工程材料及热加工

板条马氏体
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铁素体
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2、本课程的内容
机械工程系飞机制造技术专业、模具设计与 制造专业、机械制造与自动化专业、机电一体化 专业（五年制）开设了《工程材料及热加工》这 门课程，该课程是机械类专业的一门专业基础课， 要求学生掌握制造机械零件所必备的有关工程材 料及毛坯热加工方面的知识。该课程的内容包括 工程材料基础和热加工工艺基础两部分
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2.汽车齿轮
汽车齿轮主要分装在变速箱和差速 器中。工作较为繁重，比机床齿轮要求 高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi 制造。 渗碳齿轮的工艺路线为： 下料→锻造→正火→切削加工→渗 碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工
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制作的在线学习内容丰富，图文并茂，动画生 动，极大地提高了学生学习的兴趣及积极性。 举例（非合金钢） 电子教案：自制的电子教案及采集的视频，教 师可以在多媒体进行授课，将生产的实际情况 带到课堂，缩短了课堂与企业生产的距离，增 强学生的感性认识。 课程组设计与制作的《金属工艺学》多媒体课 件在2004年我校青年教师多媒体课件竞赛中获 一等奖；该课件在2005年陕西省现代教育技术 应用研究成果评选活动中获二等奖，在陕西省 高校青年教师多媒体课件竞赛中获优秀奖。
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变速齿轮
拨叉
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以熔模铸造为例
一、熔模铸造的工艺过程 二、熔模铸造的特点及应用范围
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熔模铸造有以下优点: 1)由于铸型精密,没有分型面,型腔表面极光洁,故铸件 的精度及表面质量均优。同时,铸型在热态浇注,可以 生产出形状复杂的薄壁铸件。 2)由于型壳是由耐火材料制成,可以适应各种合金的生 产,对于生产高熔点合金及难切削加工合金,更显出其 独特的优越性。 3)生产批量不受限制,除常用于成批、大量生产外,也可 用于单件生产。 熔模铸造的主要缺点是:材料昂贵、工序多、生产 周期长,不宜生产大件等。 熔模铸造广泛应用于电器仪表、刀具、航空等制 造部门。例如,汽轮机和涡轮发动机的叶片,汽车、拖 拉机上的小型零件等,已成为少或无切削加工中最重 要的工艺方法。
6、课程特色
1. 本课程具有实践性强的特点，在教学过程中重视学 生在校学习与实际工作的一致性，充分利用校内外 实训基地资源，采用“理论教学——课内模拟实 验——金工实习——认识实习这种工学结合的教学 模式，实现抽象知识与岗位实用技能的转化，提高 学生的技能水平。 2. 充分利用信息时代的教育技术，以教材内容为基础， 将课程知识点，制作成融文字、图片、动画、声音 为一体的多媒体课件。所制作的课件生动形象，插 图醒目清楚，易于学生理解和掌握，教学效果显著。 组织观看辅助教学电教片，使学生了解现代制造技 术及其发展趋势，扩大知识面，掌握相关学科的发 展前沿 3. 采用讨论式、互动式教学方法，引导学生将理论知 识与工程实例相结合，增强学生的求知欲及工程意 识。定期收集学生对于教学过程及教学方法的反馈 意见，不断改进教学方法和教学手段。
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3.齿轮的性能要求
(1)高的弯曲疲劳强度; (2)高的接触疲劳强度和耐磨性; (3)较高的强度和冲击韧性。 齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢，经表面 强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺轮选材举例 1.机床齿轮 机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和 方向的任务。载荷不大，运动平稳，工作条件好。 一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也 可选用中碳合金钢(40Cr钢)。 工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质 →精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨。 冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、 QT500-5、QT600-2等铸铁制造。
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5、工学结合
教师纯粹在黑板上画饼，没有实践教学，不能适应 高职教育的发展的要求。本课程教学人员积极组织工学 结合教学研究，建设双师素质和双师结构的教学团队。 我校机械制造与自动化专业、机电一体化专业、飞机制 造技术专业、模具设计与制造专业等在基础课教学方面 开设了工程材料及热加工课程。在实践教学方面有计划 的开展校内实习工厂的钳工实习、机工实习，将理论教 学与实践教学融为一体。校内工厂为工学结合创造了教 学条件。为培养学生职业素质，使学生有机会进行岗位 体验，各专业在教学设计方面安排了认识实习。学校企 业紧密联系，建立了深度融合的校企合作关系。稳定的 校外实训基地有多处，如庆安公司、远东公司、西安发 动机公司、西安飞机制造公司等。 近几年来，全体教师在课程教学实践中积极探索工学 结合方式，提高学生的专业技能和就业竞争力，取得了 很好的教学效果。其结果使机械系毕业生就业率一直稳 定在96%以上。现在毕业生主要就业在航空航天系统、 国企、合资企业、外资企业等，有的学生已经取得了可 喜的成绩。 2013-5-10 20
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以齿轮为例
齿轮类零件选材 1.齿轮的工作条件 (1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； (2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； (3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力 及摩擦力的作用。 2.齿轮的失效形式 (1)疲劳断裂主要从根部发生。 (2)齿面磨损由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小。 (3)齿面接触疲劳破坏，在交变接触应力作用下，齿面 产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落。 (4)过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿。
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（2）在教学过程中，配合理论教学，为了使学生对热加 工和材料应用方面有一定的感性认识，采用多媒体课 件、采集的视频等教学方式，提高了教学效果。 （3）改变了传统的以教师为中心的教学方法，充分调动 学生学习的积极性，采用互动式、课堂讨论式教学， 收到了很好的教学效果。 （4）加强过程管理，改1次期末考试为“平时成绩＋作业 ＋期末考试”综合考核评定成绩。
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7、教学队伍
王巧云：西工大 双师型 韩敏健：在职硕士研究生。 王永锋:研究生 曹静:研究生 王栓强:研究生
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教学队伍整体结构
教师队伍属于中青年结合，以中年教师为核心，青年 教师为主体，梯队层次清晰合理。现有专职教师5人，其中 讲师3人，助讲2人，硕士研究生3人，硕士研究生在读1人， 教师知识结构涵盖各层次，符合教学要求。教师队伍中 “双师型”教师1人；毕业后分配到工厂进行实践，后来调 到教师岗位的教师有2名，他们具有参与实际工程的经历和 丰富的教学实践经验。教师队伍的专职教师均为核心教学 人员，自入校以来一直在教学一线工作，承担着主要课程 的教学工作，具有丰富的教学经验，教学效果良好。近几 年，新毕业的年轻教师利用假期到生产第一线进行培训， 受到了很好的效果。今后随着课程改革的不断完善，将培 养年轻教师迅速成长，以形成结构更加合理、素质更加优 秀的教师队伍。
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4、热处理和组织性能 合金渗碳钢的热处理工艺一般 都是渗碳后直接淬火，再低温回火。 热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回 火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为60HRC～ 62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关， 完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～ 48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁 素体，硬度为25HRC～40HRC。心部韧性一般都高于 700KJ/m2。 5、用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。
商代青铜兽
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周朝青铜器
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本校以前招生是五年制大专生，没有一套合适的教材， 上课所用的是参考教材。要讲授的内容包括铁碳合金、合 金钢、热处理、压力加工、铸造、铸焊等方面，它的内容 涉及的比较广，每个方面在各大院校都是一门独立的专业。 1994年原金工教研室主任金南威根据原航空航天工业部批 准的“工程材料及金属热加工基础”课程教学大纲要求， 主编了一本适合工科中专学校的教材。该教材课时多，对 五年制大专生分两个学期教学。工程材料部分在第一学期 作为考试课程，热加工工艺部分在第二学期作为考查课程。 该课程设有实验课，包括金相组织的观察和热处理实验等。
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热加工工艺基础



铸造：铸造工艺基础，铸造方法，铸造合金 的性能，铸件结构设计等。 锻压：介绍金属的可段性、模锻、自由锻及 板料冲压。 焊接：电弧焊，其它常用焊接方法，常用金 属材料的焊接，焊接结构工艺性。
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3、教学内容组织方式与目的
以合金渗碳钢为例 1、性能要求 (1)表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳 抗力，同时具有适当的塑性和韧性。 (2)心部具有高的韧性和足够高的强度。 (3)有良好的热处理工艺性能。 2、成分特点 (1)低碳：碳含量一般为0.10%～0.25%。 (2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B 等。 (3)加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、W、Mo等。 3、常见钢种及牌号 20Cr 低淬透性合金渗碳钢。 20CrMnTi 中淬透性合金渗碳钢。 18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A 高淬透性合金渗碳钢。
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根据学校发展的要求，对实验室及实习 工厂进行改建，其课程的教学也需要进行改 革。现在学校招生是三年制大专生，教材的 选用是程晓宇主编的面向21世纪高职高专规 划教材《工程材料及热加工技术》，对课程 进行了以下方面的改革： （1）鉴于现在课程改革和课时紧张的情况， 将热处理实验内容改为认识实习期间参观热 处理车间，将金相组织的观察实验改为在教 师的指导下运用课件进行。
工程材料及热加工
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课程整体情况介绍
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
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本课程校内发展的历史沿革 本课程的内容 教学内容组织方式与目的 教学条件（教材的使用与建设） 工学结合 课程特色 教学队伍 教学效果
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1、本课程校内发展的历史沿革
材料是人类文明生活的物质基础。人类历史所谓 石器时代、青铜器时代和铁器时代就是按生产活动中 起主要作用的工具材料来划分的。可见材料的发展对 社会的进步起着极为重要的作用。 工程材料及热加工包括工程材料及热加工工艺两部 分。它是机械类和近机械类专业的一门专业基础课。 作为一名机械制造的技术人员，在设计和制造零件时， 必须熟悉各类材料的牌号，懂得材料的成分、组织和 性能之间的关系，对零件毛坯选用的热加工工艺应有 相当的了解。
曲轴
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整体热处理大炉
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机械工程材料基础包括以下内容：




金属的力学性能：介绍材料室温时的力学性能。 金属的晶体结构与结晶：介绍常见金属的晶体结 构。 铁碳相图：介绍铁碳合金相图中典型合金的结晶 过程，铁碳合金的组织和力学性能的关系、相图 在选材方面的应用 钢的热处理：介绍钢在加热和冷却时的组织转变， 过冷奥氏体转变产物的组织、形态和性能，以及 热处理工艺的目的、方法、和应用。 金属材料：介绍常用金属材料（铸铁、碳钢、合 金钢、轴承合金、铝合金等）的种类、成份、牌 号、热处理、性能特点及其应用。
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4、教学条件（教材的使用与建设）


该课程在近几年的教学中曾使用过原金工教研室金南 威主编的《工程材料及热加工基础》，该教材的内容较多， 不适应现在的课时压缩要求；选用丁德全主编《金属工艺 学》教材，该教材分为三篇内容：工程材料篇、热加工工 艺篇、机械加工工艺篇。机械加工工艺篇与选用的《金工 实习》教材内容发生冲突。2006年选用西安电子科技大学 出版社程晓宇主编、我校参编的《工程材料及热加工技术》 这门教材。该教材具有以下特点： 该教材适应教学总学时的压缩，以必须够用为度，以掌握 概念、强化应用为教学重点。 以材料与毛坯选择为目标，以材料应用为主线，将理论教 学与实训教学进行全方位的整合，形成新的课程内容体系， 把对学生技术应用能力的培养贯穿到教材内容的各个部分。 注重企业生产技术实际案例。将企业实际发生的一些材料 方面的技术案例引入到到该教材，让学生一开始就注意理 论与实践结合，提高学生分析问题的能力。