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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划机械工程材料罗中平主编的为第几版机械工程材料课程辅导教案齐宝森姜江边洁陈传忠授课班级：动力6班总学时36h山东大学课程情况登记表主教材：机械工程材料教程；辅助教材：大学生学习方法指南，机械工程材料学习指导；参考教材：1.工程材料，2.机械工程材料，3.电厂金属材料，4.机械工程材料，5.机械工程材料，6.材料科学基础等。机械工程材料课程辅导教案0绪论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，
2、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。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，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、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。学习方法指导学习本课程，要紧紧抓住“材料的化学成分加工工艺组织、结构性能应用”之间的相互关系及其变化规律这个“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”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，
3、始终牢牢把握住这个“纲”。教学参考资料主教材：“教程”P14；辅助教材：“指导”P12，“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授课的重点与难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：牢记有关晶体结构的基本概念；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、对材料性能的影响；明确立方晶系中晶面与晶向指数的表示方法；掌握合金相结构的基本类型、分类
4、、总的性能特点及其在合金中的地位与作用。本章学习的难点及易混肴处线缺陷两种基本形式位错模型的建立；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；基本要求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；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；了解聚合物与陶瓷材料的结构特点；建立“相”、“组织”的概念。基本概念各向异性、各向同性与伪各向同性；同素异构转变与纯铁的同素异构转变；晶体与非晶体；固溶强化；相与组织的概念；组元、固溶体与化合物；单晶体与多晶体；晶格、晶胞
5、与晶格常数；晶界与亚晶界；位错与位错密度。学习方法指导本章学习中，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”联系起来学习，更有助于把握本课程的主脉搏。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。三种典型金属晶体结构特点。表11三种典型
6、金属的晶体结构特点实际金属晶体缺陷特征。表12实际金属的晶体结构特征合金相结构的特征。表1-3合金相结构的特征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.P920，3.P1418，3234，4.2934，5.P2736，6.P174。课程进度与学时分配固态物质中原子的排列方式，固体材料的晶体结构特点有关晶体结构的基本概念；纯金属的晶体结构1h，实际晶体的特点2h一般工程材料的结构特点2h2.凝固、结晶与相图授课的重点与难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，而相图则是研究材料的成分、组织结
7、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、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途径与方法等亦应十分明确。本章学习的难点及易混肴处工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料
8、抵抗外力作用所显示的性能。力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是零件设计
9、时的重要依据之一。1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。其缺点是对不同材料需要换
10、不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不宜测试成品和薄片金属的硬度。洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。维氏硬度试验法的优点是：不存在布氏硬度试验时要求试验力与压头直径之间满足所规定条件的约束，也不洛氏硬度试验是不同标尺的硬度无法统一的弊端，硬度值较为精确。唯一缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能
11、进行计算或查表，因此工作效率比洛氏硬度低得多。1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。检查锉刀、钻头成品硬度；检查材料库中钢材硬度；检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；黄铜轴套；硬质合金刀片；检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。1-6什么是冲击韧性？aK指标有什么应用意义？冲击韧性是指金
12、属材料在冲击力作用下，抵抗破坏的能力。冲击韧性aK代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，是一个对成分、组织、结构极敏感的参数。一般把冲击韧性值aK低的材料称为脆性材料，值高的称为韧性材料。1-7为什么疲劳断裂对机械零件有很大的潜在危险？交变应力与重复应力有什么区别？试举出一些零件在工作中分别存在着两种应力的例子。疲劳断裂与静载荷作用下得断裂不同，无论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂都是突然发生的脆性断裂，而且往往工作应力低于其屈服强度，固有很大的危险性。第二章材料的结构2-1：1g铁在室温和1000时各含有多少个晶胞？在室温：铁为体心立方结构，每个晶胞中的原子数
13、为2个，所以1g铁含有的晶胞数为N=111NA?NA=111NA?NA=时:铁为面心立方结构，每个晶胞中的原子数为4个，所以1g铁含有的晶胞数为N=2-2在立方晶格中，画出下列晶向和晶面指数：，111，110，112，-111。2-3求面心立方晶体中112晶向上的原子间距。2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互
14、抵消平衡，因而表现各向同性。2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。2-7有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，但其中一种在是温室时是橡胶状的，温度一直降低值约-70时才变硬；而另一种是温室时却是硬而韧又不透明的材料。试解释他们在结构上的区别。高聚物在不同温度下有三种力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态。前者在室温下是橡胶态，-70时变硬，说明其玻璃态转变温度Tg约为-702-8陶瓷的典型组织由哪几部分组成？他们对陶瓷性能各起什么作用？陶瓷材料是多相多晶材料，其结构中同时存在：晶体相、玻璃相、气相，各组成相的结构、数量、形态、大
