《机械工程材料》教学大纲.docx

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1、机械工程材料教学大纲Course Outline - Mechanical Engineering Materials 一、课程基本信息课程编号Course Code课程性质 Course Category先修课程Pre-requisites课程负责人Course Instructor04C1230学科基础课Basic course fordiscipline理论力学、大学物理、高等数学、机械制图Theoretical mechanics, Advanced Mathematics,University Physics,Machine Drawing施伟、丁晓非Shi Wei, Ding Xi

2、ao-Fei课程类别Course Type学时/学分Academic Hour/Credit适用专业Major开课学院College专业教育Major education32/2.0能源与动力工程机械与动力工程学院（中新合作学院）二、课程介绍及目标（一）课程简介1 .中文简介机械工程材料是能源与动力工程专业的一门重要的专业基础课程，是 研究机械零件的材料种类、结构、性能及改性方法的综合性课程。主要内容包 括常用工程材料的基础知识、材料的成型原理及相关技术、钢的热处理、金属 材料、非金属材料、金属零件的失效、选材及加工工艺的选择等内容。通过对本课程的学习，使学生获得材料学的基本理论与工程材料及材

3、料成 型工艺的一般知识；掌握常用工程材料的成分，热处理工艺与组织、性能及应 用之间的相互关系；熟悉常用工程材料的种类、牌号及特点，使学生具备依据 零件实际使用条件，借助手册等资料正确选择材料、热处理方法、加工工艺并 合理安排热处理工艺路线的基本能力；培养学生具有综合运用工艺知识、初步 分析零件结构工艺性的能力及创新意识，并为学习其他有关课程及今后从事近 机类工作奠定必要的基础。2 . English IntroductionMechanical engineering materialsn is an important professional basic course for the ma

4、jor of Energy and Power Engineering. It is also a comprehensive course that studies the mechanical engineering materials types, structures, properties and forming methods of mechanical parts. The main content includes basic knowledge of common engineering materials, forming principle of materials an

5、d related technology, heat treatment of steel, metal materials, non-metal materials and their forming technology, failure of metal parts, selection of materials and processing technology .Through the study of the course, students will obtain the basic theory of materials science and general knowledg

6、e of engineering materials and material forming processes, master the components of common engineering materials, the interrelationship between heat treatment process and microstructure, properties and application. The students will be able to select correctly materials, heat treatment methods, proc

7、essing techniques, and reasonably arrange the heat treatment process route according to the actual use conditions of the parts after they familiar with the types, brands, and characteristics of common engineering materials. Students have the ability for preliminary analysis of the part structures cr

8、aftsmanship, and innovative awareness by comprehensively apply process knowledge. The course lay the necessary foundation for studying other related courses and engaging in mechanical work in the future.（二）课程目标结合专业应用型人才培养目标，本课程通过课堂讲授、线上教学、课下作业、 实验操作、期末考试等方式，使学生在知识方面和能力方面达到如下目标：（1）掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性

9、能和改性方法，具有合理 选用工程材料的初步能力（CO1）。（2）掌握主要（包括常规与先进制造技术）加工方法的基本原理和工艺特 点，具有进行工艺分析及选择毛坯、零件加工方法的初步能力（CO2）。（3） 了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展趋势，建立现 代制造工程的概念。具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能 力（CO3） o同时，本课程落实立德树人根本任务，将知识技能教育和思想政治教育紧密 结合，通过查阅资料、团队协作、社会服务等方式，培养学生爱国主义精神和社 会主义核心价值观。（三）课程基本要求及学习要求教授方法：以理论教学和实验操作为主，采用课堂讲授（PM1）、实验操作

10、 （PM2）、专题研讨（PM3）、微课和视频（PM4）和案例教学（PM5）等多种教 学方法，其中课堂讲授24学时，实验操作8学时。课内讲授以理论分析与案例 教学为主导，实验操作则提出基本要求，引导学生独立（按组）完成实验设计、 实现与结果评价。学习方法：本课程内容主要是建立在实验观察和工业实践基础之上，以实质 性和规律性的描述为主，涉及面较宽。为此，引导学生将材料学基本知识及加工、 处理工艺特点应用到生产科研实践中，课前预习采用实际案例，让学生带着问题 思考，课后作业也多以工程应用案例为主。实验室采用开放预约模式，同时，采 用多种形式的实践活动充分得用实验室资源，如大学生创新创业活动、技术小发

11、 明等，增加理论和实践相结合的机会，以提高学生动手能力、团队合作能力及发 现问题、解决问题的能力。1 .课堂讲授课堂教学首先要使学生掌握课程教学内容中规定的一些基本概念、基本理论 和基本方法。在讲授中，注重对以下三部分内容的剖析：1）材料的结构与性能 之间的关系；2）金属材料的组织与性能的控制；3）根据每种材料的特点及实际 应用合理选择材料、热处理方法及工序以及加工方法。在讲授中，采用理论知识讲解与案例分析相结合的方法，通过实际案例引导 导学生探寻背后的其本材料学原理；让学生在学习的过程中，建立起结构、性能、 工艺之间的关系。使学生在面对实际应用时能够全面综合地运用所学知识，优 化地选择材料及

12、加工方法，并制定合理的热处理工艺及安排合适的工序。另外， 对使用过程中发生失效的零件能够科学地分析，找出失效原因，加以改进。课内讲授中安排有研讨与方案设计环节，学生依据特定的工程复杂问题，进 行资料调研和技术解决方案设计，并进行报告和研讨。培养学生阅读外文资料、 撰写技术文档的能力，训练学生从工程寻找问题，制定技术方案的素养。使用多媒体课件，配合板书讲授课程内容，并且利用丰富的线上资源，扩大 学生学习的信息量。在授课过程中，由常用的生产机械需求出发，引出材料选择 及加工问题,进而进行相关基础知识讲解,最终与学生一起思考和提供解决方案。2 .实验教学通过实验，使学生增强对工程材料结构、性能与工艺

13、之间的认识，熟悉力学 性能测试仪器以及热处理设备的操作与使用，能够利用所学知识进行实验设计， 并对实验结果进行合理分析。课程实验需要完成金属的显微组织观察、钢的力学 性能测试、金属热处理工艺的制定及实施等内容。通过课程实验，在以下几个方面培养学生的综合能力：1）使学生对材料的 认识从宏观到微观，掌握材料的性能变化及控制，分析材料性能变化的原因，加 深对材料的性能由组织结构决定等基础知识的理解；2）培养学生设计实验、操 作设备完成实验的能力；3）培养学生处理实验数据、分析与解释实验现象、撰 写实验报告的能力；4）实验以小组形式开展，培养学生的团队合作精神。实验以团队形式进行，每组8-10人，要求

14、依据实验设计、实验操作和实验 分析等内容进行分工，写作完成实验过程并撰写实验报告。现场考查学生实验完 成情况，结合后续提交的实验报告综合给定成绩。3 .课下作业通过课外作业，检验学生学习效果，适时安排进行答疑和习题课讲解。根据 各章节讲授情况，布置课外作业，包括简答、应用案例的解决方案设计等。（四）课程目标与专业毕业要求的对应关系毕业 要求指标点课程教学支 撑度对应的课 程目标2问题分析：能够应用数学、自然科学和机械科学的基本原 理，并通过文献研究，识别、表达、分析复杂机械工程问 题，以获得有效结论。HC01C023设计/开发解决方案：针对复杂工程问题，能够应用机械工 程的基本理论和方法，设计

15、满足特定需求的机械系统和制 造工艺，开发解决方案，并能够在设计环节中体现创新意 识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。HC01C024研究：能够基于科学原理并采用科学方法进行研究，通过 设计实验、分析数据及信息综合，解决机械领域复杂工程 问题，并得到合理有效的结论。MC039个人和团队：具有较强的人际交往能力和团队协作能力，能够 在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角 色。MC01C02C03三、课程教学内容与学时分配（一）理论教学部分第一章材料的结构与性能主要内容：材料的基本结构及基本缺陷；材料的力学性能，工艺性能，加工性能, 焊接性能，物理化学性能；材料的结构

16、与性能之间的关系。重 点：晶体结构的基本概念，金属的三种典型晶体结构，实际金属中的三类 晶体缺陷，合金的相结构。教学目标：通过学习材料的基本结构及缺陷，使学生了解材料性能与结构的关系 并初步掌握改变材料性能的基本理论。思政融入点：通过了解材料发展的历史让学生理解材料科学在人类发展中的 重要作用，以及中国在世界材料史上所做的贡献。培养学生明确学习目标、热爱 专业、刻苦学习科学文化，树立正确的人生观，科技兴国，回馈社会。第二章金属的结晶及相图的基本知识主要内容：在了解金属结晶过程中过冷度，生核和长大的概念基础上，掌握影响 晶粒大小的因素和铁的同素异构转变。以铁碳相图为例掌握二元相图的基本类型 并能

17、正确分析；掌握杠杆定律并计算在室温下平衡组织中相组成和组织组成物在 整个合金中占的重量百分数。重 点：铁碳合金的成分，组织和性能之间的关系。教学目标：掌握影响晶粒大小的因素和铁的同素异构转变；了解相图的建立过程; 掌握相图的基本类型及应用。思政思政融入点：通过了解金属的结晶过程对材料性能的影响，让学生从专 业上理解“百炼成钢”的人生态度，不畏艰难，勇于挑战困难，提升自我，更好 地服务社会。第三章金属的塑性成形主要内容：金属塑性变形的实质；滑移的概念；加工硬化和再结晶的概念；冷变 形、热变形；纤维组织的形成及利用；自由锻成形；模型锻造成形；板料冲压； 塑性成形新技术分析。重点：金属的锻造性能；金

18、属的本质（组织及化学成份）和变形条件（变形温度、 变形速度及应力状态）对锻造性能的影响；金属的变形规律。难点：金属塑性变形的位错理论。教学目标：1.理解金属塑性变形的基本原理。2.掌握自由锻成形和模型锻造成形 原理和方法。3. 了解塑性成形新技术。4.具有初步设计锻造零件和解决简单的锻 造零件出现的问题。思政思政融入点:通过对塑性成形方法及工艺的了解,让学生深刻体会到“百 锻成材”的专业内涵，从而激励同学们主动磨炼自己，积极面对挑战的人生态度。第四章金属的热处理工艺及材料表面改性技术主要内容：钢的热处理原理；钢的退火、正火、淬火、回火、表面热处理及强韧 化处理的实质、工艺特点及应用；材料的表面

19、改性技术；热处理的发展趋势。 重点：掌握各种常用热处理的工艺和应用。教学目标：了解钢在加热、冷却过程中组织的变化，掌握过冷奥氏体转变曲线（TTT 曲线）和（CCT曲线），并能应用C-曲线解决实际问题。掌握各种常用热处理的 工艺和应用。第五章工业用金属材料主要内容：碳钢、铸铁、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金和轴承合金的分类、 特点及应用；合金元素在钢中的作用，各种钢的热处理性能。重 点：各种工业用金属材料的分类、编号、特点及应用。教学目标：了解常存元素和杂质对钢性能的影响；常握碳钢、合金钢、铸铁、铝 合金、铜合金、轴承合金的分类、编号及性能特点及应用。思政思政融入点：通过了解各种材料的特点及应用

20、，使学生们认识到每种材 料都有自己的特点和用途。从而启发学生认清自我，找准定位，踏实肯干，爱岗 敬业。第六章非金属材料和复合材料及其成形方法简介主要内容：简介工程塑料、橡胶、陶瓷的结构、种类；塑料及橡胶成形工艺；粉 末冶金及陶瓷材料成形工艺；复合材料的成形工艺。教学目标：1.了解工程塑料、橡胶、陶瓷的结构和种类；2.掌握高分子材料的成 形原理与方法；掌握塑料成形的工艺；了解橡胶成型技术、薄膜成形技术以及高 分子材料快速成型方法。3.掌握粉体材料成形的基本原理；了解粉末冶金和陶瓷 材料的成形工艺；了解陶瓷与粉末的快速成型工艺。4.了解复合材料的分类、特 点及一般工艺过程；掌握复合材料的基本概念；

21、掌握金属基复合材料、树脂基复 合材料、陶瓷基复合材料的成形工艺。第七章材料成形工艺选择主要内容：常用毛坯的种类及其成形方法的比较，材料成形工艺的选用原则和选 用依据。生产中零件毛坯的特点及其成形工艺的选用。重点：材料成形工艺的选用原则和选用依据。难点：典型零件毛坯成形工艺的选用原则。教学目标：了解毛坯在机械制造中的作用，熟悉常用毛坯的种类和常用成形方法。 熟悉成形工艺的选择原则和依据，能根据零件类别、用途、使用性能、结构形状、 尺寸精度、生产批量等技术要求，较合理地选用零件的材料与成形方法。第八章材料质量检验与零件失效分析主要内容：机械零件失效分析一般方法；机械零件失效类型。教学目标：掌握零件

22、失效的概念，了解失效类型、过量变形、一次断裂、疲劳断 裂、磨损断裂、腐蚀断裂和蠕变失效。学会失效零件宏观分析方法及简单的微观 分析手段。了解典型机械零件失效分析过程。（二）实验教学部分编号实验项目 名称实验教学主要内容学时实验 要求实验 类型是否为网络 实验教学项 目1金属的显 微组织观 察观察铁碳平衡组织及非平 衡组织，并能准确认识典 型碳钢各种状态下的显微 组织2必修基础性否2钢的热处 理及其对 材料性能 的影响正确使用洛氏硬度计，学 会使用热处理炉及控温仪 表，并会用电位差计校正2必修基础性否控温仪；学生自主设计热 处理工艺并能够正确分析 实验结果。3钢的鉴别对不同规格、不同型号的 碳钢

23、进行准确鉴别4必修综合性否合计8（三）学时分配与课程目标的对应关系序号教学内容教学设计（包括教学组织与学生任务）学时教学 方式考核 方式对应的 课程目标1第一章：材料的结构与 性能PPT讲授结合板书，微课、线上 预习、学生查阅文献、慕课、线 上作业，建立材料结构与性能之 间的关系2PM1、4EM1EM3CO12第二章：金属的结晶及 相图的基本知识PPT讲授结合板书，微课、线上 预习、慕课、视频、线上作业及 讨论6PM1、3、4EM1EM3CO13第三章：液态金属成形PPT讲授结合板书、线上预习， 通过金属冶炼、铸造等视频引入 本节课程、慕课、课下观看各种 铸造生产视频，完成线上作业5PM1、4

24、EM1EM2EM3EM4CO24第四章：金属的塑性成 形PPT讲授结合板书、通过手工加 工斧头的视频引入金属的塑性变 形工艺过程、线上预习、案例教 学、慕课、线上作业5PM1、4、5EM1EM2EM3CO25第五章：金属的热处理 工艺及材料表面改性技 术PPT讲授结合板书、微课、线上 预习、回顾铁碳相图知识、案列、 慕课、线上作业、讨论6PM1、3、4、5EM1EM2EM3EM4CO16第六章：工业用金属材 料PPT讲授结合板书，微课、线上 预习、慕课、学生查阅文献、线 上作业6PM1、4EM1EM2EM3CO1,CO27第七章：非金属材料和 复合材料及其成形方法 简介PPT讲授、微课、线上预

25、习，慕 课、学生查阅文献、线上作业2PM1、4EM1EM2EM3CO1,CO28第八章：金属连接成形PPT讲授结合板书，案例视频、 慕课、线上预习、线上作业4PM1、4EM1EM2EM3CO29第九章：材料成形工艺 选择PPT案例讲授，线上预习、慕课、 线上作业、讨论2PM1、3、4、5EM1EM2EM382、CO310第十章；材料质量检验 与零件失效分析PPT讲授，案例分析、线上预习、 线上作业2PM1、4、5EM1EM2EM3COlsCO2s CO3合计40四、课程考核与评定方式本课程为考查课，总评成绩按五分制计分，优、良、中、及格和不及格。采用形成性评价与总结性评价相结合的考核方式。其中

26、形成性评价占比80%,由课 堂表现、课下作业、讨论发言等组成；总结性评价为期末考试，占比20%。各部 分说明如下：期末考试：占课程总评分数的20%,主要考核基本概念、实例分析，以简答 题、分析题为主。课下作业：占课程总评分数的40%,每二至三章节布置一次作业，共计30分，安排一次期中测试满分10分；课堂表现：占课程总评分数的20%,根据课堂问答、讨论发言、考勤、纪律 表现等评定。实验表现：占课程总评分数的20%,根据实验表现、方案设计、完成情况及 结果分析等评定。考核方式及成绩评定分布表考核方式(EM)比重考核/评价细则期末考试(EM1)20对课程内容的掌握情况及分析问题、解决问题的能力。对应

27、毕 业要求2、3、4达成度的考核课下作业(EM2)40每二至三章节布置一次作业，共计30分，安排一次期中测 试满分10分。检验学生对基础知识的掌握程度及分析问题、 解决问题的能力。对应毕业要求2、3达成度的考核课堂表现(EM3)20出勤率、课堂研讨与团队协作表现，检验学生对基础知识的掌 握程度。对应毕业要求2、4达成度的考核实验表现(EM4)20实验设备掌握情况、实验方案的设计、完成及结果分析等，考 察学生分析问题、解决问题以及团队协作的能力。对应毕业要 求2、3、9的达成度。五、参考教材及相关资料. 丁晓非.机械工程材料.大连：大连理工大学出版社，2018年；1 .齐民.机械工程材料(双语版).大连：大连理工大学出版社，2017 年；.崔敏.材料成形工艺基础.武汉：华中科技大学出版社，2013年。2 .于永泗、齐民.机械工程材料-辅导-习题实验.大连：大连理工大学 出版社，2013年。3 .自编教材.工程材料与成型基础实验指导书.大连：大连海洋大学出版 社。六、课程辅助学习支持条件主要仪器设备：磨抛机、光学显微镜、电子万能试验机、洛氏硬度计、显微 硬度计、箱式马弗炉等。课程线上资源情况：1 .中国大学MOOC. MOOC中国2 .学堂在线