1、工程材料课程教学大纲一、基本信息课程编号 0162000110工程材料课程名称Engineering Materials学时/学分 32 学时 / 2 学分开课学期 秋季； 春季； 暑期授课语言 中文； 英文； 双语适用专业 过程装备与控制工程先修课程普通化学 、 大学物理 、 材料力学 、 金属工艺学 金工实习关联课程无关联课程； 有关联课程，包括如下： 1.过程流体机械 课程编号 0160670012.过程装备制造技术课程编号 01633024103.过程设备设计开课单位 机械工程学院制订人 刘燕修订时间 2013 年 10 月二、课程性质与作用工程材料是四年制过程装备与控制工程本科专业的
2、一门专业必修基础课。它要求学生必须掌握关于过程用材料,尤其是金属材料的基础知识和原理,掌握选用材料的基本技能。在教学过程中，它起着由基础课和其他技术基础课教学过渡到专业课教学的桥梁作用。在学习本课程之前学生应具备一定的工程基础知识，特别是普通物理和化学方面的知识。由于涉及的知识面广，因此本课程应安排在大学物理 、 普通化学 、 材料力学等课之后或同步讲授。本课程在过程装备与控制工程专业的一体化教学中是不可缺少的一环，将为学生今后从事专业技术工作打下基础，增强学生的对装备的设计、制造、安装、检验、使用、检修等各个环节与材料的关系的认识及实际应用能力。三、教学目标及学生能力培养本课程的基本教学目标
3、有两个：一是学习本专业领域各种材料（金属材料、非金属材料、复合材料等）的基础知识，以金属材料为学习重点,了解金属材料的主要结构和性能特点,钢的热处理和表面改性,掌握过程装备失效和材料的关系；二是能够实际运用所学知识,掌握对过程装备材料进行合理选择的技能。明确针对不同过程特点进行选材的方法和途径。所对应培养的学生基本能力如下：（即毕业要求 3，5，6，7）掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势；体现在教学目标 1。掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环
4、境、法律、安全、健康、伦理等制约因素；体现在教学目标 2掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；体现在教学目标 1 和 2。了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响；体现在教学目标 2。四、教学方法由于本课程应用性和实践性强，因此在教学中除课堂讲授外，还应该采用多种灵活的学习方式加以补充。1 课堂讲授重点、难点，对每章的学习内容及要求进行细化分析。2 明确工程背景，进行案例尝试教学和以问题为导向的教学，设置学生讨论问题环节。确保学生对工程材料有完整的概念和应用，重点掌
5、握过程装备材料的选用原则。3 自学内容，由于学时有限，对于一些内容，提出学习要求，安排学生自学。4 教学内容的扩展学习，以解决工程实际应用问题为背景，安排一次课程论文，比如选择题目：合成氨过程装置的选材探讨 ，让学生学会借助于中外文文献，进行调研和写作，明确论文写作思想、写作方法、写作样式等环节，使学生得到一次工程训练和科研综合训练。5 以学习小组为单位，使学生进行课外扩展学习与讨论，比如在材料的经济性、可获得性、国际标准的应用等方面展开充分研讨，进一步加深和应用所学知识。五、教学内容主要教学内容：1 材料基础，主要介绍原子键合基本知识、 金属材料基础知识、铁碳合金相图和结构、热处理与表面强化
6、、合金化对钢的结构和性能的影响；2 材料性能与失效，包括主要材料性能知识，过程装备失效与材料的关系；3 材料的选用， 包括选材基本原则，各种金属材料、 陶瓷、高分子和复合材料的选用知识。另外安排课程扩展作业，进行过程的选材探讨，也是本课程教学的重要内容。比如针对下列典型过程装置进行选材：加氢反应器、尿素合成塔、氨合成塔、天然气输送管道、氨合成塔装置中的废热锅炉、石油催化裂解反应器。教学时数：总学时数：32 学时，学分数：2 学分。学时具体分配如表 1 所示。表 1 教学学时分配表序号 教学内容 授课学时 作业1 绪论 2 12 1 金属学 2 23 2 铁碳合金的结构和相图 2 24 3 钢的
7、热处理和表面改性 3 35 4 钢的合金化对组织和性能的影响 3 36 5 金属材料的主要性能 3 37 6 金属材料常见失效形式 2 38 期中测验 29 7.黑色金属及其选用 6 610 8 有色金属及其选用 3 311 9 过程装备材料选用 2 612 10 非金属材料及选用 1 213 11 复合材料 1 1合计 32 35讲授大纲与各章的基本要求如下：绪论教学要点：通过本章学习，了解什么是材料，材料分类，工程材料在过程设备中的应用，21 世纪材料的发展趋势，工程材料的失效概念，提高材料失效抗力的方法，工程材料选择的原则等。课外自学要求：自学有关工程材料的历史发展背景知识。教学时数：2
8、 学时.自学 1 学时。第 1 章 金属学教学要点：学习晶体的结构，晶体中的缺陷，金属的结晶过程，金属的塑性变形和再结晶，二元合金的微观相结构和相图。导向问题如下：实际晶体的各种缺陷对金属性能有哪些影响？产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？划分冷加工和热加工的条件是什么？热加工给金属件带来哪些益处？何谓过冷度？它对晶粒大小有何影响？镇静钢和沸腾钢的缺陷有哪些？二元合金相图表达了合金的哪些关系？课外自学要求：自学原子键合基础知识，了解原子结构，离子键，共价键，金属键，分子键（范德华键），明确材料的键合分类。完成课后习题 1-8。教学时数：2 学时.自学 2 学时。第 2 章
9、 铁碳合金的结构和相图教学要点：了解基本概念，比如：碳钢、铸铁、生铁、合金、相图等，学习铁和渗碳体合金相图的分析，明确什么是铁素体、奥氏体、渗碳体、莱氏体和珠光体， 其性能有何特点和差异？了解一些重要的二元相图。课外自学要求：完成下列思考题和习题：在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？ Fe-Fe3C 相图有何作用？亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点？一种钢材含有 88%珠光体和 12%二次渗碳体，请计算钢中的含碳量，并确定它是亚共析钢还是过共析钢？教学时数：2 学时.自学 2 学时。第 3 章 钢的热处理和表面改性教学要点：了解为什么进行钢的热处理，钢热处理时微观结构变化，热处理工
10、艺对钢微观结构和性能的影响，钢的表面强化。课外自学要求：完成下列思考题和习题：1 简述等温转变动力学曲线（C 曲线）的意义和应用。2 什么是贝氏体、珠光体和马氏体？其性能和组织有何特点？3 为什么要对钢件进行热处理？4 何谓退火、正火、淬火和回火，其各自的目的是什么？简述各种操作的应用范围以及对组织结构影响特点。5 对钢的表面进行强化有哪些手段，其目的是什么？教学时数：3 学时.自学 3 学时第 4 章 钢的合金化对组织和性能的影响教学要点： 了解合金元素在钢中的存在形式和作用，合金元素对金属结晶的影响，合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响，合金元素对钢热处理的影响，合金元素对钢使用性能的影
11、响，合金元素对钢加工性能的影响，钢中杂质对钢性能的影响，掌握钢的分类。课外自学要求：完成下列思考题和习题：1 为什么在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性？2 指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途（有些需特别注明为那个标准钢号）：Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q345DR、20、20R、 20G、 T12、 T8MnA 、 40Cr、 30CrMnSiE 、 Cr12、 2Cr13、 12CrMoV、12Cr1MoV、 ML30CrMnSi、 W18Cr4V、 A3、 022Cr19Ni10、 15CrMoR教学时数：3 学时.自
12、学 3 学时第 5 章 金属材料的主要性能教学要点： 了解应力应变关系，几个基本概念：硬度、冲击吸收能、断裂韧度、疲劳、蠕变，掌握材料的常用力学性能指标，学习使用条件对材料性能的影响，金属材料的加工工艺性能，金属材料的物理和抗腐蚀性能等。课外自学要求：学习材料的一些物理性能参数，密度 ，导热系数 ， 比热 ， 熔点 tm，线膨胀系数 ， 弹性模量 E 等。解释概念及综合问答题1 弹性模量， 屈服点，屈服强度，抗拉强度，屈强比， 疲劳，疲劳极限，蠕变，蠕变极限，持久强度，冲击吸收能. 无延性转变温度，韧脆转变温度，2 过程装备选材通常要考虑的物理性能参数有哪些？3 常用什么指标估算金属材料的焊接
13、性能？4 衡量金属材料强度、硬度、塑性、韧性用哪些性能指标？怎么表示？教学时数：3 学时.自学 3 学时第 6 章 金属材料常见失效形式教学要点： 了解金属材料的常见失效形式 ，学习过程设备及其构件的失效原因和失效分析方法。课外自学要求：解释概念及综合问答题如下：1 常见腐蚀形态有哪些？2 工程材料的主要失效形式有哪几种？其原因和典型特点是什么3 试分析过程装备及其构件失效的主要原因教学时数：2 学时.自学 3 学时第 7 章 黑色金属及其选用教学要点： 学习压力容器用钢，高温和低温用钢，耐腐蚀构件用钢，零部件用钢，管道用钢及铸铁。课外自学要求：解释概念及综合问答题如下：1 压力容器对材料性能
14、的要求？哪些具体要求？2 常见的钢材品种有哪些？有哪些压力容器常用钢材？3 高温条件下钢材会有哪些现象？常用的高温用钢有哪几类？举例4 分析影响低温韧性的因素。常用的低温用钢有哪几类？举例5 低合金耐大气腐蚀及耐海水介质腐蚀的机理有何异同？6 氢腐蚀和氮脆主要产生在哪些化工或石油化工过程中，产生氢腐蚀和氮脆的原因是什么？解释低合金钢耐氢、氮、氨腐蚀的机理，并结合附图说明如何使用 Nelson 曲线。教学时数：6 学时.自学 6 学时第 8 章 有色金属及其选用教学要点： 主要学习钛及钛合金，铝及铝合金，铜及铜合金，镍及镍合金，了解这些有色金属的特性和应用场合。课外自学要求：通过自学解释概念及综
15、合问答题如下：1 钛及钛合金的焊接容易出现哪些问题？2 铜和铜合金的分类。3 钛、镍、铜、铝及其合金的耐蚀特点是什么？ 教学时数：3 学时.自学 3 学时第 9 章 过程装备材料选用教学要点： 过程装备材料选用的一般原则，工程材料数据库简介，选材专家系统简介课外自学要求：通过学习与参阅资料完成论文：（过程装置）的选材探讨。在加氢反应器、尿素合成塔、氨合成塔、天然气输送管道、氨合成塔装置中的废热锅炉、石油催化裂解反应器等过程装置中选择其中一种进行选材探讨，要明确：选材背景（装置的作用、工艺过程、介质特点、工作条件、工作要求等等）选材理由（主要针对其主要失效形式和原因进行考虑，另外还有各个方面，比
16、如合金元素的作用、所要求材料的力学性能、加工工艺性能、热处理性能、物理化学性能以及经济性等等）结论（有几种材料可选？你倾向于哪一种？为什么？等等） 教学时数：2 学时.自学 6 学时第 10 章 非金属材料及选用教学要点： 高分子材料基础及选用，无机非金属材料及选用。重点介绍在过程装备广泛应用的陶瓷、塑料和玻璃钢。课外自学要求：自学高分子材料的分类、命名和应用。教学时数：1 学时.自学 2 学时第 11 章 复合材料及选用教学要点： 介绍复合材料的概念、特点、分类、主要用途。课外自学要求：自学过程装备常用复合材料的应用场合。教学时数：1 学时.自学 1 学时6、考核方式严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量时，取消考试资格。综合成绩根据平时成绩（包括课堂出勤及表现、平时作业、期中测验成绩、课程论文成绩）+期末成绩评定，平时成绩占 50%，期末成绩占50%。7、教材及参考书目教材 闫康平编著.工程材料 化学工业出版社 2008参考书目1、严群主编.材料科学基础 国防教育出版社 20092、GB/T700-2000，GB1591-1988， GB150-2011 等标准。
