金属材料的教学大纲

课程英文名称：Engineering Materials

课程编号：14109404

适用专业：机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程、热能与动力工程、油气储运工程、金属材料工程、工业设计、理论与应用力学

课程计划学时：48学时(理论教学36学时，实验12学时)

学分：3

课程简介： 

本课程是机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程、热能与动力工程、理论与应用力学专业的技术基础课程之一。其目的是使学生获得有关工程结构和机械零件常用的金属材料和非金属材料的基本理论和性能特点，并使其初步具备合理选择与使用材料、正确制定零件的冷热加工工艺路线的能力。

本课程主要担负着以下几方面的任务：使学生掌握金属及合金的成分组织结构与性能之间的关系及其变化规律；学会分析铁碳合金状态图，从而掌握钢铁的成分、组织和性能的关系，为合理选用钢铁材料打下一定的基础；了解钢铁热处理概念和工艺，掌握钢——热处理——组织——性能之间的关系，为合理选用热处理工艺打下必要的基础； 在金属材料方面应掌握常用金属材料的工业牌号、热处理工艺及用途，为合理选用金属材料打下一定的基础；对非金属材料性能和用途作一般性的了解。 

在学习本课程前应先完成金工实习。本课程可为后续相关的专业课程设计服务。学生通过学习该课程后可掌握有关工程材料的性质、加工性以及热处理工艺等方面的基础知识。

一、课程教学内容及教学基本要求

绪论

本章重点：熟悉本课程的内容、要求及学习方法

第一节、工程材料在近代工业中的地位和作用及与本专业的关系；

第二节、本课程的内容；

第三节、本课程的教学目的，要求和学习方法。

本节要求了解(考核概率20%)

第一章  金属的晶体结构与结晶

 本章重点：晶体的基本概念；影响晶核形成和长大的因素及细化晶粒的方法。难点：常见金属的晶体结构及纯金属的实际结构。

第一节  纯金属的晶体结构

一、晶体的基本概念    

晶格、晶胞、晶格常数    

二、常见金属的晶体结构类型

体心、面心、密排六方晶格

本节要求理解(考核概率60%)，作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  纯金属的实际结构与晶体缺陷

一、单晶体与多晶体

二、晶体缺陷

空位与间隙原子，位错、晶界和亚晶界

本节要求理解(考核概率60%)，作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  纯金属的结晶

一、结晶的基本概念

过冷现象，过冷度、冷却曲线

二、结晶过程的基本规律

形核、核长大

三、影响晶核形成和长大的因素    

过冷度、变质处理，获得细晶粒金属的方法

本节要求理解(考核概率80%)，作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第二章  二元合金的相结构与相图

 本章重点：掌握合金相结构的基本类型；熟悉状态图的建立及用途。难点：掌握二元合金状态图的基本类型。

第一节  合金的晶体结构   

一、合金的定义和实用意义，组元、相和组织

二、合金相结构的基本类型    

固溶体(置换式、间隙式、溶质、溶剂、固溶度)

化合物  

本节要求理解(考核概率60%)，作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  二元合金状态图    

一、状态图的建立，状态图的用途   

二、二元合金状态图的基本类型

匀晶相图(相图分析，结晶过程，晶内偏析)   

共晶状态图(相图分析，结晶过程，共晶反应，二次相的析出，比重偏析)

 本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

三、二元合金相图与合金性能的关系

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第三章 铁碳合金

本章重点：纯铁的同素异构转变；铁碳合金中的相结构与性能；碳钢的牌号及用途。难点：铁碳合金状态图并利用状态图对典型合金的结晶过程进行分析。

第一节纯铁的同素异构转变与铁碳合金中的相

一、纯铁的同素异构转变

二、铁碳合金中的相结构(铁素体、奥氏体、渗碳体)与性能

本节要求掌握(考核概率90%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节铁碳合金相图  

一、相图分析，共析反应、共晶反应   

二、典型合金结晶过程分析    

本节要求掌握(考核概率90%)；作业布置五道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  碳钢

一、碳钢的分类、编号

二、碳钢的成分、组织与性能的关系    

三、碳钢的用途

 本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第四章  金属的塑性变形与再结晶

 本章重点：加工硬化现象；冷变形与热变形的区别。难点：冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化。

第一节  金属的塑性变形   

一、单晶体塑性变形

滑移的一般概念，金属塑性变形的实质   

二、多晶体塑性变形

晶粒间位向的影响，晶界的影响，晶粒大小对金属变形的影响

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  冷塑性变形对金属组织和性能的影响

一、加工硬化

二、纤维组织，织构

本节要求理解(考核概率90%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  冷塑性变形金属在加热过程中组织与性能的变化

一、回复及其对金属组织和性能的影响

二、再结晶

再结晶温度

再结晶对金属组织和性能的影响

本节要求理解(考核概率80%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第四节  金属的热变形

一、金属的热变形与冷变形的区别

二、金属经热变形后组织和性能的变化

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第五章  钢的热处理

 本章重点：掌握钢在加热时的组织转变过程；掌握钢在冷却转变时的产物及转变曲线；熟悉钢的退火、正火、淬火、回火的目的、工艺及应用。难点：钢的淬透性概念、影响因素及与淬硬性的区别。

第一节  概述

热处理的定义、目的和分类及在工业中的应用

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  钢在加热时的转变

一 、奥氏体的形成   

二、奥氏体晶粒度及其影响因素

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  钢在冷却时的转变

一、奥氏体等温转变曲线

二、奥氏体等温转变产物的组织特征与性能

珠光体、上贝氏体、下贝氏体、

三、奥氏体连续冷却转变曲线

四、马氏体的转变

马氏体的组织结构与性能

 本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置五道题，要求通过作业理解所学内容；

第四节  钢的退火与正火

一、钢的退火目的、工艺及应用

二、钢的正火目的、工艺及应用

三、退火与正火的选择

 本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置三道题，要求通过作业理解所学内容；

第五节  钢的淬火

一、淬火的定义、目的

二、常用的淬火方法

三、钢的淬透性及淬硬性

 本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置三道题，要求通过作业理解所学内容；

第六节  淬火钢的回火

一、淬火钢回火的目的

二、回火的分类及应用

 本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置三道题，要求通过作业理解所学内容；

第七节  钢的表面热处理    

一、表面淬火

火焰加热表面淬火

感应加热表面淬火

二、化学热处理简介  

 本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容； 

第六章  合金钢

 本章重点：各常用合金钢的成分、牌号、热处理。难点：合金元素在钢中的作用。

第一节  合金钢的分类和编号

一、按成分分类

二、按用途分类

本节要求理解(考核概率50%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  合金元素在钢中的作用

一、合金元素与铁和碳的作用

二、合金元素对铁碳合金状态图的影响

三、合金元素对钢的热处理的影响

 本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  合金结构钢

一、普通低合金结构钢的成分、牌号、热处理、组织和性能

二、渗碳钢、调质钢的成分、牌号、热处理、组织和性能 

三、弹簧钢、滚动轴承钢的成分、牌号、热处理、组织和性能

本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第四节  合金工具钢

一、低合金工具钢的成分、牌号、热处理、组织、性能及用途

二、高速钢的成分、牌号、热处理、组织、性能及用途

三、模具钢的成分、牌号、热处理、组织、性能及用途

 本节要求理解(考核概率60%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第五节 特殊性能钢    

一、不锈钢的成分、牌号、热处理、组织和性能

二、耐热钢的成分、牌号、热处理、组织和性能

 本节要求理解(考核概率80%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第七章  铸铁

 本章重点：铸铁的特点、分类；熟悉各常用铸铁的牌号、性能和用途。难点：铸铁的石墨化过程。

第一节  概述

一、铸铁的特点及分类

二、铸铁的石墨化及影响因素

本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  灰口铸铁

一、灰口铸铁的牌号、性能和用途

二、变质处理  

本节要求掌握(考核概率60%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  可锻铸铁

可锻铸铁的特点、牌号、性能和用途

本节要求理解(考核概率50%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第四节  球墨铸铁

球墨铸铁的特点、牌号、性能和用途

本节要求理解(考核概率50%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第八章  有色金属及合金

 本章重点：纯铝及常用铝合金的成分、牌号、性能及用途；熟悉纯铜及常用铜合金的分类、牌号、组织、性能及用途；常用的轴承合金。难点：固溶处理及时效

第一节  铝及其合金

一、纯铝及铝合金的分类及编号

二、铝合金的热处理

固溶处理及时效

三、变形铝合金与铸造铝合金的成分、牌号

 本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  铜及其合金

一、纯铜

二、铜合金的分类、牌号、组织、性能及用途

本节要求理解(考核概率80%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第三节  轴承合金  

一、轴承合金的性能要求

二、锡基、铅基轴承合金

本节要求理解(考核概率50%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第九章  非金属材料

 对非金属材料的性能及用途作一般性了解。

第一节 高分子材料    

一、高分子材料的基本知识

三、高分子材料的性能特点

四、常用高分子材料 

塑料 橡胶  

本节要求了解(考核概率50%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  陶瓷材料

一、陶瓷的组成与结构    

二、陶瓷材料的性能特点及应用

 本节要求了解(考核概率10%)； 

第十章  典型零件的选材及热处理工艺分析

 本章重点：熟悉选材过程。难点：正确分析各热处理工序的作用。

第一节选材方法

本节要求理解(考核概率40%)；作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容；

第二节  典型零件的选材及热处理工艺分析

一、轴

二、齿轮    

  本节要求掌握(考核概率80%)；作业布置三道题，要求通过作业理解所学内容；

实验教学内容：实验一、金属的显微分析法；实验二、碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织；实验三、钢的热处理及其对组织和性能的影响；实验四、常用工程材料的显微组织观察与金相显微照相技术简介。

要求：了解各种分析方法，掌握材料分析方法的选择与试样的制备与要求，熟悉钢的热处理及其对组织和性能的影响，提高显微组织观察的能力。

考核方式：考试。考试成绩（75分）+平时成绩（5分）+实验成绩（20分）

二、教学内容学时分配一览表

1. 建议教材

付广艳主编. 工程材料. 中国石化出版社，2007（高等学校“十一五”规划教材）

2. 参考书目

1.刘新佳主编.工程材料.北京：化学工业出版社，2006

2.何世禹,金晓鸥主编.机械工程材料.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006

3.朱张校主编.工程材料.北京:清华大学出版社,2001

4.王忠编著.机械工程材料.北京：清华大学出版社，2005

5.阎康平主编.工程材料.北京：化学工业出版社，2001

6.徐自立主编.工程材料.武汉:华中科技大学出版社,2003

7.于永泗,齐民主编.机械工程材料.大连: 大连理工大学出版社，2003

8.齐宝森,李莉,房强汉主编.机械工程材料. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005

9.史美堂主编.金属材料及热处理.上海：上海科学技术出版社，1980