工程材料及其成型基础大纲

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《工程材料及其成型基础》课程教学大纲（FundamentalsofEngineeringMaterialandTheirManufacturingTechnology）课程编号：011103学分：4学时：78（其中：讲课学时：68实验学时：10上机学时：0）先修课程：画法几何与机械制图后续课程：机械设计、金属切削原理与刀具、机械制造工艺学适用专业：机械设计制造及其自动化开课部门：机械工程学院一、课程的性质与目标《工程材料及其成型基础》课程是以材料成形与加工工艺为主的工艺技术性基础课。它是对工科大学生进行现代机械工程制造技术和综合工程素质教育的重要基础课程。通过本课程学习，应达到以下基本要求：1、掌握常用工程材料的性能、结构、牌号和应用范围。2、熟悉铁碳合金状态图，并能据图分析碳钢成分、组织和性能之间的关系。3、了解金属热处理的基本原理，熟悉常用热处理方法及其应用。4、了解常用非金属材料的组成、特性及应用；5、熟悉铸造、压力加工和焊接方法的基本原理、现代技术、工艺特点和应用范围。6、了解零件结构工艺性的基本知识，能改进较明显不合理的结构设计。7、了解选择材料及加工方法的经济性，具有选择材料、毛坯和制定简单零件加工工艺规程的能力。二、课程的主要内容及基本要求 第0章绪论（2学时）[知识点]机械制造基础课程主要内容和机械制造技术发展概况，机械产品生产全过程概念，材料成形与加工在机械工业中的地位和作用，学习本课程的要求和方法。[重点]机械产品生产全过程概念，材料成形与加工在机械工业中的地位和作用。[难点]机械产品生产全过程概念，材料成形与加工在机械工业中的地位和作用。[基本要求]明确本课程的作用与学习内容和方法。第1章金属材料的力学性能（3学时）[知识点]材料的力学性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。[重点]强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念。[难点]强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度的区分理解。[基本要求]掌握机械行业中常用金属材料的力学性能指标。[实践与练习]本部分内容建议开设“硬度实验”。通过实验让学生进一步理解硬度测量的原理，掌握布氏硬度、洛氏硬度的测量方法。1、弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有什么关系？2、何谓硬度？简述布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的试验原理及应用范围。3、疲劳破坏是怎么产生的？提高零件疲劳强度的方法有哪些？第2章金属及合金的结构与结晶（7学时）[知识点]金属的结构与结晶， 晶体与非晶体，三种常见的晶格类型，多晶体、金属的缺陷及其对金属性能的影响，结晶的概念，结晶的基本过程，结晶过程对晶粒大小的影响。合金的结构与相图。[重点]金属的特性，金属的晶体结构，晶体缺陷，金属的结晶，合金的概念，固态合金中的相结构，二元合金相图。[难点]位错、过冷度、二元合金相图。[基本要求]掌握金属的特性、晶体结构、晶体缺陷、金属的结晶过程，熟练掌握二元合金相图。[实践与练习]1、何谓晶体、晶格、晶胞？常见的晶格类型有哪些及代表金属？2、简述金属的结晶过程。3、晶粒大小对金属力学性能有何影响，影响晶粒度的因素有？第3章铁碳合金相图（10学时）[知识点]铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的定义，符号，性能与特点，铁碳合金状态图，图形的特征点，线和区域组织，典型铁碳合金的平衡结晶过程，铁碳合金成分、组织和性能的关系。[重点]同素异构转变的概念、铁素体、奥氏体、渗碳体的概念及其特性、铁碳合金相图、含碳量对钢组织与性能的影响。[难点]相与组织的区分，铁碳合金状态图，铁碳合金相图的特征点、线和区域组织，典型铁碳合金的平衡结晶过程，含碳量对钢组织与性能的影响。[基本要求]熟练掌握同素异构转变的概念、铁素体、奥氏体、渗碳体的概念及其特性，会默画出铁碳合金相图，掌握各种典型铁碳合金的平衡结晶过程及含碳量对钢组织与性能的影响。 [实践与练习]本部分内容建议开设“显微镜的构造与使用”、“铁碳合金平衡组织观察”两个实验。通过“显微镜的构造与使用”实验让学生了解金相显微镜的构造和工作原理，掌握其使用的方法；通过“铁碳合金平衡组织观察”让学生进一步理解铁碳合金相图的相关知识点，掌握平衡状态下的各种不同含碳量的铁碳合金的组织及其性能上的差别、含碳量对其组织和性能的影响。1、何谓铁素体、渗碳体、奥氏体，写出它们的符号，简述其特性。2、画出铁碳合金相图，说明其中各点、线的含义，并标出各区域的组织。3、根据铁碳合金相图画出亚共析钢、过共晶白口铸铁的冷却曲线。第4章钢的热处理（10学时）[知识点]热处理的定义，目的，分类及其在机械制造中的地位，奥氏体的形成过程，奥氏体晶粒长大及其控制，过冷奥氏体的等温转变，高温转变产物的组织形态及性能，退火的种类，目的，工艺及应用，正火的目的，工艺及应用，退火与正火选择，淬火的目的及应用，淬透性的概念，影响淬透性的因素，淬透性与零件设计的关系，常见的淬火缺陷及其预防措施，回火的目的，回火工艺及其对组织和性能的影响，回火脆性，调质的概念，钢的表面热处理，渗碳、氮化、碳氮共渗及其它化学热处理简介，可控气氛热处理，真空热处理，形变热处理，复合热处理，其它表面处理技术。[重点]钢在加热时奥氏体的形成及晶粒大小和影响因素、过冷奥氏体的等温及连续转变曲线、钢的退火与正火、钢的淬火与回火、钢的淬透性与淬硬性、钢的表面热处理。[难点]过冷奥氏体的等温及连续转变曲线、钢的淬透性与淬硬性的区分、各种热处理工艺的选择。[基本要求]掌握钢在加热和冷却时的转变规律和各种热处理方法。[实践与练习] 本部分内容建议开设“铁碳合金非平衡组织观察”实验，通过实验让学生理解热处理的作用以及对钢铁材料组织、性能变化的影响。1、何谓热处理？可分为哪几类？2、简述奥氏体加热时候的转变。3、什么是临界冷却速度，有何重要意义？4、什么是退火、正火、淬火、和回火？5、常见的表面热处理方法有哪些，分别用于什么情况下？第5章工业用钢（8学时）[知识点]钢的分类，碳及其杂质对钢性能的影响，合金元素在钢中的作用，结构钢，工具钢，特殊性能钢。[重点]钢中的常存杂质，合金元素在钢中的作用，普通与优质碳素结构钢的牌号，成分、性能和用途。低合金结构钢、低碳合金结构钢，中碳合金结构钢、弹簧钢及滚动轴承钢的牌号、成分、热处理的特点和用途，刃具钢(碳素刃具钢、低合金刃具钢、高速钢)，模具钢及量具钢的牌号、成分、热处理的特点和用途，不锈钢、耐热钢、耐磨钢。[难点]合金元素在钢中的作用、各种钢的应用。[基本要求]掌握钢的分类和牌号表示方法以及应用，了解合金元素在钢中的作用。[实践与练习]1、钢中常存杂质有哪些，其作用分别是什么？2、合金元素在钢中有何作用？3、什么是调质钢？调质钢分为哪几类？简述调质钢的热处理过程。4、试比较冷作模具钢与热作模具钢的性能要求，并简单分析这两种模具钢的成分特点及用途。5、常见的特殊性能钢有哪些？第6章有色金属及其合金（4学时） [知识点]铝及铝合金、铜及铜合金、滑动轴承合金。[重点]工业纯铝，铝合金，工业纯铜，铜合金，轴承合金的性能与组织，常用滑动轴承合金。[难点]各种有色金属的应用。[基本要求]掌握各种有色金属的牌号表示方法了解其应用。[实践与练习]本部分内容建议开设“有色金属组织观察”实验，通过实验让学生进一步了解有色金属组织与黑色金属组织之间的差别以及常见有色金属组织性能上的特点。1、铝合金共分为哪几类？铝合金的强化方式有哪几种？2、黄铜的含锌量是如何影响其力学性能的？3、如何满足滑动轴承合金的性能及组织的要求？第7章非金属材料及新型材料（2学时）[知识点]高分子材料、工业陶瓷、复合材料、纳米材料、超导材料、贮氢材料、形状记忆材料、非晶态合金。[重点]常用的高分子材料、工业陶瓷、复合材料。[难点]常用的高分子材料、工业陶瓷、复合材料的应用。[基本要求]掌握常用的高分子材料、工业陶瓷、复合材料，了解一些新型材料。[实践与练习]1、塑料的主要成分是什么，分别起什么作用？2、试比较热塑性塑料和热固性塑料的结构和性能特点。 第8章铸造（6学时）[知识点]合金的铸造性能、常用铸造合金、砂型铸造、铸件工艺的制定原则及结构工艺性、特种铸造。[重点]合金的流动性，流动性对铸件质量的影响，影响流动性的因素，合金的收缩，影响收缩的主要因素，缩孔的形成及预防措施，铸件内应力、变形和裂纹形成及其防止，工艺设计内容：确立浇注位置，分型面，选择主要工艺参数，设计浇注系统及绘制铸件图，铸件结构工艺性与合金铸造性能的关系，铸件结构工艺性对铸造工艺过程的影响，铸件结构设计：铸件外形设计，铸件内腔与孔洞设计，铸件壁厚设计。[难点]铸造内应力与变形裂纹、铸件工艺的制定原则及结构工艺性。[基本要求]熟悉合金的铸造性能和常用的铸造合金，掌握砂型铸造的各种方法和铸件工艺的制定原则及结构工艺性。[实践与练习]1、常用的铸造合金有哪些，分别有什么特点？2、什么是合金的流动性，提高合金流动性的主要措施有哪些？3、缩孔和缩松是怎么形成的？防止措施有哪些？4、铸造应力有哪几种？形成原因是什么？5、确定浇注位置和分型面的原则是什么？6、零件、铸件、模样三者在尺寸与形状上有何区别？第9章金属压力加工（6学时）[知识点]金属塑性成形概述，金属塑性成形工艺种类，金属塑性变形的实质和塑性变形过程中的组织与性能，金属的锻造性及影响成形的因素，锻造，板料冲压。[重点] 金属塑性成形的条件、实质和塑性变形过程中的组织性能特点，再结晶温度，加工硬化，金属的冷变形与热变形，自由锻造，模膛锻造，锻造工艺设计内容：确定机械加工余量，锻件公差，余块，绘制锻件图，计算坯料质量和尺寸，确定加热与冷却规范，冲压特点与基本工序，冲模的分类及结构特点，冲压件的结构工艺性。[难点]锻造工艺设计，冲模的结构，冲压件的结构工艺性。[基本要求]掌握金属塑性变形的实质，熟悉各种金属塑性成形工艺、锻造和冲压工艺设计的内容、锻模和冲模的结构特点。[实践与练习]1、何谓塑性变形？塑性变形的实质是什么？2、何谓冷变形强化？它对工件性能和加工过程有何影响？冷变形强化在生产中有何实用意义？3、何谓回复与再结晶？它们对金属的组织及性能有何影响？4、如何提高金属的塑性？常用措施是什么？5、何谓锻件基本尺寸、锻件公差、始锻温度、终锻温度？6、何谓单工序模、连续模、复合模，各有何特点？第10章焊接（6学时）[知识点]金属熔焊，电弧焊，其他焊接方法，常用金属材料的焊接，焊接结构设计。[重点]焊接的分类、特点，焊接工件上温度的变化与分布，焊接接头金属组织与性能的变化，改善焊接热影响区组织性能的方法，焊接应力与产生原因，防止变形措施，焊接结构件材料的选择，焊接方法的选择，焊接接头工艺设计规范，典型焊件的工艺设计。[难点]焊接应力与产生原因，防止变形措施，焊接结构件材料的选择，焊接方法的选择，焊接接头工艺设计规范，典型焊件的工艺设计。[基本要求] 掌握焊接的分类和特点，熟悉常见的焊接工艺和典型焊件的工艺设计。[实践与练习]1、什么叫焊接热影响区？低碳钢焊接热影响区的组织与性能如何？2、焊接应力与变形的原因是什么？焊接变形的基本形式有哪几种？3、何谓金属的焊接性？钢材的焊接性主要取决于什么因素？4、何谓焊件的结构工艺性？保证焊件结构工艺性良好的一般原则有哪些？第11章机械零件材料及成型方法选用（4学时）[知识点]零件失效的定义、类型、原因及分析方法，选材的一般原则与程序，齿轮类及轴类零件的选材及改性方法示例，毛坯成型方法选用原则，选择毛坯的依据，典型机械零件毛坯成型方法选用示例。[重点]零件失效的原因及分析方法，齿轮类及轴类零件的选材及改性方法，毛坯成型方法选用原则，典型机械零件毛坯成型方法选用。[难点]齿轮类及轴类零件的选材及改性方法，毛坯成型方法选用原则，典型机械零件毛坯成型方法选用。[基本要求]掌握零件失效的原因及分析方法、毛坯成型方法选用原则。[实践与练习]1、机械零件有哪些失效形式？失效的基本原因有哪些？它们要求材料的主要性能指标分别是什么？2、选材应遵循哪些原则？3、零件毛坯选择有哪些基本原则？4、按形状和用途不同，常用机械零件有哪些主要类型？三、学时分配章目讲课实验上机合计 绪论2第一章金属材料的力学性能32第二章金属及合金的结构和结晶7第三章铁碳合金相图104第四章钢的热处理102第五章工业用钢8第六章有色金属及其合金42第七章非金属材料及新型材料2第八章铸造6第九章金属压力加工6第十章焊接6第十一章机械零件材料及成型方法选用4合计681078四、考核模式与成绩评定办法考核方式：考试。成绩评定：期评成绩=期末考试卷面成绩×70%+平时成绩×10%+实验成绩×20%的办法进行。实验成绩根据实验记分册成绩给出，平时成绩根据实际作业、课堂出勤率与表现等情况评定，具体结果参照教师日志。五、选用教材和主要参考书推荐教材：1、《机械工程材料与热加工工艺》第一版，梁戈；机械工业出版社，2006年7月。2、《机械制造基础》第一版，陈仪先；中国水利水电出版社，2005年1月。主要参考资料：1、《工程材料与机械制造基础》，齐乐华 杨方；高等教育出版社，2006年7月六、大纲说明1、本课程是一门实践性很强的课程．本课程开始前，必须完成金工实习和机械制图课程的教学内容。本课程所开设的实验参考《工程材料及其成型基础》课程实验教学大纲。2、本课程以各种加工工艺的基本原理、工艺分析和结构工艺性为重点，注意学生素质与综合分析能力培养。要特别注意贯彻启发式的教学方法，破除满堂灌式的教学方法。建议采取灵活多样的教学方式，并辅以现代化的教学手段，使课堂教学既丰富多彩，又可收到良好的教学效果。3、本大纲的教学内容，除以教师教授为主外，还应配合课堂讨论、作业和作业讲评和自学等不同方式完成。在学时锐减的情况下，不应再面面俱到，而应对基本内容着重讲清思路，讲好重点，讲明难点，加强对学生的引导和培养学生的自学能力。4、对于学生在实践教学中未曾见过而又不易理解的内容，要尽可能组织学生到生产现场参观、相应开出必要的实验或利用现代化的教学手段（录相、CAI课件和多媒体课件等）提高教学质量。5、根据每章具体内容及特点布置一定数量的习题，思考题随堂讨论。撰写人：李占君审定人：徐铭批准人：张勇执行时间：