《机械工程材料》教学大纲

《机械工程材料》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03130021课程性质：学科基础必修课学分：3学分学时：48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程：大学物理、高等数学C、机械制图等后续课程：材料力学B、机械原理B、机械设计B等适用专业：车辆工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《机械工程材料》是车辆工程专业必修的一门学科基础课。本课程主要讲授金属学的基本知识、金属材料的热处理以及常用金属材料的牌号、成分、组织、性能及选用等基本理论与方法，注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际问题的能力。通过课程学习，提高学生的理论与实践相结合的应用能力，培养发现问题、分析问题、解决问题及创新实践的综合能力和素质，为后续学习其他相关课程以及今后从事相关技术岗位工作奠定良好基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解工程材料的发展历程及其应用状况，掌握金属学的基本知识和基本原理，掌握金属材料热处理的基本概念、基本原理及基本方法，掌握常用机械工程材料的牌号、成分、组织、性能和应用，并培养学生的爱国情怀、工匠精神和劳动精神。课程目标2：能正确运用金属学的基本知识和基本原理，金属材料热处理基本概念和基本原理，根据零件的工作条件合理选择材料，能合理制订零件的热处理工艺，并使学生具有分析问题和解决问题的能力，具有严谨的、实事求是的科学态度。课程目标3：具备一定的工程材料及热处理工艺创新设计能力，了解新材料在机类专业的应用现状；理解与工程材料有关的国家标准、行业标准、企业标准，并培养学生勇于探索、乐于钻研的创新意识、绿色环保的科学发展观念和强烈的社会责任感。三、课程目标与毕业要求《机械工程材料》课程教学目标对车辆工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3能够将车辆工程基础知识用于分析车辆工程相关复杂工程问题并提出解决方案课程目标1：了解工程材料的发展历程及其应用状况，掌握金属学的基本知识和基本原理，掌握金属材料热处理的基本概念、基本原理及基本方法，掌握常用机械工程材料的牌号、成分、组织、性能和应用，并培养学生的爱国情怀、工匠精神和劳动精神。H2.问题分析2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析车辆领域复杂工程问题，获得多种解决方案课程目标2：能正确运用金属学的基本知识和基本原理，金属材料热处理基本概念和基本原理，根据零件的工作条件合理选择材料，能合理制订零件的热处理工艺，并使学生具有分析问题和解决问题的能力，具有严谨的、实事求是的科学态度。M3.设计/开发解决方案3.1掌握车辆工程设计和产品开发的基本方法和技术，能够根据需求确定设计目标，并研究确定技术方案。课程目标3：具备一定的工程材料及热处理工艺创新设计能力，了解新材料在机类专业的应用现状；理解与工程材料有关的国家标准、行业标准、企业标准，并培养学生勇于探索、乐于钻研的创新意识和绿色环保的科学发展观念和强烈的社会责任感。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.绪论1.1材料的发展及材料科学的形成1.2工程材料的分类1.3课程目的、任务及学习方法教学要求：了解材料的发展历史以及工程材料在人类社会尤其是机械行业的应用；了解本课程各章节的基本内容和学习方法；熟悉工程材料的分类，了解新材料的发展和应用现状。重点：工程材料的分类。难点：课程的学习方法。11、2、32.工程材料的力学性能2.1工程材料的刚度、强度、塑性2.2工程材料的硬度2.3工程材料的冲击韧度、疲劳强度2.4工程材料的断裂韧度教学要求：掌握拉伸试验、硬度试验、冲击试验及疲劳强度试验的概念及应用范围；了解拉伸试验、硬度试验、冲击试验及疲劳强度试验的测试原理。重点：材料的强度、硬度指标。难点：硬度测试的应用范围。321、23.金属材料的基础知识3.1晶体的基本知识3.2金属的晶体结构及缺陷3.3合金的相结构3.4纯金属的结晶、结晶过程3.5合金的结晶二元合金相图的基本概念3.6杠杆定律及其应用3.7铁碳合金相图各点、线、区的含义，分析典型成分的铁碳合金的结晶过程3.8铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系，铁碳相图的应用教学要求：掌握金属晶体结构的基本概念；熟悉晶面指数和晶向指数的确定步骤；掌握合金基本相结构和性能；熟悉金属的结晶过程、控制晶粒度大小的途径；掌握二元合金相图的基本知识；熟悉杠杆定律的计算及应用；掌握铁碳合金相图的分析；掌握铁碳合金的成分、组织和性能间的关系。重点：金属中常见的三种晶格类型；金属晶体中的晶面指数与晶向指数；实际金属的晶体结构及缺陷；合金相结构的基本类型；二元合金相图的基本概念、二元匀晶相图和二元共晶相图、杠杆定律；铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图分析及典型成分的铁碳合金的结晶过程；铁碳合金成分、组织和性能之间的关系及相图的应用。难点：金属晶体中的晶面指数与晶向指数、二元匀晶相图和二元共晶相图、杠杆定律、铁碳合金相图分析及典型成分的铁碳合金的结晶过程。1121、2、34.金属的塑性变形与再结晶4.1金属的塑性变形4.2冷塑性变形对金属组织和性能的影响4.3回复与再结晶4.4金属的热加工与冷加工教学要求：了解金属塑性变形的微观机理；熟悉塑性变形对金属组织和性能的影响；熟悉再结晶对金属组织和性能的影响。重点：塑性变形、再结晶及对金属组织和性能的影响。难点：金属的塑性变形；回复与再结晶。21、25.钢的热处理5.1热处理的定义、目的及分类5.2钢在加热时的组织转变5.3钢在加冷却时的组织转变5.4钢的退火、正火、淬火与回火5.5钢的表面热处理与化学热处理5.6常见热处理缺陷及影响因素。5.7热处理技术条件的标注及工序位置的安排原则教学要求：掌握钢在加热时的组织转变，钢的奥氏体化；掌握过冷奥氏体的等温冷却转变产物及性能特点，马氏体的转变及性能特点；掌握钢的退火、正火、淬火与回火的目的、工艺及应用；熟悉钢的表面热处理与化学热处理的目的、工艺及应用；了解常见热处理缺陷及影响因素及热处理工件的结构工艺性；熟悉热处理技术条件的标注及工序位置的安排原则。重点：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线；马氏体的转变；钢的退火、正火、淬火与回火的定义、目的、工艺特点及应用。难点：钢加热时的组织转变；过冷奥氏体的等温冷却转变；马氏体的转变；钢的淬火与回火的组织及工艺。1141、2、36.金属材料6.1合金元素在钢中的作用6.2钢的分类、牌号及用途6.3铸铁的分类、牌号及用途6.4铝及铝合金6.5铜及铜合金6.6钛及钛合金教学要求：熟悉碳钢、合金钢、铸铁的种类、牌号、成分、组织、性能、热处理特点及用途；掌握合金元素在钢中的作用；了解铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金牌号、成分、组织、性能、热处理特点及用途。重点：合金元素在钢中的作用；碳钢、合金钢、铸铁的分类及应用；铸铁的石墨化过程及影响因素。难点：合金元素在钢中的作用；铸铁的石墨化对铸铁性能的影响；铝合金的热处理。101、2、37.机械零件的失效与选材7.1机械零件失效的概念7.2机械零件的材料选择，典型零件的选材、加工工艺路线实例分析教学要求：了解机械零件失效的原因；熟悉典型零件的选材及热处理工艺。重点：机械零件的材料选择。难点:不同工作条件下零件材料的选择，热处理工艺的设计。22合计4082.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.金属材料的硬度试验实验内容：学习布氏硬度、洛氏硬度的测量方法。实验要求：了解布氏硬度计、洛氏硬度计的测试原理，掌握用布氏硬度计、洛氏硬度测量材料硬度的方法。21、2、32.金相显微镜的使用及金相试样的制备实验内容：学习金相显微镜的使用，制备金相试样。实验要求：了解金相显微镜的基本原理及构造，掌握金相显微镜的使用方法；掌握金相试样的制备过程。21、33.改性处理对45钢组织的影响及性能分析实验内容：观察和分析45钢退火、正火、淬火组织结构，并测量三种状态的硬度。实验要求：掌握通过金相显微镜观察金相组织结构，并分析改性处理对45钢组织、性能的影响。41、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合播放视频、课堂提问、讨论、案例、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生能比较全面地理解并掌握金属学及金属的热处理理论的基本概念、基本原理和基本方法，掌握常用材料的牌号、成分、组织、性能以及用途等之间的关系，能够根据零件的工作条件、性能要求，合理选择材料。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学，使学生验证了理论课的内容并提高了动手操作能力。使学生了解布氏硬度计、洛氏硬度计的基本结构特点，掌握布氏硬度、洛氏硬度的测量方法及应用范围；了解并初步掌握金相试样的制备方法及其过程；熟悉并掌握铁碳合金在平衡状态下的组织特征，掌握钢的热处理方法及实际操作能力，加深认识钢的化学成分与热处理工艺、组织及性能间的关系，为今后零件材料的合理选择和应用打下良好的基础。通过实验，使学生理论与实践相结合，并培养学生发现问题、分析问题、解决问题及自学新知识的能力，此外，学生在实验过程中，必须严格遵守实验室安全守则及设备的操作规则，在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材（1）王正品,李炳.工程材料[M].北京:机械工业出版社,2020.2.参考书（1）王运炎,朱莉.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社,2020.（2）张文灼.机械工程材料与热处理（第2版）[M].北京:机械工业出版社,2019.（3）王章忠.机械工程材料（第3版）[M].北京:机械工业出版社,2019.（4）高红霞.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社,2017.3.期刊（1）任鑫,窦春岳,高志玉等.热处理数值模拟技术的研究进展[J].材料导报,2021,35(19):19186-19194．（2）曹宇,宋新莉,黄昌虎等.奥氏体化温度对51CrVNb弹簧钢组织与力学性能的影响[J].材料热处理学报,2020,41(12):97-103．（3）杨晓辉,李兴东,张繁等.热处理工艺对04Cr13Ni8Mo2Al钢逆变奥氏体含量的影响[J].机械工程材料,2018,42(7):23-27．（4）徐跃明,李俏,罗新民.热处理高端化[J].金属热处理,2020,45(4):1-4．（5）彭二宝,杜建根.汽车用51CrV4弹簧钢回火工艺研究[J].热加工工艺,2021,50(10):127-129．（6）\t"/kcms2/article/_blank"HuanXue,\t"/kcms2/article/_blank"WenjiePeng,\t"/kcms2/article/_blank"LiYue,etal.Effectofhardenabilityonmicrostructureandpropertyoflowalloyabrasion-resistantsteel[J].MaterialsScience&EngineeringA.2020,793:139901.4.网络资源（1）陈永楠.工程材料.中国大学慕课2021.10./verify（2）赵亦希.工程材料.中国大学慕课2021.09./verify七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末大作业成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现8（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332作业评价8（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332阶段测验8（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次测验单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332课程实验16（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√2122期末大作业60（1）大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）大作业主要考核金属材料的力学性能、金属学的基本知识、金属与合金的结晶、二元合金相图、杠杆定律、铁碳合金相图及应用、钢在加热时的组织转变、钢在加冷却时的组织转变、钢的普通热处理、钢的表面热处理与化学热处理、合金元素在钢中的作用、碳钢及合金钢的牌号、性能及用途、铸铁的牌号及用途、铝及铝合金、铜及铜合金、典型零件的选材及加工工艺路线的制订等内容。（3）大作业题型为：名词解释、简答题、综合题等。√√√252510合计：100分364618八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业评价、阶段测验、课程实验、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：大作业成绩为100分（权重60%），大作业题型为名词解释、简答题、综合题等类型，大作业中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合题不低于50%；课堂表现、作业评价、阶段测验、课程实验等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和大作业试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准