《工程材料及成形工艺》课程教学大纲

学分：3.0

总学时：126  面授：24  自学：100   复习：2

视频讲课：24

一、课程的性质、目的及任务

本课程是机械工程专业的专业基础课程，课程实践性强，与生产实际联系紧密，知识的覆盖面较宽，着重介绍金属材料的有关知识及制备技术。任务是讲授材料成分、组织结构、加工工艺及宏观性能之间的关系，为材料的使用打下基础，并从更广阔的视野上讲述材料的生产、加工及使用全过程。使学生了解材料是怎样被加工处理成原料，原料又是如何被制造成零件的，并结合材料的使用及失效讲述了选材的基本方法。

  本课程的任务是使同学们掌握常用金属材料性能特点，能够合理选择材料；掌握钢的热处理的原理和方法；初步掌握各种成形方法的原理、特点、规律及应用范围；初步掌握各种机件的结构工艺性；了解新材料、新工艺。

二、适用专业

   机电一体化技术、机械工程、材料成型及控制工程

三、先修课程

  大学物理、普通化学

四、课堂讲授的内容与基本要求

第一章工程材料生产工艺概述

第一节 工程材料的分类

基本概念：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料

四种材料的物理、化学性质

第二节 工程材料的生产工艺概述

基本概念：冶金、热加工、机加工

了解加工的工艺过程

第二章工程材料的性能

第一节 工程材料的力学性能

掌握基本概念： 强度、塑形、硬度、疲劳、韧性

掌握力学性能的评价指标：屈服强度、抗拉强度；断后伸长率、断面收缩率；布氏硬度，维氏硬度，洛氏硬度；疲劳曲线。

掌握力学性能试验：拉伸试验、硬度试验机、摆锤冲击实验

第二节 工程材料的物理性能

掌握基本概念： 密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性

第三节 工程材料的化学性能

了解基本概念： 耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性。

第四节 工程材料的工艺性能

了解工艺性能包括：铸造性能、锻造性能、切削加工性能、焊接性能、热处理性能

第三章材料的结构

第一节 晶体的结构

掌握基本概念：金属键、离子键、分子键、晶格、晶胞、位错、

掌握常见的金属晶体结构：体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方结构。

第二节 实际金属的晶体结构

掌握基本概念：点缺陷、线缺陷、面缺陷

了解位错的运动原理

掌握晶界、亚晶界、相界的特性

第四章金属与合金的结晶

第一节 纯金属的结晶

掌握基本概念：结晶

掌握金属结晶时晶核的形成及长大过程

掌握金属结晶后晶粒大小因素

掌握铸锭组织结构

第二节 合金的结晶

掌握基本概念：合金、相、 固溶体、金属化合物 、机械混合物

掌握固溶体、金属化合物的分类

掌握匀晶相图、共晶相图、共析相图的相区、相变平衡转变线，及各相区组织的特性。

第三节 合金性能与相图的关系

了解匀晶转变、共晶转变的合金的力学性能和物理性能

掌握合金的工艺性能与相图的关系

第四节 铁碳合金相图

掌握铁碳合金相图的组元与基本相

掌握典型铁碳合金的结晶过程及其组织

掌握钢的结晶过程

了解白口铸铁的结晶过程

掌握铁碳合金的成分、组织与性能的关系

第五章金属材料的热处理

第一节 钢在加热和冷却时的组织转变

掌握钢的组织与加热温度的关系

熟练掌握奥氏体的转变过程

了解过冷奥氏体的等温冷却转变图和连续冷却转变图

了解过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能

第二节 钢的常规热处理

掌握基本概念：退火、正火、淬火、回火、淬透性

掌握退火的分类、工艺过程及用途

掌握正火工艺过程及用途

掌握淬火的分类、工艺过程及用途

掌握回火的分类、工艺过程及用途

了解45钢的常规热处理

第三节 钢的表面热处理和化学处理

掌握常用的表面淬火方法

了解化学热处理的过程及分类

第七章钢铁材料

第一节 钢

了解钢中常存元素对钢性能的影响

了解钢中合金元素的作用：合金元素与铁的相互作用、合金元素与碳的相互影响、合金元素对热处理工艺的影响

掌握钢的编号方法

了解碳素钢、合金结构钢、合金工具钢的特殊性能钢的性能与用途

第二节 铸铁

了解铸铁的物理性能，合金相图

掌握铸铁的分类、相组成、性能及用途

第八章非铁合金及粉末冶金材料

第一节 铝及铝合金

了解铝的物理性能及力学性能

掌握铝合金的分类：铸造铝合金、变形铝合金

了解常用铝合金的成分、性能、应用

第二节 铜及铜合金

了解纯铜的物理性能

掌握铜合金的分类（黄铜、青铜、白铜）、编号及各类合金的性能

第十章 铸造

第一节 铸造工艺基础

了解基本概念：铸造

了解铸造优缺点及的生产过程

了解铸造的流动性及影响因素

掌握铸造的凝固方式

了解铸件的常见缺陷

第二节 砂型铸造

了解砂型铸造的生产过程

了解铸造工艺设计要点

掌握造型方法

第三节 铸造工艺

掌握浇注位置与分型面的选择

掌握铸件工艺参数的选择

第四节 铸件结构的工艺性

了解壁厚合理、铸件壁的连接、避免较大水平面、铸件内腔结构符合铸造工艺要求等

第十一章 金属塑性成形

第一节 塑性变形基本理论

掌握基本概念：回复、再结晶、冷变形、热变形、温变形

了解常见的塑形加工方法及特点

了解金属塑性变形的基本理论

掌握塑性变形对金属组织的影响

第二节 锻造

了解基本概念：自由锻、锤上模锻

了解自由锻的特点

了解自由锻的基本工序

了解自由锻工艺规程的制定

了解模锻件的制定

第三节 冲压成形

了解冲压的特点

掌握分离工序的种类及特点

掌握变形工序的种类及特点

了解冲模的分类和构造

第十二章 焊接与粘接

第一节 焊接的类型、特点及应用

了解基本概念：连接技术、焊接

掌握焊接热过程的特点

了解焊接冶金特点

了解焊接材料及焊条的选择

了解热影响区的组织和性能

了解焊接的应力与变形

了解防止焊接变形的措施

第二节 常用的焊接成形方法

掌握熔化焊：焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧焊、电渣焊

了解熔化焊的分类及各类焊接方法的优缺点

了解压力焊：电阻焊、摩擦焊、钎焊

了解钎焊的分类及各类焊接方法的优缺点

第三节 常用材料的焊接

了解焊接性的评价方法

了解中、高碳钢、普通低合金、奥氏体不锈钢、高合金及铸铁的焊接

有色金属铝、铜及其合金的焊接

第四节 焊接结构材料的选择

掌握焊缝的布置及焊接顺序

掌握焊接接头及其设计

五、实验课教学内容（6学时）

（1）掌握铁碳合金平衡组织实验报告（2学时）

（2）掌握焊接变形实验报告（2学时）

六、主要参考书

工程材料及成形工艺.卢志文，北京：机械工业出版社，2013.

工程材料及成形工艺基础.齐乐华，西安：西北工业大学出版社，2001

七、课程考试与成绩

课程过程考核方式：3次，平时作业,考核成绩占30%。

课程结课考核方式：闭卷考试，笔试，100分钟，课程结束考核成绩占70%。

相关要求见考试大纲。

八、说明

（1）课程设计完成后进行4周的生产实习。

一、考试对象

        本大纲适用于中国矿业大学继续教育学院机电一体化技术、机械工程本科专业的学生。

二、考试范围

        考试内容由课内和课外两部分构成，其中课内占70%，课外占30%。课内考试为网络课程所讲授的内容。

三、考试形式与内容

        考试形式为笔试、闭卷。考试时间为100分钟（所有课按此要求）。满分100分。

        试卷内容比例为材料的性能及性能指标15%，合金相图20%，金属材料热处理约15%，非铁合金的性能及用途约10%，金属塑性成形方法及特点约15% ,金属表面处理工艺 约5%，铸造工艺10%，焊接的类型及方法约10%。

各章考试内容：

(一)工程材料生产工艺概述

    1.掌握材料的分类方法

    2.了解材料的加工工艺过程

(二)工程材料的性能

    1.掌握材料的力学、物理、化学、工艺性能

    2.掌握材料的强度、硬度、断裂韧度、疲劳评判指标

(三)材料的结构

    1.掌握常见的金属晶体结构类型及特征

    2.掌握实际金属的晶体缺陷及分类

(四)金属与合金的结晶

    1．掌握匀晶转变、共晶转变的合金的力学性能和物理性能

    2.了解合金的工艺性能与相图的关系

    3.掌握铁碳合金相图的组元与基本相

    4.掌握典型铁碳合金的结晶过程及其组织

    5.了解白口铸铁的结晶过程

(五)金属材料热处理

    1.掌握钢的组织与加热温度的关系

    2.熟练掌握奥氏体的转变过程

    3.了解过冷奥氏体的等温冷却转变图和连续冷却转变图及转变产物的组织与性能

    4.掌握钢的常规四种热处理

(七)钢铁材料

    1.了解钢中常存元素对钢性能的影响

    2.了解钢中合金元素的作用

    3.掌握钢的编号方法

    4.了解碳素钢、合金结构钢、合金工具钢的特殊性能以及用途

    5.了解铸铁的物理性能，合金相图

    6.掌握铸铁的分类、相组成、性能及用途

(八)非铁合金及粉末冶金材料

    1．了解铝的物理性能及力学性能

    2．掌握铝合金的分类及常用铝合金的成分、性能、应用

    3．了解纯铜的物理性能

    4．掌握铜合金的分类（黄铜、青铜、白铜）、编号及各类合金的性能

(十)铸造

    1．了解铸造优缺点及的生产过程

    2．掌握铸造的流动性及影响因素

    3．掌握铸造的凝固方式

    4．了解铸件的常见缺陷

(十一)金属塑性成形

    1．掌握金属的回复、再结晶、冷变形、热变形、温变形

    2．了解塑性变形的基本理论

    3．掌握塑性变形对金属组织的影响

    4．了解自由锻、冲压的特点及应用

(十二)焊接与粘接

    1．了解焊接冶金的过程

    2．掌握热影响区的组织和性能

    3. 掌握焊接的应力与变形

    4．了解防止焊接变形的措施

    5．了解自由锻、冲压的特点及应用

四、试卷结构：

    填空题 约15%

    判断题 约15%

    填表题 约 5%

    改错题 约10%

    问答题 约25%

五、试题难易比例

    容易题 约 30%

    中等难度题 约50%

    较难题 约20%

六、参考教材：

    《工程材料及成形工艺》卢志文编 机械工业出版社

工程材料及成形工艺基础.齐乐华，西安：西北工业大学出版社，2001