《工程材料》教学大纲

1、工程材料课程教学大纲课程名称：工程材料课程代码：MEAU2012英文名称：Engineering Materials课程性质：专业基础选修课程学分/学时：2学分/36学时开课学期：第4学期适用专业：智能制造、机械设计制造及其自动化、机械电子工程等专业先修课程：工程力学、物理后续课程：激光制造技术、智能制造装备及技术一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：本课程是机械设计及其自动化、过程装备与控制工程、热能与动力工程、理论与应用力学专业的技术基础课程之一。使学生获得有关工程结构和机械零件常用的金属材料和非金属材料的基本理论和

2、性能特点，并使其初步具备合理选择与使用材料、正确制定零件的冷热加工工艺路线的能力。教学目标：工程材料为工程学基础课。作为工程技术人员，必须具有合理选择、正确使用材料的能力。因此，通过本课程的学习，使学生掌握必要的材料方面的基本理论，具有解决工程实践中关于如何选用材料、确定热处理方法、安排某零件的工艺路线等问题的能力。本课程的具体教学目标如下：1）掌握金属材料的成分、组织、性能之间的关系2）了解强化材料的基本方法3）初步掌握钢的热处理原理及基本工艺4） 熟悉钢的牌号、性能、用途，正确选用材料的基本原则教学目标与毕业要求的对应关系：毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求2：问题分析2-1能针对

3、实际工程独立进行材料的组织观察和分析，并验证测试性能的正确性。教学目标1掌握金属材料的成分、组织、性能之间的关系，能够针对实际工程问题中的材料来分析组织和验证性能。教学目标2对实际工程问题中的材料强化的原因进行分析。毕业要求4：研究4-2能够基于工程相关研究背景进行合理研究， 包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。教学目标3根据工程相关研究背景进行可以合理制定钢的热处工艺教学目标4通过熟悉钢的牌号、性能、用途来正确选用材料，通过设计材料、分析与解释数据得到合理有效的结论。二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点

4、内容：«；难点内容：）1、 绪论（1学时）Ø 目标及要求：1) 材料与社会经济发展的关系；工程材料及其分类；2) 课程目的、任务与学习方法；课程内容，了解课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。Ø 讨论内容：讨论材料与社会经济发展的关系Ø 作业内容：掌握材料的概念及其基本的分类。2、 第一章 工程材料的性能（2学时） 1.1静载时材料的力学性能 1.2动载时材料的力学性能 1.3断裂韧性Ø 目标及要求：1) 掌握材料的拉伸强度指标，硬度的表达方法；2) 了解材料的冲击韧度与疲劳强度；3) 了解材料的断裂韧性；Ø 讨论内容：不同材料

5、的拉伸曲线形状的差异。Ø 作业内容：绘制低碳退火钢的拉伸曲线以及相应的强度指标。Ø 自学拓展：查看压缩及弯曲的强度指标。3、 第二章 晶体结构与结晶（6学时） 2.1金属的晶体结构 2.2实际晶体结构 2.3非金属晶体 2.4金属的结晶Ø 目标及要求：1) 掌握晶体和特点，了解理想晶体的晶体结构；2) 理解实际晶体中的晶体缺陷；3) 了解非金属晶体；4) 理解结晶的条件和结晶的过程。Ø 讨论内容：理想晶体和实际晶体的区别和联系，金属结晶的条件和方式。Ø 作业内容：1) 常用金属的三种典型晶体结构的表达方式；2) 细化晶粒的方法以及金属铸锭的组织

6、特点。Ø 自学拓展：实际晶体的强度为何比理想晶体要大，细晶强化的原理。4、 第三章 金属的塑性变形（3学时）3.1单晶体、多晶体的塑性变形3.2塑性变形对金属组织和性能的影响3.3变形金属在加热时的组织和性能的变化3.4金属的热加工3.5超塑性Ø 目标及要求：1) 理解单晶体和多晶体塑性变形的基本方式、特点及实质，掌握细化晶粒的强化方式的原理«；2) 了解塑性变形对金属组织和性能有哪些主要影响；3) 了解变形金属在加热时回复、再结晶以及晶粒长大的过程中组织和性能的变化«。4) 金属冷热加工的概念及区别Ø 讨论内容：结合单晶体的变形特点讨论多晶体

7、变形过程以及细化晶粒的原理。Ø 作业内容：单晶体是如何发生塑性变形的。Ø 自学拓展：晶体在塑性变形中是如何转动的。5、 第四章 二元合金（4学时）4.1 合金的相结构4.2 二元合金相图4.3相图与性能的关系Ø 目标及要求：1) 了解合金、组元、相以及组织的概念；2) 掌握合金的相结构，了解固溶体和化合物的分类«；3) 理解相图的建立并掌握杠杆定律«。4) 理解二元合金相图的匀晶相图、共晶相图、包晶相图中合金的平衡结晶过程以及结晶过程中各个温度的相组成和组织组成。5) 了解相图与性能之间的关系Ø 讨论内容：共析相图中不同合金系列的合金

8、的平衡结晶过程和相、组织的变化情况。Ø 作业内容：计算Pb-Sn共晶相图中过共晶钢中的室温下的相和组织组成。Ø 自学拓展：学习一些具有稳定化合物的二元合金相图的基本组成。6、 第五章 铁碳合金（6学时）5.1 铁碳合金的相结构与性能5.2 铁碳合金相图5.3 碳钢Ø 目标及要求：1）掌握铁碳合金的主要相结构和组织以及相应的性能；2）掌握整个铁碳相图的结构；3）理解铁碳相图并能根据相图对七种典型合金的平衡结晶过程以及判断每种合金的室温相组成和组织组成；4）利用杠杆定律计算七种合金的简单室温相组成和组织组成；5）了解碳钢的分类方法。Ø 讨论内容：七种不同合金

9、系列的合金的室温性能及主要区别。Ø 作业内容：计算过共晶白口铸铁以及过共析钢中的室温下的相和组织组成。Ø 自学拓展：利用二次杠杆定律计算组织组成。7、 第六章 钢的热处理（3学时）6.1 概述6.2 钢在加热时的转变6.3 钢在冷却时的转变6.4 钢的退火与正火6.5 钢的淬火6.6 钢的回火6.7 钢的形变热处理6.8 钢的表面淬火6.9 钢的化学热处理6.10 表面复层处理6.11 热处理对零件结构设计的要求及技术条件标注6.12材料改性处理的新进展Ø 目标及要求：1) 奥氏体的形成温度以及形成过程；2) 过冷奥氏体的等温转变和变温转变«；3) 掌握

10、四把火的热处理工艺的特点及应用«。4) 了解形变热处理、表面淬火、化学热处理以及表面复层处理的特点及应用。5) 了解热处理对零件结构设计的基本要求Ø 讨论内容：四把火的热处理工艺与新型的一些热处理方式有何相同和异同点。Ø 作业内容：1.亚共析钢及过共析钢淬火加热温度应如何选择？2.45钢正火与调质后的组织与性能差别。8、 第七章 合金钢（3学时）7.1 合金元素在钢中的作用7.2 合金钢的分类和编号方法7.3 合金结构钢7.4 工具钢7.5 特殊性能钢7.6工程材料的新进展Ø 目标及要求：1) 了解合金元素在钢中的作用；2) 掌握合金钢的分类及编号方法；

11、3) 了解合金结构钢的编号方法及其性能特点。4) 了解工具钢和特殊性能钢的编号方法及性能特点。Ø 讨论内容：不同钢种的编号方法的区别与联系。Ø 作业内容：熟悉合金钢的分类方法以及编号方法。9、 第八章 铸铁（2学时）8.1 概述8.2 常用铸铁8.3 合金铸铁Ø 目标及要求：1) 了解铸铁的特点及分类；2) 掌握铸铁的石墨化及影响因素«；3) 了解灰口铸铁、可锻铸铁以及球墨铸铁的分类、牌号、特点及应用。Ø 讨论内容：铸铁的石墨化程度不同对室温下的组织和性能有哪些影响。Ø 作业内容：熟悉铸铁的分类方法和表示方法。Ø 自学拓展：

12、铸铁中的孕育剂和球墨剂的作用原理。10、 第九章 有色金属及其合金（2学时）9.1 铝及其合金9.2 铜及其合金9.3 钛及其合金9.4 镁及其合金9.5 锌及其合金9.6 轴承合金Ø 目标及要求：1) 掌握铝合金的分类及编号以及铝合金的热处理；2) 了解铜、钛、镁、锌以及轴承合金的分类方法及性能特点«；Ø 讨论内容：铝合金固溶时效的过程。Ø 作业内容：了解钛合金的分类方法。Ø 自学拓展：学习一些自己感兴趣的其他合金的分类及相关的金属学知识。11、 第十章 非金属材料（2学时）10.1 高分子材料的基础知识10.2 高分子材料10.3 陶瓷10

13、.4 复合材料Ø 目标及要求：1) 了解非金属材料的分类方法«；2) 了解高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的性能及应用«。Ø 讨论内容：非金属与金属材料的应用上的不同。Ø 作业内容：非金属材料的分类方法12、 第十一章 材料的选用（2学时）11.1 选材的一般原则12.2 零件的失效与选材12.3典型零件的选材与工艺Ø 目标及要求：1) 了解选材的一般原则2) 了解根据材料的工况来进行选材及其热处理方式Ø 讨论内容根据内燃机的工作情况，分析各构件（汽缸体（盖、套）、活塞（活塞环）、 连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮（轴）、气门、气

14、门弹簧的选材及工艺规范。Ø 作业内容将内燃机中的活塞的选材及工艺规范制定出来。三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。工程材料课堂上会出现概念多、理论较抽象，因此要注意理解与记忆，另外课程实践性强，与工程实际关系密切，因此授课时注意理论联系实际。教学内容体系、前后关联和相关重点本课程中的内容第一章可以作为独立的章节，作为对材料整体的性能有一个初步的认识，后来从第二章晶体结构开始到第六章结束，基本上一环

15、套一环的关系，哪一章都缺一不可。而到了第七章和第八章的合金钢和铸铁基本上是对钢铁材料知识上的一种补充，基本可以自学完成，再到后面的第九章和第十章是对工程材料认识的一种补充，让学生知道除了钢铁材料还有有色金属材料以及非金属材料。而最后一章材料的选材是学完整个工程材料后的一个选材应用原则，对整个知识点的一个很好的复习。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1）掌握金属材料的成分、组织、性能之间的关系2）了解强化材料的基本方法3）初步掌握钢的热处理原理及基本工艺4）熟悉钢的牌号、性能、用途，正确选用材料的基本原则1. 理想和实际晶体的结构以及金属的结晶。教学内容的原理性比较强，所涉及原子

16、的排列以及原子的运动问题。在教学中采用讲授法、演示法和讨论法相结合，将抽象问题具体化。在讲授原理的基础上，将原子抽象成小球，强化学生对晶体结构的理解，促进学生掌握教学内容的知识体系。2. 强化材料的基本方法。教学内容贯穿在整个教学内容中。在教学中采用讲授法、演示法、列举法相结合的方式。在讲授每种强化方法时，都列举一些实际生产实践中的生产实例，再结合基本原理共同讲解各种强化方式，让学生对各种不同的强化方式有进一步的理解。3. 合金的相结构，合金相图。教学内容对于缺乏实际经验的学生而言，内容比较抽象。教学中采用讲授法、列举法以及拓展法相结合的方式。开始教学时，只讲授相结构的定义，给出与相结构以及组

17、织相关的不同合金的金相以及扫描电镜的照片，结合图片进一步讲解相以及组织的概念。合金相图中对于不同的合金结合前面所学的相以及组织的概念对不同合金的平衡结晶过程进行讲解，进而对合金的相以及组织的概念更深刻的认识。4. 铁碳合金。运用启发法引导学生主动思考，在前面章节中的二元合金相图学习的基础上，首先认识整个合金相图以及铁碳相图中的主要组织和相，然后引导学生将铁碳相图中的七大合金系列的合金逐一进行平衡结晶过程的讲解。5. 钢的热处理。采用讲授法、演示法以及列举法相结合的方式将钢在加热和冷却时的相和组织的转变进行讲解，并列举不同的例子将所学的四把火的过程及组织的变化演示清楚。在教学方法的实际执行过程中，每个教学环节都应具有明确的目的性。同时，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整教学方法，适当增加演示法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化知识掌握。在学生对知识掌握情况较好，系统性较好、实验训练效果较好的情况下，适当提高教学内容或实验内容的难度，或增加发现学习法和自学指