工程材料

工程材料

课程性质及教学目的:

《工程材料》是机械及近机类专业一门重要的技术基础课.

本课程以材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系为主线,重点介绍材料的本质,提出有关的理论和描述,说明材料结构是如何与其成分、加工工艺、性能以及行为相联系的.

学习本课程的目的,是使学生获得常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识.通过对基础科学和知识的综合和运用,初步具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料,正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力.

二、课程内容:

包含工程材料的分类及性能、材料的结构、材料制备的基本知识、二元相图及应用、材料的变形、钢的热处理、工业用钢、铸铁、有色金属、常用非金属材料、工程材料的选用等11章.纵观本课程所含内容可知,其内容较为庞杂.具有三多的特点;即所谓内容头绪多、原理规律多(涉及原理、规律几十个)、概念定义多(名词、定义三百多个),由于该课程具有上述特点,加之有些微观结构看不见、摸不到,而且课程内容枯燥、乏味,因此,教师感到难教,学生感到难学.

三、与其它课程的关系:

"工程材料"是以化学、物理、材料力学、金属工艺学和金工教学实习为基础的课程,在学习时应联系上述基础课程的有关内容,以加深对本课程内容的理解.同时本课程的基础,在今后学习有关专业课程时,还应经常联系本书的有关内容,以便进一步掌握所学的知识.

四、教学对象:机械制造及自动化、汽车工程、测控技术、采矿工程专业的本科生.

五、教学指导思想:

1. 从材料应用的角度出发讲授《工程材料》,体现21世纪教学理念、教学改革精神和世界工程教育思想.

2. 严格按《工程材料》教学大纲及《工程材料实验教学大纲》进行教学,注意课程内容的准确定位和整体优化.

3. 开设的实验及课堂讨论应有利于学生分析问题、解决问题的能力及创新能力培养.

六、教学重点:

1.典型金属的晶体结构;

2.晶体缺陷;

3.二元相图;

4.铁碳相图及其应用;

5.塑性变形与再结晶;

6.钢的热处理;

7.工业用钢.

七、教学难点:

1.典型金属的晶体结构;

2.晶体缺陷;

3.二元相图;

4.铁碳相图的分析与应用;

5.塑性变形机理与再结晶机制;

6.钢的热处理.

八、教学方法:

1.采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法.

2.改革实验内容及方法,注重理论联系实际及培养学生分析问题、解决问题的能力,利用电视、计算机等辅助教学手段提高实验教学效果.

3.正确处理《工程材料》与基础课、专业课的关系:即利用基础课所学过的知识来讲授《工程材料》,结合专业特点讲授《工程材料》.

九、学时分配:

1.讲课:36学时

2.实验:18学时

总学时:54学时

十、教学过程(见讲义):

主要包括:

1. 后次复习前次概念;

2. 本次讲授内容的引入;

3. 新教学内容的讲授过程;

4. 小结;

5. 思考作业题.

十一、实验内容

1.材料密度的测定2学时

2.材料电阻温度系数测定2学时

3.铁碳合金平衡组织观察2学时

4.铁碳合金非平衡组织观察2学时

5.综合实验:钢的热处理2学时

6.综合实验:金相试样的制备2学时

7.综合实验:显微摄影2学时

8.综合实验:暗室技术2学时

9.常用材料组织观察2学时

十一、教材及教学参考书

1.《工程材料》刘天模、徐幸梓主编机械工业出版社

2.《机械工程材料》王焕庭、李矛华主编大连理工大学出版社

第一章工程材料的分类及性能

一、教学目的及要求

通过本章学习,使学生掌握材料在力学、电学和热学等方面的性能和特征,为以后各章中研究结构与性能关系打下良好的基础.

二、主要内容

1. 机械制造与材料;

2. 材料的分类

3. 材料的性能.

三、学时安排:4学时

四、教学重点:

1. 材料的分类;

2. 材料的性能.

五、教学难点:

材料的性能.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 一铜棒的最大拉应力为70MPa,若要承受2000kg的载荷,它的直径是多少?

2. 有一钢棒在无塑性变形时所能承受的最大载荷11800kg,问它的强度是多少.

3. 1根2米长的黄铜棒温度升高80℃,要使该棒有同样的伸长,问需要作用多少力?

4. 一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定,因此不能发生收缩.问当温度下降到9℃时,钢轨内产生的应力有多大?

5. 零件设计时,选取σ0.2(σS)还是选取σb,应以什么情况为依据?

6. δ与ψ这两个指标,哪个能更准确地表达材料的塑性?

7. 常用的测量硬度的方法有几种?其应用范围如何?

8. 有一碳钢制支架刚性不足,有人要用热处理强化方法;有人要另选合金钢;有人要改变零件的截面形状来解决.哪种方法合理?为什么?

9. 举例说明机器设备选材中物理性能、化学性能、工艺性能的重要性.

第二章材料的结构

一、教学目的及要求

通过本章的学习,使学生掌握三大固体材料的结构特点、性能特点,建立材料结构与性能之间的关系.

二、主要内容

1. 材料的结合方式;

2. 金属材料的结构;

3. 高分子材料的结构特点;

4. 陶瓷材料的结构特点.

三、学时安排:4学时

四、教学重点:

1. 典型金属材料的晶体结构;

2. 晶体缺陷及其对性能的影响;

3. 合金相结构;

4. 高分子材料及陶瓷材料的结构及性能特点.

五、教学难点:

1. 金属材料的晶体结构;

2. 各类缺陷对结构及性能的影响;

3. 合金相结构;

4. 高分子材料、陶瓷材料的结构特点.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 三大固体材料的键性如何?

2. 金属的特性是什么?

3. 纯金属的晶体结构有几种类型?

4. 合金相结构有几种?都是什么?

5. 金属材料的性能特点是什么?

6. 高分子材料的结构及性能特点是什么?

7. 陶瓷材料的结构及性能特点是什么?

8. 试说明一个面心立方等于一个体心正方结构.

9. 合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型,并指出其结构特点.

第三章材料制备的基本知识

一、教学目的及要求:

通过本章学习,使学生掌握金属结晶的基本规律、了解高分子材料的合成与陶瓷材料的成形与烧结工艺.

二、主要内容:

1. 结晶过程;

2. 聚合物的合成;

3. 陶瓷材料的制备过程;

三、学时安排:4学时

四、教学重点:

1. 结晶的基本过程;

2. 合金的结晶;

3. 金属铸锭的凝固;

4. 聚合物的合成.

五、教学难点:

1. 结晶的规律;

2. 合金的结晶.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 液态金属结构与固态金属结构有何区别,试述小体积液态纯金属结晶过程.

2. 细化铸件晶粒的途径有那些?为什么?

3. 液态金属结晶时需要过冷,那么固态金属熔化时是否会出现过热?

4. 金属结晶的基本规律是什么?结晶过程是怎样进行的?

5. 过冷度与冷却速度有何关系?为什么金属结晶一定要有过冷度?它对晶粒大小有何影响?

6. 如果其它条件相同,试比较在下列条件下,铸件晶粒的大小:

(1)砂型铸造与金属铸造;

(2)厚壁铸件与薄壁铸件;

(3)加变质剂与不加变质剂;

(4)浇注时振动与不振动.

7. 凝固与结晶是不是一回事?影响凝固的因素有哪些?

8. 晶粒度等级N是由关系式m=2N+2来确定的,试计算晶粒度为7级时,晶粒的实际的平均直径是多少?

9. 聚合物的加成聚合反应与逐步聚合反应有何区别?

10. 陶瓷烧结时为什么会产生收缩现象?

11. 试比较陶瓷粘滞成型与烧结工艺之间的区别.

第四章二元相图及应用

一、教学目的及其要求:

通过本章学习,使学生们掌握二元相图的基本类型、分析和使用,掌握铁碳合金的基本知识及铁碳相图的应用.

二、主要内容

1. 二元相图的建立;

2. 二元相图的基本类型及应用;

3. 相图与合金性能之间的关系;

4. 铁碳合金相图.

三、学时安排:6学时

四、教学重点:

1. 二元相图的基本类型及应用;

2. 铁碳合金相图的分析和应用.

五、教学难点:

1. 二元相图的基本类型及应用;

2. 铁碳合金相图的分析和应用.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 二元相图有那些最基本的类型? 何为匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变.

2. 何为"杠杆定律"?"杠杆定律"的应用范围及用途.

3. 简述枝晶偏析形成过程和消除方法.

4. 何谓相组成物和组织组成物?请举例说明之.

5. 一个二元共晶反应如下:L(WB=75%) α(WB=15%)+β(WB=95%)

(1)WB =50%的合金完全凝固时初晶α与共晶(α+β)的重量百分数,以及共晶体中α相与β相的重量百分数;

(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半,求该合金的成分.

6. 铁碳合金有那些基本相?从组织反应的角度看,纯铁、钢、铸铁有何区别?

7. 纯铁的三个同素异构体是什么?晶体结构如何?

8. α-Fe和铁素体有何区别?γ-Fe和奥氏体有何区别?

9. 从组织的角度看,渗碳体有哪几种基本的形态?

10. 按含碳量可将铁碳合金分为那几类?它们的力学性能随含碳量的增加有何变化规律?

11. 分析0.45%C,1.2%C和2.3%C 的铁碳合金的平衡结晶过程,计算室温下组织组成物的相对量及两相相对量.

12. 根据显微组织分析,一灰口铁内石墨的体积占12%,铁素体的体积占88%,试求该合金的碳含量.

13.

分析含碳量为0.2%、0.6%、0.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织,分别计算含碳量为0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量.

第五章材料的变形

一、教学目的及其要求:

通过本章学习,使学生们掌握固体材料变形的基本方式、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化,掌握变形金属的加热转变、回复与再结晶,掌握高分子材料和陶瓷材料的变形特点.

二、主要内容

1. 金属的塑性变形与再结晶;

2. 高分子材料的变形;

3. 陶瓷材料的变形特点.

三、学时安排:4学时

四、教学重点:

1. 塑性变形对组织与性能的影响;

2. 回复与再结晶;

3. 高分子材料的变形特点.

五、教学难点:

1. 塑性变形的机理;

2. 回复与再结晶;

3. 热塑性塑料与热固性塑料的变形.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 金属材料冷塑性变形时,主要的变形方式有那些?

2. 滑移与孪生有何异同?

3. 何为滑移带与滑移线?何为交滑移与多滑移?

4. 冷塑变对金属及合金的组织性能有何影响?

5. 何谓形变织构?如何表示板织构与丝织构?一旦产生织构,性能上有何变化?

6. 用位错理论解释金属及合金形变强化.

7. 热固性塑料在拉伸和压缩变形时,有何不同?

8. 将一根长20m,直径14mm铝棒,通过12.7mm的模具拉拔,求:

(1) 这根棒材拉拔后的尺寸;

(2) 这根棒材承受的工程应变与真应变.

9. 试用多晶体塑变理论解释,室温下金属的晶粒越细强度越高.

10. 从金属学的角度如何区分冷加工与热加工?热加工金属的软化机制有几种?

11. 加聚反应与缩聚反应的主要区别是什么?

第六章钢的热处理

一、教学目的及其要求:

通过本章学习,使学生掌握热处理的基本概念,掌握钢的加热转变和冷却转变的基本类型及其特点,掌握并了解钢的常用热处理工艺,并能够应用过冷奥氏体转变曲线进行热处理工艺分析.

二、主要内容

1.热处理基本概念;

2.钢的加热与冷却转变;

3.钢的热处理状态图及其应用;

4.常用热处理工艺;

5.特殊热处理方法.

三、学时安排:5学时

四、教学重点:

1.钢的加热与冷却转变;

2.钢的热处理状态图及其应用;

3.常用热处理工艺;

五、教学难点:

1.钢的加热与冷却转变;

2.钢的热处理状态图及其应用.

六、教学过程:(见讲稿)

七、思考作业题:

1. 珠光体类型组织有哪几种?它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同?

2. 试比较索氏体、屈氏体、马氏体与回火屈氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态与性能上的差别.

3. 什么叫回火脆性?第一类回火脆性产生的原因是什么?如何防止?

4. 加热时奥氏体的形成过程要经过哪几个阶段?

5. 什么是淬透性?淬透性对钢的热处理工艺有何影响?

6. 共析钢经正常淬火得到什么组织?它们经过200℃、400℃、600℃回火后得到什么组织?

7.

某汽车齿轮选用20CrMnTi制造,其工艺路线为:下料→锻造→正火①→切削加工→渗碳②→淬火③→低温回火④→喷丸→磨削.请说明①、②、③、④四项热处理工艺的目的及大致工艺参数.

8. 在C曲线中分别画出获得珠光体、珠光体+马氏体、贝氏体、马氏体+贝氏体等组织的冷却工艺曲线.

9. 试比较表面淬火和化学热处理之间的异同.

第七章工业用钢

一、教学目的及其要求:

通过本章学习,使学生熟悉和了解我国的钢材编号规则,掌握各类钢种的牌号,熟悉钢中杂质与合金元素的分布规律及其对钢材性能的影响,了解和熟悉常用钢材的牌号、性能及用途.

二、主要内容

1.钢中的常存元素、隐存元素及合金元素对钢性能的影响;

2.我国的钢材编号;

3. 常见工业用钢的性能及用途.

三、学时安排:3学时

四、教学重点:

1.钢的合金化原理;

2.我国的钢材编号;

3.常用工业用钢.

五、教学难点:

钢的合金化原理.

六、教