工程材料教学大纲doc.docx
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工程材料教学大纲doc
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
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