工程材料学教学大纲

《工程材料学》教学大纲
学分：2总学时：36
理论学时：27实验学时：9
适用专业：农机化、农机化师范
大纲执笔人：许令峰大纲审定人：赵立新
一﹑说明
1．课程的性质﹑地位和任务
材料是现代工业技术的物质基础，正确选择材料，确定合理的加工工艺，使零件既能满足性能要求，又能充分发挥材料的潜力，是一个机械工程人员必须具备的能力。

工程材料学是研究常用工程材料的实用性能与化学成分﹑内部显微组织之间的相互关系，找出其内在规律，以便采用合理的热处理工艺方法，来控制其内部组织，提高材料的性能。

2．课程教学的基本要求
理论知识方面：本课程是一门与生产实践联系很密切的课程，在课程学习前，应进行金工实习，以便学生建立有关材料与工艺的感性知识。

应安排学生在学完机械制图﹑机械制造基础等有关基础课或专业基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，并避免不必要的重复，课堂教学应力求使学生弄清基本概念，掌握基本内容，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，具备根据零件工作条件合理选择和使用材料，正确制定热处理工艺方法，妥善安排工艺路线的初步能力。

由于材料学的不断发展，知识不断更新，所以授课教师在吃透教材的基础上，应广泛阅读有关参考资料，紧跟本学科的发展，备课过程中随时补充新内容，使学生及时了解到本学科的重要发展及发展动向。

实验技能方面：观察材料内部组织结构必须借助于金相显微镜或其他仪器，学生必须首先掌握金相显微镜的构造及使用，并且学会金相显微试样制备。

还应掌握不同含碳量的碳钢硬度的测定。

3．课程教学改革
总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关材料学方面的理论知识。

除课堂教学外，尚需进行必要的课堂讨论和习题课等，以进一步培养学生分析问题和独立工作的能力
二．教学大纲内容
（一）课堂理论教学
第一章：金属的机械性能（1学时）
拉伸图的分析，弹性和刚度﹑强度﹑塑性﹑硬度﹑疲劳强度﹑冲击韧性和断裂韧性的含义。

思考题：1﹑说明低碳钢拉伸曲线上的几个变形阶段
2﹑根据作用性质，载荷可分为几类？其主要性能指标各有那些？
3﹑何谓硬度？如何衡量？
第二章：金属的晶体结构与结晶（2学时）
第一节：纯金属的晶体结构
晶体的基本概念；金属中常见的晶格类型；晶面指数和晶向指数；金属晶体结构的其他参数。

第二节：实际金属的晶体结构
多晶体结构；晶体缺陷：点缺陷﹑线缺陷﹑面缺陷
第三节：金属的结晶
结晶的概念；结晶过程；晶粒大小：晶粒大小对性能的影响；晶粒大小的控制
本章重点﹑难点：1﹑晶格类型
2﹑晶体缺陷
3﹑晶粒大小对性能的影响；晶粒大小的控制
建议教学方法：在教学方法上力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过教具﹑挂图﹑幻灯等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。

思考题：1﹑实际金属的晶体缺陷有哪些？对机械性能有何影响？
2﹑晶粒大小对机械性能的影响？如何控制晶粒大小
3﹑有关晶体结构的基本概念
第三章：合金结构与相图（3学时）
第一节：合金相结构
相﹑固溶体﹑金属化合物的含义；固溶体﹑金属化合物的性能
第二节：二元合金相图
相图的建立；基本的二元合金相图；杠杆定律。

本章重点﹑难点：1﹑相﹑固溶体﹑金属化合物的定义
2﹑利用杠杆定律进行计算
3﹑基本的二元合金相图分析及有关概念。

建议教学方法：在教学方法上力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过教具﹑挂图﹑幻灯等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。

思考题：1﹑相﹑固溶体﹑金属化合物﹑相图﹑机械混合物﹑枝晶偏析的定义
2﹑固溶强化原理
3﹑何谓共晶反应﹑共析反应﹑匀晶转变？
第四章：铁碳合金（3学时）
第一节：铁碳合金的组元与基本相
同素异构转变；铁碳合金中的基本相
第二节：铁碳合金相图
铁碳合金相图的特性点；铁碳合金相图中的特性线；铁碳合金相图中的相区。

典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织；相及组织组成物的计算；铁碳合金成分﹑组织与性能的关系。

本章重点﹑难点：1﹑典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织
2﹑相及组织组成物的计算
建议教学方法：本章内容是本课程的重点，在教学方法上力求系统而全面的阐述本章内容，采用启发式与形象化相结合，通过教具﹑挂图﹑幻灯等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。

思考题：1﹑分析含碳量分别为0.20％﹑0.77％﹑1.2％的铁碳合金的平衡结晶过程及室温组织
2﹑计算含碳量分别为1.0％﹑0.6％的铁碳合金的相及组织组成物的相对含量。

第五章：金属的塑性变形及再结晶（2学时）
第一节：金属的塑性变形
单晶体金属的塑性变形；多晶体金属的塑性变形
第二节：塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形后金属组织和性能的变化；织构现象；残余内应力
第三节：变形金属在加热过程中组织和性能的变化
回复和再结晶；再结晶退火后的晶粒度。

本章重点﹑难点：1﹑单晶体金属的塑性变形实质
2﹑多晶体金属的塑性变形过程
3﹑塑性变形后金属组织和性能的变化
建议教学方法：在教学方法上力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过教具﹑挂图﹑幻灯等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。

思考题：1﹑多晶体金属的塑性变形有何特点
2﹑金属冷塑性变形后，组织和性能的发生什麽变化
第六章：钢的热处理原理（5学时）
第一节：钢在加热时的转变
转变温度；奥氏体的形成；奥氏体晶粒的大小
第二节：钢在冷却时的转变
过冷奥氏体的等温转变；过冷奥氏体的连续冷却转变
第二节：钢在回火时的转变
本章重点﹑难点：1﹑奥氏体的形成
2﹑过冷奥氏体的等温转变
3﹑钢在回火时的转变
建议教学方法：本章内容是本课程的重点，在教学方法上力求系统而全面的阐述本章内容，采用启发式与形象化相结合，通过教具﹑挂图﹑幻灯等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。

思考题：1﹑简述共析钢加热时奥氏体形成的基本过程
2﹑分析共析钢过冷奥氏体的等温转变产物的组织和性能。

3﹑淬火钢回火后的组织和性能变化。

第七章：钢的热处理工艺（5学时）
第一节：钢的退火与正火
第二节：钢的淬火与回火
第三节：钢的表面淬火
第四节：钢的化学热处理
第五节：淬火缺陷与防止
本章重点﹑难点：钢的各个热处理工艺的特点与应用。

建议教学方法：在教学方法上力求少而精，应注重各个热处理工艺的对照与应用；应适当采用课堂讨论和习题课，从而增强学生对钢的各个热处理工艺特点的认识和解决实际问题的能力。

思考题：1﹑亚共析钢及过共析钢淬火加热温度应如何选择？
2﹑45钢正火与调质后的组织与性能差别。

第八章：工业用钢（6学时）
第一节：碳素钢
碳素结构钢；优质碳素结构钢；碳素工具钢
第二节：合金元素在钢中的作用
合金元素对钢中基本相的影响；合金元素对碳钢相图的影响；合金元素对钢的热处理的影响。

第三节：合金结构钢
低合金结构钢；渗碳钢；调质钢；弹簧钢；滚动轴承钢；
第四节：合金工具钢
刃具钢；模具钢；量具钢；
第五节：特殊性能钢
本章重点﹑难点：1﹑合金元素在钢中的作用
2﹑各类钢的成分﹑组织﹑热处理和性能之间的关系建议教学方法：本章内容较为繁杂，在教学方法上力求从各类钢的成分﹑组织﹑热处理和性能之间的关系入手来阐述本章内容，同时适当采用课堂讨论和习题课，从而增强学生对钢的各个热处理工艺特点的认识和解决实际问题的能力。

思考题：1﹑为什麽调质钢采用中碳钢？
2﹑合金元素在钢中的作用。

（一）课程实验教学
本课程实验学时共九学时，设五个实验，分别如下：
实验一金相显微镜使用及金相显微试样制备
学生掌握金相显微镜的构造及使用，并且学会金相显微试样制备。

实验二金属材料硬度测定
了解硬度测定的基本原理及常用硬度实验法的应用范围，学会正确使用硬度计。

实验三铁碳合金的平衡组织观察及不同含碳量的碳钢硬度的测定
观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织，分析化学成分对铁碳合金显微组织的影响；测定不同含碳量的碳钢（正火态）的硬度，分析铁碳合金成分﹑组织对性能的影响。

实验四碳钢的热处理
进行碳钢基本热处理工艺（正火﹑淬火﹑回火）的操作，从中了解不同热处理工艺的特点及应用场合；观察碳钢经不同热处理工艺后的显微组织，测定其相应的硬度，加深理解热处理工艺-组织-性能之间的关系。

实验五铸铁组织观察
观察﹑识别各种常用铸铁显微组织特征，加深理解石墨形状﹑大小﹑数量对铸铁性能的影响。

三．本课程的考核方式，方法
闭卷考试，卷面成绩占70％，平时及实验成绩占30％。

附：本课程建议使用教材及实验指导书
建议使用教材：《机械工程材料》，储凯等主编，重庆大学出版社，1997年。

实验指导书：《机械工程材料实验指导书》，自编。

主要参考书：1.《机械工程材料》，储凯等主编，重庆大学出版社，1997年。

2.《金属材料及热处理》.史美堂主编.上海科技出版社.1991年。

3.《工程材料》.郑明新主编.清华大学出版社.1991年。