金属工艺学教学大纲

《金属工艺学》教学大纲

(52学时3学分)

一、课程性质和任务

1.课程性质

金属工艺学是培养机电类专业高级工程技术人员和管理人员所必需的一门以工艺为主，实践性很强的应用性、综合性的重要技术基础课。

2.任务

本课程的任务是使学生系统地了解常用金属材料的性能及冷、热加工工艺的基础知识，为学习其它有关课程和从事生产技术、管理工作打下必要的基础。

二、课程教学目标

（一）知识教学目标

通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：

1.基本掌握常用金属材料的牌号、性能、应用范围和一般选用原则。

2.了解各种主要加工方法的实质、工艺特点和应用范围。

3.了解各种主要加工方法所用设备的工作原理和使用范围。

4.了解毛坯和零件的结构工艺性。

5.了解常用非金属材料的性能和应用。

（二）能力培养目标

1.具有正确选取常用金属材料的能力。

2.具有选择毛坯和零件加工方法、加工设备的能力。

3.具有初步运用常用热处理方法的能力。

三、教学内容与教学要求

（一）教学内容

绪论

1、金属工艺学的性质、任务和内容。

2、金属工艺在机械制造工业中的地位以及重要性。

3、金属工艺学的发展概况，我国在这方面的成就和贡献。

4、学习本课程的要求和方法。

（二）金属材料的性能

1、金属材料的机械性能

（1）强度和塑性：强度和塑性的概念、指标及其意义。

（2）硬度：硬度的概念、布氏、洛氏硬度的实验原理，优缺点及应用范围。

（3）冲击韧性的概念、试验方法及意义。

（4）疲劳强度、断裂韧性概念、指标及意义。

（三）金属材料的物理、化学性能

1、物理性能：金属的密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性的概念、指标及意义。

2、化学性能：金属的耐腐蚀性、抗氧化性概念及意义

实验一硬度试验，冲击试验。

（四）金属材料的结构和组织

1、金属的晶体结构与结晶：金属晶体结构的概念：晶体与非晶体，金属晶体的特征，三种常见的金属晶格类型。

金属的实际晶体结构：多晶体，金属晶体中的缺陷，晶体缺陷对金属性能的影响。

纯金属的结晶过程：结晶的概念，纯金属结晶的基本过程，结晶过程对晶粒大小的影响，晶粒大小对金属性能的影响，金属的同素异晶转变。

2、合金的结构及二元合金状态图：

基本概念：合金、组元、相、组织。

合金的晶体结构：固溶体、化合物、机械混合物的基本概念。

二元合金状态图：二元合金状态图的建立及分析。

（五）铁碳合金

铁碳合金中的基本组织。

铁碳合金状态图的建立、分析、意义及实际应用。

铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。

实验二碳钢平衡组织的观察。

（六）钢的热处理

1、概述

热处理的定义、目的、分类及其重要性。

热处理车间的主要设备。

2、热处理的基本原理

钢在加热时的组织转变：奥氏体的形成过程，奥氏体晶粒的长大及控制。

钢在冷却时的组织转变：（1）过冷奥氏体的等温转变：“C”曲线的建立，等温转变的产物及其性质。（2）过冷奥氏体连续冷却时的转变：连续冷却转变曲线及产物的组织和性能特点，临界冷却速度。马氏体转变的特点，组织和性能。

3、钢的普通热处理

钢的退火与正火：退火目的、方法、工艺特点及应用。正火目的、工艺特点及应用。

钢的淬火与回火：淬火目的、方法、工艺特点及应用。淬透性和淬硬性的概念，淬火缺陷。回火的目的，钢在回火时的组织转变，回火的目的、方法、工艺特点及其应用。

4、钢的表面热处理

常用表面淬火方法的加热原理、特点及其应用。

化学热处理的实质，分类及应用。

渗碳，渗氮处理的原理、特点及应用范围。碳氮共渗简介。

其他热处理工艺简介。

5、热处理零件的结构工艺性

零件结构的热处理工艺性的概念。

热处理工艺对零件结构的要求。

实验三钢的热处理

（七）金属材料

1、钢铁材料生产简介

炼铁、炼钢的基本过程和方法。常见的轧制型材。

2、碳钢

化学成分对碳钢性能的影响。

碳钢的分类，牌号，性能和用途。

3、合金钢

合金钢的概念、分类与牌号。

合金元素在钢中的作用：合金元素与铁、碳的作用，合金元素对热处理组织转变的影响。

合金结构钢：普通低合金钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢的牌号、成分、性能和用途。

合金工具钢：合金刃具钢（低合金刃具钢、高速钢）、模具钢、常用量具钢的牌号、成分、性能和用途。

特殊性能钢：常用不锈钢、耐热钢、耐磨钢的牌号、成分、性能和用途及磁钢简介。

4、铸铁

铸铁的石墨化及影响因素。

铸铁的特点与分类：白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。

灰口铸铁：牌号、成分、组织、性能、热处理和用途。

可锻铸铁：获得方法、牌号、成分、组织、性能、热处理和用途。

球墨铸铁：获得方法、牌号、成分、组织、性能、热处理和用途。

实验四常用铸铁组织的观察

（八）有色金属及其合金

1、铝及铝合金

纯铝、常用铝合金的特点、牌号、成分、性能及用途。

2、铜及铜合金

纯铜、黄铜及青铜的特点、牌号、成分、性能及用途。

3、轴承合金

对滑动轴承合金的要求，锡基、铅基轴承合金及其他轴承材料简介。

4、硬质合金

分类、牌号、成分、性能及其型号选择举例。

（九）非金属材料

1、高分子材料

常用高分子材料的分类、性能特点及用途

2、其他非金属材料

陶瓷材料、复合材料、功能材料的分类、性能特点及用途

（十）铸造

1、概述

铸造的实质、特点、分类及应用。

金属的铸造性能。

2、砂型铸造

模型和型芯盒。

造型材料：对造型材料性能的要求，型砂和型芯砂的组成及其应用。

造型方法：手工造型，机械造型，造芯。

浇注系统的组成与作用，浇注系统的类型和位置选择。

3、铸件清理及常见缺陷。

铸件结构工艺性。

4、特种铸造简介

金属模铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造的工作原理、特点及应用范围。

（十一）锻造和冲压

1、概述

锻造的实质、特点、分类及应用。

2、金属塑性变形的基本原理

塑性变形的实质，塑性变形对金属组织和性能的影响。

3、锻造

自由锻造：特点、加热温度、基本工序，空气锤简介。

模型锻造简介。

锻造零件的结构工艺性

4、板料冲压

特点、基本工序、模具及设备。

其他塑性变形加工方法简介。

（十二）焊接

1、概述

焊接的实质、特点、分类及应用。

金属材料的焊接性。

2、手工电弧焊

焊接电弧：焊接电弧的产生、构造和极性。

手工电弧焊设备：对手工电弧焊机的基本要求，常用交、直流弧焊机简介。

焊条：对焊条的基本要求，焊条的组成、分类、牌号及应用。

手工电弧焊工艺：焊前的准备，焊接规范的选择，焊接过程，各种位置的焊接特点。

1、常用金属材料的焊接

钢、铸铁的焊接方法、特点、质量检验。

焊接零件的结构工艺性。

2、其他焊接方法简介

实质、特点及应用范围。设备简介及安全技术。

金属的切割简介。

胶接成形简介。

（十三）金属切削加工

1、零件的加工质量

加工精度和表面粗糙度的概念。

常用量具的使用。

2、金属切削加工的基本知识

机床的分类与型号的编制。

刀具的几何形状。

切削运动与切削要素。

3、车削加工

普通车床的构造，CA6140型普通车床的传动系统。

车削特点、车床的加工范围及其附件。

4、刨削、插削加工

常见刨床、插床的构造及传动系统。

刨削、插削特点及加工范围。

5、铣削加工

常见铣床的构造及传动系统。

铣削特点，铣床的加工范围及所用刀具。

万能分度头和简单分度法简介。

6、钻削、镗削加工

常见钻床、镗床的构造及传动系统。

钻削、镗削特点，钻床、镗床的加工范围及所用刀具。

7、磨削加工

磨床的构造及传动系统。

磨削特点，磨床加工范围及所用刀具。

8、齿轮加工

齿轮的基本知识，齿轮的加工方法及设备。

9、数控加工

基本原理、特点及应用。

10、特殊加工简介

（十四）零件加工工艺

1、基本概念

生产过程、工艺过程的组成、生产类型。

2、工件的装夹

基准、定位、夹紧。

3、零件加工工艺的拟定

毛坯的选择及选材、划分加工阶段、选择加工方法、安排加工顺序。

4、基本类型零件的加工工艺

基本表面的加工工艺：外圆面、内圆面、平面、成形面。

基本类型零件的加工工艺：轴套类、盘盖类、箱体类、叉架类。

5、切削加工零件的结构工艺性

（十五）钳工工艺基础

1、钳工概念

概念、工作台及虎钳。

2、钳工划线：划线的种类、划线工具。

3、钳工工艺

錾削：錾削工具、錾削方法。

锯割：手锯的构造、锯割方法。

锉削：锉刀及其使用、锉削方法。

攻丝；丝锥和铰杠、攻丝操作步骤。

套扣：板牙、套扣操作步骤。

刮削：刮刀及其刃磨、刮削方法。

（十六）机械装配工艺基础

1、机械装配基本知识

概念、工艺流程、基本内容、组织形式。

2、机械装配方法

装配精度、装配方法。

（十七）教学要求

在绪论中要讲清楚本课程的内容，目的和作用，介绍我国在本科学领域内的贡献，着重介绍我国近年来在这方面的发展情况，同时还应介绍学习本课程的方法。

1、金属材料的机械性能

（1）熟悉金属机械性能的物理意义及实验方法，讲清拉伸图及其特性点和测定。（拉压试验由材料力学课程完成）

（2）讲清楚布氏和洛氏两种硬度试验的基本原理和应用范围。指导学生会使用布氏、洛氏硬度计及布、洛硬度换算表。冲击韧性的试验，可采取演示的方法。

（3）使学生对金属材料的物理、化学性能有进一步了解。

2、金属材料的结构和组织

（1）认识金属与合金结构的基本类型和特征，了解金属与合金的结晶过程及其影响因素。

（2）金属的结构只讲体心、面心、密排六方三种晶格及其特点。

（3）纯金属的结晶过程着重介绍冷却过程及冷却曲线，突出讲解铁的同素异晶转变和晶粒大小对金属性能的影响

（4）了解相图的绘制方法。

（5）讲清楚铁碳合金简化平衡图中点、线、区域的含义，结晶过程及室温组织。

（6）通过对铁碳合金平衡图部分的分析，引出以碳对钢性能的影响为重点，来研究碳素钢组织、性能的变化规律，进一步阐明它们的不同用途。

3、钢的热处理

（1）讲清楚钢在加热和冷却时的组织转变，各种热处理工艺过程。

（2）利用铁碳平衡图的理论基础来讲解钢在加热时的组织转变以及影响奥氏体晶粒长大的因素。

（3）钢在冷却时的转变，讲清楚“C”曲线的建立，奥氏体等温转变的产物及其性质。连续冷却速度对奥氏体转变温度及转变产物的影响。

（4）掌握钢的退火、正火、淬火和回火目的、方法及应用。

（5）钢的表面热处理着重介绍表面淬火和渗碳。

（6）讲解时尽量列举生产中或专业课中学生熟悉的零件为例，重点分析热处理工艺原则的确定

4、金属材料

（1）掌握碳素钢的分类、牌号、性能和主要用途。明确合金钢的概念，了解主要合金元）素（Si、Mn、Cr、W、V、B）对钢组织和性能的影响。

（2）合金钢种类应着重介绍普通低合金钢、调质钢和高速钢，使同学掌握几种常用合金钢的牌号，主要用途、主要性能及热处理的特点。特殊用途钢可结合专业着重介绍磁钢耐磨钢。

（3）掌握灰口铸铁、球墨铸铁牌号、性能和用途。讲清石墨化的现象及影响因素。石墨存在的形式（片状、球状）对铸铁组织和性能的影响。铸铁热处理只

作一般介绍。

（4）有色金属及其合金着重介绍铝合金、铜合金及轴承合金的牌号、性质及一般用途。了解硬质合金的分类、性能及其用途。

（5）了解炼铁、炼钢的基本过程。

5、非金属材料

主要讲清楚高分子材料的分类、性能特点及用途。陶瓷材料、复合材料、功能材料、只作一般介绍。

6、铸造

（1）了解砂型铸造工艺获得铸件的生产过程。

（2）本章重点放在砂型铸造工艺，要求学生对基本工艺过程和特点有明确的概念。

（3）讲清楚铸件清理及常见缺陷。铸件结构工艺性。

7、锻造

（1）了解金属塑性变形的基本原理和锻造生产工艺过程。

（2）本章重点讲解冷、热变形对金属材料的组织及其性能的影响。

（3）讲清楚锻造零件结构工艺性。

（4）空气锤及模型锻造只作一般介绍。

8、焊接

（1）了解电焊、气焊和气割的基本原理、设备及其使用范围。

（2）本章重点讲解手工电弧焊、气焊的工艺，强调气焊的安全技术。

（3）掌握钢、铸铁的焊接方法、特点、质量检验。焊接零件的结构工艺性。

（4）其他焊接方法和胶接成形只作一般介绍。

9、金属切削加工

（1）了解金属切削加工的实质、目的和意义。

（2）一般介绍机床的类型、编号及刀具几何形状和切削用量。

（3）建议先组织学生参观金工车间，再作课堂讲述。

（4）重点讲解普通车床传动系统。车削特点、车床的加工范围。

（5）讲清楚常用量具的原理，教会学生使用。

（6）讲清楚其他金属切削加工方法、特点。

10、零件加工工艺

（1）了解零件加工工艺基本概念。

（2）讲清楚切削加工零件的结构工艺性。

（3）通过对典型零件的工艺路线拟定，培养学生分析问题和解决问题的能力。

11、钳工工艺基础

着重讲清楚钳工划线方法和钳工基本工艺（实作在教学实习完成）。

12、机械装配工艺基础

讲清楚装配的基本知识，机械装配方法。

四、学时分配建议

五、实验项目表

实验是本课程的重要教学环节之一。要求学生必须阅读实验指导书，在教师和实验员指导下，自己动手完成实验，做好实验记录，并写出实验报告。实验成绩应作为课程学生考核成绩之一。

六、说明

1.本大纲努力做到：精选教材内容、增大知识覆盖、紧密结合实际、注重知识运用。注意与后继课的互相联系，以及和金工实习的内在联系，力求使学生掌握必要的基础知识，基本理论和基本技能。

2.本课程是一门实践性较强的课程，学生应按教学计划的要求进行金工实习，以获得必要的实践知识，教师应了解学生的实习情况，避免前后出现重复和脱节现象。

3.本课程以课堂教学为主，并辅以必要的现场教学，工厂参观，电化教学等环节和手段。教学过程中，应适当使用必要的挂图。模型、实物等教具，以增强直观性，提高教学质量。

4.根据教学内容，应布置一定数量的课堂练习和课外作业，用以巩固所学知识，培养独立分析问题和解决问题的能力。

5.在本课程或金工实习结束时，应到附近有关工厂进行一次较全面的、系统的参观，以加深学生的感性知识，为学好后继课程打好基础。

6.课时分配表是一个典型方案，教学过程中，在保证达到教学要求的前提下，可对课程内容次序和课时分配作适当调整。