《工程材料》課程教學大綱

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上工程材料課程教學大綱課程名稱：工程材料課程代碼：MEAU2012英文名稱：Engineering Materials課程性質：大類基礎課程（專業(yè)基礎必修課程）學分/學時：2學分/36學時開課學期：第4學期適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化、機械電子工程、工業(yè)設計等專業(yè)先修課程：材料力學、物理化學、傳熱學、有機化學后續(xù)課程：無開課單位：機電工程學院課程負責人：陳長軍大綱執(zhí)筆人：陳長軍大綱審核人：倪俊芳一、課程性質和教學目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質及主要內容，指明學生需掌握知識與能力及其應達到的水平） 課程性質：本課程是機械設計及其自動化、過程裝備與控制工程、熱能與動力工

2、程、理論與應用力學專業(yè)的技術基礎課程之一。使學生獲得有關工程結構和機械零件常用的金屬材料和非金屬材料的基本理論和性能特點，并使其初步具備合理選擇與使用材料、正確制定零件的冷熱加工工藝路線的能力。 教學目標：工程材料為工程學基礎課。作為工程技術人員，必須具有合理選擇、正確使用材料的能力。因此，通過本課程的學習，使學生掌握必要的材料方面的基本理論，具有解決工程實踐中關于如何選用材料、確定熱處理方法、安排某零件的工藝路線等問題的能力。 本課程的具體教學目標如下：1）掌握金屬材料的成分、組織、性能之間的關系2）了解強化材料的基本方法3）初步掌握鋼的熱處理原理及基本工藝4） 熟悉鋼的牌號、性能、用途，正

3、確選用材料的基本原則教學目標與畢業(yè)要求的對應關系：畢業(yè)要求指標點課程目標對應關系說明畢業(yè)要求1：問題分析2-1能針對實際工程獨立進行材料的組織觀察和分析，并驗證測試性能的正確性。教學目標1掌握金屬材料的成分、組織、性能之間的關系，能夠針對實際工程問題中的材料來分析組織和驗證性能。教學目標2對實際工程問題中的材料強化的原因進行分析。畢業(yè)要求4：研究4-2能夠基于工程相關研究背景進行合理研究， 包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論。教學目標3根據(jù)工程相關研究背景進行可以合理制定鋼的熱處工藝教學目標4通過熟悉鋼的牌號、性能、用途來正確選用材料，通過設計材料、分析與解釋數(shù)據(jù)得

4、到合理有效的結論。二、課程教學內容及學時分配（含課程教學、自學、作業(yè)、討論等內容和要求，指明重點內容和難點內容。重點內容：«；難點內容：）1、 緒論（1學時）Ø 目標及要求：1) 材料與社會經(jīng)濟發(fā)展的關系；工程材料及其分類；2) 課程目的、任務與學習方法；課程內容，了解課程的主要教學內容、學習方法和主要參考資料。Ø 討論內容：討論材料與社會經(jīng)濟發(fā)展的關系Ø 作業(yè)內容：掌握材料的概念及其基本的分類。2、 第一章 工程材料的性能（2學時） 1.1靜載時材料的力學性能 1.2動載時材料的力學性能 1.3斷裂韌性Ø 目標及要求：1) 掌握材料的拉伸強度

5、指標，硬度的表達方法；2) 了解材料的沖擊韌度與疲勞強度；3) 了解材料的斷裂韌性；Ø 討論內容：不同材料的拉伸曲線形狀的差異。Ø 作業(yè)內容：繪制低碳退火鋼的拉伸曲線以及相應的強度指標。Ø 自學拓展：查看壓縮及彎曲的強度指標。3、 第二章 晶體結構與結晶（6學時） 2.1金屬的晶體結構 2.2實際晶體結構 2.3非金屬晶體 2.4金屬的結晶Ø 目標及要求：1) 掌握晶體和特點，了解理想晶體的晶體結構；2) 理解實際晶體中的晶體缺陷；3) 了解非金屬晶體；4) 理解結晶的條件和結晶的過程。Ø 討論內容：理想晶體和實際晶體的區(qū)別和聯(lián)系，金屬結晶的條

6、件和方式。Ø 作業(yè)內容：1) 常用金屬的三種典型晶體結構的表達方式；2) 細化晶粒的方法以及金屬鑄錠的組織特點。Ø 自學拓展：實際晶體的強度為何比理想晶體要大，細晶強化的原理。4、 第三章 金屬的塑性變形（3學時）3.1單晶體、多晶體的塑性變形3.2塑性變形對金屬組織和性能的影響3.3變形金屬在加熱時的組織和性能的變化3.4金屬的熱加工3.5超塑性Ø 目標及要求：1) 理解單晶體和多晶體塑性變形的基本方式、特點及實質，掌握細化晶粒的強化方式的原理«；2) 了解塑性變形對金屬組織和性能有哪些主要影響；3) 了解變形金屬在加熱時回復、再結晶以及晶粒長大的過程

7、中組織和性能的變化«。4) 金屬冷熱加工的概念及區(qū)別Ø 討論內容：結合單晶體的變形特點討論多晶體變形過程以及細化晶粒的原理。Ø 作業(yè)內容：單晶體是如何發(fā)生塑性變形的。Ø 自學拓展：晶體在塑性變形中是如何轉動的。5、 第四章 二元合金（4學時）4.1 合金的相結構4.2 二元合金相圖4.3相圖與性能的關系Ø 目標及要求：1) 了解合金、組元、相以及組織的概念；2) 掌握合金的相結構，了解固溶體和化合物的分類«；3) 理解相圖的建立并掌握杠桿定律«。4) 理解二元合金相圖的勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖中合金的平衡結晶過程以及結晶

8、過程中各個溫度的相組成和組織組成。5) 了解相圖與性能之間的關系Ø 討論內容：共析相圖中不同合金系列的合金的平衡結晶過程和相、組織的變化情況。Ø 作業(yè)內容：計算Pb-Sn共晶相圖中過共晶鋼中的室溫下的相和組織組成。Ø 自學拓展：學習一些具有穩(wěn)定化合物的二元合金相圖的基本組成。6、 第五章 鐵碳合金（6學時）5.1 鐵碳合金的相結構與性能5.2 鐵碳合金相圖5.3 碳鋼Ø 目標及要求：1）掌握鐵碳合金的主要相結構和組織以及相應的性能；2）掌握整個鐵碳相圖的結構；3）理解鐵碳相圖并能根據(jù)相圖對七種典型合金的平衡結晶過程以及判斷每種合金的室溫相組成和組織組成；

9、4）利用杠桿定律計算七種合金的簡單室溫相組成和組織組成；5）了解碳鋼的分類方法。Ø 討論內容：七種不同合金系列的合金的室溫性能及主要區(qū)別。Ø 作業(yè)內容：計算過共晶白口鑄鐵以及過共析鋼中的室溫下的相和組織組成。Ø 自學拓展：利用二次杠桿定律計算組織組成。7、 第六章 鋼的熱處理（3學時）6.1 概述6.2 鋼在加熱時的轉變6.3 鋼在冷卻時的轉變6.4 鋼的退火與正火6.5 鋼的淬火6.6 鋼的回火6.7 鋼的形變熱處理6.8 鋼的表面淬火6.9 鋼的化學熱處理6.10 表面復層處理6.11 熱處理對零件結構設計的要求及技術條件標注6.12材料改性處理的新進展

10、16; 目標及要求：1) 奧氏體的形成溫度以及形成過程；2) 過冷奧氏體的等溫轉變和變溫轉變«；3) 掌握四把火的熱處理工藝的特點及應用«。4) 了解形變熱處理、表面淬火、化學熱處理以及表面復層處理的特點及應用。5) 了解熱處理對零件結構設計的基本要求Ø 討論內容：四把火的熱處理工藝與新型的一些熱處理方式有何相同和異同點。Ø 作業(yè)內容：1.亞共析鋼及過共析鋼淬火加熱溫度應如何選擇？2.45鋼正火與調質后的組織與性能差別。8、 第七章 合金鋼（3學時）7.1 合金元素在鋼中的作用7.2 合金鋼的分類和編號方法7.3 合金結構鋼7.4 工具鋼7.5 特殊性能

11、鋼7.6工程材料的新進展Ø 目標及要求：1) 了解合金元素在鋼中的作用；2) 掌握合金鋼的分類及編號方法；3) 了解合金結構鋼的編號方法及其性能特點。4) 了解工具鋼和特殊性能鋼的編號方法及性能特點。Ø 討論內容：不同鋼種的編號方法的區(qū)別與聯(lián)系。Ø 作業(yè)內容：熟悉合金鋼的分類方法以及編號方法。9、 第八章 鑄鐵（2學時）8.1 概述8.2 常用鑄鐵8.3 合金鑄鐵Ø 目標及要求：1) 了解鑄鐵的特點及分類；2) 掌握鑄鐵的石墨化及影響因素«；3) 了解灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵以及球墨鑄鐵的分類、牌號、特點及應用。Ø 討論內容：鑄鐵的石墨化程

12、度不同對室溫下的組織和性能有哪些影響。Ø 作業(yè)內容：熟悉鑄鐵的分類方法和表示方法。Ø 自學拓展：鑄鐵中的孕育劑和球墨劑的作用原理。10、 第九章 有色金屬及其合金（2學時）9.1 鋁及其合金9.2 銅及其合金9.3 鈦及其合金9.4 鎂及其合金9.5 鋅及其合金9.6 軸承合金Ø 目標及要求：1) 掌握鋁合金的分類及編號以及鋁合金的熱處理；2) 了解銅、鈦、鎂、鋅以及軸承合金的分類方法及性能特點«；Ø 討論內容：鋁合金固溶時效的過程。Ø 作業(yè)內容：了解鈦合金的分類方法。Ø 自學拓展：學習一些自己感興趣的其他合金的分類及相關的

13、金屬學知識。11、 第十章 非金屬材料（2學時）10.1 高分子材料的基礎知識10.2 高分子材料10.3 陶瓷10.4 復合材料Ø 目標及要求：1) 了解非金屬材料的分類方法«；2) 了解高分子材料、陶瓷材料以及復合材料的性能及應用«。Ø 討論內容：非金屬與金屬材料的應用上的不同。Ø 作業(yè)內容：12、 第十一章 材料的選用（2學時）11.1 選材的一般原則12.2 零件的失效與選材12.3典型零件的選材與工藝Ø 目標及要求：1) 了解選材的一般原則2) 了解根據(jù)材料的工況來進行選材及其熱處理方式Ø 討論內容根據(jù)內燃機的工作

14、情況，分析各構件（汽缸體（蓋、套）、活塞（活塞環(huán)）、 連桿、曲軸、正時齒輪、凸輪（軸）、氣門、氣門彈簧的選材及工藝規(guī)范。Ø 作業(yè)內容將內燃機中的活塞的選材及工藝規(guī)范制定出來。三、教學方法在教學方式上，根據(jù)具體教學內容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習、發(fā)現(xiàn)學習法和自學指導法，通過引入問題和啟發(fā)式教學，使學生更加明確教學內容的知識體系，引導學生主動學習，激發(fā)內在學習動機，提高課堂的積極性。工程材料課堂上會出現(xiàn)概念多、理論較抽象，因此要注意理解與記憶，另外課程實踐性強，與工程實際關系密切，因此授課時注意理論聯(lián)系實際。教學內容體系、前后關聯(lián)和相關重點 本課程中的內容第一章可以作為

15、獨立的章節(jié)，作為對材料整體的性能有一個初步的認識，后來從第二章晶體結構開始到第六章結束，基本上一環(huán)套一環(huán)的關系，哪一章都缺一不可。而到了第七章和第八章的合金鋼和鑄鐵基本上是對鋼鐵材料知識上的一種補充，基本可以自學完成，再到后面的第九章和第十章是對工程材料認識的一種補充，讓學生知道除了鋼鐵材料還有有色金屬材料以及非金屬材料。而最后一章材料的選材是學完整個工程材料后的一個選材應用原則，對整個知識點的一個很好的復習。結合具體教學內容，本課程所采用的教學方法說明如下：1）掌握金屬材料的成分、組織、性能之間的關系2）了解強化材料的基本方法3）初步掌握鋼的熱處理原理及基本工藝4） 熟悉鋼的牌號、性能、用途

16、，正確選用材料的基本原則1. 理想和實際晶體的結構以及金屬的結晶。教學內容的原理性比較強，所涉及原子的排列以及原子的運動問題。在教學中采用講授法、演示法和討論法相結合，將抽象問題具體化。在講授原理的基礎上，將原子抽象成小球，強化學生對晶體結構的理解，促進學生掌握教學內容的知識體系。2. 強化材料的基本方法。教學內容貫穿在整個教學內容中。在教學中采用講授法、演示法、列舉法相結合的方式。在講授每種強化方法時，都列舉一些實際生產實踐中的生產實例，再結合基本原理共同講解各種強化方式，讓學生對各種不同的強化方式有進一步的理解。3. 合金的相結構，合金相圖。教學內容對于缺乏實際經(jīng)驗的學生而言，內容比較抽象

17、。教學中采用講授法、列舉法以及拓展法相結合的方式。開始教學時，只講授相結構的定義，給出與相結構以及組織相關的不同合金的金相以及掃描電鏡的照片，結合圖片進一步講解相以及組織的概念。合金相圖中對于不同的合金結合前面所學的相以及組織的概念對不同合金的平衡結晶過程進行講解，進而對合金的相以及組織的概念更深刻的認識。4. 鐵碳合金。運用啟發(fā)法引導學生主動思考，在前面章節(jié)中的二元合金相圖學習的基礎上，首先認識整個合金相圖以及鐵碳相圖中的主要組織和相，然后引導學生將鐵碳相圖中的七大合金系列的合金逐一進行平衡結晶過程的講解。5. 鋼的熱處理。采用講授法、演示法以及列舉法相結合的方式將鋼在加熱和冷卻時的相和組織的轉變進行講解，并列舉不同的例子將所學的四把火的過程及組織的變化演示清楚。在教學方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學環(huán)節(jié)都應具有明確的目的性。同時，以上教學方法需要根據(jù)教學過程中的實際效果、學生對知識點的掌握和應用情況不斷改進。教學效果不好、學生對知識點理解程度不高時，應適當調整教學方法，適當增加演示法，或在講授后續(xù)教學內容時，引導學生前后聯(lián)系，結合前置難點內容進行討論，強化知識掌握。在學生對知識掌握情況較好，系統(tǒng)性較好、實驗訓練效果較好的情況下，適當提高教學內容或實驗內容的難度，或增加發(fā)現(xiàn)學習法和自學指導法，設置具