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工程材料及热处理课程教学大纲工程材料及热处理课程教学大纲学 时：64 学 分：4 适用专业及学制：三年制高职 焊接自动化技术专业 全日制 编 制：热处理教研室 审 定：焊接专业建设指导委员会 批 准 日 期：2008 年6 月一、制定依据 本课程是焊接专业的基础课程。 本大纲依据 焊接制造岗位职业标准 和 焊接专业 人才培养质量要求而制定。二、课程教学目标 1.熟悉工程材料力学性能指标和检测方法，学会基本检测过程； 2.学习金属与合金结晶、晶体结构、相图以及金属塑性变形的基本理论知识，熟悉 常用合金的组织、性能及使用；能够据机械零件的要求正确选用金属材料； 3.学习钢、 铁热处理原理及方法，能够据机械零件的要求正确选择热处理方法，并 确定热处理的主要工艺参数。三、课程教学教学单元及学时安排序号序号课程教学单元课程教学单元学时学时教学形式与课时分配教学形式与课时分配理实一体理实一体理论理论实践实践习题习题讨论讨论1学习情境 1：金属材料力学性能检测6422学习情境 2：金属的晶体结构与纯金属结晶8623学习情境 3：二元合金相图664学习情境 4：铁碳合金相图与碳钢10645学习情境 5：金属塑性变形与再结晶666学习情境 6：钢的热处理原理与方法12847学习情境 7：常用工程材料121028机动4合 计64541022四、课程教学设计 1.1.整体教学设计整体教学设计 本课程为一门传统的综合性专业技术基础课程，教学应体现“宽、 浅、 用、 新”的原 则，注重学生工程素质的培养，重在使学生对常用工程材料与钢铁热处理有一个基本了解，在教学中应尽量采用录像、 多媒体教学，参观等多种教学手段和教学形式，增强 学生对本课程学习的兴趣，提高教学效率。 本课程遵循学生职业能力培养的基本规律， 设计了 7 个由浅入深的学习主情境，并有 5 个课内试验，理论以课堂方式组织教学， 实验课在实验室或实训实习车间以集中实习方式进行，教、学、做有机融合，把理论学 习和实践训练贯穿其中。 2.2.单元教学设计单元教学设计 学习情境1：金属材料力学性能检测 8学时 通过对金属试样进行拉伸试验、 冲击试验和硬度检验，让学生进一步熟悉拉伸试验 机、冲击试验机、布氏和洛氏硬度计等常用力学性能检测设备使用方法，理解金属力学 性能指标测试原理，并掌握相应检测和分析数据方法。 该单元理论知识在课堂教学，实 践部分在工程中心力学性能实验室现场教学。 学习情境2：金属的晶体结构与纯金属结晶 16学时 通过对纯金属与合金晶体结构、 纯金属结晶基本规律等基本知识学习，让学生熟悉 晶体与结晶概念、 实际晶体结构与缺陷，理解晶体结晶条件与基本规律，并掌握控制晶 粒大小的方法。该单元理论知识在课堂教学，实践部分在工程中心实验室现场教学。 学习情境3：二元合金相图 通过对二元合金的相结构与结晶等基本知识学习，让学生熟悉二元匀晶相图、 二元 共晶相图、 包晶相图等类型相图形态与结晶过程程，理解相律与杠杆定律，并掌握二元 合金相图分析方法。该单元理论知识在课堂教学。 学习情境4：铁碳合金相图与碳钢 通过对铁碳合金相图分析，让学生熟悉典型合金结晶工程及其组织，理解铁碳合 金相图，并掌握碳素钢的分类、牌号与用途。该单元理论知识在课堂教学，实践部分在 工程中心实验室现场教学。 学习情境5：金属塑性变形与再结晶 通过对金属塑性变形机理等基本知识学习，让学生熟悉冷变形金属加热时变化， 热变形加工特点及组织性能变化，理解塑性变形对金属组织与性能影响，并掌握加工 硬化、回复与再结晶等重要概念。该单元理论知识在课堂教学。 学习情境6：钢的热处理原理与方法 通过对金属加热转变、钢的冷却转变、钢普通热处理与表面热处理方法等基本知识 学习，让学生熟悉金属加热与冷却时组织性能变化以及各种热处理方法工艺特点，理 解组织转变对金属组织与性能影响，并掌握C曲线、 马氏体转变、 淬透性等重要概念。 该 单元理论知识在课堂教学，实践部分在工程中心实验室、锻热实训车间现场教学。 学习情境7：常用工程材料 通过对合金钢、 铸铁、 非铁金属及非金属材料的学习，让学生熟悉合金钢、 铸铁的种 类、牌号，性能特点及适用场合，掌握合金元素对合金钢组织与性能影响、铸铁石墨化 加工硬化等重要概念，了解非铁金属及非金属材料性能特点及应用场合。 该单元理论知 识在课堂教学。3.3.教学方案设计教学方案设计序号序号教学单元教学单元学时学时教学内容及要求教学内容及要求教学程序教学程序授课要点授课要点教学实施说明教学实施说明教学方法教学方法与教学手段建议与教学手段建议1金属材料力学性能检测61了解以下国家/行业相关规范与标准金属材料室温拉伸试验方法GB/T2282002金属洛氏硬度试验 GB/T230.1-2004金属布氏硬度试验 GB231.1-2004金属维氏硬度试验 GB 4340.1-1999金属夏比缺口冲击试验方法GB/T 229-19942熟悉各种常用力学性能测试方法金属材料强度和塑性金属材料的硬度金属材料冲击韧性金属材料疲劳强度3金属力学性能试验低碳钢拉伸试验金属布氏硬度金属洛氏硬度金属冲击韧性试验1信息搜集（1学时）讲解学习要求搜集并阅读国家/行业相关规范与标准搜集并阅读设备操作规程教师：明确学习要求制作学习课件指导学生搜集资料学生：在教师指导下分析任务并搜集资料学习搜集到的相关资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学2方案设计（1学时）确定方案讲解拉伸试验原理讲解硬度试验原理讲解冲击韧性试验原理讲解疲劳强度知识制订任务进度教师：讲授力学性能测试基本知识演示如何操作和测定数据方案演示任务进程表学生：学习力学性能测试基本知识学习操作和测定数据方案设计学习制订任务进程表3组织与实施（2学时）进行拉伸试样选取、样品尺寸测量进行拉伸试验拉伸试验图形绘制和分析教师：指导学生进行拉伸试样选取、样品尺寸测量指导学生进行拉伸试验硬度试样选取和设备调整硬度测试冲击韧性试样选取、样品尺寸测量冲击韧性测试计算填写试验结果数据表（强度、 塑性、 硬度、 韧性）指导学生硬度试样选取和设备调整指导学生硬度测试指导学生冲击韧性试样选取、样品尺寸测量指导学生冲击韧性测试指导学生计算填写试验结果数据表4检查（1学时）检查各项测试是否实现检查测试过程是否符合规范检查数据结果是否合理检查数据表是否完整、规范教师：组织学生交叉检查、点评学生：演示、讲解互相检查和评价5总结与评估（1学时）总结整个工作过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结2金属的晶体结构与纯金属结晶81了解金属的晶体结构了解金属特性，金属原子的结构特点，金属原子间的结合方式（金属键）掌握金属的晶体结构基本概念（晶体、 晶格、 晶胞、 晶格参数），典型金属晶体结构，晶面指数和晶向指数，晶体的各向异性掌握金属的同素异晶转变。了解金属的实际晶体结构 点1信息搜集（1学时）分析教学目的、要求典型金属晶体结构金属晶体缺陷金属结晶基本规律晶粒大小的控制搜集制作 PPT课件资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料提供参考资料种类学生：在教师指导下分析学习任务并搜集资料学习搜集到的相关资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学缺陷、线缺陷、面缺陷。2. 熟悉纯金属的结晶了解金属结晶的现象 了解热分析实验和冷却曲线，过冷现象理解形核与长大过程。液态金属的结构结晶的热力学条件简介掌握形核的规律 自发形核（均质形核），非自发形核（异质形核）。掌握晶核长大的规律 长大条件，长大方式。掌握晶粒大小的控制 晶粒大小对性能的影响，影响晶粒大小的因素和控制大小的方式。2方案设计（1学时）确定授课方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题讲授到相应部分进行课内试验制订教学进度教师：简介属的晶体结构与纯金属结晶基本知识演示PPT 课件学生：学习属的晶体结构与纯金属结晶基本知识基本知识学习课内试验指导书学习教学参考资料课内试验：盐类结晶的观察3组织与实施（4学时）讲授金属学基本知识讲授典型金属晶体结构讲授金属晶体缺陷讲授金属结晶基本规律讲授晶粒大小的控制指导课内试验教师：利用多媒体授课指导学生试验课内试验指导学生：听课，回答提问进行试验操作完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业检查试验报告教师：组织学生交叉检查、点评学生：思考、分析互相检查和评价5总结与评估（1学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结2二元合金相图61掌握基本概念合金及其特点、 合金系、 组元、成分、相、组织2.掌握合金固态相结构掌握固溶体特点掌握金属化合物特点3.了解二元合金相图的建立掌握二元合金相图的表示方法和测定方法。4.掌握相律与杠杆定律掌握相律及应用掌握杠杆定律及应用5.熟悉匀晶相图了解相图分析掌握合金的平衡结晶过程及其组织了解合金的不平衡结晶过程及其组织成分过冷及晶体长大固溶体合金性能和相图的关系。6.熟悉共晶相图了解相图分析掌握典型合金的平衡结晶及其组织了解不平衡结晶过程及其组织了解比重偏析了解初晶及共晶组织的形态了解共晶合金性能与成分的关系。1信息搜集（1学时）分析教学目的、要求搜集并制作 PPT课件学习二元合金相图知识搜集参考资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料提供参考资料种类学生：在教师指导下分析学习任务并搜集资料学习搜集到的相关资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学2方案设计（1学时）确定教学方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题制订教学进度教师：简介二元合金相图基本知识演示PPT 课件学生：学习二元合金基本知识学习方案设计3组织与实施（2学时）讲授基本概念、固态相结构讲授二元合金相图的建立讲授匀晶相图讲授共晶相图讲授其它相图讲授二元合金相图的分析方法教师：利用多媒体授课完成提问、答疑学生：听课，回答提问进行试验操作完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业检查试验报告教师：组织学生交叉检查、点评学生：思考、分析互相检查和评价7.熟悉包晶相图了解相图分析（包晶转变，包晶点）了解典型合金的平衡结晶及其组织了解不平衡结晶过程及其组织了解包晶转变对细化晶粒的作用。8.了解具有金属化合物的相图 了解形成稳定化合物的相图了解形成不稳定化合物的相图。9.了解具有固态相变的相图固溶体的同素异晶转变，具有共析转变的相图具有包析转变的相图。10.熟悉二元合金相图的分析方法 掌握二元合金相图遵循的规律掌握二元合金相图的分析方法。了解铸锭和焊缝的结晶 5总结与评估（1学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结3铁碳合金相图与碳钢101掌握铁碳合金的组元及其相熟悉纯铁及其同素异晶体熟悉铁索体特点熟悉奥氏体特点熟悉渗碳体特点。2.掌握 FeFe3C 相图的分析掌握特性点掌握特性点1信息搜集（1学时）分析教学目的、要求搜集并制作 PPT课件学习铁碳合金知识搜集参考资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料提供参考资料种类学生：在教师指导下分析学习任务并搜集资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学掌握共晶转变掌握共析转变掌握铁碳合金分类3.熟悉典型合金的结晶过程及其组织熟悉共析钢结晶过程及其组织熟悉过共析钢结晶过程及其组织熟悉亚共析钢结晶过程及其组织熟悉共晶白口铁结晶过程及其组织熟悉亚共晶白口铁结晶过程及其组织熟悉过共晶白口铁结晶过程及其组织4.掌握含碳量对铁碳合金平衡组织和性能影响熟悉含碳量对铁碳合金平衡组织影响 掌握含碳量对铁碳合金力学性能影响 5.了解铁碳合金相图的应用了解在铸造生产的应用了解在焊接生产的应用了解在锻造生产的应用了解在热处理生产的应用6.掌握碳素钢基本知识了解杂质元素影响学习搜集到的相关资料2方案设计（2学时）确定教学方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题讲授到相应部分进行课内试验制订教学进度教师：简介铁碳合金相图与碳钢基本知识演示PPT 课件学生：学习铁碳合金相图与碳钢基本知识学习方案设计学生：学习铁碳合金相图与碳钢基本知识学习方案设计课内试验：平衡组织观察课内试验：显微试样制备3组织与实施（5学时）讲授铁碳合金的组元及其相讲授 FeFe3C相图的分析讲授典型合金的结晶过程及其组织讲授含碳量对铁碳合金平衡组织和性能影响讲授铁碳合金相图的应用讲授碳素钢教师：利用多媒体授课完成提问、答疑课内试验指导学生：听课，回答提问进行试验操作完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业检查试验报告教师：组织学生交叉检查、点评学生：掌握碳素钢分类、 牌号、 特点、应用思考、分析互相检查和评价5总结与评估（1学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结4金属塑性变形与再结晶61了解金属塑性变形 了解单晶体的塑性变形（滑移，孪生了解多晶体的塑性变形(晶界和晶粒位向的影响，多晶体变形的不均匀性，晶粒的转动)了解合金的塑性变形熟悉冷塑性变形对组织和性能的影响。2.熟悉塑性变形金属在加热时组织和性能的变化掌握回复特点掌握再结晶特点掌握晶粒长大特点3 熟悉金属的热塑性变形掌握变形分类熟悉热变形加工及特点熟悉热变形加工组织性能变化1信息搜集（1学时）分析教学目的、要求搜集并制作 PPT课件学习金属塑性变形与再结晶知识搜集参考资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料提供参考资料种类学生：在教师指导下分析学习任务并搜集资料学习搜集到的相关资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学2方案设计（1学时）确定教学方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题制订教学进度教师：简介金属塑性变形与再结晶基本知识演示PPT 课件学生：学习金属塑性变形与再结晶基本知识学习方案设计3组织与实施（2学时）讲授金属塑性变形讲授塑性变形金属在加热时组织和性能的变化讲授金属的热塑性变形教师：利用多媒体授课完成提问、答疑学生：讲授塑性变形对组织和性能的影响。听课，回答提问完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业教师：组织学生交叉检查、点评学生：思考、分析互相检查和评价5总结与评估（1学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结5钢的热处理原理与方法121掌握热处理概述掌握热处理实质，主要目的和应用范围掌握热处理的分类及工艺曲线。2.理解钢在加热时的转变了解共析钢的奥氏体化了解影响奥氏体化的因素了解奥氏体晶粒的长大3. 理解钢在冷却时的转变理解过冷奥氏体等温转变理解过冷奥氏体等温转变图（C 曲线）理解珠光体转变，贝氏体转变理解马氏体转变特点了解先共析转变理解影响奥氏体等温转变的因素1信息搜集（2学时）分析教学目的、要求搜集并制作 PPT课件学习铁碳合金知识搜集参考资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料提供参考资料种类学生：在教师指导下分析学习任务并搜集资料学习搜集到的相关资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：现场多媒体教学2方案设计（2学时）确定教学方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题讲授到相应部分进行课内试验制订教学进度教师：简介钢热处理基本知识演示PPT 课件学生：学习铁碳合金相图与碳钢基本知识学习方案设计学生：课内试验：钢的热处理实验课内试验：钢的不平衡组织观察理解过冷奥氏体在连续冷却时的转变了解过冷奥氏体转变图的应用。4. 理解钢在回火时的转变理解淬火钢在回火时的组织转变和性能的变化了解回火脆性。5.熟悉钢的退火与正火 熟悉退火目的，工艺特点熟悉退火种类熟悉正火目的，工艺特点熟悉退火和正火选择6熟悉钢的淬火与回火熟悉钢的淬火工艺（加热、冷却介质、冷却方法）理解淬透性、淬火应力熟悉钢的回火转变熟悉回火种类、应用7. 熟悉钢的表面热处理熟悉表面淬火（感应加热，火焰加热）工艺特点熟悉化学热处理（渗碳、渗氮）的方法、特点了解其它表面热处理方法8.了解钢的形变热处理简介了解高温形变热处理了解低温形变热处理。9.了解热处理与其它冷热加工工艺的关系。学习铁碳合金相图与碳钢基本知识学习方案设计3组织与实施（5学时）讲授热处理概述讲授钢在加热时的转变讲授钢在冷却时的转变讲授钢的退火与正火讲授钢的淬火与回火讲授钢的表面热处理讲授热处理与其它冷热加工工艺的关系教师：利用多媒体授课完成提问、答疑课内试验指导学生：听课，回答提问进行试验操作完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业检查试验报告教师：组织学生交叉检查、点评学生：演示、讲解互相检查和评价5总结与评估（2学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结了解热处理工序位置6常用工程材料121.掌握合金钢基本知识掌握合金钢分类方法及牌号表示方法了解合金元素在钢中的作用掌握常用低合金钢、合金钢的牌号、 热处理、 性能特点及其应用（包括低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、 合金调质钢、 合金弹簧钢、 轴承钢、 耐磨钢、 合金工具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢2.掌握铸铁的基本知识掌握分类方法了解铸铁石墨化熟悉常用铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、 可锻铸铁、 蠕墨铸铁）的组织识别、 性能差别、 牌号表示、 适用场合。3.非铁金属与非金属材料了解铝及铝合金的种类、牌号（或代号）、性能、应用。了解铜及铜合金的种类、牌号（或代号）、性能、应用。了解滑动轴承合金的种类、牌号、性能。初步了解常用粉末冶金材料（硬质合金、含油轴承等）的特点及应用。初步了解常用非金属材料（塑1信息搜集（2学时）分析教学目的、要求搜集并制作 PPT课件学习工程材料知识搜集参考资料教师：讲授学习要求演示任务分析指导学生搜集资料教学方法：演示教学互动教学教学手段：课堂多媒体教学2方案设计（2学时）确定教学方案制作 PPT课件资料确定讲述重点课内提问问题制订教学进度教师：简介工程材料基本知识演示PPT 课件学生：学习工程材料基本知识学习方案设计3组织与实施（5学时）讲授合金钢基本知识讲授铸铁的基本知识讲授非铁金属与非金属材料基本知识教师：利用多媒体授课完成提问、答疑学生：听课，回答提问完成作业4检查（1学时）检查授课情况检查学生作业检查试验报告教师：组织学生交叉检查、点评学生：思考、分析互相检查和评价5总结与评估（2学时）总结整个教学过程提出改进意见对整个项目给出一个评价成绩教师：组织学生进行讨论、分析、总结，提出改进意见学生：讨论、分析、总结料、 橡胶、 陶瓷）的性能特点及应用场合。初步了解常用复合材料的种类、性能特点及应用场合。电机正反转控制程序五、课程教学教学实施条件1.1.师资要求师资要求 从事本课程教学的教师，应具备以下相关知识、能力和资质： 获得高校教师资格证（专任教师）； 获得国家金属材料与热处理领域类高级工或工程师及以上职业资格； 熟悉金属材料、钢铁热处理知识，并有企业工作或学习培训经历； 熟悉相应国家标准和工艺规范。 本课程师资由专兼职教师共同组成。课程中 20%以上的教学任务由兼职 教师承担。 2.2.教学硬件设施及配备教学硬件设施及配备 确保每个学生班级在多媒体教室上课 试验设备：布氏硬度计、 洛氏硬度计、 显微硬度计、 冲击试验机、 生物显微 镜、 抛光机、 砂轮机、 切割机、 镶嵌机、 预磨机、 金相显微镜、 箱式电炉、 高温箱式电 炉 数量足够的试样 3.3.教材及参考资料教材及参考资料 学生使用教材序号序号教材名称教材名称主编主编编 者编 者主审主审1金属学与热处理丁建生苏海青 肖锋 张万涛杨川2金属学与热处理试验指导书丁建生苏海青 肖锋 张万涛杨川3金属学与热处理试验报告书 参考资料 序号教材名称主编编 者1机械工程材料（教育部高职高专规划教材）高琪妹化学工业出版社2工程材料基础（高职高专机电类规划教材）王宏启科学出版社3金属工艺学（21 世纪高职高专规划教材）刘会霞机械工业出版社六、课程考核 为了更全面考核学生对单片机应用知识的掌握情况，课程考核包括平时过 程考核、期末理论考核和应用能力考核三部分。具体考核成绩评定办法如下： 课程考核成绩组成： 期末考试成绩：60% 平时过程考核成绩：40% 平时过程考核成绩包括： 考勤情况：10% 平时作业（主要为平时实验成绩）和测验成绩：80% 平时提问成绩：10% 理论考核方法：（考试时间：100分钟） 对工程材料与热处理基础知识进行综合考核，考核方法为笔试（一页开 卷）。 具体考核项目及比例： 序号考核项目分值比例1金属力学性能测试8%1金属的晶体结构与纯金属结晶10%2二元合金相图10%3铁碳合金相图与碳钢17%4金属塑性变形与再结晶10%5钢的热处理原理与方法20%6常用工程材料25%