金属材料力学性能教学大纲

《材料力学性能》教学大纲一、课程基本情况总学时：56讲课学时：50实践学时：6总学分：3.5课程类别：专业；核心；必修考核方式：考试适用对象：金属材料工程先修课程：金属学与热处理参考教材：束德林，工程材料力学性能，北京：机械工业出版社，2011高建明，材料力学性能，武汉：武汉理工大学出版社，2004石德珂、金志浩，材料力学性能，西安：西安交通大学出版社，1998刘瑞堂，工程材料力学性能，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002时海芳、任鑫，材料力学性能，北京：北京大学出版社，2010二、课程设置目标通过本课程的学习，使学生了解国家标准对材料不同力学性能测试的相关要求；理解金属材料在不同条件下的力学行为的特点和产生机理；掌握典型金属材料力学性能指标的物理含义和影响因素。使学生具备对金属材料的变形、磨损及断裂失效原因进行分析并初步提出解决方案的能力。以支撑人才培养规格中在金属材料科学与工程及相关领域从事科学研究、技术开发、工艺要求的实现。三、教学内容、教学方法和手段、学时分配知识单元一：金属在静载荷作用下的力学性能（建议34学时）知识点1：金属在单向拉伸载荷作用下的力学行为主要内容及要求：了解金属在室温下单向静拉伸实验的最新国家标准及金属在单向拉伸载荷作用下的应力—应变曲线类型，掌握退火态低碳钢在室温下单向静拉伸曲线及力学行为。知识点2：金属的弹性变形主要内容及要求：理解弹性变形的特点及弹性变形的机理；掌握弹性变形相关性能指标的含义、影响因素及工程应用；了解弹性不完整性现象及原因。知识点3：金属的塑性变形主要内容及要求：理解塑性变形的特点及其机理；掌握塑性变形相关性能指标的含义、影响因素及工程应用。知识点4：金属的断裂主要内容及要求：理解断裂的分类方法；掌握微孔聚集型断裂、解理断裂、准解理断裂沿晶断裂的过程及其断口的宏观和微观特征；了解断裂强度理论。知识点5：金属在压缩、弯曲、扭转载荷作用下的力学性能主要内容及要求：理解压缩、弯曲、扭转实验特点，掌握相关力学性能，理解应力状态软性系数对材料力学行为的影响；掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的原理、特点、要求及适用范围；理解缺口对材料力学性能的影响，了解金属的缺口拉伸的应用。知识点6：金属的断裂韧度主要内容及要求：理解掌握KIC的测试方法、影响因素及其应用；了解GIC、δc和JIC的有关概念。重点：力学行为发生的机制及特点；常见的力学性能指标的含义、测试方法及其影响因素。难点：金属的强韧化机制及在工程中的应用。教学方法和手段：讲授、研讨（针对淬火回火过程中的组织变化，结合影响金属强韧化的因素，分析在淬火后钢材强化的机制，及其回火后韧性改善的原因）知识单元二：金属在冲击载荷下的力学性能（建议6学时）知识点1：冲击弯曲主要内容及要求：理解冲击载荷作用下金属的变形特点；掌握冲击弯曲的试验方法。知识点2：低温脆性主要内容及要求：理解、掌握低温脆性现象及本质，了解金属韧脆转变温度的确定方法；掌握影响冲击韧性和韧脆转变温度的主要因素。重点：金属冲击功的测试方法及影响金属韧性的主要因素。难点：金属的韧脆转变。教学方法和手段：讲授知识单元三：金属的疲劳（建议6学时）知识点1：高周疲劳主要内容及要求：掌握金属疲劳的现象及特点；了解疲劳曲线的测定方法；理解疲劳断裂的过程和机理；掌握影响疲劳强度的主要因素。知识点2：低周疲劳主要内容及要求：理解低周疲劳的过程及本质，掌握提高金属低周疲劳抗力的主要途径。重点：金属疲劳断裂的过程、机理；疲劳断口的主要特征及影响疲劳强度的主要因素。难点：金属疲劳断裂的过程和机理。教学方法和手段：讲授知识单元四：金属高温力学性能（建议4学时）知识点1：高温作用下的力学行为特点主要内容及要求：掌握长时高温条件下力学行为与室温和短时高温条件下力学行为的主要区别。知识点2：金属的蠕变主要内容及要求：理解金属蠕变机理；掌握金属蠕变现象及规律知识点3：金属的蠕变断裂主要内容及要求：了解金属蠕变及蠕变断裂的相关性能指标和测试方法；理解金属蠕变断裂的机理及影响金属高温力学性能的主要因素；掌握金属蠕变断裂的特征。重点：金属蠕变和蠕变断裂机理；影响金属高温力学性能的主要因素。难点：金属蠕变和蠕变断裂机理。教学方法和手段：讲授综合训练项目一：金属强韧化机制及应用目的和要求：通过该训练使学生掌握金属强化的主要方法及专业文献查阅的方法和途径，并具有对文献资料进行归纳总结和提炼的初步能力，初步掌握撰写学术论文的基本要求。学生结合强度和塑性的影响因素在课后去查阅相关资料或去现场调研，了解相关强化机制的研究及应用现状，并根据所学的知识和查阅的资料及调研情况，按照学术论文的格式撰写一篇3000字以上综述（附10篇以上的参考文献），进行宣讲，同学间相互提问，教师进行点评。成果形式：论文综合训练项目二：表面强化对机械零件疲劳性能的影响目的和要求：通过该训练使学生能够利用所掌握的只是知识分析实际工程问题，寻找出导致其失效的主要原因，并提出解决问题的方法。从而培养学生分析问题解决问题的能力。选取一种典型的机械零件（轴、齿轮、轴承、弹簧），对其服役条件进行分析，分析其疲劳及其他失效的类型及原因，提出解决问题的措施，并分析其可行性。撰写一篇3000字左右的论文。成果形式：论文综合训练项目三：自主设计实验目的和要求：通过该训练培养学生在学习和实践过程中提出问题、发现问题的能力，使其具有运用理论知识分析问题，解决问题的能力，使其了解撰写项目申请书和结题报告的基本要求；学生3-5人组成一个小组，根据学习过程中、现场调研和查阅资料中发现的问题，利用所掌握的影响金属力学性能的影响因素和改善性能的措施，按照科研项目申请输的要求自主设计一个实验研究方案，进行答辩，教师就其方案的意义、科学性和可行性进行点评，并指导学生对实验研究方案进行修改完善，经审查通过后可作为一个自主设计实验，协调实验室进行实验研究。学生根据实验数据撰写研究报告。成果形式：实验论证方案、研究报告四、其它教学环节序号实验名称目的要求主要内容实验学时实验类型开出要求1系列缺口静拉伸实验及断口形貌观察掌握静拉伸的试验方法，了解金属在硬应力状态和应力集中条件下脆化倾向；了解试样缺口几何形状对其强度、塑性及断口形貌的影响。对经淬火后不同温度回火的中碳钢材料进行光滑试样及不同缺口试样进行轴向和偏斜拉伸，测试其强度和塑性2综合选做2硬度测定掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度、肖氏硬度的实验原理和实验方法及应用，感性认识微观硬度和宏观硬度的关系，硬度和抗拉强度的近似关系。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度、肖氏硬度计的使用方法，适用范围，并进行相应材料的硬度测试2验证选做3断裂韧度KIC测定了解金属断裂韧度KIC实验的基本原理及对实验形状和尺寸的要求，掌握三点弯曲试样测定KIC的方法及实验结果的处理方法三点弯曲试样测定KIC的方法及实验结果的处理方法2验证选做4金属的扭转实验掌握扭转强度测试方法，理解脆性和韧性两种材料变形和破坏特点。测定低碳钢和铸铁的扭转曲线，测定低碳钢的屈服点和抗扭强度，测定铸铁抗扭强度，观察、比较两种材料变形和破坏特点。2验证选做5冲击弯曲实验及韧脆转变温度的测定掌握低温冲击弯曲的试验方法，了解温度对金属冲击韧性的影响规律及韧脆转变温度的确定方法测定低碳钢的温度-韧性变化曲线，确定韧脆转变温度。2验证选做6金属的疲劳实验了解旋转弯曲试验机的结构工作原理，疲劳试样的尺寸及加工要求，掌握疲劳曲线及疲劳强度的测定方法，理解表面强化都疲劳抗力的影响。利用旋转弯曲试验机测定调质态中碳钢和调质+表面淬火中碳钢试样的疲劳极限。2验证选做7金属的磨损实验掌握失重法测定耐磨量的试验方法，理解组织和成分对耐磨性能的影响，了解实验机的原理和实验方法。利用磨粒磨损试验机测定金属材料的磨损量。2验证选做8自主设计实验（综合训练）学生3-5人组成一个小组，根据学习过程中、现场调研和查阅资料中发现的问题，利用所掌握的影响金属力学性能的影响因素和改善性能的措施，按照科研项目申请输的要求自主设计一个实验研究方案，进行答辩，教师就其方案的意义、科学性和可行性进行点评，并指导学生对实验研究方案进行修改完善，经审查通过后可作为一个自主设计实验，协调实验室进行实验研究。学生根据实验数据撰写研究报告。通过该训练培养学生在学习和实践过程中提出问题、发现问题的能力，使其具有运用理论知识分析问题，解决问题的能力，使其了解撰写项目申请书和结题报告的基本要求。设计选做五、成绩构成和评价方法1.综合训练项目一、二各占15分，综合训练项目三10分；2.总评成绩=综合训练成绩+实验成绩+期末考试成绩3.考核内容要覆盖教学大纲70%以上，体现知识应用、综合能力评价占60%以上。教学大纲撰写人：时海芳审核人：任鑫教学负责人：时海芳