工程材料教学大纲

工程材料教学大纲学时：45学分：2.5开课学期：4课程类别：专业必修课课程性质：专业基础课先修课程：工程力学，物理，金属工艺学教材：《工程材料》，崔占全等主编，机械工业出版社一、课程的性质、目的及任务《工程材料》是我校材料工程学院金属材料系为全校机械类冷、热加工各专业开设的校级必修课，也是机械类冷热加工各专业重要的技术基础课。本课程的任务是从机械工程材料的应用角度出发，阐明工程材料的基础理论，了解材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系；介绍常用工程材料及其应用等基本知识。本课程的目的是使学生们通过课堂教学和实验教学，掌握工程材料的基本理论及基本知识和实验技能，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理的选材及制定零件加工工艺路线的初步能力。二、课程主要内容绪论工程材料在国民经济中的地位与作用；研究对象与任务；课程内容与学习方法。第一篇工程材料的基本理论第一章材料的结构与性能第一节材料的结合方式一、结合键二、工程材料的键性三、晶体与非晶体第二节金属的结构一、纯金属的晶体结构（一）晶体的基本概念1．晶格与晶胞2．晶系3．原子半径4．晶胞中所含的原子数目5．配位数及致密度（二）常见金属的晶格类型1．体心立方晶格2．面心立方晶格3．密排六方晶格（三）立方晶系的晶面指数、晶向指数（四）实际金属的晶体结构与晶体缺陷1．点缺陷2．线缺陷3．面缺陷二、合金的相结构（一）固溶体1．固溶体的类型.2．固溶体的性能（二）金属化合物1．正常价化合物2．电子化合物.3．间隙化合物第三节金属材料的性能一、金属材料的使用性能（一）金属材料的力学性能1．弹性与刚度2．强度与塑性3．硬度4．韧性5．疲劳（二）金属材料的物理性能1．密度2．熔点3．导热性4．导电性5．热膨胀性6．磁性（三）金属材料的化学性能1．耐蚀性2．抗氧化性二、金属材料的工艺性能1．铸造性能2．锻造性能3．车削加工性能4．焊接性能5．热处理性能第四节高分子材料的结构与性能一、高分子材料的基本概念（一）高分子化合物的组成（二）高分子化合物的聚合1．加聚反应2．缩聚反应（三）高分子化合物的分类及命名二、高分子化合物的结构（一）高分子链结构（二）高分子的聚集态结构三、高分子化合物的力学状态（一）线性非晶态高分子化合物的力学状态（二）其它类型高聚物的力学状态四、高分子材料的性能特点.（一）高分子材料的力学性能特点（二）高分子材料的物理化学性能特点第五节陶瓷材料的结构与性能一、陶瓷的概念.二、陶瓷材料的结构三、陶瓷材料的性能第二章金属材料组织与性能的控制第一节纯金属的结晶一、纯金属结晶1．纯金属结晶的条件2．纯金属的结晶过程二、同素异构转变三、铸锭结构及其控制第二节合金的结晶一、二元合金结晶（一）匀晶反应合金的结晶（二）共晶反应合金的结晶（三）包晶反应合金的结晶二、合金的性能与相图的关系三、铁碳合金的结晶（一）铁碳相图.1．铁碳合金的组元2．铁碳合金中的相3．相图中重要的点和线（二）典型铁碳合金的平衡结晶过程1．铁碳合金分类2．铁碳合计平衡结晶过程（三）铁碳合金的成分、组织与性能的关系（四）铁碳相图的应用第三节金属的塑性加工一、金属的塑性变形（一）单晶体塑性变形1．滑移2．孪晶（二）多晶体的塑性变形（三）塑性变形对金属组织与性能的影响1．塑性变形对金属组织结构的影响2．塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化（一）回复（二）再结晶1．再结晶概念.2．再结晶温度及其影响因素（三）晶粒长大三、金属的热加工1．热加工与冷加工的区别2．热加工对金属组织与性能的影响第四节钢的热处理一、钢在加热时的组织转变（一）奥氏体的形成1．奥氏体的形核2．奥氏体晶粒长大3．残留渗碳体的溶解4．奥氏体成分均匀化（二）奥氏体晶粒大小及其控制1．晶粒大小的表示方法2．奥氏体晶粒度的概念3．奥氏体晶粒大小的控制二、钢在冷却时的组织转变（一）过冷奥氏体等温冷却转变曲线和连续冷却转变曲线1．共析钢过冷奥氏体等温转变曲线2．过冷奥氏体连续冷却转变曲线（二）珠光体转变1．珠光体组织形态2．珠光体的力学性能（三）马氏体转变1．马氏体的组织形态2．马氏体的力学性能3．马氏体转变的主要特点（四）贝氏体转变1．贝氏体的组织形态2．贝氏体的力学性能三、钢在回火时的组织转变1．马氏体分解2．残余奥氏体的转变3．碳化物的转变4．渗碳体的聚集长大和α相的再结晶四、钢的普通热处理（一）退火与正火1．退火2．正火（二）淬火1．淬火加热温度2．淬火冷却介质3．淬火方法4．钢的淬透性（三）回火1．低温回火2．中温回火3．高温回火4．回火脆性五、钢的表面热处理（一）钢的表面淬火（二）钢的化学热处理1．钢的渗碳2．钢的渗氮3．钢的碳氮共渗第五节钢的合金化一、合金元素在钢中的分布二、合金元素与铁和碳的相互作用1．合金元素与铁的相互作用2、合金元素与碳的相互作用三、合金元素对钢的相变的影响1．合金元素对铁碳相图的影响2．合金元素对加热转变的影响3．合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响4．合金元素对回火转变的影响第六节表面技术一、概述1．表面技术的特点2．表面技术的分类二、各种材料的表面技术简介1．热喷涂技术2．气相沉积3．激光表面改性技术4．电子束表面改性技术5．离子注入第二篇常用工程材料第三章金属材料第一节工业用钢一、钢的分类与编号1．钢的分类2．钢的编号二、结构钢（一）普通碳素结构钢（二）低合金高强钢（三）渗碳钢（四）调质钢（五）弹簧钢（六）滚动轴承钢三、工具钢（一）刃具钢1．碳素工具钢2．低合金工具钢3．高速钢（二）模具钢1．冷作模具钢2．热作模具钢（三）量具钢四、特殊性能钢（一）不锈钢.（二）耐热钢（三）耐磨钢第二节铸铁一、铸铁的分类二、铸铁的石墨化及其影响因素三、常用普通铸铁（一）灰铸铁（二）可锻铸铁（三）球墨铸铁（四）蠕墨铸铁四、特殊性能铸铁1．耐磨铸铁2．耐蚀铸铁第三节有色金属及其合金一、铝及铝合金（一）纯铝（二）铝合金1．铝合金的分类2．铝合金的强化方法3．变形铝合金4．铸造铝合金二、钛及钛合金（一）纯钛（二）钛合金三、铜及铜合金（一）纯铜（二）铜合金1．黄铜2．青铜3．白铜四、轴承合金第四章高分子材料第一节工程塑料一、塑料的组成与分类1．塑料的组成2．塑料的分类二、塑料制品的成型与加工1．塑料制品的成型2．塑料的加工三、塑料的性能特点四、常用工程塑料（一）常用热塑性塑料（二）常用热固性塑料五、塑料在机械工程中的应用第二节橡胶与合成纤维一、橡胶1．橡胶的组成2．橡胶的性能特点3．橡胶的分类4．常用橡胶材料二、合成纤维第三节合成胶粘剂和涂料一、合成胶粘剂二、涂料第五章陶瓷材料第一节概述一、陶瓷的分类二、陶瓷的制造工艺第二节常用工程结构陶瓷材料一、普通陶瓷二、特种陶瓷1．氧化物陶瓷2．氮化物陶瓷3．碳化物陶瓷4．硼化物陶瓷第三节金属陶瓷一、粉末冶金方法及其应用二、金属陶瓷第六章复合材料第一节概述一、复合材料的概念二、复合材料的分类三、复合材料的命名第二节复合材料的增强机制及性能一、复合材料的增强机制二、复合材料的性能特点第三节常用复合材料一、纤维增强的复合材料二、叠层复合材料三、粒子增强复合材料第七章其它工程材料第一节功能材料一、概述二、功能材料简介1．电功能材料2．磁功能材料3．热功能材料4．光功能材料5．其它功能材料第二节纳米材料一、概述二、纳米材料的性能特点三、纳米材料的应用第三节未来材料的发展方向第三篇机械零件的失效、强化、选材及工程材料的应用第八章机械零件的失效与强化第一节零件的失效形式及分析方法一、过量变形失效二、断裂失效三、表面损伤失效四、零件失效分析的一般方法第二节工程材料的强化与强韧化一、工程材料的强化方法二、工程材料的强韧化第九章典型零件的选材及工程材料的应用第一节选材的一般原则一、使用性能原则二、工艺性能原则三、经济性原则第二节典型零件的选材及工艺路线设计一、齿轮类零件的选材二、轴类零件的选材三、弹簧类零件的选材第三节工程材料的应用一、汽车零件用材二、机床零件用材四、仪器仪表用材四、热能设备用材五、化工设备用材六、航空航天器用材三、课程的教学要求绪论：使学生懂得工程材料在国民经济中的地位与作用；掌握该课程内容与学习方法。材料的晶体结构：材料的各种键结合方式，晶面指数、晶向指数的确定，常见晶体结构、材料的缺陷。材料的凝固：液体的结构，金属的结晶过程，晶粒大小控制及影响因素。相图：二元相图建立，二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图的分析，相图与合金性能之间的关系，Fe-Fe3C相图，含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。金属的塑变与再结晶：单晶体的塑性变形（滑移、孪生），金属的塑性变形，合金的塑性变形与强化，冷塑性变形对组织及性能的影响，回复与再结晶，金属热加工。钢的热处理：钢在加热时的转变，钢在冷却时的转变，钢的退火与正火，钢的淬火、回火工艺，淬火介质，淬透性，表面淬火，钢的化学热处理。工业用钢：钢的分类，合金化原理，结构钢（低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢），工具钢（低合金刃具钢、高合金刃具钢、冷模具钢、热模具钢、量具钢），耐磨钢，特殊性能钢（钢的耐蚀原理、18－8钢、Cr13型不锈钢、耐热钢）。铸铁：铸铁石墨化，灰口铸铁组织及性能，可锻铸铁组织及性能，球墨铸铁组织及性能，特殊性能铸铁。有色金属及合金：铝合金的时效过程，铝及其合金，铜及其合金，滑动轴承合金，钛及其合金。非金属材料：高分子材料（工程塑料，合成橡胶，合成纤维），无机材料，复合材料。工程材料的选材与应用举例。五、学时安排内容学时绪论1材料的晶体结构3材料的凝固2相图7金属的塑变与再结晶3钢的热处理5工业用钢5铸铁2有色金属及合金3非金属、高分子、复合材料4工程材料的选材与应用举例2实验4五、课程习题要求每次课后留1～3道习题及思考题以加深学生对上课内容的消化和理解六、实验内容及要求实验内容：实验一：金相显微镜的使用与Fe-Fe3C平衡组织观察实验二：铁碳合金非平衡组织观察。实验三：热处理工艺操作。实验四：铸铁及有色金属组织观察。实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生初步具备采用材料物理性能能够解决金属学中各种问题的能力。实验要求：通过实验，培养运用所学理论解决实际问题的能力，分析和综合实验结果的能力。在实验中培养学生严肃认真的态度和踏实细致、实事求是的作风。七、本课程主要参考书崔占全、邱平善工程材料哈尔滨工程大学出版社王焕庭等主编机械工程材料大连理工大学出版社史美堂主编金属材料及热处理上海科学技术出版社崔忠圻主编金属学及热处理机械工业出版社制定人：崔占全高聿为审定人：荆天辅批准人：杨庆祥2003年1月1日