机械工程材料课程教学大纲

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1、机械工程材料课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：050157课程名称：机械工程材料英文名称：Mechanical Engineering Material课程类别：专业基础课 学 时：45（其中理论34学时、实验9学时、讨论2学时）学分：2.5适用对象: 机械设计制造及其自动化、机械与电子专业考核方式：考试（平时成绩（包括作业完成情况，上课出勤率，上课提问）占总成绩的30%）先修课程：高等数学，大学物理，化学，金工实习二、课程简介本课程介绍机械工程材料的结构、凝固、结晶与相图，材料的力学行为、塑性变形与再结晶，机械工程材料的强韧化，常用金属材料，聚合物、无机与复合材料，机械工程材料的合理选用

2、等内容。The Structure of Solid Materials，Materials Manufacture and Phase Diagrams，Materials Mechanical Behaviour，Plastic Deformation and Recrystallization，Strengthening and Toughening of Materials，Common Metal Materials，Polymers,Ceramics and Composites，Rational Selection and Application of Materials wer

3、e introduced in this course.三、课程性质与教学目的1.课程性质：机械工程材料课程是机械设计制造及其自动化专业必修的学科基础课。课程的重点是研究金属材料的性能与成分、组织及热处理之间的关系，为学习有关课程及合理选用材料奠定必要的基础。2.教学目的：通过本课程的学习，使学生获得金属材料及热处理方面的基本理论，掌握一些机械工程材料的组织特性、物理本质、力学性能及常用工程材料的一些基本知识。 熟悉各种常用工程材料的化学成分、牌号、性能及热处理特点，掌握各种工程材料的选材及热处理方法，了解工程材料常用的表面强化方法。了解与工程材料有关的新材料和新型强化处理技术及其发展概况。四

4、、教学内容及要求 第一章 概论（一）目的与要求1.明确学习本课的目的、要求和方法 2.了解材料科学的发展的现状与动态 3.掌握常用工程材料的分类 （二）教学内容第一节 材料科学的发展及机械工程材料的概念1.主要内容介绍中华民族对材料发展的重大贡献，新材料新工艺的发展现状。2.基本概念和知识点3.问题与应用（能力要求）第二节 学习本课的目的、要求和方法1.主要内容本课程的性质、学习目的、要求和方法第三节 工程材料的分类1主要内容材料的结合键，工程材料的分类、各类工程材料的性能特点2基本概念和知识点工程材料的分类、常用机械工程材料及应用场合3问题与应用（能力要求）根据材料的结合键，可将工程材料分为

5、四类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。 （一）课后练习课后练习2题（二）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课，并结合课程内容，浏览相关网站，对工程材料的应用有所了解第二章 材料的结构与性能（一）目的与要求1金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构，2了解金属材料的组织及性能。3了解高分子材料的结构与性能。 （二）教学内容 第一节 金属的晶体结构1.主要内容介绍三种常见金属的晶体结构：体心立方晶格（胞）、面心立方晶格（胞）、密排六方晶格（胞）2.基本概念和知识点晶格常数、晶胞原子数、致密度、晶面指数与晶向指数 材料静载时的各种力学性能1.问题与应用（能力要求）三种常

6、见金属的晶体结构的晶胞原子数及致密度的计算；晶面指数与晶向指数的表示方法 第二节 晶体缺陷和合金的结构1.主要内容实际金属中含有点缺陷、线缺陷、面缺陷三类晶体缺陷2.基本概念和知识点空位、间隙原子、异类原子、位错、晶界、亚晶界、细晶强化3.问题与应用（能力要求）掌握晶体缺陷实际金属性能的影响第三节 金属材料的性能1.主要内容介绍机械工程材料受载时表现出的各种力学行为，如、抗拉强度等，及相应的测试方法2.基本概念和知识点材料的强度指标、塑性指标、硬度、冲击韧性、金属材料的性能特点3.问题与应用（能力要求）掌握硬度、抗拉强度的测试方法（三）实践环节与课后练习实验1个(布氏和洛氏硬度测定（2h）)、

7、课后练习4题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课，展示相关电子模型及电子图片第三章 金属材料组织和性能的控制（一）目的与要求1了解铁碳相图、熟悉典型铁碳合金的平衡结晶过程，杠杆定律2掌握铁碳合金的成分-组织-性能关系。3熟悉钢的热处理工艺4熟悉合金元素在钢中的作用5表面技术部分作一般了解。（二）教学内容第一节 纯金属的结晶1.主要内容介绍金属的结晶条件、结晶过程、细化铸态金属的晶粒的措施2.基本概念和知识点熔点、结晶温度、过冷度、生核和长大、同素异构转变3问题与应用（能力要求）熟悉细化晶粒的常用措施第二节 合金的结晶1.主要内容主要介绍发生匀晶反应的合金的结晶过程和发

8、生共晶反应的合金的结晶过程。2基本概念和知识点匀晶相图和共晶相图、固溶体和金属化合物3问题与应用（能力要求）了解匀晶反应及所获得的组织；理解共晶反应及所获得的组织第三节 铁碳合金的结晶1主要内容介绍铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程。并介绍铁碳合金的成分-组织-性能关系。2基本概念和知识点铁碳相图、亚共析钢的平衡结晶过程、共析钢的平衡结晶过程、过共析钢的平衡结晶过程、成分-组织-性能之间的关系3问题与应用（能力要求）掌握不同成分的铁碳合金的平衡结晶过程第四节 金属的塑性加工1主要内容介绍金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响，以及再结晶对金属组织和性能的影响。2基本概念和知识

9、点塑性变形、再结晶及它们对金属组织和性能的影响3问题与应用（能力要求）熟悉金属的塑性加工、再结晶对金属组织和性能的影响规律。第五节 钢的热处理1主要内容主要介绍热处理的原理和热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理），以及钢的热处理新技术。并介绍合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能、工艺性能的影响。2. 基本概念和知识点过冷奥氏体的等温转变（C曲线）、过冷奥氏体的连续冷却转变，钢的淬透性、淬硬性。退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理3. 问题与应用（能力要求）熟悉钢的热处理工艺及合金元素在钢中的作用第五节 表面技术1主要内容介绍电刷镀、热喷涂、气

10、相沉积、激光表面改性等新技术。2基本概念和知识点常用表面技术的特点及作用3问题与应用（能力要求）表面技术部分作一般了解（三）实践环节与课后练习实验1个(碳钢显微组织的观察与分析（3h）)、课后练习8题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课，浏览相关网站，收集材料生产和加工新技术有关资料，拓宽知识面。若有条件，参观机械厂、热处理厂，以便对金属材料的生产和加工过程有所了解。理论联系实际，学习效果会更好。第四章 金属材料（一）目的与要求1着重掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应用。2熟悉铸铁、有色金属的牌号、成份、热处理工艺、组织、牌号及其应用。

11、3一般了解钛合金的牌号、性能特点（二）教学内容 第一节 碳钢1.主要内容介绍碳钢的分类方法、成份和主要应用。2基本概念和知识点常用金属材料的牌号：普通碳素结构钢（Q215、Q235等）、优质碳素结构钢（20、45、60等）、碳素工具钢（T8、T10、T12等）3问题与应用（能力要求）掌握碳钢的分类方法、不同牌号的钢材其应用领域不同。第二节 合金钢1.主要内容介绍各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能和应用。2基本概念和知识点合金钢的牌号、低合金结构钢（16Mn、15MnVN40Cr）、调质钢（40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi）、渗碳钢（20Cr、20MnVB、2

12、0CrMnTi、18Cr2Ni4WA）、弹簧钢（65Mn、50CrV、60Si2Mn）、轴承钢、低合金刃具钢、高速钢、不锈钢、冷模具钢、热模具钢3问题与应用（能力要求）掌握合金钢的分类方法、不同合金钢的应用领域第三节 铸钢、铸铁1主要内容介绍铸钢、铸铁的类型，石墨形态、基体组织对铸钢、铸铁的性能的影响。2基本概念和知识点铸钢主要用于制造形状复杂、需要一定强度、塑性和韧性的零件件；铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁3问题与应用（能力要求）了解铸铁中石墨形态、基体组织对铸铁的性能的影响第四节 有色金属1主要内容有色金属的牌号、成份、热处理工艺、组织、性能及其应用2基本概念和知识点铝合金、铜

13、合金的特殊的机械性能和理化性能，常用铝合金（LF5、LY11、LC4、ZL102等）、常用铜合金（H80、H62、QSn6.5-0.1、QAl9-4、QBe2等）、锡基轴承合金（ZChSnSb11-6）3问题与应用（能力要求）了解常用铝合金、铜合金的牌号及应用（三）实践环节与课后练习实验1个（常用机械工程材料的显微组织观察与分析（3h）、课后练习4题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课，浏览相关网站，收集材料生产和加工新技术有关资料，拓宽知识面。学习合金钢内容时可安排一次讨论第五章 高分子材料（一）目的与要求1熟悉常用高分子材料的特性、应用及制品2了解合成纤维、橡胶和

14、胶粘剂的性能特点和用途（二）教学内容第一节 工程塑料1主要内容工程塑料是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料。塑料的组成除合成树脂外, 还加入填料、固化剂和稳定剂等添加剂。常用工程塑料：热塑性塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂；热固性塑料：酚醛树脂、环氧树脂2基本概念和知识点塑料的组成与分类、热塑性塑料和热固性塑料3问题与应用（能力要求）熟悉工程塑料的特性与应用第二节 合成纤维1主要内容介绍合成纤维的制作方法及机械工程上常用的合成纤维：聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)2基

15、本概念和知识点工程上常用的合成纤维：聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇纤维(维纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚氯乙烯纤维(氯纶)3问题与应用（能力要求）了解合成纤维的特点和用途第三节 橡胶1主要内容介绍合成橡胶及制品，胶粘剂的性能、胶接对象及使用条件 2.基本概念和知识点合成橡胶及制品，胶粘剂3问题与应用（能力要求）合理选用橡胶及制品及胶粘剂（三）课后练习课后练习2题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课，学习本章时应注意联系工作、生活中接触到的高分子材料制品，分析其属于何种高分子材料，为什麽用这种材料来制造该制品，以进一步了解不同高分子材

16、料的特性及其用途。第六章 陶瓷材料（一）目的与要求1熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径和应用。 2对其它陶瓷材料作一般了解。（二）教学内容第一节 普通陶瓷1主要内容介绍陶瓷材料的意义和分类，叙述工程陶瓷的基本工艺过程，讨论普通陶瓷（包括日用陶瓷和工业陶瓷）的组成、性能特点和应用。2基本概念和知识点普通陶瓷的组成、性能特点和应用3问题与应用（能力要求）了解普通陶瓷的组成、性能特点和应用第二节 特种陶瓷1主要内容介绍特种陶瓷的组成、性能特点和应用2基本概念和知识点氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷3问题与应用（能力要求）熟悉特种陶瓷的性能特点、改善性能的途径及应用（三）课后练习课后

17、练习2题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课。第七章 复合材料（一）目的与要求1了解复合材料复合机制和原则2弄清复合材料比组成材料性能优越的原因3熟悉常用复合材料的性能，了解其应用（二）教学内容第一节 复合材料的组成及特点1主要内容介绍复合材料的组成，类型及性能，复合材料是由金属材料、高分子材料和陶瓷材料中任两种或几种物理、化学性质不同的物质，经一定方法得到的一种新的多相固体材料。复合材料改善或克服了组成材料弱点，使能按零件结构和受力情况并按预定的、合理的配套性能进行最佳设计，可创造单一材料不具备的双重或多重功能，或在不同时间或条件下发挥不同的功能2基本概念和知识点基

18、体相和增强相、比强度和比模量3问题与应用（能力要求）了解复合材料的组成及性能特点第二节 金属基复合材料1主要内容介绍金属基复合材料的组成，类型及性能，金属基复合材料如金属陶瓷等在汽车工业、航空航天等领域中的广泛应用2基本概念和知识点金属基纤维复合材料和颗粒复合材料的复合机制与原则3问题与应用（能力要求）熟悉金属基复合材料的性能比组成材料性能优越的原因第三节 非金属基复合材料1主要内容介绍玻璃纤维增强塑料、聚合物复合材料及碳-碳复合材料2基本概念和知识点玻璃纤维增强塑料、聚合物复合材料及碳-碳复合材料的性能及应用3问题与应用（能力要求）了解非金属基复合材料的应用（三）课后练习课后练习2题（四）教

19、学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课。结合实际，学习本章内容。如考察、对比各种小轿车，找出哪些部件使用复合材料制成，分析它们采用复合材料制造的原因。第八章 机械零件的失效与选材原则（一）目的与要求1掌握机械零件选材原则。2了解各种失效形式（畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效）的特点，了解依据不同的失效形式进行选材分析方法和过程。（二）教学内容第一节 零件失效形式及分类1主要内容按照失效模式与失效机理对零件失效形式进行分类，介绍各种失效形式，包括畸变失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效。2基本概念和知识点失效及各种失效形式3问题与应用（能力要求）了解各种失效形式（畸变失效、断

20、裂失效、磨损失效及腐蚀失效）的特点第二节 机械零件选材原则1主要内容机械零件选材的三个原则、依据不同的失效形式进行选材分析2基本概念和知识点材料的使用性能、材料的工艺性能、材料的经济性、机械零件选材原则及选材分析3问题与应用（能力要求）熟悉几种常见零件的选材（三）课后练习课后练习2题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课。本章开始接触到材料的实际应用，学习如何正确选材。应当综合应用前面几章的基础知识。第九章 典型工件的选材及工艺路线设计（一）目的与要求1掌握：齿轮（机床和汽车齿轮）、轴类零件、刃具的工作条件、失效形式、性能要求及选材，进行工艺路线分析。2熟悉弹簧（如汽车

21、板簧、气门弹簧）的工作条件、失效形式、性能要求、选材，工艺路线分析。（二）教学内容第一节 齿轮1主要内容主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析，齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢，如机床齿轮用中碳钢或中碳合金钢，汽车齿轮用合金渗碳钢。2基本概念和知识点齿轮零件的受力分析、齿轮零件的用钢3问题与应用（能力要求）熟悉机床齿轮用中碳钢或中碳合金钢，汽车齿轮用合金渗碳钢及相应工艺路线。第二节 轴类零件1主要内容介绍轴类零件应具备的性能、用材及一般工艺路线要求并举例说明2基本概念和知识点轴类零件应具备强度并兼顾冲击韧性和表面耐磨性。轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造，如

22、机床主轴可选用45钢，内燃机曲轴主要用优质中碳钢或中碳合金钢制造。3问题与应用（能力要求）熟悉轴类零件的常用材料及工艺路线第三节 刃具1主要内容介绍刃具应具备的性能、用材及一般工艺路线要求2基本概念和知识点刃具主要要求硬度、耐磨性和红硬性。可根据不同的使用条件选用碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，如手动刃具可用T8、T10等碳素工具钢，低速切削刃具可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn制造，高速切削刃具需选用高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2制造等3问题与应用（能力要求）熟悉不同用途刃具的性能要求及选材第四节 弹簧1主要内容介绍弹簧对材料性能的要求及弹簧用材2基本概念

23、和知识点弹簧主要要求高的弹性极限、高的屈强比和高的疲劳强度。弹簧一般选用碳素钢、合金弹簧钢和铜合金等金属材料制造，如汽车弹簧用65Mn、60Si2Mn钢制造，气门弹簧用50CrMn、55SiMnMoV等钢制造3问题与应用（能力要求）熟悉弹簧（如汽车板簧、气门弹簧）的工作条件、失效形式、性能要求、选材。（三）课后练习课后练习3题（四）教学方法与手段采用多媒体教学手段，利用制作的电子教案授课。注意观察机床（车床或刨床)、汽车的结构，分析各重要部件和零件的工作条件、失效形式、性能要求、练习选材。五、各教学环节学时分配教学环节教学时数课程内容讲课习题课讨论课实验其他教学环节小计第一章 绪论11第二章

24、材料的结构与性能636第三章 金属材料组织和性能的控制53210第四章 金属材料92314第五章 高分子材料22第六章 陶瓷材料22第七章 复合材料33第八章 机械零件的失效与选材原则22第九章 典型工件的选材及工艺路线设计22合计342945六、推荐教材和教学参考资源推荐教材：1朱张校主编. 工程材料（第三版）.北京：清华大学出版社，20012齐宝森、姜边洁等主编. 机械工程材料. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002参考书：1史美堂主编. 金属材料及热处理. 上海：上海科学技术出版社，19802王章忠主编. 机械工程材料，北京：机械工业出版社，2003学习网站：http:/202.194.14.194/jxgc/ 修订日期：2007年4月13日 审定日期：2007年4月23日