工程材料与成型技术基础-机制-课程教学大纲

《工程材料与成型技术基础》本科课程教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）工程材料与成型技术基础（英文）FundamentalsofEngineeringMaterialsandFormingTechnology课程代码2080037课程学分48课程学时3理论学时32实践学时16开课学院机电学院适用专业与年级机械设计制造及其自动化专业，二年级课程类别与性质专业基础必修课考核方式考查选用教材《工程材料与成形技术基础》庞国星，ISBN978-7-111-60283-5，机械工业出版社，第3版是否为马工程教材否先修课程机械制图2080066（3）、工程化学2080470（2）、材料力学2080169（3）课程简介《工程材料与成型技术基础》是机械类专业必修的基础课。通过本课程的学习，获得常用工程材料特别是金属材料的性能和应用、钢的热处理方面的知识，各种毛坯成型方法及特点，工艺原理及其基本规律等知识，使学生在掌握工程材料的基本理论和基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对零件进行合理选材及热处理工艺的初步能力，并能结合材料成型方法和工艺对零部件结构设计的要求进行分析，对毛坯设计、毛坯成型方法选择和成型质量预测，为后续课程及从事机械设计和加工制造方面的工作奠定必要的基础。本课程的重点是铁碳合金相图和钢的热处理，重点要掌握的工程材料是碳钢和合金钢。本课程教学开设了实验教学。通过实验教学，在巩固和验证课程的基本理论知识的同时，拓展学生的创新思维，着重培养学生实践动手能力和创新能力。选课建议与学习要求《工程材料与成型技术基础》是面向机械设计制造及其自动化专业本科二年级的一门专业基础必修课，要求学生有一定机械制图基础，材料力学基础。二、课程目标与毕业要求（一）课程目标类型序号内容知识目标1理解材料的成分、组织、性能之间的关系2理解材料强化和主要成型方法的工艺特点技能目标3具有选用工程材料、选择毛坯加工方法、进行材料成型工艺设计与分析的能力4具有查阅和运用有关标准、手册等资料进行零件选材及分析的能力素养目标(含课程思政目标)5培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力6培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神（二）课程支撑的毕业要求1工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和机械专业知识用于解决机械产品设计、制造和运行控制等有关的机械领域复杂工程问题。1-4能够将相关知识和数学模型方法用于机械领域复杂工程问题解决方案的比较与综合。3设计/开发解决方案：能够设计针对机械领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，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。3-2能够针对特定需求，完成单元（部件）的设计，并能够进行系统或工艺流程设计，在设计中体现创新意识。4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对机械产品设计、制造和运行控制等有关的机械领域复杂工程问题进行研究，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。4-2能够根据对象特征，选择研究路线，设计实验方案。8职业规范：具有社会主义核心价值观、诚实劳动意识，具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8-3理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，能够在工程实践中自觉履行责任。（三）毕业要求与课程目标的关系毕业要求指标点支撑度课程目标对指标点的贡献度1工程知识1-4H1理解材料的成分、组织、性能之间的关系60%2理解材料强化和主要成型方法的工艺特点40%3设计/开发解决方案3-2H4具有查阅和运用有关标准、手册等资料进行零件选材及分析的能力50%5培养自我学习的意识与能力，具备在相关领域跟踪、发展新理论、新知识及新技术的能力50%4研究4-2H3具有选用工程材料、选择毛坯加工方法、进行材料成型工艺设计与分析的能力100%8职业规范8-3M6培养科学严谨、求真务实的学习态度和工作作风，及创新精神和工匠精神100%三、课程内容与教学设计（一）各教学单元预期学习成果与教学内容第一单元金属材料的性能和组织结构第0章绪论（一）课程内容工程材料及成型方法的发展历程和展望；材料科学及成型方法在现代社会的地位；本课程的性质、特点、研究对象与方法、目的、任务；本课程的学习方法。（二）教学要求了解并掌握材料的基本概念和分类方法；了解毛坯制造过程及方法；了解材料及成型方法的发展历程；了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；激发学生学习本课程的兴趣。（三）重点与难点材料及成型方法的发展历程。第一章材料的性能（一）课程内容（1）力学性能----拉伸性能：弹性、刚度、强度、塑性等，硬度：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度，断裂韧性、冲击韧性、疲劳强度等；工程材料的物理性能、化学性能和工艺性能。（二）教学要求掌握拉伸曲线所反映的材料的各项力学性能指标（弹性、刚度、强度、塑性）；掌握硬度、冲击韧性、断裂韧度及疲劳强度的物理意义；了解工程材料的物理性能、化学性能和工艺性能；具有按要求测量材料力学性能并正确地表达和分析实验结果的能力。（三）重点与难点（1）能正确分析金属材料的拉伸曲线；正确理解工程材料主要力学性能的物理意义，能掌握几种力学性能的测试方法。第二章金属与合金的晶体结构（一）课程内容固体材料的结构：晶体、非晶体的概念、联系和区别；晶格、晶胞和晶格常数的含义；常见金属晶体的结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；实际金属的晶体结构：单晶体的晶体结构，实际金属的晶体结构，晶体缺陷的概念、分类及对性能的影响；合金的组成与结构：相的概念，固溶体、金属化合物、机械混合物，固溶强化；金属的结晶：金属结晶过程，过冷度，结晶组织，重结晶（以纯铁为例）。（二）教学要求了解金属晶体结构相关基本知识；掌握常见金属晶体结构的类型和金属晶体结构缺陷种类；掌握合金的分类，理解固溶强化的概念和基本原理；掌握纯金属结晶、晶粒的概念、晶粒细化方法，以及纯铁的重结晶过程；能正确理解实际金属晶体中缺陷与性能之间的关系。（三）重点与难点典型金属的晶体结构；晶粒细化、固溶强化和弥散强化；纯铁的同素异构转变（重结晶）过程；金属晶体结构缺陷种类及对金属性能的影响；第三章二元合金相图及相变基础知识（一）课程内容（1）二元合金相图：合金相图的建立，二元合金相图的基本类型，相图与合金性能的关系；（2）铁碳合金相图：铁碳合金中的基本相，铁碳合金相图分析，铁碳合金成分、组织与性能的关系，铁碳相图的应用简介。（二）教学要求熟悉二元合金状态图及其匀晶相图、共晶相图、共析相图的组织转变过程；初步掌握铁碳相图的基本知识，掌握铁碳合金相图的点、线及各个区域的意义，学会利用Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金的成分、组织与性能间的关系；掌握铁碳合金（碳钢部分）的平衡结晶过程；明确对相图对热处理、铸造、压力加工、焊接的指导意义；（三）重点与难点熟悉匀晶相图、共晶相图、共析相图的组织转变过程；铁碳合金相图分析，典型铁碳合金的平衡结晶过程。第二单元钢的热处理第四章钢的热处理课程内容钢的固态相变：钢在加热时的转变，钢在冷却时的转变；热处理的概念、分类与作用；退火、正火、淬火、回火工艺与组织性能；钢的表面淬火和化学热处理；先进热处理技术。（二）教学要求掌握碳钢在加热时的组织转变过程；初步掌握钢在加热时的组织转变和“C”曲线的基本知识，学会利用“C”曲线来分析钢在非平衡冷却时的组织转变及其性能；熟悉各种冷却转变产物的含义、形态、力学性能；了解热处理的发展；掌握退火、正火、淬火、回火的概念和工艺，及其操作、组织、性能及应用；了解钢的表面淬火和化学热处理；了解先进热处理技术。（三）重点与难点共析碳钢过冷奥氏体等温转变的产物与性能。退火、正火、淬火、回火的工艺，及其组织、性能及应用；理想冷却介质、临界冷却速度、淬火方法、淬硬性与淬透性、调质处理等。第三单元钢铁材料和有色金属第五章工业用钢及铸铁（一）课程内容钢中常存杂质元素对钢性能的影响；合金元素在钢中的主要作用及钢合金化；钢的分类与编号；碳钢、合金结构钢、工具钢、特殊性能钢；典型钢种的成分、组织、性能及应用；铸铁的石墨化，铸铁的分类与牌号；常用铸铁及其组织性能：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。（二）教学要求了解钢中常存杂质元素对钢性能的影响；了解合金元素在钢中的主要作用及钢合金化；掌握钢的性能及其应用随含碳量变化的规律；熟悉钢的分类与编号；掌握常用钢种（工程结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、刃具钢、模具钢等）的典型牌号、成分特点、热处理特点及其应用；掌握弹簧、齿轮、轴、刀具、模具的生产工艺路线，热处理组织；掌握铸铁的石墨化，铸铁的分类与牌号；熟悉灰口铸铁的组织性能特点及其应用。（三）重点与难点钢合金化的原理与作用；钢的分类与编号；常用钢种（工程结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、刃具钢、模具钢等）的典型牌号、成分特点、热处理特点及其应用；弹簧、齿轮、轴、刀具的生产工艺路线；铸铁的石墨化，灰口铸铁的性能特点、分类及其应用。第六章有色金属及其合金（一）课程内容铝及铝合金；铜及铜合金；轴承合金；钛合金及其他。（二）教学要求认识常用有色金属及其合金；掌握金属材料的固溶处理和时效强化；掌握铝合金的分类、牌号，铝硅、铝铜合金的组织，性能及应用；掌握铜及铜合金的分类、牌号，黄铜、青铜等及的组织，性能及应用；了解轴承合金及其它有色金属。（三）重点与难点金属材料的固溶处理和时效强化原理与应用；铝铜、铝硅合金的牌号、组织、性能及应用；黄铜、青铜等及的组织、牌号、性能及应用。第四单元非金属材料第七章非金属材料（一）课程内容高分子材料：高分子材料的发展，高分子材料的概念、分类，塑料的分类、特点及应用，橡胶、纤维的特点及应用；陶瓷材料：陶瓷材料的概念和发展，陶瓷材料的生产工艺，典型的普通陶瓷、特种陶瓷性能及应用；复合材料：复合材料及其组合形式，复合材料的生产工艺，碳纤维复合材料、玻璃钢等的特点及应用。（二）教学要求了解高分子材料的发展；掌握高分子材料的概念、分类；掌握常用工程塑料的组成、分类、特点及应用；了解橡胶、纤维的特点及应用；了解陶瓷材料、复合材料的概念和发展；掌握陶瓷材料的生产工艺，典型的普通陶瓷、特种陶瓷性能及应用；掌握复合材料的生产工艺，碳纤维、玻璃钢等典型复合材料的特点及应用。（三）重点与难点本部分要求作一般了解，重在一些基本概念的认识，重在与金属材料比较，它们各自的特点及其应用范围。第五单元材料的成型工艺第八章金属铸造成型（一）课程内容铸造的概念、特点；铸造的发展历史；铸造合金铸造性能；常用铸造合金生产及特点；砂型铸造及其工艺；特种铸造；铸件结构及工艺性设计；液态成形技术的新进展。（二）教学要求了解铸造的特点，铸造的发展历史；熟悉合金的流动性、收缩性及其影响因素，理解铸造性能对铸件质量的影响，理解顺序凝固和同时凝固的应用场合；熟悉砂型铸造浇铸位置、分型面及铸造工艺参数的选择，能绘制典型铸件的铸造工艺简图；初步掌握砂型铸造和常用特种铸造的特点，对典型铸件具有较合理的地选用铸造方法的能力；了解常用铸造合金的熔铸特点；熟悉铸造工艺和合金的铸造性能对铸件结构的要求，具有分析零件铸造结构工艺性的初步能力；了解铸造新工艺、新技术及其发展趋势。（三）重点与难点合金铸造性能（充型能力与收缩）；砂型铸造工艺过程，各种特种铸造的工艺过程、特点及应用；常用铸造合金熔铸特点；砂型铸造工艺规程的制定；铸件的结构工艺性。第九章金属的塑性成形（一）课程内容金属的塑性成形的概念、方法与特点；金属塑性变形的实质；金属塑性变形的组织和性能；回复、再结晶；金属的锻造性能及其影响因素；自由锻造：自由锻造特点、设备，自由锻造工艺规程的制定；模型锻造：模型锻造特点、方法、设备，锻件图及锻造工艺规程的制定；锻造结构工艺性；板料冲压；冲压设备、剪切工序、冲裁、变形工序（弯曲、拉深等），冲压模具，冲压结构工艺性。塑性成形（成型）技术的新进展。（二）教学要求了解金属的塑性成形的概念、方法与特点；认识和理解金属塑性变形的实质；掌握金属塑性变形的组织和性能，及其对锻件性能的影响；掌握回复、再结晶的概念，明确冷热加工的区别；掌握金属的锻造性能及其影响因素；自由锻造特点、设备，自由锻造工艺规程的制定；掌握自由锻造工艺规程的制定；掌握模型锻造特点、方法、设备，锻件图及锻造工艺规程的制定；认识模型锻造和板料冲压的工艺过程、特点及应用；掌握冲压设备、剪切工序、冲裁、变形工序（弯曲、拉深等），冲压模具，冲压结构工艺性；了解塑性成形技术的新进展。（三）重点与难点金属塑性变形的实质；金属塑性变形过程中的性能变化及应用；加工硬化与再结晶的实际应用；金属的锻造性能及其影响因素；自由锻造工艺规程的制定；模型锻造和板料冲压的工艺过程、特点及应用。第十章材料的焊接成型（一）课程内容焊接的概念、方法与特点；焊接的基础知识（熔化焊质量分析）；低碳钢焊接接头的组织与性能；常用焊接方法、原理、工艺特点与应用；金属材料的焊接性能，常用金属材料的焊接；焊接结构设计；焊接技术的新进展。（二）教学要求了解焊接的概念、方法与特点；熟悉影响熔化焊质量的基本因素；熟悉常用焊接的工艺过程、特点及应用；掌握典型焊接构件焊接工艺的制定；熟悉低碳钢焊接接头的组织与性能；理解焊接应力与变形的形成及防止，了解获得优质焊件的措施；熟悉常用焊接方法、原理、工艺特点与应用；熟悉金属材料的焊接性能，常用金属材料的焊接；焊接方法的选择、焊接规范的确定、焊缝的确定、接头与坡口形式的确定等；熟悉焊接结构设计；了解焊接新工艺、新技术及其发展趋势。（三）重点与难点影响熔化焊质量的基本因素与控制；常用焊接方法、工艺过程、特点及应用；材料的焊接性分析；低碳钢焊接接头的组织与性能；焊接应力与变形的形成及防止；典型焊接构件焊接工艺的制定；焊接结构设计。（二）教学单元对课程目标的支撑关系课程目标教学单元123456第一单元金属材料的性能和组织结构√√√√√第二单元钢的热处理√√√√√第三单元钢铁材料和有色金属√√√√√第四单元非金属材料√√√√√第五单元材料的成型工艺√√√√√（三）课程教学方法与学时分配教学单元教与学方式考核方式学时分配理论实践小计第一单元金属材料的性能和组织结构案例式教学翻转课堂课程作业书面测验实验操作及报告81220第二单元钢的热处理案例式教学翻转课堂课程作业书面测验实验操作及报告448第三单元钢铁材料和有色金属案例式教学翻转课堂课程作业书面测验66第四单元非金属材料案例式教学翻转课堂课程作业书面测验88第五单元材料的成型工艺案例式教学翻转课堂课程作业书面测验66合计321648（四）课内实验项目与基本要求序号实验项目名称目标要求与主要内容实验时数实验类型1金相试样的制备了解金相显微试样制备原理，熟悉金相显微试样的制备过程；初步掌握金相显微试样的制备方法。4④2铁碳合金平衡组织观察与分析认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律；分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。4④3材料的硬度测试了解硬度测定的基本原理及常用硬度试验法的应用范围；掌握布氏硬度计、洛氏硬度计、洛氏硬度计的主要结构与操作方法；学会正确使用硬度计。4④4碳钢的热处理及硬度测试了解碳钢热处理的基本方法；了解不同热处理方法对碳钢组织与性能的影响；了解硬度测量的基本原理和应用范围；了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构并掌握其操作方法。4④实验类型：①演示型②验证型③设计型④综合型四、课程思政教学设计第一层次“教的设计”（1）结合《工程材料与成型技术基础》教学内容特点，抓住课程教学中思政教育的切入点。本课程的思政教学切入点如下：①以材料的发展历程、新材料、新工艺、新设备的开发应用为切入点，将最新的关于材料类的新闻资讯、科研动态、应用实例引入课堂，例如在锻压工艺中，通过视频介绍国内外锻压设备及我国大型锻压设备在国防、航天、军事等领域的实际应用，以此为切入点激发学生的爱国热情，增强其民族自豪感，激励其为国家振兴、民族强盛而努力学习。②以课程教学过程中始终贯穿的“组织决定性能”这一规律为切入点，向学生传达内因和外因的辩证关系，引导学生增强自我管理能力，激励学生增强自信心。③以材料加工处理的行业现状、存在的问题作为切入点。比如以热加工工艺的能耗、资源消耗、工艺更新等问题引导学生重视专业课学习，分析国内外科技差距，为将来解决上述行业所面临的共同难题贡献自己的力量，培养学生树立社会责任感。④实验教学中从实验结果分析及其注意事项为切入点，引导学生重视实践操作，培养学生严谨求实的工作作风和一丝不苟的工匠精神。（2）借助人物故事及工程案例传达思政观点《工程材料与成型技术基础》与新材料、新技术、新工艺、新设备等工程项目密切相关，教学过程中也会讲述一些材料发展史上的典型人物及工程案例，在增加课程趣味性的同时也能很好地传达本课程的思政观点。例如在讲授材料冲击韧性时，引入史上“泰坦尼克号沉没”事件，因该事件曾被搬上银幕广为人知，教学过程中更易引起学生共识，达到课程思政的教学效果，通过该案例引导学生学习过程中要有创新精神，工匠精神，也帮助学生认识到工作严谨的重