浙江工业大学工程材料及热处理本科

1《工程材料及热处理》课程教学大纲一、课程的性质、目的与任务机械制造基础是一门阐述金属材料的成分、成形工艺与组织结构和性能之间关系，非金属材料基础知识以及金属零件制造工艺的技术基础课。本课程的主要任务是：1、使学生初步掌握金属及合金的基本原理，钢铁热处理基本原理及其工艺；常用金属材料的成分、组织结构、性能和用途；非金属材料基础知识；为正确选择和合理使用材料建立必要的基础，并对零件的质量检验和早期失效分析提供基本的材料学基础。2、使学生初步掌握机械制造中的常用毛坯的成形技术，制订加工工艺规范与合理选用坯的能力，以及产品质量的检验分析能力；掌握各种典型零件的基本热加工方法及工艺性要求，为以后课程设计和毕业设计提供工艺基础知识。二、课程的基本要求课堂教学要求主要有：1·金属学基础部分包含金属的晶体结构和结晶，金属塑性变形与再结晶，合金相结构与相图，铁碳合金。铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，要求在掌握铁碳合金中各种组织性能特点的基础上，会熟练地分析和运用铁碳合金相图。即要求会熟练分析不同成分的铁碳合金在结晶过程中的组织变化，以及随合金成分变化时相应的组织变化和由此所引起的性能变化，为正确地认识材料和合理地选用材料打下基础。2·钢的热处理部分包含钢的加热转变与冷却转变，普通热处理工艺及其应用，表面热处理的基本原理及其应用。钢铁热处理是改变材料性能的一种重要手段，要求掌握加热和冷却过程中的组织转变，会分析和运用过冷奥氏体的转变曲线选择材料和热处理工艺3·金属材料部分包含钢的合金化基础知识，机械制造用钢、工具用钢和特殊性能钢，铸铁及常用有色金属。4·非金属材料基本知识。5·零件的选材原则及工艺路线分析。强调学生学会运用成分工艺，组织结构和性能的关系来认识金属材料，并组织进行合理选材和零件工艺路线分析的课堂讨论，以对全课程内容进行综合性的归纳和运用。工艺路线分析是本课程的一个重要内容，这是由于热处理是一种调整材料性能的工艺而安排在各工艺之间，通过工艺路线分析，可以了解各加工工艺之间的关系和进一步理解热处理工艺的作用，也为专业课程的学习打下基础。6．新材料的介绍7．使学生了解各种主要加工方法所用设备的基本原理、主要结构与功用，以及合理的选用；8．掌握各种主要加工方法的基本原理，工艺特点与应用范围，使学生具有合理选用加工方法及进行工艺分析的初步能力；9．熟悉各种加工方法对零件结构设计的基本要求；10．解现代铸造技术，塑性加工技术，现代焊接技术的发展趋势。11．了解非金属材料成型方法2三、学时分配教学内容面授时数绪论第1章工程材料的结构与性能2第2章金属材料的凝固与固态相变4第3章金属材料的塑性变形2第4章金属材料热处理4第5章金属材料表面改性处理2第6章金属材料3第7章铸造4第8章塑性加工4第9章焊接4第10章非金属材料及其成形2第11章材料质量检验与零件失效分析1第12章机械零件材料及成形工艺的选用2四、教材：工程材料及成型技术基础吕广庶编高教出版社3《工程材料及热处理》自学进度表时间自学内容和要求第一周工程材料的结构与性能第二周第三周金属材料的凝固与固态相变铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，要求在掌握铁碳合金中各种组织性能特点的基础上，会熟练地分析和运用铁碳合金相图。即要求会熟练分析不同成分的铁碳合金在结晶过程中的组织变化，以及随合金成分变化时相应的组织变化和由此所引起的性能变化，为正确地认识材料和合理地选用材料打下基础第四周金属材料的塑性变形金属塑性变形通过形变机构的讨论，引入了材料的形变抗力概念，可以加深学生对机械性能指标的理解和对材料强化的理解，同时也为零件的失效分析，提供必要的基础知识。第五周第六周金属材料热处理钢铁热处理是改变材料性能的一种重要手段，要求掌握加热和冷却过程中的组织转变，会分析和运用过冷奥氏体的转变曲线选择材料和热处理工艺。第七周金属材料表面改性处理第八周第九周金属材料重点掌握结构钢和工具钢的成分特点、组织特点、热处理特点和性能特点；对这些钢的牌号及适用范围要了解第一十周第十一周铸造了解铸造生产的实质和特点，常用铸造的牌号、性能特点及应用范围，突出零件铸造工艺及铸件结构工艺性要求，了解常用合金铸造工艺及铸件结构工艺性要求，了解常用合金铸造性能与铸件质量的关系，了解现代铸造技术。第十二周第十三周塑性加工掌握塑性变形对合金组织和性能的影响；了解锻件工艺规范制定原则；结构工艺性及常用锻造设备。了解其他变形方法（如冲压、弯曲、拉探等）的特点。第十四周第十五周焊接常用焊接方法和焊接接头的冶金特点、组织和性能特点，金属可焊性等，了解焊接结构工艺性。第十六周非金属材料及其成形第十七周材料质量检验与零件失效分析第十八周机械零件材料及成形工艺的选用4工程材料及热处理练习题一、简答题1．什么是材料的铸造工艺性能、焊接工艺性能？分别用何种指标表示？2．砂型铸造时应如何确定浇注位置和分型面？3．压力加工有哪几种基本生产方式，各适用于什么场合？4．模锻生产中飞边槽的作用是什么？能否直接锻出通孔？说明理由。5．手工电弧焊时，应如何选用电焊条？6．焊接接头可分为哪几个区域？其中机械性能较差的区域是哪几个？7．合金流动性、浇注条件及铸型填充条件对合金充型能力有何影响？8．写出Fe-Fe3C状态图上共晶和共析反应式。9．选用工程材料的一般原则是什么？10．金属结晶的一般过程归纳为几个阶段？11.简述普通热处理的基本过程。12.何谓加工硬化？13.概述常见的模锻方法及其应用场合。14.铸造时容易出现哪些质量问题？如何防止？15.试述金属结晶时晶粒度的控制方法。16.什么是同素异构转变？并举例说明。２．铁碳合金中基本相是哪些？其机械性能如何？３．简述化学热处理的基本过程。二、问答题1．试比较铸造、锻造、焊接三种工艺方法的本质特点，并指出如何根据零件的质量要求、重量、复杂性、批量大小等因素确定毛坯的生产方法？2．请分别指出铸造、焊接、锻造过程中可能出现的缺陷及控制方法。3．试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别及其主要性能特点。4．用冷却曲线表示45钢的平衡结晶过程；写出该过程中相及组织转变反应式；5．工厂生产一批小齿轮，要求齿面硬度大于HRC55，心部有良好的塑性和韧性，现有以下材料：65Mn、45钢、16Mn、9SiCr、20CrMnTi，已知：5材料65Mn45钢16Mn9SiCr20CrMnTiAc1（℃）726724735770740Ac3或Accm765780863870825试回答以下问题：（1）·选择一种合适的材料，并说明理由；（2）·编制其工艺流程；（3）·制订其热处理工艺（用工艺曲线表示，要求标出加热温度、冷却介质）；（4）·说明各热处理工序的主要目的，并指出最终热处理后齿轮表面和心部的组织。6．试分析T12钢从液态平衡冷却到室温时的组织转变过程，并求：（1）画出室温组织示意图；（2）求出组织组成物相对量；（3）求出相组成物相对量；（4）估计其性能及用途。7．现要制造一齿轮，齿面硬度要求HRC50～55，心部要求有良好的塑韧性，现有下列材料：20，16Mn，60Si2Mn，ZChSnSb11－6，40Cr等材料，问：（1）选择哪种材料制造为宜？其加工工艺路线如何安排？（2）说明热处理的主要目的，画出其中各热处理工艺曲线（标出温度范围及冷却方式）；（3）估计最终得到的组织。8．试述金属结晶时晶粒度的控制方法。9．试分析灰口铸铁机械性能差的原因；比较灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁的组织和性能特点。10.详述含碳1.2％的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程，并绘出在冷至固态后的组织状态金相示意图。11.用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，加工工艺路线为：下料--锻造--热处理１--机械加工--热处理２--热处理３--喷丸--磨齿。试问：１）说明各热处理工序的名称及作用；２）分析上述工艺制出的齿轮中的齿面和中心的组织组成。12．从下列材料中选出最合适的材料填表。6T12A9SiCrW18Cr4V4565MnHT150QT600-33Cr13ZL108GCr15Cr12MoV零件名称选用材料机床主轴手工据条车厢弹簧汽车曲轴机床床身汽车活塞手术刀车刀冲孔落料模三、填空题（22分，每空一分）1．常用的三种的晶体结构类型___________、___________、_______。2．通常，60的预先热处理为，获得的组织为，最终热处理为，获得的组织为。3．细化晶粒的方法有、和。4．马氏体是___________________________。5．共析钢加热时，奥氏体化过程有________________、___________、_____________、_____________。6．铸造合金的收缩经历_____________、______________和______________三个阶段。其中____________和______________阶段造成体积收缩；______________阶段造成线收缩。缩孔是由___________收缩造成的；铸造应力是由___________收缩造成的。防止铸件产生缩孔的常用措施是____________和_________________。7．深时防止起皱所应采取的常用工艺措施是___________，金属板弯曲时，半径过小会发生7_______。8．常见的特种铸造方法有_________________、______________、______________、______________等几种。9．板料冲压包括______________和______________两个基本工序。10．按焊接过程特点焊接可分为______________、______________三大类。其中，氩弧焊常用于焊接______________，而埋弧焊主要用于焊接______________、而CO2气体保护焊主要用于焊接___________。11．常用的焊接接头形式有___________、____________、____________、______________四种。12．常见的刀具材料有___________、____________、____________、_____________等。13．离心铸造适于制造＿＿＿＿＿＿＿＿类型的零件，压力铸造适于制造＿＿＿＿＿＿＿＿类型的零件。14．料冲压包括＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿两个基本工序。15．焊接过程特点焊接可分为＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿三大类。氩弧焊常用于焊接＿＿＿＿＿＿＿＿，而埋弧焊主要用于焊接＿＿＿＿＿＿＿＿。焊接检验方法常见有＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿等方法。16.室温下亚共析钢组织是_______和________。17.工程材料分_________、_________、_________、____________四大类。18.高分子的大分子链几何形态有_________、_________、_________几种。19．铸铁中___________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素是__________和_________。20．金属结晶时，冷却速度愈快，则过冷度愈____，结晶后的晶粒尺寸愈__。21．合金元素在钢中的存在形式有__________、____________、___________，它们分别起____________强化和____________强化的作用。22．钢的淬硬性主要取决于____________；而要提高钢的淬透性则应_________临界冷却速度。23．含碳0.5％的碳钢要比含碳1％的碳钢的硬度要______；含碳0.8％的碳钢的强度要