工程材料教案

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1、1教案用纸教案用纸第 1 周 总第 1 次 学时 2教学班级: 课程:工程材料 授课教师: 课题： 课程介绍与绪论教学方法： 讲授教具:教学目标：了解课程内容学习方法和教学目的，理解课程的研究对象及其在机械工业中的作用、发展简史。教学重点：理解工程材料在机械工业中的作用及掌握常识性知识。教学难点： 了解工程材料的发展及分类主要教学内容： 1. 课程介绍： 课程性质、内容、主要章节、重点 对学生的要求 2. 绪论 材料科学的发展及研究内容 工程材料的发展及分类 工程材料的四种键合机制 材料加工方法的分类课程回顾:2教案用纸首先介绍课程性质、内容及学习方法 课程性质： 工程材料是机制专业学生必修的

2、一门职业技能课。 本课程的内容和学习任务是:1.工程材料的性能与其组织结构之间的联系;2.说明如何通过工艺手段改变材料的组织结构,以达到提高材料性能的 目的;3.介绍常用工程材料及其应用等基本知识；4.为工程结构和机械零件制造提供合理选用材料的方法。教材与学时安排 教材选用-工程材料刘新佳主编 理论教学：30 学时 实 验：2 学时一、材料科学的发展及研究内容 二、工程材料的发展及分类是人类生产、生活的物质基础，人类社会文明程度的重要 标志之一当代社会经济的先导，是科技进步的关键。材料的发展历经：石器时代陶器青铜器铁器钢铁 （资本主义大工业时期）合成材料（20 世纪）复合材料 （20 世纪 4

3、0 年代）。（）材料按化学组成（基本组成）分类：1. 金属材料2. 无机非金属材料（广义陶瓷）3. 高分子材料（聚合物）4. 复合材料（）根据材料使用性能分类：1. 结构材料2. 功能材料备 注3教案用纸备 注5三、工程材料的四种键合机制 1.化学键 （1） 离子键 （2） 共价键 （3） 金属键 2.物理键 （1）范德华键（范德瓦尔斯键） （2）氢键 3.工程材料的键性 实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多 的是几种键的结合。如果以四种键为顶点作一个四面体， 就可以把材料的结合键范围示意地表示在这个四面体上， 具体材料的键特性见图。四、材料加工方法的分类备 注6教案用纸教案用纸第

4、1 周 总第 2 次 学时 2教学班级: 课程:工程材料 授课教师: 课题：第一章 材料的性能 教学方法：讲授 教具:教学目标：主要了解金属材料在外力作用下表现的力学性能，掌握力学性能指标、实际意义及测试方法。教学重点：理解并掌握力学性能指标、实际意义及测试方法。 教学难点：理解并掌握力学性能指标、实际意义及常用测试方法。 主要教学内容： 第一章 材料的性能 一、力学性能的定义及范围 二、强度 三、塑性 四、硬度 五、韧性 六、疲劳强度课程回顾:7教案用纸复习复习第一章 材料的性能 一、力学性能的定义及范围 1.定义 : 力学性能是指材料在外加载荷作用下抵抗变形和开裂的性能。 2.指标 :强度

5、、弹性 、 塑性 、硬度 、韧性和疲劳强度等。 二、强度 强度:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。拉伸试验备 注8教案用纸屈服强度 s、条件屈服强度 0.2、抗拉强度 b 三、塑性 塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 断面收缩率： 是指试样拉断处横截面积 S k 的收缩量与原始横截面积 S0 之比。 伸长率(延伸率)： 是指试样拉断后的标距伸长量 L k 与原始标距 L 0 之比。 四、硬度 硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。 常用测量硬度的方法： 布氏硬度布氏硬度 HB ：符号 HB

6、S 或 HBW 之前的数字表示硬度值，符号后 面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如: 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。备 注9洛氏硬度洛氏硬度 HR h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度洛氏硬度计计维氏硬度维氏硬度 HV五、韧性 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。冲击韧性值 a k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。六、疲劳断裂 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。备 注10教案用纸教案用纸第 2 周 总第 3

7、 次 学时 2教学班级: 课程:工程材料 授课教师: 课题： 第二章 材料的结构2.1 纯金属的晶体结构 2.2 合金的晶体结构教学方法： 讲授教具:教学目标： 使学生了解晶体与非晶体的概念，掌握常见的晶格类型，明确金属晶体缺陷类型。教学重点：掌握常见的晶格类型，明确金属晶体缺陷类型。教学难点： 晶格类型，明确金属晶体缺陷类型。主要教学内容： 一、纯金属的晶体结构 1. 晶体与非晶体 2. 晶格与晶胞 3. 常见晶格类型 4. 晶体缺陷 二、合金的晶体结构课程回顾:11教案用纸12复习复习第二章第二章 材料的结构材料的结构一、晶体结构的基础知识一、晶体结构的基础知识1.晶体与非晶体的基本概念晶

8、体晶体 ( crystal ) : 物体内部的原子 ( 或分子 ) 在三维空间中 , 按一定规律作周期性排列的固体。晶体物质所具有的性质晶体物质所具有的性质: 固定的熔点; 各向异性等。 例如 , 所有的金属、食盐等。非晶体非晶体 ( non- crystal )的基本概念:物体内部的原子呈散乱分布,其物理和力学性能各向同性。例如,普通玻璃、松香等。2.晶体学(crystallography)的基本知识晶格晶格(crystal lattice): 用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。晶胞晶胞 ( unit cell ):能完全反映晶格特征的最小几何单元。3.常见的三种晶体结构常见的三种晶

9、体结构a.体心立方晶格( body-center cubic lattice )属于体心立方晶格的金属有:钠钠 ( Na ) ; 钾钾 ( K ) ; 铬铬 ( Cr ) ;钼钼 ( Mo ) ; 钨钨 ( W ) ; 钒钒 ( V ) ;钽钽 ( Ta ) ; 铌铌 ( Nb ) ; -铁铁 ( -Fe ) 等等 。备 注13b.面心立方晶格属于面心立方晶格的金属有属于面心立方晶格的金属有:金金 ( Au ) ; 银银 ( Ag ) ; 铜铜 ( Cu ) ;铝铝 ( Al ) ; 镍镍 ( Ni ) ; 铂铂 ( Pt ) ;铅铅 ( Pb ) ; -铁铁 ( -Fe ) 等等c.密排六方

10、晶格 ( c/a = 1.633 )属于密排六方晶格的金属有属于密排六方晶格的金属有:镁镁 ( Mg ) ; 锌锌 ( Zn ) ; 镉镉 ( Cd ) ; 钛钛 ( Ti ) ; 铍铍 ( Be ) 等等 。4.纯金属的晶体结构与特性纯金属的晶体结构与特性a.金属键-金属原子间的结合键。b.金属键的基本特点是电子公有化。c.电子气-当金属原子结合成晶体时,价电子不再被束缚在各个原子上,而是在整个晶体内运动,从而形成电子气。d.金属晶体-失去价电子的金属正离子与组成电子气的自由电子之间产生的静电引力使金属原子结合在一起,从而形成了金属晶体。二、实际金属的晶体结构与晶体缺陷二、实际金属的晶体结构

11、与晶体缺陷1.单晶体与多晶体的基本概念单晶体与多晶体的基本概念单晶体单晶体( single crystal )的特征的特征:晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。晶体具有各向异性( aeolotropy )。例如:单晶硅、单晶锗等。多晶体多晶体( polycrystal )的特征的特征晶体是由许多颗晶格排列方位不相同的晶粒组成。备 注14*晶体具有各向同性( isotropy )。例如: 常用的金属等。2. 晶体缺陷晶体缺陷( crystal defect )a.点缺陷( point defect )空位( vacancy )间隙原子( gap atom )置换原子( substituti

12、onal atom )b. 线缺陷线缺陷( line defect ) -位错位错( dislocation ) 螺旋型位错( screw dislocation )刃型位错( blade dislocation )c 面缺陷面缺陷( surface-defect )晶界( grain boundary ) : 晶粒与晶粒之间的界面。亚晶界( sub-boundary ) : 相邻晶粒位向很小(一般 12)的小角度晶界。3.晶体缺陷对金属性能的影响晶体缺陷对金属性能的影响原子的扩散金属的强化固态相变备 注15教案用纸教案用纸课题：第二章 材料的结构2.2 合金的晶体结构教学方法：讲授教具:教学

13、目标： 掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的结构特点与性能特点。教学重点： 能理解并掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的结构特点与性能特点。教学难点：固溶体的理解、分类。 主要教学内容： 第二章 材料的结构 2.2 合金的晶体结构 一、基本概念 1.合金 2.组元 3.相 二、合金在固态下的相结构及性能 1.固溶体 (solid solution ) 2.金属化合物 ( metallic compound ) 3.机械混合物 课程回顾:16教案用纸复习复习第二章 材料的结构 2.2 合金的晶体结构 一、基本概念 1.合金 2.组元 3.相 二、合金在固态下的相结构及性能 1.固溶体： 固溶体的

14、主要类型及形成条件 a.置换固溶体 * 形成特征: R 溶剂 R 溶质 b.间隙固溶体 例如: Fe - C* 形成的特征: R 溶质 / R 溶剂 0.6%备 注50教案用纸2 按钢的质量分类:碳素钢: Wp = (0.035% 0.045%)；Ws = (0.035% 0.050%)优质碳素钢: Wp = 0.035% ；Ws = (0.030% 0.035%) 高级优质碳素钢: Wp 0.030% ；Ws = ( 0.020%0.025% ) 3 按钢的用途分类: 碳素结构钢：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、 中碳钢。 碳素工具钢：用于制造各种工具。一般为高碳钢。2.2 碳素钢

15、的编号及用途2.优质碳素结构钢45 - Wc = 45%00较高锰质量分数的优质碳素结构钢45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%备 注51教案用纸合金钢的基础知识合金钢的基础知识一、合金元素对钢的组织和性能的影响1. 合金元素与铁和碳的作用a 溶于基体中形成合金 F 或合金 Ab 与碳作用形成合金碳化物 2. 合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响a 扩大奥氏体区的合金元素 Mn 元素对奥氏体区的影响b 缩小奥氏体区的合金元素 Cr 元素对奥氏体区的影响c 改变共晶点和共析点参数的元素合金元素对 S 点成分的影响合金元素对 A1 线的影响3.合金元素对钢的热处理的影响a 加热时对奥氏体形成的影响b 对过冷奥氏体转变的影响c 对回火转变的影响小结：本课程重点掌握铁碳合金的生产及分类和合金钢的基 础知识。备 注52教案用纸教案用纸第 6 周 总第 12 次 学时 2教学班级: 课程:工程材料 授课教师: 课题：第五章 金属材料5.1 工业用钢 教学方法：讲授教具:教学目标：通过讲授使学生掌握合金化的基本原理及合金钢的分类, 编号.教学重点：Me 在钢中作用的基本规律及钢的分类与编号.教学难点：Me 在钢中作用的基本规律