《机械工程材料》教案.docx
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《机械工程材料》教案
盛年不重来，一日难再晨。
及时宜自勉，岁月不待人。
教案
2014～2015学年第1学期
学院
材料学院
系部
功能材料系
课程名称
机械工程材料及其成形技术基础
适用班级
12机械设计及自动化卓越班
主讲教师
许龙山
职称
副教授
二○一四年九月十六日
厦门理工学院教务处制
课程名称
机械工程材料及其成形技术基础
授课对象
12机械设计及自动化1-2班
课程编号
课程类型
必修课
公共基础课（）；专业基础课（√）；专业课（）
选修课
限选课（）；任选课（）
授课方式
课堂讲授（√）；实践课（）
考核方式
考试（√）；考查（）
课程教学
总学时数
56
学分数
3.5
学时分配
课堂讲授48学时；实践课8学时
基本
教材
和主
要参
考资
料
序号
教材名称
作者
出版社
出版时间
1
工程材料（第二版）
戴枝荣、张远明主编
高等教育出版社
2005年4月
2
材料成形技术基础
张亮峰主编
高等教育出版社
2011年
3
材料科学基础
潘金生主编
清华大学出版社
2003年
授课教师
许龙山
职称
副教授
授课时间
9月16日-12月18日
教学
目的
要求
教学目的：
通过本课程的学习，使学生了解材料基本性能、理解材料的基本概念、掌握一些材料的制备工艺，能初步通过设计材料的制备工艺来达到改善材料的某些性能。
基本要求：
熟悉金属材料的内部结构特点；熟悉常用金属材料的分类、牌号、主要性能及大致用途；掌握金属材料的成份，组织、性能之间的关系；熟悉金属材料的强化方法、性能检验方法、金相分析手段等。
教学
重点
难点
教学重点：
材料力学性能；材料的晶体结构；材料的相图分析。
教学难点：
金属与合金的晶体结构；合金的相结构及二元合金相图；热处理机理、金属的强化机理等。
注：
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课程教案
授课时间
9.16第一周
课次
1
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
绪论
1.工程材料的性能
1．1静载时材料的力学性能
1．2动载荷时材料的力学性能
1．3疲劳强度、断裂韧性
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解材料科学的基本范畴、研究领域及其在本专业学习中的作用
2．了解拉伸实验的基本过程
3．了解材料的疲劳强度和断裂韧性。
4．熟悉刚度、强度、塑性基本指标的含义和计算方法
5．掌握布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测量方法
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
金属材料的强度、刚度、塑性、弹性、硬度、冲击韧度、疲劳强度的含义及应用
教学难点：
材料的强度、刚度、硬度的含义及其计算
教学基本内容：
绪论（45分钟）
材料概念、分类、发展；学习要求，学习方法。
1．工程材料的性能
1．1静载时材料的力学性能（60分钟）
强度和塑性的概念，符号，测试方法；
硬度的概念；硬度的测试方法及常用的硬度指标。
1．2动载荷时材料的力学性能（15分钟）
冲击韧度的概念；冲击试验的原理、方法；冲击韧度指标的应用。
1．3断裂韧性（12分钟）
疲劳强度的概念；疲劳试验的试验方法；疲劳强度指标的应用。
总结（3分钟）
教学方法及手段：
1．强调材料在本专业中的地位来激发学生的学习热情。
；
2．通过拉伸试验的讲解引进强度、刚度和塑性指标的计算方法及其含义。
3.从生产实例入手引入硬度、冲击韧性和疲劳强度的概念、指标和试验。
4.采用多媒体课件配图片。
讨论、作业和思考题：
P8:
1-1P8：
1-2
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
9.18第一周
课次
2
授课方式
（请打√）
理论课□实验课√习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
绪论
2．材料力学性能实验
2.1材料的拉伸实验
2.2材料的硬度测量实验
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解实验的规章制度和基本实验技能
2．熟悉拉伸实验和硬度测量实验的基本过程
3．了解材料的疲劳强度和断裂韧性。
5．掌握强度、刚度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测量及结果分析
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
拉伸实验的基本操作过程及实验方法
教学难点：
材料的强度、刚度、硬度的测量结果分析
教学基本内容：
1．拉伸实验（75分钟）
实验的基本方法和原理
拉伸实验设备的操作和维护
拉伸强度的测量及曲线分析
拉伸实验报告的撰写
2材料的硬度测量实验（60分钟）
实验的基本原理
硬度测量仪的操作和注意事项
布氏硬度、洛氏印度及维氏硬度的测量
硬度实验报告的撰写
教学方法及手段：
1．言传身教，介绍自己做实验的基本方法和习惯来达到教育学生的目的
2．结合实际，测量常见的一些材料，让学生感觉到这种实验的重要性
讨论、作业和思考题：
整理实验报告
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
9.23第二周
课次
3
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
2．金属的晶体结构与结晶
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解金属晶体结构、晶体缺陷、金属晶体的结晶等基本概念，了解非金属晶体的基本类型；
2．熟悉金属的结构特征、金属结晶基本过程；
3．掌握金属的常见晶格类型、金属的实际晶体结构特点、金属结晶的基本规律；
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
金属的晶格类型、特征及结晶的基本规律。
教学难点：
金属的晶体结构特征。
教学基本内容：
2.1金属的晶体结构（55分钟）
金属晶体结构的基本概念和特性；常见的三种常见金属晶格类型；晶格的致密度、实际金属的结构特点。
晶面指数和晶向指数
2.2实际金属结构和非金属晶体（25分钟）
三种基本的缺陷：
点缺陷、线缺陷和面缺陷；三种类型的非金属晶体：
离子晶体，共价晶体，结晶型高分子聚合物。
2.2金属的结晶（55分钟）
金属结晶的基本概念、金属的结晶过程、金属结晶的晶粒大小及其影响因素、金属铸锭的结晶过程及组织、金属的同素异晶转变。
教学方法及手段：
1．利用多媒体图片组织课堂教学，并与材料性能相联系。
2．利用实际接触过的材料作为素材，浅入深出的探讨金属材料的晶格特点。
3．通过学生们自己动手画图比赛来加深对抽象晶格的理解。
讨论、作业和思考题：
P20:
2-2,2-5
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
9.25第二周
课次
4
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
绪论
3金属的塑性变形
3．1单晶、多晶体的塑性变形
3．2塑性变形对金属组织和性能的影响
3．3金属的热加工
3.4超塑性
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解单晶体和多晶体塑性变形的基本类型和形式
2了解超塑性的基本含义
3熟悉塑性变形对金属组织和性能的影响
4熟悉热加工的基本基本概念和热加工对金属组织和性能的影响。
5．掌握滑移和孪生的结构特征及典型的滑移系得计算
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
滑移和孪生的结构特征及典型的滑移系得计算
教学难点：
塑性变形对金属组织和性能的影响及滑移系数的判断
教学基本内容：
1单晶、多晶体的塑性变形（75分钟）
滑移和孪生的基本概念和结构特征，单晶体的塑性变形，多晶体的塑性变形，三种典型晶格的滑移系
2塑性变形对金属组织和性能的影响（20分钟）
3金属的热加工（30分钟）
4超塑性（10分钟）
教学方法及手段：
1.采用多媒体课件配图片。
2.结合自身的科研工作，介绍各种单晶体和多晶体的塑性变形和结构特征
3.引导学生通过网络或看文献的方式了解晶体的塑性变形实例。
讨论、作业和思考题：
P31：
3-1，3-9
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
9.30第三周
课次
5
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
4．二元合金
4．1合金的相结构
4．2二元合金相图一、匀晶相图，二、共晶相图
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解合金中的基本概念、固态合金相结构的分类、合金相图的概念和分类；
2．熟悉固态合金相中的原子排列规律及对合金性能的影响；
3．掌握固态合金中相结构的基本组成、结构特点、形成条件和性能特点。
4.掌握二元匀晶相图的含义、结晶过程及室温下的组织、各组成物相对量的计算方法。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
固态合金中相结构的基本组成、结构特点、形成条件和性能特点。
二元相图中合金的结晶过程及室温下的组织。
教学难点：
固态合金中相结构的结构和对性能的影响。
二元合金相图中各组成物相对量的计算。
教学基本内容：
4．1二元合金
4．2合金的相结构
合金中的相的概念；合金中的相结构（30分钟）
4．3二元合金相图
相图的概念与分类；（15分钟）
一、匀晶相图（45分钟）
二、共晶相图（45分钟）
教学方法及手段：
1．以金属键模型为依据，具体讲解合金的晶体结构及特征；
2．从相的角度出发介绍合金中相的基本结构，并引入单相组织和多相组织的概念；
3．以画板图的方法介绍相图的概念及分类。
举例分析相图、组成物的计算。
讨论、作业和思考题：
P46:
4-1
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
10.2第三周
课次
6
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
5铁碳合金
5．1铁碳合金的相结构与性能
5．2铁碳合金相图
一、相图分析
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．熟悉铁碳合金中的基本元素组成及基本组织类型；
2．掌握铁碳合金中基本组织的形貌特征、表现形式、基本性能特点及其在合金中的作用。
3.了解铁碳合金相图的内涵，成分、温度、结构和组成物相对重量的计算。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
铁碳合金基本组织的类型、结构特点、性能及应用。
铁碳合金相图的室温组织变化规律。
教学难点：
铁碳合金相图中各组成物相对量的计算。
铁碳合金基本组织中溶解度与析出物之间的关系。
教学基本内容：
5铁碳合金
5．1铁碳合金的相结构与性能（45分钟）
奥氏体、珠光体、铁素体、莱氏体和渗碳体结构、形貌与性能。
5．2铁碳合金相图（90分钟）
一、相图分析
相图上点、线和区间的含义，代表的变化规律。
成分确定、组成物和结构确定。
教学方法及手段：
1．以相、组织、结构等知识综合介绍铁碳合金的基本组织特征、显微组织、性能特点等；
2．结合纯铁的同素异晶转变讲解铁碳合金中组织的相互转变及室温组织形态。
3．例题讲解组织组成物的分析计算。
讨论、作业和思考题：
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
10.7第四周
课次
7
授课方式
（请打√）
理论课□实验课√习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
实验二：
铁碳合金组织观察
1铁碳合金晶相打磨实验
2合金组织观察
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解实验的基本流程和检测方法。
2．熟悉晶相打磨得基本方法及要求。
3．掌握铁碳合金组织观察
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
铁碳合金组织观察及其实验结果分析
教学难点：
。
晶相打磨得基本方法及要求及各种晶相结构的分析
教学基本内容：
1铁碳合金晶相打磨实验（45分钟）
2铁碳合金组织观察（45分钟）
3实验报告的整理（45分钟）
教学方法及手段：
1．通过理论联系实际，引导学生树立正确的科研观
2．结合自身的经验，传授相关的基本技能，使学生具有实际操作的能力。
3．通过磨晶相比赛，激发学生的学习热情。
讨论、作业和思考题：
完善实验报告
参考资料：
材料科学基础潘金生
备注：
授课时间
10.9第四周
课次
8
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
二、典型合金的结晶过程
三、铁碳合金的成分与性能的关系
5．3碳钢
一、常存杂质对碳钢性能的影响
二、碳钢的分类、编号和用途
三、碳钢的编号和用途
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解Fe-Fe3C相图中某合金的结晶过程分析方法和意义。
2．熟悉Fe-Fe3C相图中合金组成物成分和结构的确定方法。
3．掌握铁碳合金的成分、结构、组织、性能之间的变化规律。
掌握碳钢的分类、牌号和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
铁碳合金的结晶过程、组织的结构形式、室温组织变化规律，合金的性能及应用。
教学难点：
铁碳合金组织确定方法，组织组成物成分确定、相对量的确定以及变化规律。
教学基本内容：
二、典型合金的结晶过程（60分钟）
三、铁碳合金的成分与性能的关系（45分钟）
5．3碳钢（30分钟）
一、常存杂质对碳钢性能的影响
二、碳钢的分类、编号和用途
三、碳钢的编号和用途
教学方法及手段：
1．以二元合金相图为基础，结合铁碳合金的基本相和基本组织，通过板书展示的方法，分析铁碳合金的结晶过程及组织。
2．采用显微组织图片与手工绘制示意图的方法，帮助学生理解和掌握铁碳合金显微组织的基本组成、组织形态、相对量等知识。
举例分析结晶过程、室温组织变化规律和相对重量的计算。
3.结合实际介绍碳钢的应用。
讨论、作业和思考题：
P60:
5-2,5-3
参考资料：
备注：
授课时间
10.14第五周
课次
9
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
6钢的热处理
6．1概述
6．2钢在加热时的转变
6．3钢在冷却时的转变
6．4钢的退火与正火
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解钢铁热处理的实质、分类和应用；
2．熟悉钢在加热和冷却时的转变条件、规律和结果。
3.掌握转变产物名称、代号、结构、性能和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
钢在加热和冷却时的转变条件、组织、性能和应用。
教学难点：
钢在加热和冷却时的组织转变过程。
教学基本内容：
6钢的热处理
6．1概述（15分钟）
概念、分类、意义和应用。
6．2钢在加热时的转变（30分钟）
相图的变化，奥氏体化的过程、结果，奥氏体组织对冷却后组织以及性能的影响
6．3钢在冷却时的转变（45分钟）
残余奥氏体的概念；等温转变产物，条件，性能和应用；连续转变方法、产物、性能与运用。
6．4钢的退火与正火（45分钟）
退火与正火的温度、冷却方式、组织、性能和应用，以及区别。
教学方法及手段：
1．结合生产实例介绍应用。
2．用多媒体课件讲解基本内容。
3．用多媒体图片解释组织变化。
用板图细介组织和结构变化过程。
讨论、作业和思考题：
P96:
6-2,6-1，P96:
6-4
参考资料：
备注：
授课时间
10．16第五周
课次
10
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
6．5钢的淬火与回火
6．6钢的表面淬火
6．7钢的化学热处理
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
了解淬火和回火，表面淬火和化学热处理的结构和组织变化规律，以及强化机理。
熟悉淬火和回火的热处理工艺，组织转变规律、性能变化规律。
掌握淬火、回火和表面热处理工艺方法、性能特征和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
淬火、回火和表面热处理工艺方法、性能特点和应用。
教学难点：
淬火和回火的组织变化规律；表面热处理的强化机理。
教学基本内容：
6．5钢的淬火与回火（75分钟）
淬火工艺、淬火方法、钢的淬透性。
回火的组织转变规律、分类和应用。
6．6钢的表面淬火（30分钟）
感应加热、火焰加热和激光加热淬火工艺，以及应用。
6．7钢的化学热处理（30分钟）
钢的渗碳，钢的渗氮工艺，性能特点，强化机理以及应用。
教学方法及手段：
1.多媒体图文讲述教学内容;重点分析回火时组织变化规律.
2.比较整体淬火和表面淬火的性能特征和应用。
比较渗碳和渗氮的性能特点以及应用。
3.例题讲解齿轮和弹簧的制造工艺和热处理工艺。
讨论、作业和思考题：
P96:
6-8,6-11
参考资料：
备注：
授课时间
10．21第六周
课次
12
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
7合金钢
7．1合金元素在钢中的作用
7．2合金钢的分类和编号方法
7．3合金结构钢
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解合金元素在钢中的存在形式、对钢力学性能、热处理性能和工艺性能的影响；
2．熟悉合金结构钢热处理工艺、性能特点、使用组织和应用；
3．掌握钢的种类和编号方法，掌握合金结构钢牌号、热处理工艺和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
钢在加热和冷却时的组织类型及对力学性能的影响。
教学难点：
合金结构钢的热处理原理和使用组织；合金元素在钢中的存在形式和对钢性能的影响规律。
教学基本内容：
7合金钢
7．1合金元素在钢中的作用（45分钟）
合金元素在钢中的存在形式；对钢力学性能、热处理性能和工艺性能的影响
7．2合金钢的分类和编号方法（30分钟）
合金钢种类；合金钢的编号方法。
7．3合金结构钢（60分钟）
低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、易切钢的牌号、成分、热处理工艺、组织和性能，以及应用。
教学方法及手段：
1．采用多媒体图片和课件讲述教学内容和合金元素对钢性能的影响；
2．从实际应用条件分析入手引入合金结构钢的性能特点，组织保证，成分保证和牌号。
3．以例题的方法讲解弹簧、桥梁和齿轮的制造和热处理工艺。
讨论使用组织。
讨论、作业和思考题：
P138:
7-5,7-7
参考资料：
备注：
授课时间
10．23第七周
课次
13
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
7．4合金工具钢
7．5特殊性能钢
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解合金工具钢和特殊性能钢的使用条件和性能要求。
2．熟悉合金工具钢和特殊性能钢的热处理原理以及热处理结果。
3．掌握合金工具钢和特殊性能钢的牌号、热处理工艺和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
合金工具钢和特殊性能钢的牌号、热处理工艺和应用。
教学难点：
合金工具钢和特殊性能钢使用条件分析，性能要求确定和热处理原理和结果分析
教学基本内容：
7．4合金工具钢（75分钟）
刃具钢、模具钢和量具钢的牌号、使用条件、性能要求、组织保证和热处理工艺措施。
7．5特殊性能钢（60分钟）
不锈钢、耐热钢、耐磨钢和低温钢的牌号、使用条件、性能要求、组织保证和热处理工艺措施。
教学方法及手段：
1．从生产实际入手，分析各种钢的使用条件，总结性能要求，引入热处理工艺。
2．利用多媒体课件图文讲述。
3.举例分析刃具的制造工艺和热处理工艺、性能、牌号和组织。
讨论、作业和思考题：
P138:
7-8,7-9,7-13
参考资料：
备注：
授课时间
10．28第七周
课次
14
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
8铸铁
8．1概述
8．2常用铸铁
8．3合金铸铁
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解铸铁成分、牌号、分类和组织；
2．熟悉常用铸铁的组织特征、性能和热处理工艺。
3．掌握常用铸铁的牌号、组织和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
铸铁的石墨化，分类、组织、牌号以及应用。
表面热处理的基本方法及应用。
教学难点：
石墨对铸铁性能的影响；铸铁生产工艺、铸铁的特殊性能形成机制。
教学基本内容：
8铸铁
8．1概述（45分钟）
铸铁的成分和特性；石墨化过程；分类。
8．2常用铸铁（45分钟）
灰铸铁、可锻铸铁、球墨和蠕墨铸铁生产工艺、牌号、组织、性能和应用。
8．3合金铸铁（45分钟）
耐磨、耐热和耐蚀铸铁的性能形成机制、牌号和应用。
教学方法及手段：
1．采用多媒体图文讲述教学内容。
2．重点版图分析石墨对铸铁力学性能的影响；板图总结常用铸铁的组织。
3.从使用条件出发,提出合金铸铁的性能要求,组织和成分准备。
讨论、作业和思考题：
P149:
8-1,8-5
参考资料：
备注：
授课时间
10．30第八周
课次
15
授课方式
（请打√）
理论课√实验课□习题课□实践课□其他□
课时
安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
9有色金属及其合金
9．1铝及其合金
9．2铜及其合金
9．3轴承合金
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1．了解铜及其合金和铝及其合金强化机理与工艺；轴承合金的使用条件和组织特征。
2．熟悉铜及其合金、铝及其合金和轴承合金的成分、生产工艺和热处理工艺；
3．掌握铜及其合金和铝及其合金的分类、牌号和应用。
掌握轴承合金的分类和应用。
教学内容（注明：
重点、难点及疑点）：
教学重点：
铜及其合金和铝及其合金的分类、牌号和应用。
轴承合金的分类和应用。
教学难点：
铜及其合金和铝及其合金强化机理。
轴承合金的组织形成工艺。
教学基本内容：
9有色金属及其合金
9．1铝及其合金（45分钟）
铝合金的分类、牌号、热处理；形变铝合金的强化机理；铸造铝合金的生产工艺。
9．2铜及其合金（45分钟）
铜合金的分
升级会员 