《工程材料》课程单元说课 赵琳 ----
清华大学《工程材料》第5版教材简介
清华大学《工程材料》第5版教材简介《工程材料》第5版教材由清华大学材料学院朱张校教授、姚可夫教授主编，清华大学出版社出版。
《工程材料》第5版教材目录如下：绪论0.1中华民族对材料发展的重大贡献0.2材料的结合键0.3工程材料的分类第1章材料的结构与性能特点1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能特点1.3高分子材料的结构与性能特点1.4陶瓷材料的结构与性能特点第2章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶2.2合金的结晶2.3金属的塑性加工2.4钢的热处理2.5钢的合金化2.6表面技术第3章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纤维4.3合成橡胶第5章陶瓷材料5.1普通陶瓷5.2特种陶瓷第6章复合材料6.1复合材料的复合原则6.2复合材料的性能特点6.3非金属基复合材料6.4金属基复合材料第7章功能材料及新材料7.1电功能材料7.2磁功能材料7.3热功能材料7.4光功能材料7.5隐形材料及智能材料7.6纳米材料第8章零件失效分析与选材原则8.1机械零件的失效8.2机械零件失效分析8.3机械零件选材原则第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1齿轮选材9.2轴类零件选材9.3弹簧选材9.4刃具选材第10章工程材料的应用10.1汽车用材10.2机床用材10.3仪器仪表用材10.4热能设备用材10.5化工设备用材10.6航空航天器用材附录1金属材料室温拉伸试验方法新、旧国家标准性能名称和符号对照表附录2金属热处理工艺的分类及代号(摘自GB/T 12603—2005) 附录3常用钢的临界点附录4钢铁及合金牌号统一数字代号体系(摘自GB/T 17616—1998)附录5国内外常用钢号对照表附录6常用铝及铝合金状态代号与说明(摘编自GB/T 16475—2008)附录7若干物理量单位换算表附录8工程材料常用词汇中英文对照表参考文献本教材有以下特点：（1）体系科学合理，内容丰富新颖，实例丰富。
工程材料绪论全解PPT课件
石器
陶器
瓷器 4
我国青铜的冶炼在夏朝(公元前2140年始)以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水 平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重达8750 N, 外型尺寸为1.33 m×0.78 m×1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青铜器。从湖北隋县出土的战 国青铜编钟是我国古代文化艺术高度发达的见证。
1、离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变
成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力 相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。NaCl、CaO 、Al2O3等由离子键组成。
离子键的结合力很大，因此离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键 中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子 的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以
工程材料课程介绍
工程材料课程是高等院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课。课程的任务是从机械工 程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与 性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，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选材及制订零件工艺路线的初步能力 。
近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。 我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果。 ➢ 研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢； ➢ 研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)； ➢ 镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。 ➢ 材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。
机械工程材料课件.
a
k
=的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属 光泽，呈结晶状 。 •ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性 材料。
材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一 温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转 变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。 材料的使用温度应高于韧脆转变温度。
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS 表示，适用于布氏硬度值在450以下的材 料。压头为硬质合金时，用符号HBW表示， 适用于布氏硬度在650以下的材料。
硬度表示：120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持 30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)
三、材料科学技术――现代文明的支柱之一
支撑人类文明大厦的四大支柱技术： 材料科学与技术 生物科学与技术 能源科学与技术 信息科学与技术
§1.2 工程材料的分类
一、按来源分为天然材料和人工材料 二、按化学成分、结合键的特点分为：
1、金属材料 （1）黑色金属：是指铁和以铁为基的合金材料，即钢铁材料，
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
1．刚度 刚度：材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料产生弹性变形的难易程度，组织 不敏感的力学指标。
2.强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时 的应力。
工程材料
绪论
0.1 中华民族对材料发展的重大贡献
1.中华民族为材料的发展和应用作出了重大的贡献
在人类的发展史上，最 先使用的工具是石器。我们 的祖先用坚硬的容易纵裂成 薄片的火遂石和石英石等天 然材料制成石刀、石斧、石 锄。
石器
绪论
0.1 中华民族对材料发展的重大贡献
1.中华民族为材料的发展和应用作出了重大的贡献(续)
工程材料的键性
材料的结合键类型不同，则其性能不同。常见结合键的特性见 表1-1。
表1-1 结合键的特性
离子键
结构特点 力学性能
共价键
金属键
无方向性，配位 数大，密度大 有各种强度，有 塑性
无方向性或方向性不明显， 方向性明显， 配位数大 配位数小，密度小 强度高，劈裂性良好，硬度大 熔点高，膨胀系数小，熔 体中有离子存在 绝缘体，熔体为导体 强度高，硬度大
我国在东汉时期发明了瓷器， 成为最早生产瓷器的国家。瓷器于 九世纪传到非洲东部和阿拉伯国家， 十三世纪传到日本，十五世纪传到 欧洲。瓷器成为中国文化的象征， 对世界文明产生了极大的影响。直 到今天，中国瓷器仍畅销全球，名 誉四海。
瓷器
绪论
0.1 中华民族对材料发展的重大贡献
1.中华民族为材料的发展和应用作出了重大的贡献 (续)
绪 论
青铜器
绪 论
高分子材料
图1.1 工程材料的分类
绪论
宇宙探测器
飞机
C60结构图和内藏一个金属原子锂(Li)的C60
1985年，美国化学家史莫利与英国化学家科尔托利用激光照射石墨，使其蒸发而 成碳灰。质谱分析发现，这些碳灰中含有两种不明物质，其分子量分别为碳的60倍与70 倍，故将它们分别命名为 C60与C70。C60中20个正六边形和12个正五边形构成圆球形 结构，共有60个顶点，分别由60个碳原子所占有，经证实它们属于碳的第三种同素异形 体，命名为富勒烯(Fullerene）。 C60本身是不导电的绝缘体，但当碱金属原子嵌人C60分子的空隙后，C60与碱金属 形成的系列化合物就成为超导体，如K3C60。这种超导体具有很高的超导临界温度。与 氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高， 易于展成线材等优点，是一类极具价值的新型超导材料。
《工程材料》教案
《工程材料》教案前言“学校是培养人才的重要园地，教育是崇高的社会公益事业”。
“教育是一个系统工程，要不断提高教学质量和教育水平……”。
“学校的根本任务是培养人才，培养社会主义的建设者和接班人，而教学工作是人才培养的中心环节之一。
因此，教学工作是学校的中心工作”。
作为大学教师如何落实党和国家交给我们培养四有人才的伟大使命，这是每一个燕山大学教师值得深思的问题。
教学质量是高等学校的生命线，而教学及教学研究、课程建设则是每个教师重要的日常工作，加强课程建设积极开展教学研究迅速提高教学质量则是直接关系到能否培养出合格的社会主义的建设者和接班人的大问题，在倡导“加强基础，拓宽专业，提高能力，素质教育”的今天，课程建设及教学研究显得尤其重要。
《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、热加工各专业共计30多个班开设的校级必修课，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。
纵观工程材料所含内容可知，该课程内容较为庞杂。
具有三多一少的特点；即所谓内容头绪多（含材料结构、钢的热处理原理及工艺、非金属材料、金属材料等等）、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多、以及理论计算少（除相图计算外，基本没有计算的内容）。
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。
为搞好燕山大学“工程材料”课程建设，以利于提高“工程材料”今后教学质量及课程建设，特撰写本教案。
第一部分总纲一、课程性质及教学目的：工程材料是机械制造、机械设计、机械电子等机械类和近机类各专业的技术基础课。
《工程材料》教案
掌握材料的各个力学性能
重点
材料的各个力学性能
难点
疲劳强度
晶体结构与结晶
授课学时
4
授课内
容概要
第一节金属的晶体结构
第二节实际金属结构
第三节非金属晶体
第四节金属的结晶
目的要求
1.掌握金属的晶体结构
2.掌握实际金属结构
3.了解非金属晶体
4.掌握金属的结晶
重点
目的要求
1.掌握单晶体、多晶体的塑性变形
2.了解塑性变形对金属组织和性能的影响
3.了解变形金属在加热时的组织和性能的变化
4.金属的热加工
重点
1.多晶体的塑性变形
2.冷热加工对金属组织和性能的影响
难点
冷热加工对金属组织和性能的影响
作业布置
思考题3-1,3-3,3-4,3-7
04—第四章二元合金
授课学时
第五节钢的淬火
第六节钢的回火
第七节钢的形变热处理
第八节钢的表面淬火
第九节钢的化学热处理
第一十节表面复层处理
第一十一节热处理对零件结构设计的要求及技术条件标注
第一十二节处理改性处理的新进展
目的要求
1.掌握钢在加热时的转变
2.掌握钢在冷却时的转变
3.掌握各种热处理方法
4.了解热处理对零件结构设计的要求及技术条件标注
2.掌握零件的失效与选材
3.了解典型零件的选材与工艺
重点
零件的失效与选材
难点
零件的失效与选材
作业布置
思考题
1.金属的晶体结构
2.实际金属结构
难点
金属的晶体结构
作业布置
思考题2-1，2-4,2-5,2-6,2-11,2-13,2-14
机械工程材料试讲教案
任课教师赵鹭科目机械工程材料授课日期2013年10月12日本节课授课时间20分钟课题疲劳强度课型理论+实践。
教学目标1、知识目标：使学生掌握疲劳断裂的特征，掌握疲劳强度的概念。
2、能力、操作目标：掌握提高疲劳强度的方法。
教学重点疲劳断裂的特征，疲劳强度的概念，提高疲劳强度的方法。
教学难点疲劳强度的概念教学方法讲解法、举例法。
教学过程一、讲授指导1、组织教学2、复习提问3、导入新课我们人长时间工作会觉得疲劳，那么没有生命的金属材料长时间工作会产生疲劳吗？请阅读下例空难事件和调查结论。
空难事件：2002年5月25日下午3：08，台湾华航公司一架波音747飞机从台北桃园机场飞往香港，3：37当飞机飞行到离大陆很近的澎湖海域上空，飞机发生解体性爆炸，机上225名乘客和机组人员全部遇难。
空难发生后，一时间境外媒体纷纷猜测空难原因。
有的认为飞机遇上了恶劣天气，也有认为是恐怖分子所为，更有甚者说是飞机被大陆导弹击中。
调查结论：＂5．25＂空难发生后，华航公司邀请美国专家协查空难原因。
美国专家从海水中打捞的飞机残胲进行分析研究，得出的结论是：飞机发动机材料疲劳断裂导致空难发生。
二、讲授新课【板书】1.疲劳断裂【讲解】在交变应力作用下，零件的工作应力低于材料的屈服点，但仍会发生突然断裂的现象称为金属的疲劳。
疲劳断裂是机械零件失效的主要原因之一。
据统计，在机械零件失效中约有80%以上疲劳断裂。
而且疲劳断裂前没有明显的塑性变形而突然发生。
所以，疲劳断裂经常造成重大的事故。
【板书】特征:（1）疲劳断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然发生；（2）引起疲劳断裂的应力很低，常低于材料的屈服点；【设问】材料在交变载荷作用下，会产生疲劳断裂，那么金属材料在多少大的交变应力作用下工作是安全的呢？【板书】2.疲劳强度: 金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏活的最大应力称为疲劳强度。
用σ-1表示，单位是MPa。
【讲解】电风扇的轴（45钢）受交变载荷作用,假如它的设计寿命为10年（工作710次），当它以100MPa、200MPa、300MPa、400MPa都能达到工作107次。
《工程材料》课程建设探究
掌 握本 专业 必 须 的文 化 基础 知 识 、专 业 理 论知 识 和职 业 技 能 ：具有 继 续学 习的 能力 和 适 应职 业变化 的 能力 ；具有 创 新精 神 和实践 能力 。
１．２人 才 应 用 规 格 １．２．１就 业 范 围 本专 业 毕业 生 主要 面 向铁 路 及 城 市轨 道 交 通 的建设 施 工食 业 、城 市 轨 道交 通 运 营 业 的 维护 保 养部 门 ，从 事铁 路轨 道 、桥 隧及地 下 铁 道 的施 工及 设 备维 护 与养 护 、工 程监 理 、工 程 测量 等工作 。 １．２．２工 作 岗位 工 程 施 工 工 作 岗位 ：测 量 员 、实 验 员 、施 工 员 等 ；线 路 养 护工作 岗位 ：线 路工 、桥 隧工 、路 基 工等 ；基 层管 理工 作 岗位 ：工班 长 、技术 员 等 。 铁 道 工 程 技 术 专 业 毕 业 生 工 作 岗位 中 。工 程 施工 工作 岗位 包含 实 验员 ．实 验员 的工作 内 容 与《工 程 材料 》课程 紧密相关 。冈此 ，探 索 以培 养 职业 能 力 为 目标 的工 程材 料 课 程 建设 ．做 好 与职业 岗位 对接 。具 有重 要 意义 。 ２ ＣＴ程材 料》课 程定 位与 目标 《工程 材 料》是铁 道 工 程技 术 专业 的一 门 专 业 基 础课 。课 程 开 设于第 …·学年 第二 学期 ，其 中 教学课 时 ６０课 时 ，工程 材料 实 训 ６０课 时 。课 程
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
必须认识到： 车辆工程专业学生不仅要掌握扎实的汽车专业知识，还 要有较强的实践动手能力和一定创新思维能力。
4
一、课程性质与地位
《汽车制造基础》
《工程制图》
《机械设计》
工程材料
《汽车设计》
《大学物理》
6
二、教材与资源
教材配套精品网络课程
7
二、教材与资源
教材配套精品网络课程
8
二、教材与资源
电子资源情况 • /（新材料工程） • /（新材料产业） • /gxjs/（白垩纪科技网络）
大家好
1
《工程材料》
2014级车辆工程本科专业
铁碳合金相图
单元说课
临沂大学 汽车学院 赵琳
2
一、课程的地位和性质
二、教材与资源
主要内容
三、教学反馈与效果 四、教学大纲与教学内容
五、单元教学说课
六、教学保障条件
七、课程建设规划及实施
3
一、课程性质与地位
能力要求一： 对汽车专业感兴趣，具有扎实的基础知识；
难点
(1)铁碳合金平衡结晶 过程分析； (2)杠杆定律的计算； (3)铁碳合金的成份、 组织与性能之间的关 系。
18
八、学情分析
原有 知识基础
当前 学习能力
需要 改进的
学生在本单元 之前已经学习过纯 金属结晶的基本规 律和金属的同素异 构转变现象，在此 基础上继续探究铁 碳合金的结晶规律。
多数学生没有 养成良好的学习习 惯，分析问题解决 问题的能力较弱， 学习的学习兴趣还 是不高。
冶金工业出版社，2012. 6. 各种工程材料手册（使用时）
10
三、教学反馈与效果
• 毕业生反馈：调查结果显示，大部分学生感觉《工程材料》 中的基础知识，为设计汽车机械零件的铁碳合金的选材提供 了理论依据，同时又是制定零件铸造、锻造、热处理等加工 工艺的重要依据之一。本课程的教学内容为后续专业课程的 学习打下了很好的基础，提高了分析问题和解决问题的能力， 对毕业后从事相关专业工作有很大帮助。
情感 目标
① 从探究中获得积极的情感体验和认真、严谨的科学态度。 ② 善于应用理性的思维方法，即把复杂过程简单化， 把动态
过程层次化，以此为工具，最终了解铁碳合金复杂的性能 和应用。
16
七、单元教学过程
实施步骤及时间分配
第三章 铁碳合金相图
教学单元 课题内容
时间分配
课题一
二元合金的结晶
2课时
课题二
理论
实践 15
六、单元教学目标要求
铁碳合金相图教学目标
知识 目标
① 掌握铁碳合金相图中特性点、线的含义及各区域内的 组织。
② 根据相图掌握铁碳合金的成分、组织与性能的关系。
能力 目标
① 培养学生利用已学知识分析铁碳合金相图的能力。
② 通过分析铁碳合金相图各成分的结晶过程，培养学生 的观察能力以及运用所学知识对结果进行分析、归纳 的能力。
• 后继课程反映: 《工程材料》为学生学习汽车制造基础、机 械设计等后继课程，以及在课程设计和毕业设计中根据相关 机械零件的性能要求和用途选择合适的工程材料奠定必要的 理论基础。
11
四、教学大纲与教学内容
教学内容的针对性
针对本专业多数学生的就业行业特点，改革教学内容， 制定新的教学大纲，适当降低了基础理论知识的学时，追 求“理论够用”原则。
注意培养学生 分析问题解决问 题的思路和方法， 提高他们的学习 兴趣，培养他们 探索的精神和科 学的态度。
9
二、教材与资源
其它参考资料
1. 《材料工程基础》/ 谢希文，过梅丽，北京航空航天大学出版 社，2013 .
2. 《复合材料概论》/ 王荣国,武卫莉,谷万里，哈尔滨工业大学出 版社，2014.
3. 《材料工程导论 》/ 曲彦平，张义顺，械工业出版社，2011. 4. 《材料工程基础 / 周美玲等，北京工业大学出版社，2014. 5. 《2012年材料科学与工程新进展》 , 上册，中国材料研究学会
总课时/48 8 4 10 8 6 4 4 4
理论课时/40 实验课时/8
4
2
4
8
2
8
4
2
2
2
2
2
13
五、单元教学分析
铁碳合金相图在教材中的地位
铁碳合金相图就是研究铁碳合金组织与性能关系的重 要工具，它为铁碳合金的选材提供了理论依据，同时又是 制定铸造、锻造、热处理等加工工艺的重要依据之一。
本门课程的后续内容都是以铁碳合金相图为基础进行 讲解的，在整个知识体系中占有很重要的地位。
专业核心课程
《汽车理论》 《汽车制造工艺学》
前导课程
后续课程
车辆工程专业在汽车机械零件加工、选材、制作过程中不可避免的
与金属材料和热处理工艺的紧密结合。
5
二、教材与资源
教材
选用的教材为清华大学出版社朱张校主编的《工程材料》 第五版，是普通高等教育“十一五”国家级规划教材、国家级 精品课程规划教材，本教材配套《工程材料习题与辅导》丛书。
14
五、单元教学分析
铁碳合金相图的重要性匀晶 相图ຫໍສະໝຸດ 共晶 相图共析 相图
理论综合应用
铁碳合金 相图
工艺实践基础
选材：判定材料的性能 铸造：确定浇注温度范围 C锻lic压k t：o a确dd定Tit锻le 造温度范围 C焊lic接k t：o a判dd定Tit焊le 后组织 C热lic处k t理o a：dd确Tit定le 加热温度范围
铁碳合金相图
2课时
课题三 课题四 课题五
典型铁碳合金的平衡结晶过程 2课时
铁碳合金的成分组织性能关系 2课时
铁碳合金相图工程应用（案例 2课时 分析+实验）
17
七、单元教学过程
教学重难点
重点
(1) 铁碳合金的各种基 本组织的概念； (2)铁碳合金相图中各 点、线 、区的含义， 根据相图，分析各种 典型成份的铁碳合金 的结晶过程。
把更多的学时数放在阐述各种工程材料，包括金属、 聚合物、陶瓷、复合高分子等材料的性能及其在汽车制 造中的应用，以典型的几种汽车零部件为例，新增了材 料失效及正确选材的教学内容。
12
四、教学大纲与教学内容
教学内容及课时分配
章节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
教学内容 金属的性能 金属的结构与结晶 铁碳合金相图 钢的热处理 合金钢 铸铁 金属材料表面处理 选材工艺路线分析