拉断处横截面积S k的收缩量与原始横截面积S0之比。伸长率（延伸率）：8是指试样拉断后的标距伸长量Lk与原始标距L 0之比。四、硬度硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。常用测量硬度的方法：布氏硬度 HB :符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面 的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30 表示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf （9.807kN） 载荷作用下保持30s测得的布氏

6、硬度值为 120。7洛氏硬度HR功。教案用纸第2周总第3次学时 2教学班级:课程:工程材料授课教师:课题：第二章材料的结构2.1 纯金属的晶体结构2.2合金的晶体结构教学方法：讲授教具.教学目标：使学生了解晶体与非晶体的概念，掌握常见的晶格类型，明确金属晶 体缺陷类型。教学重点：掌握常见的晶格类型，明确金属晶体缺陷类型。教学难点： 晶格类型，明确金属晶体缺陷类型。主要教学内容：一、纯金属的晶体结构1 .晶体与非晶体2 .晶格与晶胞3 .常见品格类型4 .晶体缺陷二、合金的晶体结构课程回顾:教案用纸 复习第二章材料的结构一、晶体结构的基础知识1.晶体与非晶体的基本概念晶体（crystal ）:物

7、体内部的原子（或分子）在三维空间中，按一定规律 作周期性排列的固体。晶体物质所具有的性质：固定的熔点；各向异性等。例如，所有的金属、食盐等。非晶体（non- crystal ）的基本概念:物体内部的原子呈散乱分布，其物理和力学性能各向同 性。例如，普通玻璃、松香等。1.1. 体学（crystallography）的基本知识晶格（crystal lattice）：用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。晶胞（unit cell ）:能完全反映品格特征的最小几何单元。3 .常见的三种晶体结构a.体心立方晶格（body-center cubic lattice ）属于体心立方品格的金属有：钠（Na

8、 ）;钾（K ）;铭（Cr ）;钥（Mo ）;鸨（W ）;锐（V ）;钥（Ta ）;花（Nb ） ; a -铁 （a -Fe ）等。9b.面心立方晶格属于面心立方品格的金属有：金（Au ）;银（Ag ）;铜（Cu ）; 铝（Al ）;锲（Ni ）;柏（Pt ）;铅（Pb ） ; 丫 -铁（丫 -Fe ）等 c.密排六方晶格（c/a = 1.633 ）属于密排六方品格的金属有：镁（Mg ）;锌（Zn ）;镉（Cd ） ; a -钛（a - Ti ）;镀（Be ）等。4 .纯金属的晶体结构与特性a.金属键-金属原子间的结合键。b.金属键的基本特点是电子公有化。c.电子气-当金属原子结合成晶体时，价

9、电子不再被束缚在各 个原子上，而是在整个晶体内运动，从而形成电子气。d.金属晶体-失去价电子的金属正离子与组成电子气的自由电 子之间产生的静电引力使金属原子结合在一起，从而形成了金 属晶体。二、实际金属的晶体结构与晶体缺陷1 .单晶体与多晶体的基本概念单晶体（single crystal的特征：晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。晶体具有各向异性（aeolotropy ）。例如:单晶硅、单晶错等。多晶体（polycrystal珀特征 晶体是由许多颗晶格排列方位不相同的晶粒组成。*晶体具有各向同性(isotropy )。备注例如：常用的金属等。2 .晶体缺陷(crystal defect

10、)a点缺陷(point defect )差位(vacancy )?句隙原子(gap atom )引换原子(substitutional atom )b.线缺陷(line defect )位错(dislocation )8旋型位错(screw dislocation )?J型位错(blade dislocation )c面缺陷(surface-defect )如界(grain boundary ):晶粒与晶粒之间的界面。?亚晶界(sub-boundary ):相邻晶粒位向很小(一般12 )的 小角度晶界。3 .晶体缺陷对金属性能的影响?僚子的扩散?金属的强化固态相变教案用纸#课题：第二章材料的结

11、构2.2合金的晶体结构教学方法：讲授教具： 教学目标：掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的结构特点与性能特 点教学重点：能理解并掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的结构特点 与性能特点。教学难点：固溶体的理解、分类。主要教学内容：第二章材料的结构2.2合金的晶体结构一、基本概念1 .合金2 .组元3 .相二、合金在固态下的相结构及性能1 .固溶体(solid solution )2 .金属化合物(metallic compound )3 .机械混合物 课程回顾:教案用纸教案用纸复习第二章材料的结构2.2合金的晶体结构一、基本概念1 .合金2 .组元3 .相二、合金在固态卜的相结构及性能1间溶体

12、：固溶体的主要类型及形成条件a置换固溶体*形成特征：R溶剂 =R溶质b.间隙固溶体例如：Fe - C*形成的特征：R溶质/ R溶剂 0.59溶齐1J A +溶质B = Cbccfccbcc铁素体的晶体结构备注132.金属化合物溶齐1J A +溶质B = Cbccfcccph例如：3Fe + C =Fe3c体心六方复杂结构金属化合物的主要类型1 .正常价化合物(normal compounds )2 .电子价化合物(electron compounds )3 .间隙化合物(interstitial compounds )金属化合物的主要性能具有f程度的金属性质， 具有较图的熔点，硬度较局，脆性局

13、。3.机械混合物：机械混合物的性能特点取决于组元的相对数量。取决于组成相的大小和形状。具体数值介于组元性能之间。备注学时 2总第4次教学班级：课程:工程材料授课教师:课题：第三章材料相变基础知识3.1 纯金属的结晶 3.2二元合金相图教学方法：讲授教具:教学目标：了解纯金属的结晶过程，理解二元合金相图的建立，掌握杠杆定律、以及典型二元合金相图的分析。教学重点：理解二元合金相图的建立，能掌握杠杆定律、以及典型二元 合金相图的分析。主要教学内容：第三章材料相变基础知识3.1纯金属的结晶一、纯金属结晶的条件二、纯金属的结晶过程三、晶粒大小的控制四、同素异构转变教学难点：能掌握杠杆定律、以及典型二元合

14、金相图的分析。第三章材料相变基础知识3.2二元合金相图一、二元合金相图的建立1 .建立方法2 .建立步骤二、匀晶相图1 .相图分析2 .合金结晶过程分析3 .杠杆定理课程回顾：教案用纸第三章材料相变基础知识3.1 纯金属的结晶一、纯金属结晶的条件液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称为过冷。理论结晶温度To与实际结晶温度Ti之差称为过冷度： AT=To-Ti纯金属结晶的热力学条件为：AG0.二、纯金属的结晶过程1 .晶核的形成（两种方式）-均匀形核；非均匀形核2 .晶核的长大-通常按树枝状方式长大三、晶粒大小的控制生产上总是希望得到细小的晶粒，细晶组织使得材料性能 良好，既启高强度、硬度，

15、同时也具启高的塑性和韧性，一般 控制晶粒大小的方法有三种：1 .控制过冷度2 .变质处理3 .振动处理四、同素异构转变物质在周落下晶体结构随温度变化的现象称为同素异构 转变。如铁在固态冷却时有两次晶体结构变化为；讦e-当在t e烝t gFe备注教案用纸17备注复习第三章材料相变基础知识3.2二元合金相图的建立与结晶过程分析 一、二元合金相图的建立1.建立方法名称A金属B金属晶格bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金3180%20%.*合金920%80%合金1010%90%合金110%100%2建立步骤二、匀晶相图1 .相图分析2 .合金结晶过程分析教案用纸19备注3.杠杆

16、定理作业：分析匀晶相图，会用杠杆定律。总第5次学时 2教案用纸#教学班级:课程:工程材料授课教师:教案用纸#课题：第三章材料相变基础知识3.2二元合金相图教学方法：讲授教具:教学目标：能对共晶相图、共析相图分析。教学重点：理解相图中的成分、组织、性能之间的关系，能对共晶相图、 共析相图分析。教学难点：能对共晶相图、共析相图分析。主要教学内容：第三章材料相变基础知识3.2二元合金相图一、共品相图1 .相图分析2 .合金结晶过程分析二、共析相图1 .相图分析2 .合金结晶过程分析 课程回顾:教案用纸复习第三章材料相变基础知识3.2二元合金相图一、共品相图1 .相图分析备注2 .合金结晶过程分析 二

17、、共析相图1.相图分析教案用纸#备注2.合金结晶过程分析作业：能分析共晶、共析相图总第6次学时 2教案用纸23教学班级：课程:工程材料授课教师：课题：第三章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图教学方法：讲授教具:教学目标：熟悉铁碳合金中的基本组织及性能。掌握铁碳合金相图的构成。教学重点：能认识并掌握铁碳合金的基本组织及性能，掌握铁碳合金相图简图的构成。教学难点：铁碳合金相图简图的构成的掌握主要教学内容：第三章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图一、铁碳合金的相图的基础知识1 .铁与碳形成一系列的化合物2 .铁碳合金相图组元3 .基本组织的结构与性能。二、相图的建立与分析。课程回顾：教案用纸复习第三

18、章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图一、铁碳合金的相图的基础知识1 .铁与碳形成一系列的化合物。2 .铁碳合金相图组元铁，渗碳体3 .基本组织的结构与性能。铁素体：碳溶于a干e中形成的间隙固溶体。性能：与纯铁相近，强度、硬度较低，塑性韧性较好。奥氏体：碳溶于丫-Fe中形成的间隙固溶体。性能：硬度较低、塑性较好，易于锻压成型。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物。性能：硬度很高、塑性、韧性几乎为零。珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。性能：有较高的强度和韧度，也有一定的塑性和韧性。莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。性能：硬度很高，塑性、韧性机差。、相图的建立与分析。教案用纸25备注作业：会分

19、析铁碳合金相图总第7次学时 2教案用纸#教学班级:课程:工程材料授课教师:教案用纸27课题：第三章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图教学方法：讲授教具:教学目标： 会利用简化的铁碳合金相图分析不同成分合金的结晶过程和室温组织，熟悉成分的变化规律。教学重点：会利用简化的铁碳合金相图分析不同成分合金的结晶过程和室温组织。教学难点：会利用简化的铁碳合金相图分析不同成分合金的结晶过程和室温组织, 掌握相图在生产上的应用。主要教学内容:第三章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图一、碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。二、Fe - Fe3c相图的应用。三、铁碳合金的生产及分类。课程回顾:教案用纸复习第三

20、章材料相变基础知识3.3铁碳合金相图一、碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。五个重要的成份点：P、S、E、C、Ko四条重要的线：EF、ES、GS、FK。三个重要转变：包品转变反应式共晶转变反应式、共析转变反应式。二个重要温度：1148 C、727 C 。二、Fe - Fe3c相图的应用。1 .选择材料方面的应用分析零件的工作条件，根据铁碳合金 成分、组织、性能之间 的变化规律进 行选择材料。根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律，确定选定材料的工作范围。2 .制定热加工工艺方面的应用备注教案用纸29备注三、铁碳合金的生产及分类。钢铁的冶炼。钢锭的组织、质量及缺陷。碳素钢的分类、编号及用

21、途 作业：能分析共晶、共析相图。学时 2总第8次教案用纸#教学班级:课程:工程材料授课教师:31课题：第四章材料的改性-钢的热处理教学方法：讲授教具.教学目标：了解热处理基本原理，熟知热处理基本过程。教学重点：掌握热处理的基本方法，熟悉钢在加热和冷却时的组织转变 过程。教学难点：理解并熟悉钢在加热和冷却时的组织转变过程。三、 钢在冷却时的组织转变1 .钢在热处理时的冷却方式2 .过冷奥氏体的等温冷却转变3 .过冷奥氏体的连续冷却转变主要教学内容：一、热处理基础知识二、钢在加热时的组织转变1 .转变温度2 .奥氏体的形成3 .奥氏体晶粒度及对力学性能的影响课程回顾:教案用纸教案用纸复习铁碳合金相

22、图的组成及意义第六章钢的热处理一、热处理基础知识二、钢在加热时的组织转变1 .转变温度2 .奥氏体的形成备注3 .奥氏体晶粒度及对力学性能的影响3.1 奥氏体晶粒度：1）起始晶粒度：珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。2）实际晶粒度：热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。3）本质晶粒度：度量钢本身晶粒在 930 c以下，随温度升高，晶粒长大的 程度。钢的本质晶粒度示意图3.2 奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响1）奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的力学性能提高。2）粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。三、钢在冷却时的组织转变1 .钢在热处理时的冷却方式2 .过冷奥氏体的等温冷却

23、转变建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线-TTT曲线（C曲线）T - timeT - temperatureT - transformation 珠光体型（P ）转变（A1550c ） 贝氏体型（B ）转变（550230c ） 马氏体型（M ）转变（230-50 C ）3 .过冷奥氏体的连续冷却转变学时 2总第9次教案用纸#教学班级:课程:工程材料授课教师:课题：第四章材料的改性-钢的热处理教学方法：讲授教具：教学目标：熟练应用C曲线分析钢在不同温度区间内等温转变产物的组织与性能。教学重点：掌握 等温转变曲线在连续冷却转变中的应用。教学难点：掌握各种热处理工艺特点，各种热处理方法在实际生产中的

24、应用。主要教学内容：3.工幺参数钢的普通热处理工艺4.应用范围（一）钢的退火（三）钢的淬火1.定义；2.目的；3.工艺参数；4.应用范围（二）钢的正火1.定义；2.目的1.定义；2.目的；3.工艺参数4.应用范围课程回顾:教案用纸35教案用纸复习钢的普通热处理工艺一般零件生产的工艺路线：（一）钢的退火1 .定义：把零件加温到临界温度以上 3050c，保温一段时间，然后 随炉冷却。2 .目的：消除应力；降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。备注教案用纸39亚共析钢共析钢过共析钢2 .目的：为了获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。3 .工艺参数：温度（ C ） AC3 + 30

25、 50 Ac i + 30 50 Ac i + 30 504应用钢的淬硬性定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。影响钢的淬硬性的因素：主要取决于马氏体的含碳量。总结：本节课熟练应用C曲线分析钢在不同温度区间内等温转 变产物的组织与性能。学时 2总第10次教学班级：课程:工程材料授课教师:课题：第四章材料的改性-钢的热处理教学方法：讲授教具:教学目标：熟练应用c曲线分析钢在不同温度区间内等温转变产物的组织与性能。教学重点：掌握 等温转变曲线在连续冷却转变中的应用。教学难点：掌握各种热处理工艺特点，各种热处理方法在实际生产中的应用。主要教学内容：钢的普通热处理工艺（四）钢的回火1 .定义2 .目

26、的3 .工艺参数4 .应用范围钢的表面热处理工艺一、表面淬火二、化学热处理课程回顾：教案用纸备注复习上节内容。钢的普通热处理工艺（四）钢的回火1 .定义：把淬火后的零件重新加温到 A1线以下某个温度，保温一 段时间，然后冷却到窒温。2 .目的：消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的 力学性能。3 .工艺参数：淬火+高温回火=调质处理41钢的表面热处理工艺工艺的核心：使零件具有 褰硬里韧”的力学性能。1 .表面淬火1 .定义：是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热处理 工艺。2 .工艺特征：通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表 层形成马氏体组织，而心部仍保持不

27、变。3 .表面淬火用钢：选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。4 .表面淬火加工的方法：感应加热（高、中、工频 卜火焰加热、 电接触加热法等。2 .化学热处理1 .定义：将零件置于一定的化学介质中 ，通过加热、保温，使介质中一 种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和 组织的热处理工艺。2 .化学热处理白基本过程：分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。吸收：活性原子被零件表面吸收和溶解。扩散：活性原子由零件表面向内部扩散，形成一定的扩散层。3 .化学热处理进行的条件：渗入元素的原子必须是活性原子，而且具有较大的扩散能零件本身具有吸收渗入原子的能力 ，即

28、对渗入原子有一定 的溶解度或能与之化合，形成化合物。4 .化学热处理的种类：渗碳；渗氮；碳氮共渗；渗硼；渗铝；渗 硫；渗硅；渗铭等。1 .钢的渗碳教案用纸备注2 .钢的渗氮3 .钢的碳氮共渗一氟化处理教案用纸#学时 2总第11次教学班级：课程:工程材料授课教师:课题：第五章金属材料5.1工业用钢教学方法：讲授教具:教学目标：掌握铁碳合金的生产及分类和合金钢的基础知识教学重点：掌握铁碳合金的生产及分类教学难点：掌握合金钢的基础知识。主要教学内容:铁碳合金的生产及分类一、钢锭的组织、质量及缺陷1 .有益元素2 .有害元素：3 .气体元素：二、碳素钢的分类、编号及用途1 .碳素钢的分类2 .碳素钢的

29、编号及用途合金钢的基础知识一、合金元素对钢的组织和性能 的影响1 .合金元素与铁和碳的作用2 .合金元素对Fe-Fe3c相图的影响3 .合金元素对钢的热处理的影响课程回顾：教案用纸教案用纸复习铁碳合金的生产及分类-、钢锭的组织、质量及缺陷杂质元素对钢的质量和性能的影响1 .有益元素Si 一有很强的固溶强化作用，能脱氧。Mn 一脱氧、去硫，提高钢的强度和硬度。2 .有害元素：P 一有很强的固溶强化作用，低温韧性差（冷脆）。S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 （热裂）。3 .气体元素：N:钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加 Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。O:钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H:原子态的过饱和氢时将降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以 分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，具内壁为白色，称白点或发裂、碳素钢的分类、编号及用途2.1碳素钢的分类1按碳的质量分数分类：低碳钢：Wc 0.25%中碳钢：0.25% Wc 0.6%432按钢的质量分类：碳素钢：Wp = (0.035% 0.045%); Ws = (0.035% 0