spContent=工程材料学是华中科技大学大机械类教学计划平台课之一,是大机类各专业必修的技术基础课。合理选择工程材料,适当确定冷热加工工艺,妥善安排加工工艺路线,提高产品零件质量,延长使用寿命,降低生产成本等,是每个机械类工程师必须具备的能力。本课程是胡树兵教授负责的湖北省精品课程,2021年评为湖北省一流本科课程。
工程材料学是华中科技大学大机械类教学计划平台课之一,是大机类各专业必修的技术基础课。合理选择工程材料,适当确定冷热加工工艺,妥善安排加工工艺路线,提高产品零件质量,延长使用寿命,降低生产成本等,是每个机械类工程师必须具备的能力。本课程是胡树兵教授负责的湖北省精品课程,2021年评为湖北省一流本科课程。
—— 课程团队
课程概述
工程材料学是华中科技大学大机械类教学计划十三门平台课之一,是机械学院、材料学院、能源学院、交通学院及航天学院大机类各专业必修的技术基础课。随着科学技术的迅猛发展,各类机械产品的设计与制造过程中所遇到的材料问题日益增多,机械工业与材料学科之间的关系愈加密切。实践证明,合理选择工程材料,适当确定冷热加工工艺,妥善安排加工工艺路线对充分发挥材料本身性能潜力,提高产品零件质量。延长使用寿命,降低生产成本等方面有重大的影响。
本课程面向研究型大学拔尖创新人才培养的迫切需求,培养新型大机械类专业(机械学院、材料学院、能源学院、交通学院及航天学院)人才的一门专业基础课。
主要课程目标为:
知识目标:掌握工程材料的化学成分-组织结构-性能之间的相关规律。
掌握常用工程材料的分类、基本性能及用途,了解工程材料学科的前沿发展。培养学生材料决定产品性能和品质的思维。
能力目标:具备零件选材、合理安排加工路线和热处理工序的能力。具备机械产品质量改进、力学性能强化、提高寿命的综合能力。
价值目标:培养学生在结构零件的新材料型工艺创新意识、培养学生选材的使用性能、工艺性能、经济与环保性能一体性原则。激发学生通过材料工艺创新解决国家重大装备工程的源动力。
本课程教育理念
工程材料学:建立材料成分——结构、组织——性能三者紧密关联的研究思维方法,坚持材料应用能力领先的教学方法 。
“工程材料学”2007年为湖北省精品课程,课程负责人胡树兵教授领导了一个教学与科研实力强的20人教学团队,持续对课程进行教学改革,创建了“狠抓课堂教学质量,讲思路、讲方法、讲能力”的教学方法,2015年为华中科技大学责任教授课程,2016年成为华中科技大学MOOC建设课程。2021年本课程评为湖北省一流本科(线上线下混合式)课程,2023年再次评为华中科技大学责任教授课程。工程材料学教材采用华中科技大学周凤云老师主编的《工程材料及应用》第三版,为21世纪高等学校机械设计制造及其自动化专业系列教材。本团队制造了精彩的教学课件,共计完成了48讲750分钟的MOOC视频,提供了测试题。每年为约1000名华中科技大学大机械类专业的本科生授课。
授课目标
主要课程目标为:
知识目标:掌握工程材料的化学成分-组织结构-性能之间的相关规律。
掌握常用工程材料的分类、基本性能及用途,了解工程材料学科的前沿发展。培养学生材料决定产品性能和品质的思维。
能力目标:具备零件选材、合理安排加工路线和热处理工序的能力。具备机械产品质量改进、力学性能强化、提高寿命的综合能力。
价值目标:培养学生在结构零件的新材料型工艺创新意识、培养学生选材的使用性能、工艺性能、经济与环保性能一体性原则。激发学生通过材料工艺创新解决国家重大装备工程的源动力。
课程大纲
绪论
课时目标:学时1h.了解材料的发展历史,工程材料的分类和工程材料的重要作用。课程的学习目的。
第一讲 材料的发展及工程材料分类
第二讲 材料科学与工程的应用
第一章 材料的性能
课时目标:课时2h掌握材料的力学性能指标、物理性能和工艺性能。
第一讲 材料的力学性能—拉伸性能
第二讲 材料的硬度、韧性与疲劳性能
第三讲 材料的物理性能与工艺性能
第二章 材料的晶体结构
课时目标:课时 2h掌握晶体结构的空间位置关系、晶面指数、晶向指数的标定,金属的三种典型晶体结构,实际晶体缺陷的三种形式。位错与材料强化的关系。
第一讲 晶体结构的基础知识
第二讲 常见的三种晶体结构
第三讲 实际金属的晶体结构与晶体缺陷
第三章 材料的凝固与相图
课时目标:课时 3h,掌握纯金属结晶过程,合金的相结构,匀晶相图,杠杆定律,共晶相图。
第一讲 纯金属的结晶
第二讲 合金相
第三讲 合金的结晶—匀晶转变
第四讲 合金的结晶—共晶与包晶转变
第四章 铁碳合金
课时目标:课时 3h掌握Fe-Fe3C相图, 铁碳合金的平衡结晶与组织分析,铸铁中石墨对性能的影响。
第一讲 铁碳合金系相图
第二讲 铁碳合金平衡冷却过程分析
第三讲 白口铁的平衡凝固过程
第四讲 碳对铁碳合金的影响与碳钢
第五讲 铸铁
第五章 金属的塑性变形与再结晶
课时目标:课时 2h掌握晶体塑性变形的特点,滑移与位错运动,变形金属的回复与再结晶规律,材料强化原理与方法,细晶粒材料性能特点。
第一讲 单晶体的塑性变形
第二讲 多晶体的塑性变形
第三讲 变形后金属的加热变化
第四讲 金属的强化与韧化
第6章 钢的热处理
课时目标:课时 5h。掌握钢的奥氏体化与晶粒长大规律,TTT曲线与组织,钢的整体热处理(退火、正火、淬火与回火)和表面处理原理及工艺。掌握钢的热处理各种组织与性能、工艺内在关系。
第一讲 钢在加热时的组织转变
第二讲 钢在冷却时的组织转变
第三讲 钢在冷却时的组织转变(马氏体转变)
第四讲 钢的退火与正火
第五讲 钢的淬火
第六讲 钢的回火
第七讲 钢的表面热处理
第七章 合金钢
课时目标:课时 4h。掌握合金元素在钢中的主要作用,合金钢的分类、服役条件、牌号、热处理、组织与性能。掌握合金钢成分——组织——工艺——性能的关系。
第一讲 合金钢的分类及合金元素在钢中的作用
第二讲 合金结构钢
第三讲 合金工具钢-刃具钢
第四讲 合金模具钢与量具
第五讲 特殊性能钢
第八章 非铁金属材料
课时目标:课时3h。掌握和了解铝合金、铜合金、钛合金与轴承合金的主要性能、牌号和热处理方法。
第一讲 铝合金
第二讲 铜合金
第三讲 钛合金与轴承合金
第九章 高分子材料
课时目标:课时1.5h掌握了解高分子材料的基本知识、高分子材料的结构与物理状态、常用的工程高分子材料。
第一讲 高分子材料基本知识
第二讲 高分子材料的结构与物理状态
第三讲 工程高分子材料
第十章 陶瓷材料
课时目标:课时2h。掌握陶瓷材料的晶体结构、烧结工艺、陶瓷的强韧化方法。了解常用的先进结构陶瓷。
第一讲 陶瓷材料的晶体结构
第二讲 陶瓷材料的平衡相图与烧结
第三讲 陶瓷材料的性能与韧化
第四讲 先进结构陶瓷
第十一章 复合材料
课时目标:课时1.5h 掌握复合材料基本知识、增强材料及复合增强原理,了解常用复合材料。
第一讲 复合材料基本知识
第二讲 增强材料及复合增强原理
第三讲 常用复合材料
第十二章 机械零件选材及工艺路线分析
课时目标:课时 2h 掌握机械零件加工工艺路线的合理安排和正确地选择工程材料和热处理工艺。
第一讲 机械设计与选材的关系和产品失效
第二讲 选材原则和典型实例分析
课程讨论总结与复习
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预备知识
参考资料
教材 《工程材料及应用》 周凤云 主编 华中科技大学出版社 2014年(第三版)
参考教材 《工程材料学》 朱张校 姚可夫主编 清华大学出版社 2013年
常见问题
Q : 本门课程难学吗?
A : 具有大工科背景的学习者都可以学习,所讲内容不涉及深奥的理论知识,基于一般的机械常识、物理化学基础都应该能听懂和领会本课程知识和内容。
Q : 如何就课程中遇到的疑惑,或者发现问题进行交流?
A : 对视频讲解有疑惑或建议的,可以在“课堂交流区”进行提问,提问可以用文字、图片,截图的多种形式进行;对于跟课程相关的通识类的问题,也可以在“综合讨论区”进行提问,我们争取在一周左右给出答复。