《工程材料及成形技术基础》课程教学大纲

PAGEPAGE11《工程材料及成形技术基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称工程材料及成形技术基础课程编号课程性质必修课课程类别专业基础课开课单位材料成型教研室授课学期第四学期学分/学时3/48课内学时48理论授课44上机学时0课内实践0实验学时4课外学时48适用专业机械设计制造及自动化、机械电子工程是否双语否先修课程工程制图、大学物理后续课程机械设计二、课程简介《工程材料及成形技术基础》是工科院校机械类及近机类专业学生所必修的一门综合技术基础课。是研究材料成形工艺的一门学科。本课程以材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系为主线，重点介绍材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的。其任务是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性、成形方法的基本知识。具有综合运用知识，分析零件结构工艺性的初步能力，了解与本课程有关的新工艺、新技术及其发展趋势。为学习其它有关课程,并为以后从事材料成形加工方面的工作奠定必要的基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1（知识目标）：掌握工程材料（以金属材料为主）的基本理论和基本知识，明确常见金属的晶体结构特点，掌握常见工程材料的力学性能指标，掌握铁碳相图的原理和和应用。掌握热处理的概念，明确热处理的基本原理及工艺；理解钢的退火、正火、淬火和回火相关的基本概念、目的，相应的工艺流程和工艺参数；熟知钢的不同热处理条件下所获得的组织特征及相应性能；认识其他热处理工艺的基本概念和工程应用。区别材料种类和主要性能，掌握常用金属材料的种类、牌号、性能及应用和选用金属材料的基本原则。熟悉金属铸造成形的基本理论和基本知识，区别砂型铸造工艺、特种铸造工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。熟悉金属压力加工成形的基本理论和基本知识，区别自由锻、模锻、板料冲压工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。熟悉金属焊接成形的基本理论和基本知识，区别常用焊接工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。课程目标2（能力目标）：综合运用所学工程材料知识，能够正确理解金属材料化学成分、结构、组织及性能之间的关系及其变化规律，初步具有应用光学金相分析钢铁材料组织的能力，具有根据金相组织判断钢铁材料的力学性能能力。阐释金属材料主要的强化机理，学会金属材料强化的途径；能够用辩证的观点分析材料的强度与塑韧性之间的关系，能够提出强韧化材料的方法及方案。熟悉钢的热处理工艺与材料性能之间的相互转化关，能灵活运用钢的等温冷却转变曲线和连续冷却转变曲线分析不同冷却条件下组织转变特点，具有根据零部件的服役条件正确的制定热处理工艺能力。能够应用所学知识，在对实际问题进行分析的基础上，针对具体材料及成形工艺的特点，确定工艺路线以及成形工艺参数，初步制定出成形工艺方案。对失效零件，能够对其进行简单分析，并优化加工方案。课程目标3（素质目标）：1.通过课程教学，培养学生追求真理的理想和献身工程研究的精神，培养学生实事求是、严谨认真的学习和工作态度；紧跟工程材料前沿发展，了解专业最新研究成果及研究动向，扩宽专业视野，树立求真创新、自主学习、终身学习的意识。2.领会工程材料及成形技术基础的基本原理，在钢铁材料力学性能控制方面进行分析讨论，培养学生追求卓越的理念和献身材料科学的理想，培养学生严谨认真、勤于思考、注重实践的学习与工作态度。培养学生具有初步应对实际工况条件的应变能力、综合分析和解决问题的综合素质。3.了解我国材料发展史，解读加工工艺对金属材料组织及性能的改善，弘扬材料加工工匠的优秀事迹，培养学生对科学技术勇于探索的精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-3:学习专业基础知识，掌握解决复杂机械类问题的基本思路和方法1-工程知识课程目标2指标点3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素；3-设计/开发解决方案课程目标3指标点3-1：学习工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素；3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元材料的基础知识（学时数：8学时）1.课程主要内容工程材料的分类工程材料性能纯金属的晶体结构金属结构与同素异构转变合金的相结构、结晶与二元相图铁碳合金相图重点和难点重点：（1）金属及合金力学性能；（2）金属和合金的晶体结构、结晶过程及对材料性能的影响；（3）金属材料的成分、组织与性能间关系的基本规律；难点：（1）合金的结构和性能、相与组织的概念及二元合金相图的建立过程；（2）匀晶相图、共晶相图、包晶相图和共析相图的特点、应用。钢的结晶过程（4）铁碳合金相图及分析教学方法通过多媒体课件和传统教学相结合，以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，引入实例锻炼学生分析问题和解决问题的能力。采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。4.学生学习预期成果掌握工程材料（以金属材料为主）的基本理论和基本知识，明确常见金属的晶体结构特点，掌握常见工程材料的力学性能指标，掌握铁碳相图的原理和和应用。综合运用所学工程材料知识，能够正确理解金属材料化学成分、结构、组织及性能之间的关系及其变化规律，初步具有应用光学金相分析钢铁材料组织的能力，具有根据金相组织判断钢铁材料的力学性能能力。阐释金属材料主要的强化机理，学会金属材料强化的途径；能够用辩证的观点分析材料的强度与塑韧性之间的关系，能够提出强韧化材料的方法及方案。了解中材料发展史，解读加工工艺对金属材料组织及性能的改善，弘扬材料加工工匠的优秀事迹，培养学生对科学技术勇于探索的精神。5.支撑课程目标课程目标1、2、3第二单元钢的热处理（学时数：8学时）1.课程主要内容钢的热处理原理；钢的普通热处理；钢的表面热处理。重点和难点重点：（1）加热及冷却转变产物与性能的关系；过冷奥氏体等温冷却曲线（C曲线）和过冷奥氏体连续转变曲线（3）正火、退火、淬火、回火的概念、组织、性能与应用难点：加热及冷却转变产物与性能的关系；（2）过冷奥氏体等温冷却曲线（C曲线）和过冷奥氏体连续转变曲线教学方法教学以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，引入实例锻炼学生分析问题和解决问题的能力。采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。4.学生学习预期成果掌握热处理的概念，明确热处理的基本原理及工艺；理解钢的退火、正火、淬火和回火相关的基本概念、目的，相应的工艺流程和工艺参数；熟知钢的不同热处理条件下所获得的组织特征及相应性能；认识其他热处理工艺的基本概念和工程应用。熟悉钢的热处理工艺与材料性能之间的相互转化关，能灵活运用钢的等温冷却转变曲线和连续冷却转变曲线分析不同冷却条件下组织转变特点，具有根据零部件的服役条件正确的制定热处理工艺能力。培养学生严谨认真、勤于思考、注重实践的学习与工作态度。培养学生具有初步应对实际工况条件的应变能力、综合分析和解决问题的综合素质。支撑课程目标课程目标1、2、3第三单元常用工程材料（学时数：4学时）课程主要内容合金元素在钢中的作用；钢的分类和编号原则；结构钢、工具钢、特殊性能钢的分类、编号和应用；铸铁的牌号分类和应用；重点和难点重点：钢的分类和编号铸铁的牌号分类和应用难点：合金元素在钢中的作用；钢的分类和编号原则；铸铁的石墨化教学方法教学以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，引入实例锻炼学生分析问题和解决问题的能力。采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。学生学习预期成果区别材料种类和主要性能，掌握常用金属材料的种类、牌号、性能及应用和选用金属材料的基本原则。在对实际问题进行分析的基础上，选择性能合适的材料。培养学生实事求是、严谨认真的紧跟工程材料前沿发展，了解专业最新研究成果及研究动向。支撑课程目标课程目标1、2、3第四单元铸造成形（学时数：6学时）课程主要内容铸造生产的实质、特点和用途；合金的铸造性能及其铸件质量的影响；常用铸造合金的种类和铸造特点；砂型铸造的生产工艺过程，手工造型和机械造型的工艺特点；铸造工艺的制定原则及结构工艺性；常用特种铸造方法的特点，能对典型铸件选用合理的铸造方法；重点和难点（1）合金的铸造性能及其铸件质量的影响；（2）砂型铸造和常用特种铸造方法的特点；（3）典型铸件选用合理的铸造方法；（4）铸造工艺的制定原则，能绘制典型铸件的铸造工艺简图；（5）常用铸铁合金的获得方法及铸造特点；（6）分析零件铸造的结构工艺性。3.教学方法教学以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，引入实例进行课堂讨论，锻炼学生分析问题和解决问题的能力。采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。4.学生学习预期成果熟悉金属铸造成形的基本理论和基本知识，区别砂型铸造工艺、特种铸造工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。能够应用所学知识，在对实际问题进行分析的基础上，针对具体材料及成形工艺的特点，确定工艺路线以及成形工艺参数，初步制定出成形工艺方案。对失效零件，能够对其进行简单分析，并优化加工方案。支撑课程目标课程目标1、2第五单元金属压力加工成形（学时数：6学时）1.课程主要内容金属塑性变形的实质，冷变形的特点，热变形的特点；金属的锻造性能；金属的自由锻和模锻各自的特点和结构工艺性；冲压的特点，基本工序和变形工序；冲压的结构工艺性；其他特种压力加工。2.重点和难点（1）压力加工的实质、特点和分类；（2）金属的锻造性能及影响因素；（3）自由锻和模锻的特点和工艺过程，能绘制简单锻件图；（4）对典型锻件具有较合理地选用锻造方法的能力；（5）板料冲压的特点、工艺过程及应用；（6）分析中小型零件锻造和冲压的结构工艺性。3.教学方法(1)教学以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，(2)引入实例进行课堂讨论，锻炼学生分析问题和解决问题的能力。(3)采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。4.学生学习预期成果熟悉金属压力加工成形的基本理论和基本知识，区别自由锻、模锻、板料冲压工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。能够应用所学知识，在对实际问题进行分析的基础上，针对具体材料及成形工艺的特点，确定工艺路线以及成形工艺参数，初步制定出成形工艺方案。对失效零件，能够对其进行简单分析，并优化加工方案。支撑课程目标课程目标1、2第六单元焊接成形（学时数：6学时）1.课程主要内容焊接工程理论基础常用焊接方法常用金属材料的焊接性2.重点和难点焊接冶金过程；焊接接头金属组织与性能的变化；焊件焊接应力、变形的影响；焊接方法和焊接材料的特点；金属的焊接性能，常用金属的焊接特点；焊件的结构工艺性。3.教学方法教学以课堂讲授为主，对课程中的重点和难点重点讲解，引入实例进行课堂讨论，锻炼学生分析问题和解决问题的能力。采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。通过课堂提问和课后作业调动学生的学习积极性，培养学生的自学能力。4.学生学习预期成果熟悉金属焊接成形的基本理论和基本知识，区别常用焊接工艺工艺流程、常用的造型方法及应用领域。能够应用所学知识，在对实际问题进行分析的基础上，针对具体材料及成形工艺的特点，确定工艺路线以及成形工艺参数，初步制定出成形工艺方案。对失效零件，能够对其进行简单分析，并优化加工方案。支撑课程目标课程目标1、2第七单元课程研究项目（学时数：6学时）1.课程主要内容课程研究项目为《工业用钢热处理工艺制定》，每3-4名同学一组，相互协作完成《工业用钢热处理工艺制定》所规定的研究内容。每组同学需根据零件的服役环境特点完成工业用钢的选材、制造流程、最终热处理设计，并对微观组织和关键性能指标进行分析。具体流程如下：1、相关文献查阅2、材料的热处理工艺路线的确定3、热处理参数的设计4、编写热处理工艺卡片5、认真进行方案分析，完成组织及性能分析；6、编写设计说明书一份。2.重点和难点（1）材料的热处理工艺路线的确定（2）热处理工艺参数的确定3.教学方法分组讨论：每3-4名同学一组，相互协作完成《工业用钢热处理工艺制定》所规定的研究内容。每组同学需根据零件的服役环境特点完成工业用钢的选材、制造流程、最终热处理设计，并对微观组织和关键性能指标进行分析，并最总完成报告。4.学生学习预期成果在对实际问题进行分析的基础上，针对具体材料及成形工艺的特点，确定工艺路线以及热处理工艺参数，初步制定出成形工艺方案。掌握热处理工艺设计基本技能，具有查阅和应用手册、资料等文献能力。掌握工业用钢的主要用途；掌握钢在热处理时的组织演变；初步建立材料-性能-热处理-组织的对应关系。支撑课程目标课程目标2、3第8单元应用性实验（学时数：4学时）1.课程主要内容由学生根据实验室提供的设备材料自主完成2个实验项目。（1）实验一铁碳合金平衡组织观察实验设备及材料：金相显微镜、碳钢试样。实验原理：碳钢是化学成分最简单的钢铁材料，在平衡条件下，其微观组织可以根据Fe-C相图进行预测。在教师指导下完成组织观察和试验报告，达到以下目的：（1）使用金相显微镜观察微观组织。（2）学生独立完成实验与结果分析。（2）实验二常用材料显微组织观察铸铁的显微组织：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、高速钢W18Cr4V：铸态、淬火、淬火回火态、铅基轴承合金。2.重点和难点（1）理解不同成分铁碳合金平衡冷却过程。（2）区别不同成分铁碳合金的组织形貌特征。（3）区别不同常用材料的显微组织特征。3.教学方法实验教学法：用显微镜观察不同材料的组织特征，画出组织形貌、表明各组织组成物名称、材料名称、助理条件、侵蚀方法、放大倍数。4.学生学习预期成果（1）分析不同成分铁碳合金平衡冷却过程。（2）区别不同成分铁碳合金的组织形貌特征。（3）认识各种铸铁、典型合金钢及铅基轴承合金的显微组织特点。支撑课程目标课程目标1、2（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元材料的基础知识讲授法、案例分析、阶段性测验课程目标1、2、381:1第二单元钢的热处理讲授法、案例分析、阶段性测验课程目标1、2、381:1第三单元常用工程材料讲授法、案例分析课程目标1、2、341:1第四单元铸造成形讲授法、课堂讨论课程目标1、261:1第五单元金属压力加工成形讲授法、课堂讨论课程目标1、261:1第六单元焊接成形讲授法、课堂讨论课程目标1、261:1第7单元课程研究项目讲授法、案例分析、分组讨论课程目标2、361:1.5第8单元课内实验实验课程目标1、241:0.5合计48五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩25%作业（百分制）40本门课程8次作业，主要考核材料基础知识、钢的热处理、常用工程材料等内容，作业评分的具体标准（提交时间、作业正确率等）目标分值=0.4*作业平均成绩测验（百分制）40考核内容及评价细则目标分值=0.4*作业平均成绩课堂表现（百分制）20出勤、课堂提问、课堂讨论等及评价细则目标分值=0.2*成绩实践成绩15%课程研究项目50出勤、分组讨论、报告目标分值=1*课程项目成绩10%实验（百分制）50实验报告目标分值=1*实验平均成绩期末考试50%知识40考核内容考试题型填空20%、判断10%、选择10%、名词解释10%、简答题20-30%、综合题16-30%能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元材料的基础知识工程材料的分类与性能纯金属与合金的晶体结构铁碳合金相图作业、随堂测试、期末考试课程目标1、2、3第二单元钢的热处理(1)钢的热处理基础(2)钢的普通热处理(3)钢的表面热处理作业、随堂测试、期末考试课程目标1、2、3第三单元常用工程材料(1)钢中常存杂质；(2)合金元素在钢中的作用；(3)钢的分类和编号原则；(4)结构钢、工具钢、特殊性能钢的分类、编号和应用；(5)铸铁的牌号分类和应用；作业、随堂测试、期末考试课程目标1、2、3第四单元铸造成形铸造成型理论基础砂型铸造特种铸造铸件的结构设计课堂讨论、作业、随堂测试、期末考试