《工程材料与成型基础》教学大纲

《工程材料与成型基础》教学大纲CourseOutline--FundamentalsofEngineeringMaterialandformingTechnology一、课程基本信息课程编号课程编号CourseCode课程性质CourseCategory课程编号CourseCode课程性质CourseCategory04C1020课程类别CourseType学科基础课Basiccoursefordiscipline学时/学分AcademicHour/Credit专业教育Majoreducation40/2.5先修课程课程编号CourseCode课程性质CourseCategory04C1020课程类别CourseType学科基础课Basiccoursefordiscipline学时/学分AcademicHour/Credit专业教育Majoreducation40/2.5先修课程Pre-requisites高等数学、材料力学、机

械制图AdvancedMathematics,MechanicsofMaterials,适用专业MajorMachineDrawing>课程负责人CourseInstructor丁晓非、施伟DingXiao-Fei、ShiWei开课学院College机械设计制造及其自动化mechanicalengineeringandautomation机械与动力工程学院（中新合作学院）Schoolofmechanicalandpowerengineering（一）课程简介.中文简介《工程材料与成型基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课程，是研究机械零件的材料、性能及成形方法的综合性课程。主要内容包括常用工程材料的基础知识、钢的热处理、金属材料、铸造成形技术、锻压成形技术、焊接成形技术、非金属材料及其成形技术、金属零件的失效、选材及加工工艺的选择等内容。通过对本课程的学习，使学生获得材料学的基本理论与工程材料及材料成型工艺的一般知识；掌握常用工程材料的成分，热处理工艺与组织、性能及应用之间的相互关系；熟悉常用工程材料的种类、牌号及特点，使学生具备依据零件实际使用条件，借助手册等资料正确选择材料、热处理方法、加工工艺并合理安排热处理工艺路线的基本能力；培养学生具有综合运用工艺知识、初步分析零件结构工艺性的能力及创新意识，并为学习其他有关课程及今后从事机械设计和制造工作奠定必要的基础。.EnglishIntroduction'TundamentalsofEngineeringMaterialandformingTechnology"isanimportantprofessionalbasiccourseforthemajorofmechanicaldesignandmanufacturingandautomation.Itisalsoacomprehensivecoursethatstudiesthematerials,propertiesandformingmethodsofmechanicalparts.Themaincontentincludesbasicknowledgeofcommonengineeringmaterials,heattreatmentofsteel,metalmaterials,castingtechnology,forgingtechnology,weldingtechnology,non-metalmaterialsandtheirformingtechnology,failureofmetalparts,selectionofmaterialsandprocessingtechnology.Throughthestudyofthecourse,studentswillobtainthebasictheoryofmaterialsscienceandgeneralknowledgeofengineeringmaterialsandmaterialformingprocesses,masterthecomponentsofcommonengineeringmaterials,theinterrelationshipbetweenheattreatmentprocessandmicrostructure,propertiesandapplication.Thestudentswillbeabletoselectcorrectlymaterials,heattreatmentmethods,processingtechniques,andreasonablyarrangetheheattreatmentprocessrouteaccordingtotheactualuseconditionsofthepartsaftertheyfamiliarwiththetypes,brands,andcharacteristicsofcommonengineeringmaterials.Studentshavetheabilityforpreliminaryanalysisofthepartstructure'scraftsmanship,andinnovativeawarenessbycomprehensivelyapplyprocessknowledge.Thecourselaythenecessaryfoundationforstudyingotherrelatedcoursesandengaginginmechanicaldesignandmanufacturinginthefuture.（二）课程目标结合专业应用型人才培养目标，本课程通过课堂讲授、线上教学、课下作业、实验操作、期末考试等方式，使学生在知识和能力方面达到如下目标：（1）掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法，具有合理选用工程材料的初步能力（CO1）。（2）掌握主要（包括常规与先进制造技术）加工方法的基本原理和工艺特点，具有进行工艺分析及选择毛坯、零件加工方法的初步能力（CO2）。（3）了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展趋势，建立现代制造工程的概念。具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能力。掌握文献检索和资料查询及撰写分析报告的能力，能够科学合理地选择材料及加工工艺的能力，具备一定的专业素质，良好的表达沟通能力和团队协作的能力（CO3）o（三）课程基本要求及学习要求教授方法：以理论教学和实验操作为主，采用课堂讲授（PM1）、实验操作（PM2）、专题研讨（PM3）、微课和视频（PM4）和案例教学（PM5）等多种教学方法，其中课堂讲授40学时，实验操作12学时（独立实验课程）。课内讲授以理论分析与案例教学为主导，实验操作则提出基本要求，引导学生独立（按组）完成实验设计、实现与结果评价。学习方法：本课程内容主要是建立在实验观察和工业实践基础之上，以实质性和规律性的描述为主，涉及面较宽。为此，引导学生将材料学基本知识及加工、处理工艺特点应用到生产科研实践中，课前预习采用实际案例，让学生带着问题思考，课后作业也多以工程应用案例为主。实验室采用开放预约模式，同时一，采用多种形式的实践活动充分利用实验室资源，如大学生创新创业活动、技术小发明等，增加理论和实践相结合的机会，以提高学生动手能力、团队合作能力及发现问题、解决问题的能力。.课堂讲授课堂教学首先要使学生掌握课程教学内容中规定的一些基本概念、基本理论和基本方法。在讲授中，注重对以下三部分内容的剖析：1）材料的结构与性能之间的关系；2）金属材料的组织与性能的控制；3）根据每种材料的特点及实际应用合理选择材料、热处理方法及工序以及加工方法。在讲授中，采用理论知识讲解与案例分析相结合的方法，通过实际案例引导学生探寻背后的基本材料学原理；让学生在学习的过程中，建立起结构、性能、工艺之间的关系。使学生在面对实际应用时，能够综合地运用所学知识，优化地选择材料及加工方法，并制定合理的热处理工艺及安排合适的工序。另外，对使用过程中发生失效的零件能够科学地分析，找出失效原因，并加以改进。课内讲授中安排有研讨与方案设计环节，学生依据特定的工程复杂问题，进行资料调研和技术解决方案设计，并进行报告和研讨。培养学生阅读外文资料、撰写技术文档的能力，训练学生从工程中寻找问题，制定技术方案的素养。使用多媒体课件，配合板书讲授课程内容，并且利用丰富的线上资源，扩大学生学习的信息量。在授课过程中，由常用的生产机械需求出发，引出材料选择及加工问题,进而进行相关基础知识讲解,最终与学生一起思考和提供解决方案。.实验教学（本门课程有单独的实验课）.课下作业通过课外作业，检验学生学习效果，适时安排进行答疑和习题课讲解。根据各章节讲授情况，布置课外作业，包括简答、应用案例的解决方案设计等。（四）课程目标与专业毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程教学支撑度对应的课程目标3设计/开发解决方案：针对复杂工程问题，能够应用机械工程的基本理论和方法，设计满足特定需求的机械系统和制造工艺，开发解决方案，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。HC01C024研究：能够基于科学原理并米用科学方法进行研究，通过设计实验、分析数据及信息综合，解决机械领域复杂工程问题，并得到合理有效的结论。HC036工程与社会：能够基于机械工程相关背景知识进行合理分析，评价机械产品设计、制造过程和产品运用对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。LC01C02C0312终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。LC01C02C03三、课程教学内容与学时分配（一）理论教学部分第一章材料的结构与性能主要内容：材料发展的历史；材料的基本结构及基本缺陷；材料的力学性能，工艺性能，加工性能，焊接性能，物理化学性能；材料的结构与性能之间的关系。思政融入点：通过了解材料发展的历史让学生理解材料科学在人类发展中的重要作用，以及中国在世界材料史上所做的贡献。培养学生明确学习目标、热爱专业、刻苦学习科学文化，树立正确的人生观，科技兴国，回馈社会。重点：晶体结构的基本概念，金属的三种典型晶体结构，实际金属中的三类晶体缺陷，合金的相结构。教学目标：通过学习材料的基本结构及缺陷，使学生了解材料性能与结构的关系并初步掌握改变材料性能的基本理论。第二章金属的结晶及相图的基本知识主要内容：在了解金属结晶过程中过冷度，生核和长大的概念基础上，掌握影响晶粒大小的因素和铁的同素异构转变。以铁碳相图为例掌握二元相图的基本类型并能正确分析；掌握杠杆定律并计算在室温下平衡组织中相组成和组织组成物在整个合金中占的重量百分数。思政思政融入点：通过了解金属的结晶过程对材料性能的影响，让学生从专业上理解“百炼成钢”的人生态度，不畏艰难，勇于挑战困难，提升自我，更好地服务社会。重点：铁碳合金的成分，组织和性能之间的关系。教学目标：掌握影响晶粒大小的因素和铁的同素异构转变；了解相图的建立过程；掌握相图的基本类型及应用。第三章液态金属成形主要内容：铸造成形方法；液态成形的基本原理；铸造成形工艺设计；铸造结构零件设计。重点：铸造结构零件设计。难点：铸造成形工艺的设计。教学目标：1.掌握基本铸造成形方法，铸造结构零件设计。2.理解液态成形原理。3.了解先进液态成形技术。4.具有初步设计铸造零件和解决简单的铸造零件出现的问题。第四章金属的塑性成形主要内容：金属塑性变形的实质；滑移的概念；加工硬化和再结晶的概念；冷变形、热变形；纤维组织的形成及利用；自由锻成形；模型锻造成形；板料冲压；塑性成形新技术分析。思政思政融入点：通过对塑性成形方法及工艺的了解，让学生深刻体会到“百锻成材”的专业内涵，从而激励同学们主动磨炼自己，积极面对挑战的人生态度。重点：金属的锻造性能；金属的本质（组织及化学成份）和变形条件（变形温度、变形速度及应力状态）对锻造性能的影响；金属的变形规律。难点：金属塑性变形的位错理论。教学目标：1.理解金属塑性变形的基本原理。2.掌握自由锻成形和模型锻造成形原理和方法。3.了解塑性成形新技术。4.具有初步设计锻造零件和解决简单的铸造零件出现的问题。第五章金属的热处理工艺及材料表面改性技术主要内容：钢的热处理原理；钢的退火、正火、淬火、回火、表面热处理及强韧化处理的实质、工艺特点及应用；材料的表面改性技术；热处理的发展趋势。重点：掌握各种常用热处理的工艺和应用。教学目标：了解钢在加热、冷却过程中组织的变化，掌握过冷奥氏体转变曲线（TTT曲线）和（CCT曲线），并能应用C-曲线解决实际问题。掌握各种常用热处理的工艺和应用。第六章工业用金属材料主要内容：碳钢、铸铁、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金和轴承合金的分类、特点及应用；合金元素在钢中的作用，各种钢的热处理性能。思政融入点：通过了解各种材料的特点及应用，使学生们认识到每种材料都有自己的特点和用途，从而启发学生认清自我，找准定位，踏实肯干，爱岗敬业。另外，重点介绍高速钢民族品牌W6Mo5Cr4V2代替国际牌号W18Cr4V,从而解决了我国W储量低的卡脖子问题。通过这一事例，以人物故事涵养家国情怀，以科技成就传播科学精神，以科学问题激发学生创新热情和刻苦探索精神。重点：各种工业用金属材料的分类、编号、特点及应用。教学目标：了解常存元素和杂质对钢性能的影响；常握碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、轴承合金的分类、编号及性能特点及应用。第七章非金属材料和复合材料及其成形方法简介主要内容：简介工程塑料、橡胶、陶瓷的结构、种类；塑料及橡胶成形工艺；粉末冶金及陶瓷材料成形工艺；复合材料的成形工艺。教学目标：1.了解工程塑料、橡胶、陶瓷的结构和种类；2.掌握高分子材料的成形原理与方法；掌握塑料成形的工艺；了解橡胶成型技术、薄膜成形技术以及高分子材料快速成型方法。3.掌握粉体材料成形的基本原理；了解粉末冶金和陶瓷材料的成形工艺；了解陶瓷与粉末的快速成型工艺。4.了解复合材料的分类、特点及一般工艺过程；掌握复合材料的基本概念；掌握金属基复合材料、树脂基复合材料、陶瓷基复合材料的成形工艺。第八章金属连接成形主要内容：焊接生产的实质、特点和应用;焊接方法的种类;焊接工艺及结构设计；咬接与胶接成形。思政思政融入点：通过学习，使学生了解到任何一个系统都不是由一个零件组成，需要许多零件的配合及连接，从而启发学生理解团队协作的重要性。重点：焊接成形方法。难点：焊接工艺及结构设计。教学目标：1.掌握焊接成形的基本方法。2.理解焊接工艺及结构设计中应注意的问题。3.了解咬接与胶接成形。4.具有简简单分析和解决焊接零件设计的能力。第九章材料成形工艺选择主要内容：常用毛坯的种类及其成形方法的比较，材料成形工艺的选用原则和选用依据。生产中零件毛坯的特点及其成形工艺的选用。重点：材料成形工艺的选用原则和选用依据。。难点：典型零件毛坯成形工艺的选用原则。教学目标：了解毛坯在机械制造中的作用，熟悉常用毛坯的种类和常用成形方法。熟悉成形工艺的选择原则和依据，能根据零件类别、用途、使用性能、结构形状、尺寸精度、生产批量等技术要求，较合理地选用零件的材料与成形方法。第十章材料质量检验与零件失效分析主要内容：机械零件失效分析一般方法；机械零件失效类型。思政思政融入点：失效分析的目的是为了找出零件失效的原因并加以改进或亡羊补牢，减少损失。从而启发学生，年青人不怕犯错误，可贵的是知错能改。认清错误，奋起直追，努力改进，成为对社会有用的人。重点：零件的实效形式及才产生原因。难点：典型零件的实效分析方法。

教学目标：掌握零件失效的概念，了解失效类型、过量变形、一次断裂、疲劳断裂、磨损断裂、腐蚀断裂和蠕变失效。学会失效零件宏观分析方法及简单的微观分析手段。了解典型机械零件失效分析过程。（二）实验教学部分在实验大纲中表述（三）学时分配与课程目标的对应关系序号教学内容教学设计（包括教学组织与学生任务）学时教学方式核式年方对应的课程目标1第一章：材料的结构与性能PPT讲授结合板书，微课、线上预习、学生查阅文献、慕课、线上作业，建立材料结构与性能之间的关系2PM1、4EM1C012第二章：金属的结晶及相图的基本知识PPT讲授结合板书，微课、线上预习、慕课、视频、线上作业及讨论6PM1、3、4EM1EM3C013第三章：液态金属成形PPT讲授结合板书、线上预习，通过金属冶炼、铸造等视频引入本书课程、慕课、课下观看各种铸造生产视频，完成线上作业。综合训练一：从结晶理论分析各种液态成型方法优缺点并提出可能的改进思路。5PM1、4EM1EM3C024第四章：金属的塑性成形PPT讲授结合板书、通过手工加工斧头的视频引入金属的塑性变形工艺过程、线上预习、案例教学、慕课、线上作业5PM1、4、5EM1EM3C025第五章：金属的热处理工艺及材料表面改性技术PPT讲授结合板书、微课、线上预习、回顾铁碳相图知识、案歹U、慕课、线上作业、讨论综合训练二：常用轴、齿轮及刃具的加工工序设计及热处理参数设计。6PM1、3、4、5EM1C016第六章：工业用金属材料PPT讲授结合板书，微课、线上预习、慕课、学生查阅文献、线上作业6PM1、4EM1EM3C01,C027第七章：非金属材料和复合材料及其成形方法简介PPT讲授、微课、线上预习，慕课、学生查阅文献、线上作业2PM1、4EM1C01,C028第八章：金属连接成形PPT讲授结合板书，案例视频、慕