材料工程设计第2讲

南京工业大学材料科学与工程学院《材料工程基础课程设计》指导书一、课程设计的教学目的、要求《材料工程基础课程设计》是《材料工程原理》课程教学中综合性和实践性教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体会工程实际问题复杂性的初次尝试。

通过课程设计要求学生做到：（1）加深学生对本课程基本理论知识的理解，提高本课程基本知识的应用能力；（2）要求学生能综合运用本课程和先修课程的基本理论和知识，独立思考和分析问题，完成一个单元操作过程和设备的工程设计，得到材料工程设计的初步训练。

（3）使学生了解工程设计在生产、科研和工程建设中的地位与重要性，掌握工程设计的主要内容、程序和方法，学会应用有关资料进行设计计算，提高绘图能力，提高独立分析和解决问题的能力；（4）课程设计计算书要求内容完整、计算正确，文字简洁通顺；图纸要求规范、整洁、齐全。

二、课程设计基本内容1、设计题目课程设计选题应满足教学大纲要求，具有工程设计的代表性和典型性，有利于学生综合应用所学知识进行工程设计能力的培养。

2、设计内容；（1）设计方案简介：对选定的工艺流程、重要设备的形式进行简要的论述；（2）主要设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料平衡、热量平衡、设备的工艺尺寸计算以及结构设计；（3）工艺流程简图：以单线图形式绘制，绘出主体设备和辅助设备的物料与气流流向；（4）主体设备工艺图：包括设备的主要工艺尺寸、技术特性等；3、课程设计进度安排，总时间为二周，具体安排如下：（1）讲课、布置任务0.5天（2）查阅资料，搜集数据1天（3）分析确定方案及操作参数1天（4）工艺设计计算及设备结构设计3天（5）编制说明书、绘图4天（6）考核和答辩0.5天合计10天4、图纸内容及要求；（1）工艺流程图：为便于进行物料平衡、热量平衡以及有关设备的工艺计算，在设计的最初阶段，首先要绘制生产工艺流程图，定性地标出物料由原料转化为产品的过程、流向和采用的设备。

据此可进一步开展下一步设计。

材料科学与工程教案一、教学目标材料科学与工程是一门涉及材料结构、性能及其应用的学科，该教案的目标是使学生能够理解和应用材料科学的基本原理，掌握材料工程设计和制备的基本方法，并具备解决工程问题的能力。

二、教学内容本教案主要涵盖以下内容：1. 材料科学基础知识：包括材料的分类、结构与性能的关系、相图等。

2. 材料工程设计：介绍材料选型、材料性能测试与评价等。

3. 材料制备与加工技术：包括材料的化学合成、物理制备、表面处理等。

4. 材料性能测试与分析：介绍常用的材料性能测试方法和分析手段。

5. 材料应用与发展：探讨材料科学的前沿领域和应用案例。

三、教学方法本教案采用以下教学方法：1. 讲授与演示相结合：通过教师的讲解与示范，向学生介绍材料科学的基本理论和实践操作。

2. 实验与实践：组织学生进行实验和实践操作，培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。

3. 互动讨论：鼓励学生提问与思考，在课堂上进行互动交流，促进学生思维的活跃与深入。

四、教学流程第一课时：1. 导入：通过引入材料科学与工程的相关案例，引发学生对材料科学的兴趣。

2. 知识讲解：介绍材料科学的定义、研究内容和意义。

3. 实例分析：通过实例分析，解释材料结构、性能与应用之间的关系。

第二课时：1. 导入：通过回顾上一课时的内容，激发学生对材料科学的思考。

2. 知识讲解：详细介绍材料的分类和材料性能的评价方法。

3. 实践操作：组织学生进行材料性能测试实验，通过测试结果来评价材料的优缺点。

第三课时：1. 导入：通过引入一个实际工程问题，激发学生对材料应用的兴趣。

2. 知识讲解：讲解材料工程设计的基本方法和流程。

3. 实践操作：要求学生选择合适的材料应用于给定的工程问题，并设计相应的工程解决方案。

第四课时：1. 导入：通过展示材料制备与加工的实际应用，引发学生对材料制备技术的探索。

2. 知识讲解：介绍材料的制备与加工技术，包括化学合成、物理制备和表面处理等。

材料工程基础是材料工程专业的一门核心课程，旨在介绍材料的基本概念、组成和性质，以及材料的结构与性能之间的关系。

该课程通常包括以下内容：
1. 材料的分类和特性：介绍材料的基本分类，包括金属材料、陶瓷材料、聚合物材料和复合材料等；讲解材料的物理和化学特性，如密度、热导率、电导率、热膨胀等。

2. 结晶结构：讲解材料的晶体结构，如立方晶系、六方晶系等；介绍晶体缺陷和晶体生长机制。

3. 材料的力学性能：介绍材料的力学行为，包括拉伸、压缩、弯曲、硬度等方面的测试与评价；讲解材料的力学性能参数，如弹性模量、屈服强度、韧性等。

4. 材料的热学性能：介绍材料的热膨胀、热导率、热容等热学性质，并讨论材料的热处理对其性能的影响。

5. 材料的导电与磁性：讲解材料的导电性与磁性，包括金属的电导率、半导体材料、磁性材料等；介绍磁性材料的磁性行为和应用。

6. 材料的化学性能：讲解材料与环境的相互作用，包括腐蚀、氧化、酸碱等化学性质，以及材料的防腐蚀措施。

7. 材料加工与改性：介绍材料的常见加工方法，如锻造、铸造、挤压、焊接等，以及合金化、表面改性等材料处理方法。

通过学习材料工程基础，学生可以了解不同材料的性质和应用范围，为进一步学习材料工程的更深层次知识打下基础。

此外，他们还可以在工程实践中正确选择和应用合适的材料，以满足特定的设计要求。

第二章材料的性能1、布氏硬度布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定.缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。

适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。

2、洛氏硬度HRA用于测量高硬度材料，如硬质合金、表淬层和渗碳层。

HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等.HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。

洛氏硬度的优点：操作简便,压痕小，适用范围广.缺点:测量结果分散度大。

3、维氏硬度维氏硬度所用载荷小,压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。

4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示.分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。

5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象.6、蠕变：恒温、恒应力下,随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。

7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。

第三章金属的结构与结晶1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构.为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。

晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。

由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。

组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。

晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数.①体心立方晶格晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4,每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。

属于体心立方晶格的金属有铁、钼、铬等。

②面心立方晶格原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个）典型金属（金、银、铝、铜等)。

③密排六方晶格每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。

典型金属锌等.2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异,此特性称为各向异性。

材料工程培训课程设计方案一、课程名称：材料工程基础培训二、课程目标：1. 帮助学员系统地了解材料工程的基础知识，包括材料的分类、性能、加工等方面；2. 提升学员在材料工程领域的专业能力和应用能力；3. 培养学员的分析和解决问题的能力，以及团队合作和沟通能力。

三、课程内容和安排：1. 第一阶段（1~2周）：材料基础知识目标：让学员了解各种材料的基本分类、物理性质和化学性质内容：- 材料分类：金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料等；- 材料性能：强度、硬度、导电性、导热性、耐磨性等；- 材料加工：锻造、铸造、轧制、注塑等。

2. 第二阶段（1~2周）：金属材料和工程塑料目标：深入学习金属材料和工程塑料的性能和加工工艺内容：- 金属材料的种类和应用领域；- 金属材料的性能测试和评价；- 工程塑料的种类和特性；- 工程塑料的应用和加工工艺。

3. 第三阶段（1周）：陶瓷材料和复合材料目标：了解陶瓷材料和复合材料的特性和应用内容：- 陶瓷材料的种类和性能；- 陶瓷材料的加工和应用；- 复合材料的组成和特性；- 复合材料的加工和应用。

4. 第四阶段（1周）：功能材料与纳米材料目标：介绍功能材料和纳米材料的开发和应用内容：- 功能材料的种类和功能；- 功能材料的制备方法和应用；- 纳米材料的特性和应用；- 纳米材料的制备和工艺。

5. 第五阶段（1周）：材料分析和测试目标：培养学员分析材料性能和质量的能力内容：- 材料分析的常用方法和仪器；- 材料性能测试的方法和标准；- 材料质量控制的原理和方法。

6. 第六阶段（1周）：材料工程案例分析与实践目标：通过案例分析和实践，加强学员的应用能力和解决问题的能力内容：- 材料工程案例分析；- 材料工程实践操作；- 团队合作和沟通演练。

四、教学方法和手段：1. 理论课程：采用多媒体教学和案例分析，讲解材料工程的基础知识和应用技术；2. 实验操作：组织学员进行材料实验操作，加深对材料性能的理解；3. 讨论交流：组织学员进行小组讨论和案例分析，培养学员的分析和解决问题的能力；4. 实地考察：组织学员进行企业实地考察和交流，了解材料工程在实际生产中的应用；5. 作业和考核：布置作业和进行考核，评估学员的学习效果。

《材料工程基础课程设计》课程简介课程编号：02024804课程名称：材料工程基础课程设计/Course Design for Fundamentals of Materials Engineering学分：2学时：2周（实验：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第5学期先修课程：材料工程基础考核方式与成绩评定标准：根据平时表现、设计说明书和所绘图纸的质量综合评定成绩教材与主要参考书目：[1]严生，常捷，程麟.新型干法水泥厂工艺设计手册[M].北京：中国建材工业出版社,2007.[2]白礼懋.水泥厂工艺设计实用手册[M].北京：中国建筑工业大学出版社，1997.[3]胡道和.水泥工业热工设备[M].武汉：武汉工业大学出版社，1992.[4]曾令可，李萍，刘艳春.陶瓷窑炉实用技术[M].北京：中国建材工业出版社,2010.[5]宋帝.现代陶瓷窑炉[M].武汉：武汉工业大学出版社，1996.内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的一门专业必修课，属于实践性教学环节。

通过该课程的水泥或陶瓷热工设备或工艺的设计计算以及图纸绘制，使学生加深对《材料工程基础》课程理论知识的理解，了解和初步掌握陶瓷热工窑炉结构设计或水泥热工设备工艺设计的方法、内容和步骤，培养学生运用技术资料和工具书进行设计计算、图纸绘制和编写说明书的能力；通过该课程设计还能培养学生如何将理论与实践结合，提高分析和解决实际工程技术问题的能力。

Course Design for Fundamentals of Materials Engineering is a required practice course for the specialty of inorganic nonmetallic materials. The students can deepen the theory knowledge of the course of Fundamentals of Materials Engineering based on the design calculation and drawing plot of cement or ceramics hot working equipment or technology. Moreover, though this course, the students can know the design method, content and procedure of ceramics furnace structure or cement hot working system, and the ability of using the technical information and reference books to design/calculate, plot drawing and write the design calculation manual can be trained. In addition, this course can enhance the ability of the students to combine the theory and practice, and to analyze/solve the practical engineering and technology problems.《材料工程基础课程设计》教学大纲课程编号：02024804课程名称：材料工程基础课程设计/Course Design for Fundamentals of Materials Engineering学分：2学时：2周（实验：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第5学期先修课程：材料工程基础一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业本科生的一门专业必修课，属于实践性教学环节。

《材料工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：13106102课程类别：专业核心课程适应专业：材料科学与工程总学时：64总学分:3课程简介：本课程是材料科学与工程专业的本科生在已经掌握有关的材料基础知识的基础上，进一步拓展材料工程方面理论基础知识的一门专业核心课程。

通过该课程的学习，学生掌握材料制备过程中的基本科学原理和技能，能够根据所确定材料的性能、结构与应用的要求，提出材料制备加工的方案和方法，并以此为引导，更深入地学习材料制备的专门知识。

学习本课程的目的是为将来从事材料研究、材料加工等行业的工作打下坚实的必备的理论和实践研究的基础。

授课教材：《材料工程基础》，周美玲主编，北京工业大学出版社，2001年参考书目：《材料工程基础》，朱宝泉主编，北京工业大学出版社，2004年二、课程教育目标本课程的教育目标是：1. 使学生建立起全面、系统的材料工程背景知识；2. 使学生能够针对实际问题知道如何合理地选择材料；3. 使学生能够针对实际问题确定较为合理的材料制备与加工方法。

三、教学内容与要求第一篇材料的制备第一章材料的熔炼教学重点：钢铁冶金、铝冶金与熔炼教学难点：铜冶金、真空冶金、单晶生长教学时数：6学时教学内容：钢铁冶金、铝冶金与熔炼、铜冶金、真空冶金、单晶生长（单晶材料制备）、玻璃的熔炼与制备教学方式：课堂讲授教学要求：掌握钢铁冶金、铝冶金与熔炼、单晶生长，了解真空冶金、玻璃的熔炼与制备第二章粉末材料制备教学重点：粉末测定和各种制粉方法教学难点：各种制粉方法教学时数：6学时教学内容：粉末测定、机械制粉法、物理制粉法、化学制粉、纳米粉体的制备方法教学方式：课堂讲授教学要求：掌握粉末测定、机械制粉法，了解物理制粉法、化学制粉、纳米粉体的制备方法第三章高分子材料的聚合教学重点：聚合反应、聚合方法教学难点：聚合反应、聚合方法教学时数：6学时教学内容：高分子材料简介、聚合反应、聚合方法、高分子材料的发展前景教学方式：课堂讲授教学要求：掌握聚合反应和聚合方法，了解高分子材料的发展前景第二篇材料的成形与加工第四章金属液态与半固态成形教学重点：液态成形、快速凝固技术教学难点：半固态成形教学时数：4学时教学内容：液态成形、半固态成形、快速凝固技术教学方式：课堂讲授教学要求：掌握液态成形和快速凝固技术，了解半固态成形技术第五章金属塑性加工教学重点：金属塑性加工理论基础教学难点：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压成形教学时数：8学时教学内容：概述、金属塑性加工理论基础、轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压成形教学方式：课堂讲授教学要求：掌握金属塑性加工理论基础，了解轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压成形工艺第六章粉末成形与固化教学重点：粉末的成形与干燥、粉末体烧结教学难点：胶凝固化教学时数：5学时教学内容：粉末的成形与干燥、粉末体烧结、胶凝固化教学方式：课堂讲授教学要求：掌握粉末的成形与干燥、粉末体烧结，了解胶凝固化第七章高分子材料成形教学重点：塑料成形加工、橡胶成形加工教学难点：合成纤维成形加工教学时数：3学时教学内容：塑料成形加工、橡胶成形加工、合成纤维成形加工教学方式：课堂讲授教学要求：掌握塑料成形加工，了解橡胶成形加工、合成纤维成形加工第三篇材料的改性与表面加工第九章金属材料的热处理教学重点：常规热处理的基本原理、常规热处理工艺教学难点：常规热处理的基本原理、常规热处理工艺教学时数：4学时教学内容：常规热处理的基本原理、常规热处理工艺教学方式：课堂讲授教学要求：掌握常规热处理的基本原理和工艺第十章材料的表面改性教学重点：表面淬火教学难点：表面化学改性、三束表面改性教学时数：4学时教学内容：表面淬火、表面化学改性、三束表面改性教学方式：课堂讲授教学要求：掌握表面淬火，了解表面化学改性、三束表面改性第十一章材料的表面防护教学重点：材料的腐蚀与防护教学难点：材料的摩擦磨损防护教学时数：3学时教学内容：材料的腐蚀与防护、材料的摩擦磨损防护教学方式：课堂讲授教学要求：掌握材料的腐蚀与防护，了解材料的摩擦磨损防护第十二章薄膜制备技术教学重点：物理成膜、化学成膜教学难点：液相反应沉积教学时数：3学时教学内容：薄膜材料基础、物理成膜、化学成膜、液相反应沉积教学方式：课堂讲授教学要求：掌握薄膜材料基础、物理成膜、化学成膜，了解液相反应沉积第四篇材料的复合第十三章复合材料基础教学重点：复合材料的界面、复合理论与复合材料设计教学难点：复合材料设计教学时数：2学时教学内容：概论、复合材料的界面、复合理论与复合材料设计教学方式：课堂讲授教学要求：掌握复合材料的界面、复合理论，了解复合材料设计第十四章金属复合材料制备与加工教学重点：粉末冶金复合、铸造凝固成形教学难点：喷射成形、轧制复合、挤压成形、拉拔复合法教学时数：3学时教学内容：粉末冶金复合、铸造凝固成形、喷射成形、轧制复合、挤压成形、拉拔复合法教学方式：课堂讲授教学要求：掌握粉末冶金复合、铸造凝固成形，了解喷射成形、轧制复合、挤压成形、拉拔复合法第十五章陶瓷复合材料教学重点：陶瓷基复合材料用增强体的制备、颗粒弥散陶瓷基复合材料教学难点：晶须强韧化教学时数：3学时教学内容：陶瓷基复合材料用增强体的制备、颗粒弥散陶瓷基复合材料、晶须强韧化、陶瓷基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料教学方式：课堂讲授教学要求：掌握陶瓷基复合材料用增强体的制备、晶须强韧化，了解颗粒弥散陶瓷基复合材料、陶瓷基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料第十六章纤维增强高分子复合材料的制备与加工教学重点：高分子复合材料成形用半成品的制备、高分子复合材料的成形工艺教学难点：高分子复合材料成形用半成品的制备、高分子复合材料的成形工艺教学时数：3学时教学内容：概述、高分子复合材料成形用半成品的制备、高分子复合材料的成形工艺教学方式：课堂讲授教学要求：了解高分子复合材料成形用半成品的制备、高分子复合材料的成形工艺第十七章生物复合材料教学重点：颗粒增强生物复合材料、纤维增强生物复合材料、多孔材料教学难点：多孔材料教学时数：1学时教学内容：概述、颗粒增强生物复合材料、纤维增强生物复合材料、多孔材料教学方式：课堂讲授教学要求：了解颗粒增强生物复合材料、纤维增强生物复合材料、多孔材料四、作业该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。