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“工程材料基础”课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Engineering Materials课程编号：MATL300102（10位）学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时））学分：3适用对象：本科生先修课程：大学物理、材料力学使用教材及参考书：[1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版社，2007.[2] 席生岐等。
《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出版社.2014[3] 朱张校等。
《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。
二、课程内容简介（200字左右）工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材料基础理论课程。
课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。
课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。
一、教学基本要求(1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。
(2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。
(3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。
(5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
机械工程基础第一篇工程材料与热处理基础第一章金属材料的种类与性能§1 概述金属材料包括：黑色金属有色金属钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢。
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。
铜及其合金铝及其合金其他：轴承合金、硬质合金……§2 金属材料的力学性能使用性能物理性能化学性能力学（机械）性能力学（机械）性能静载特性：强度塑性硬度测试方法：拉伸实验硬度实验动载特性：冲击韧性疲劳强度测试方法：冲击实验疲劳实验强度：在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力。
硬度：在外力作用下材料抵抗更硬物压入的能力。
塑性：在外力作用下材料产生永久变形而不会破坏的能力。
冲击韧性：材料抵抗冲击力的能力。
疲劳强度：材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。
§3 金属的结晶和组织金属在固态下都是晶体，金属的机械性能与其组织结构有关。
常见晶胞类型体心立方晶胞面心立方晶胞金属结晶过程晶核形成……晶核长大纯铁的冷却曲线铁碳合金中铁和碳的结合方式碳溶入铁中形成固溶体 碳和铁形成化合物固溶体和化合物形成机械混合物第二章铁碳合金 §1 概述§2 铁碳合金（一）铁碳合金的基本组织铁素体（F ）- 碳溶于体心立方晶格α－Fe 中形成的固溶体 碳最大溶解度 0.0218%（727℃）20℃时碳最大溶解度为0.0008% 性能：较好的塑性和韧性，强度和硬度较低。
奥氏体（A ）：碳溶于面心立方晶格γ－Fe 中形成的固溶体 碳最大溶解度 2.11%（1148℃）；727℃时碳最大溶解度为0.77% 性能：质软、塑性好，无磁性，变形抗力较低。
渗碳体（Fe 3C ）：铁与碳的化合物 含碳量 6.69%；熔点1227℃性能：硬度高，强度很低，塑性、韧性几乎为零。
珠光体（P ）：铁素体与渗碳体的机械混合物 含碳量 0.77%共析反应式A C C 077%727.︒←→−−(F+Fe 3C) 性能：σb =600~800Mpa(纯铁σb =180~280Mpa)δ＝20％～25％ (纯铁δ＝30％～50％)HBS ＝170～230（纯铁HBS ＝50～80）莱氏体（L d , L d '）：奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物 含碳量 4.3%；共晶反应式L C C 43%1147.︒←→−−(A+Fe 3C) 性能：硬度高，塑性、韧性差。
机械工程材料机械工业出版社第版内容总结文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）《机械工程材料》机械工业出版社第3版目录第一章机械零件的失效分析第二章碳钢第三章钢的热处理第四章合金钢第五章铸铁第六章有色金属及其合金第七章高分子材料第八章陶瓷材料第九章复合材料第十章功能材料第十一章材料改性新技术第十二章零件的选材及工艺路线第十三章工程材料在典型机械和生物医学上的应用第一章机械零件的失效分析第一节零件在常温静载下的过量变形失效：零件若失去设计要求的效能变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化弹性变形：能够恢复的变形塑性变形：不能恢复的变形一、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为1.低碳钢的应力-应变行为变形过程：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形2.其他类型材料的应力-应变行为纯金属脆性材料高弹性材料二、静载性能指标1.刚度和强度指标（1）刚度指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力单向拉伸（或压缩）时：E=σ/ε=εAF / ，即EA=F/ε纯剪切时：G=τ/γ=γτAF / ，即GA=F τ/γ弹性模量E （或切变模量G ）是表征材料刚度的性能指标（2）强度指材料抵抗变形或断裂的能力指标有：比例极限σp ，弹性极限σe ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，断裂强度σk2.弹性和塑性指标（1）弹性指材料弹性变形大小弹性能u ：应力-应变曲线下面弹性变形阶段部分所包围的面积 u=21σe εe=E e 221σ （2）塑性指材料断裂前发生塑性变形的能力断后伸长率： %10000⨯-=L L L δ 断面收缩率： %10000⨯-=A A A ψ ψδ、越大，材料塑性越好3.硬度指标表征材料软硬程度的一种性能布氏硬度HBW （硬质合金球为压头）洛氏硬度HRC （锥角为120°的金刚石圆锥体为压头）维氏硬度HV （锥角为136°的金刚石四棱锥体为压头）三、过量变形失效零件的最大弹性变形量△l 或θ（扭转角）必须小于许可的弹性变形量。
沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题第一章 机械零件的失效分析1. 何谓失效？零件失效方式有哪些？2. 静载性能指标有哪些？并说明它们各自的含义。
3. 过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？4. 何谓韧性断裂和脆性断裂的因素的哪些？5. 何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？6. 何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧度KIC、零件的工作应力σ和零件中裂纹半长度a 来判断零件是否会发生低应力脆断？7. 压力容器钢的1000s MPa s =，1/2170IC K MPa m =；铝合金的400s MPa s =，1/225IC K MPa m =。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少（设裂纹的几何形状因子Y =8. 说明典型疲劳断口的特征。
如何根据疲劳断口形态大致判断：1）循环应力大小；2）应力特循环周次多少；3）应力集中程度大小。
9. 疲劳抗力指标有哪些？影响疲劳抗力的因素有哪些？10.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？11.腐蚀失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？12.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效形式有哪些？如何防止？13.有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？第二章 碳钢1. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?2. 何谓晶体、单晶体、多晶体、晶体结构、点阵、晶格、晶胞?3. 金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?4. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?5. 实际晶体中的晶体缺陷有哪几种类型?它们对晶体的性能有何影响?6. 固溶体和化合物有何区别?固溶体类型有哪几种? Si、N、Cr、Mn、Ni、B、V、Ti、W 与铁和碳形成何种固溶体或化合物?7. 何谓匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、固溶体的二次析出转变?根据Fe-Fe 3C 相图写出它们的转变反应式，并说明转变产物的名称、形态及对铁碳合金力学性能的影响。
