《机械工程材料Ⅱ》课程辅导教案

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1、1机械工程材料机械工程材料课程辅导教案课程辅导教案 （2002.6.102002.6.10）齐宝森齐宝森 姜姜 江江 边边 洁洁 陈传忠陈传忠 授课班级：动力授课班级：动力 2001.16 班班 总学时总学时 36h（其中讲课（其中讲课 34h，实验，实验 2h） 山东大学课程情况登记表课程编号020602课程名称机机 械械 工工 程程 材材 料料 英文课程名 称Mechanical Engineering Materials课程类别工科基础课开课系所号动力工程学院开课学期（上下）本研标志本科生课 程 学 时36学 分2考试类型 开设日期2002.8结束日期2003.1课程分类必 修 课 主课

2、名称机械工程材料先修课程材料力学，金工实习课内总学时36实验总学时2讲课总学 时34上机总学时CAD 总学 时0CAI 总学 时4（课内外）讨论总学时8设计作业总学时0 课外总学时72（自学）课外学分0 课程负责人齐宝森师资队伍陈传忠，边洁基本面向动力学院动、热机01 班 共 7 个班教学方式讲课，课堂讨论，讨论式课堂教学， 实验等相结合。教 材主教材：机械工程材料教程 。 辅助教材：机械工程材料学习指导 ， 大学生学习方法指南 。参考书1.工程材料（郑铭新主编） ；2.机械工程材料（王焕庭等主编） ；3.电厂金属 材料（宋琳生主编） ；4. 机械工程材料（沈莲主编） ；5. 机械工程材料（王

3、 章忠主编） ；6.材料科学基础（刘智恩主编） 。课程说明本课程系一门基于固体物理、材料力学、金相学等基础上，又与工业实 践紧密相连的材料科学。随科技发展、新型材料不断涌现，其内容不断扩充。内容简介 （200 字左 右）本课程遵循材料科学体系，阐述了材料的“成分、组织结构、性能与应 用” ；以材料强韧化为出发点，阐明了变更加工工艺的重要性与措施；加强 了新材料、新工艺等方面的知识，反映了工程材料的发展趋势。全课程共分 七章，包括：材料的结构、凝固与变形规律，突出了铁碳相图、材料强韧化、 钢铁材料的特性与应用，介绍了常用工程材料及材料的失效分析与合理选用。 各章均从问题入手、再转入相应内容，章末

4、均有进一步阅读参考文献以利学 生进一步学习参考、附有习题与思考题旨在帮助学生及时消化本章内容。备 注主教材：主教材：机械工程材料教程 （齐宝森 姜江 边洁 陈传忠等主编） （以下简称“教程” ） ； 辅助教材：辅助教材：大学生学习方法指南 （以下简称“指南” ） ， 机械工程材料学习指导 （以下 简称“指导” ） （齐宝森 陈传忠 边洁 徐英） ； 参考教材：参考教材：1.工程材料 （第 2 版） （郑铭新主编，请华大学出版社） ，2.机械工程材料2（第 2 版） （王焕庭等主编，大连理工大学出版社） ，3.电厂金属材料 （宋琳生主编，水 电出版社） ，4.机械工程材料 （沈莲主编，机械工业出

5、版社） ，5.机械工程材料 （王章 忠主编，机械工业出版社） ，6.材料科学基础 （刘智恩主编，西北工大出版社）等（以 下简称 1，2，6） 。3机械工程材料机械工程材料课程辅导教案课程辅导教案0 绪论（需绪论（需 1h）0.1 授课的重点授课的重点绪论课讲授的重点是材料科学的发展，工程材料在机械工业中的地位和作用，本课程 的研究对象、目的、性质、内容梗概与相应重点章节说明，以及学习要求等。使学习者在 课程伊始，对机械工程材料课程的特点就有足够了解与认识，以便能有的放矢地制定 自己的学习计划、选择恰当的学习方法。0.2 基本要求基本要求1.了解学习本课程的目的与重要性；2.明确本课程的研究对象

6、，主要内容及重点章节；3.牢记贯穿本课程的“纲”材料的化学成分（ 化学组成） 、组织结构与性能之间的相互 关系与变化规律。 4.充分认识本课程的性质及学习方法等。0.3 学习方法指导学习方法指导学习本课程，要紧紧抓住“材料的化学成分材料的化学成分加工工艺加工工艺组织、结构组织、结构性能性能应用应用”之间 的相互关系及其变化规律这个“纲纲” 。纲举目张， 机械工程材料课程的各个部分、各章 内容都是以此“纲纲”为主线索而展开的。希望学习者在开始学习本课程就应充分认识到此点， 并在学习过程中，始终牢牢把握住这个“纲纲” 。0.4 教学参考资料教学参考资料主教材：“教程”P14； 辅助教材：“指导”P

7、12， “指南”P113； 参考教材：1. P12 ，2. P12 ，3. P12 ，4. 12 ，5. P15 。1. 机械工程材料的结构（共需机械工程材料的结构（共需 5h）1.1 授课的重点与难点授课的重点与难点1.1.11.1.1 本章授课的重点本章授课的重点 机械工程材料的微观结构是决定其性能的最根本性因素。为此本章介绍的机械工程材 料的微观结构特点，特别是实际机械工程材料的结构特点等基础理论是十分必要的。 本章学习的重点是有关金属材料的晶体结构特点，它包括： （1）牢记有关晶体结构的基本概念； （2）熟知纯质材料中三种理想的典型晶体结构特点，以及晶体缺陷的类型、主要形式、对 材料性

8、能的影响； （3）明确立方晶系中晶面与晶向指数的表示方法（以掌握“简单指数”为主） ； （4）掌握合金相结构的基本类型、分类、总的性能特点及其在合金中的地位与作用。1.1.2 本章学习的难点及易混肴处本章学习的难点及易混肴处 （1）线缺陷 两种基本形式位错模型的建立；4（2）立方晶系中，晶面指数与晶向指数的表示方法，晶面族与某具体晶面，晶向族与某具 体晶向易混肴；1.2 基本要求基本要求（1）熟悉三种典型金属晶体结构的特点，立方晶胞中晶面、晶向的表示方法，实际金属中 晶体缺陷的种类、主要形式及其对材料性能的影响； （2）掌握金属合金相结构的基本类型、性能特点及其在合金中的地位与作用； （3）了

9、解聚合物与陶瓷材料的结构特点； （4）建立“相” 、 “组织”的概念。1.3 基本概念基本概念（1）各向异性、各向同性与伪各向同性； （2）同素异构转变与纯铁的同素异构转变； （3）晶体与非晶体； （4）固溶强化； （5）相与组织的概念； （6）组元、固溶体与化合物； （7）单晶体与多晶体； （8）晶格、晶胞与晶格常数； （9）晶界与亚晶界； （10）位错与位错密度。1.4 学习方法指导学习方法指导1.4.11.4.1 联想记忆法的应用联想记忆法的应用 本章学习中，名词、概念、基本术语固然较多，但只要结合实际学习，经常联系金工 实习，联系微观结构对性能的影响等加深理解，是完全可以学好这部分内容

10、的。例如，学 习金属晶体结构特点要列举实例，学习实际金属晶体缺陷要联系其对性能的影响；学习合 金相结构，就要理解其在合金中的地位与作用等。这样不仅可加深对概念的理解，而且把 “材料的性能一组织一结构一工艺一成分和应用材料的性能一组织一结构一工艺一成分和应用”联系起来学习，更有助于把握本课程的主 脉搏。 1.4.21.4.2 表格归纳法的应用表格归纳法的应用 “表格归纳法”是深入理解、归纳、记忆有关内容的一种良好方式，以下列举一、二， 供学习、复习时参考。 （1）三种典型金属晶体结构特点（表 1-1） 。表表 1 1 1 1 三种典型金属的晶体结构特点三种典型金属的晶体结构特点晶晶格格类类型型代

11、代表表符符号号晶晶格格常常数数晶晶胞胞原原子子数数原原子子半半径径致致密密度度配配位位数数密密排排面面密密排排方方向向举举例例说说明明体心立方BCCa243a0.688110111-Fe W V面心立方FCCa442a0.7412 111110-Fe Al Cu密排六方HCPc/a6a/20.7412底面对角线Zn Mg Be（2）实际金属晶体缺陷特征（表 1-2） 。表表 1 1 2 2 实际金属的晶体结构（晶体缺陷）特征实际金属的晶体结构（晶体缺陷）特征晶体缺陷类别晶体缺陷类别主要形式主要形式对固体材料性能的影响对固体材料性能的影响点缺陷空位，间隙原子，置换原子金属扩散的主要形式线缺陷刃型

12、位错，螺型位错加工硬化，固溶强化，弥散强化等5面缺陷晶界，亚晶界易腐蚀，易扩散，熔点低，强度高，细晶强化（3）合金相结构的特征（表 1-3） 。表表 1-31-3 合金相结构的特征合金相结构的特征类别类别分类分类在合金中的位置在合金中的位置 及所起作用及所起作用主要力学性能特点主要力学性能特点间隙固溶体固溶体置换固溶体基体相提高塑性、韧度塑性、韧度好，强度比纯组元高正常价化合物电子化合物间隙相金属化合物复杂晶格间隙化合物强化相提高强度、硬度与耐磨性熔点高、硬度高但脆性大1.5 教学参考资料教学参考资料主教材：教程P525；辅助教材：指导P38， 指南P129；参考教材：1. P226，2. P

13、920，3. P1418，3234，4. 2934，5. P2736，6. P174。1.6 课程进度与学时分配（共课程进度与学时分配（共 5h）1.1 固态物质中原子的排列方式， 1.2 固体材料的晶体结构特点1.2.1 有关晶体结构的基本概念；1.2.2 纯金属的晶体结构（典型金属的晶体结构）1h1.2，1.3 实际晶体的特点 2h1.4 一般工程材料的结构特点 2h2. 凝固、结晶与相图（共需凝固、结晶与相图（共需 8h）2.1 授课的重点与难点授课的重点与难点2.1.12.1.1 本章授课的重点本章授课的重点 物质由液态转变为固态过程称为凝固，物质由液态转变为固态晶体的过程称作结晶，

14、而相图则是研究材料的成分、组织结构与性能之间相互关系和变化规律的有力工具。 本章在确定工程材料结晶的一般规律，剖析金属结晶的充分、必要条件、结晶规律及 控制结晶后晶粒大小的途径、方法，介绍匀晶、共晶型两类基本形式相图分析方法的基础 上，重点讨论了铁碳合金相图。 铁碳合金相图是本课程的第一个重点章节，因为铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、铁碳合金相图是本课程的第一个重点章节，因为铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、 相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重要理论基础与有力工具。相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重要理论基础与有力工具。 此外，金属结晶的条件、结晶的一般规律及控制结晶后晶粒大小的

15、途径与方法等亦应 十分明确。62.1.22.1.2 本章学习的难点及易混肴处本章学习的难点及易混肴处（1）对相、组织，相组分、组织组分的概念易混肴，不易理解。具体表现在： 填写相图（如3相图）时，混淆了相组分及组织组分这两种填写相图 的不同形式； 计算相组分或组织组分的相对质量百分数时，它们之间易产生混淆。 （2）反映在对典型合金（如亚共析或过共析钢）结晶过程的分析上： 不理解为什么在两相区内，两平衡相的成分与相对百分含量随温度变化而沿各自相 线变化的呢？不明白为什么在书写三相共晶或共析反应式时为什么必须注明温度与各相的成分点 呢？ 这两大难点是影响学习、消化本章内容的关键，应引起学习者足够的重视。2.2 基本要求基本要求（1）明确金属结晶的充分、必要条件，结晶的一般规律以及影响金属结晶后晶粒大小的途 径与方法； （2）熟悉匀晶、共晶（包括共析）这两类基本形式的二元合金相图（其中包括相图分析， 典型合金的平衡结晶过程分析，杠杆定律的应用，以及利用与区分相组分和组织组分这两 种填写相图的方