一、课程性质与任务
《机械工程材料与热加工技术》是高职机械类专业的一门综合性技术基础课。本课程的任务是使学生获得必要的工程材料及毛坏成形方法的基本知识，初步掌握常用工程材料的性能及金属热处理的常用方法并能合理安排热处理工序，使学生具有合理选择材料、选用毛坯及分析毛坯结构工艺性的初步能力，为学习后续相关课程和今后从事生产技术工作建立必要的基础。
二、课程教学目标
（一）知识目标
１．了解相关力学性能的应用
２．理解强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念
３．理解σb、σs、σ0.2、HBS、HRC、HRA、HV、δ、δ5、ψ、σ-1等的含义
４．了解晶体的基本概念:晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶格、常数晶面和晶向
５．理解晶体与结晶的重要概念：致密度、固溶体、金属化合物、混合物、冷却曲线、过冷现象等；
６．掌握纯铁的同素异晶转变
７．掌握实际金属的晶体结构、多晶体、晶体缺陷；掌握细化晶粒的方法；
８．掌握铁碳合金的基本相及相图中各点、线、区的意义及组织；
９．掌握典型合金的结晶过程；
１０．理解铁碳合金成分、组织和性能之间的关系
１１．掌握常用热处理的基本概念：退火、正火、淬火+回火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮（氮化）等；
１２．理解常用热处理的基本概念：退火、正火、淬火+回火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮（氮化）等的目的及应用；
１３．理解淬透性、淬硬性及其影响因素；
１４．了解钢在加热的组织转变过程；
１５．理解加热时奥氏体晶粒大小的控制；
１６．掌握钢在不同冷却速度下的组织转变产物及力学性能；
１７．了解回火组织转变；掌握回火种类、组织、性能及用途；
１８．了解热处理的基本过程；了解影响钢热处理质量的因素；
１９．掌握硅、锰、硫、磷及非金属夹杂物的影响；
２０．了解合金元素在钢中的作用：合金元素在钢中的存在形式，合金元素对相图的影响 ，合金元素对钢热处理的影响；
２１．掌握钢的常用分类方法；
２２．掌握我国钢的牌号的表示方法；
２３．掌握非合金钢（碳素钢）的分类、牌号、性能特点及应用：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢；
２４．掌握合金结构钢的分类、牌号、性能特点及应用：低合金钢强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等；
２５．合金工具钢的分类、牌号、性能特点及应用：合金刃具钢、高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢；
２６．了解特殊性能钢的牌号及用途：不锈钢、耐热钢及耐磨钢；
２７．了解铸铁石墨化过程及影响因素；
２８．掌握铸铁的分类：灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等
２９．掌握灰口铸铁成分、组织、性能、牌号及应用、孕育处理；
３０．掌握球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁牌号及性能、应用；
３１．掌握铝合金的分类及热处理特点；
３２．掌握铜合金的分类；
３３．掌握滑动轴承合金的性能及组织特点；
３４．了解粉末冶金的生产过程；
３５．了解铝合金的牌号（代号）及性能；
３６．了解铜合金的牌号（代号）及性能；
３７．了解常用滑动轴承和金；
３８．掌握硬质合金的牌号（代号）及性能；
３９．了解高分子材料概念、高聚物合成、结构的特点、物理状态、分类和命名
４０．了解厂用塑料、橡胶等高分子材料；
４１．了解陶瓷材料性能、组成相、结构及应用；
４２．了解复合材料的性能及应用；
４３．掌握铸造地实质、特点；
４４．了解砂型铸造工艺过程、手工造型方法；
４５．掌握合金铸造性能：流动性、收缩性、偏析等；
４６．了解砂型铸造工艺设计基础：浇注位置与分型面的选择、铸造工艺参数的确定、浇注系统确定、绘制铸造工艺图
４７．了解一些特种铸造方法；
４８．掌握锻压生产的特点及应用；
４９．理解塑性变形的原理；
５０．掌握恢复与再结晶、冷变形与热变形；
５１．掌握金属的可锻性；
５２．理解自由锻造的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移等；
５３．理解自由锻工艺规程制定：锻件图绘制、毛坯尺寸确定
５４．了解模锻概念、锻模结构、模膛分类及作用、模锻工序、锻件结构工艺性
５５．了解板料冲压基本工序：落料、冲孔、弯曲、拉深；冲压件结构工艺性
５６．掌握焊接实质、特点、分类；
５７．掌握手工电弧焊的焊接电弧、焊条、焊接头组织与性能；
５８．了解金属材料焊接性能：可焊性概念；钢的可焊性、铸铁的可焊性、铜、铝及其合金的可焊性
５９．了解手工电弧焊件工艺设计：焊缝合理布置、接头设计、焊条选用，焊件热处理；
６０．了解焊件变形及焊件结构工艺性；
６１．掌握零件失效的概念、类型；
６２．掌握选择材料的原则、方法、过程；
６３．掌握典型零件的选材：齿轮、轴、冷冲模具、锉刀、弹簧等；
６４．掌握毛坯选择的原则；
６５．典型零件的毛坯选择：轴、杆类；盘、套类；机架、箱体类；
（二）能力目标
1.培养学生的思维能力,特别是工程思维能力。
2.?学会使用相关仪器设备进行各项力学性能的测定;并能进行相关数据处理.
3.能够分析匀晶相图和共晶相图的结晶过程。
4.能分析判断典型钢材在不同温度下的组织状态
5.能够对不同成分的碳钢进行性能比较；
6.能够正确标注热处理技术条件
7.能初步安排热处理工序的能力；
8.能够识别我国钢材的牌号；
9.能根据钢的成分特点初步确定钢的淬透性大小及热处理特点；
10.能够识别铸铁的牌号，判定铸铁的性能；
11.能够识别铝合金、铜合金的牌号（代号）；
12.能够识别滑动轴承合金的牌号（代号）；
13.能够根据铸件特点具有初步选择铸造毛坯的能力；
14.能够区分冷加工与热加工；
15.能够根据锻件特点具有初步选择锻造毛坯的能力；
16.能够根据焊接特点具有初步选择焊接毛坯的能力；
17.具有对典型机械零件进行合理选材、合理选择毛坯种类及安排热处理工序的能力。
18.课程培养应具有专业针对性（机制、数控、汽车和模具专业在工程材料方面有不同的侧重点）。
（三）思想教育目标
把思想教育渗透到教学活动中，密切联系生活实际和工程实际，培养学生的科学精神、创新能力及分析问题、解决问题的能力。
三、教学内容
（一）绪论
?材料的分类及在机械工程技术中的应用、材料科学的发展、本课程的目的、任务和学习方法。
（二）金属材料的力学性能
１．拉伸曲线、应力—应变曲线、*刚度和弹性、强度、塑性；布氏硬度、洛氏硬度、*维氏硬度。
２．冲击试验方法及原理、冲击试验应用；*断裂韧度。
３．疲劳现象、疲劳曲线、疲劳极限、提高疲劳极限的途径；*其它疲劳。
（三）金属及合金的晶体结构与结晶
１．晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶格常数；常见晶格、晶体结构的致密度、*晶面和晶向。
２．合金的基本概念、合金的晶相结构、固溶体、金属化合物、混合物。
３．实际金属的晶体结构、多晶体、亚组织、晶体缺陷。
４．金属结晶、冷却曲线、过冷现象、金属结晶过程、晶粒大小、同素异晶转变。
５．二元合金相图基本知识、匀晶相图、共晶相图分析；合金的组成与组织。
（四）铁碳合金相图
１．铁碳合金的基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体。
２．铁碳合金相图分析：共晶反应、共析反应、相图中点线的含义；铁碳合金的分类。
３．典型合金结晶过程：共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程；共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁的结晶过程。
４．铁碳合金成分、组织和性能之间的关系。
（五）钢的热处理
１．钢加热时组织的转变：奥氏体化、晶粒的长大及控制。
２．钢冷却进组织转变：过冷奥氏体的等温转变、等温转变曲线及分析；过冷奥氏体连续冷却转变、马氏体转变。
３．钢的退火与正火：目的、应用。
４．钢的淬火与回火：淬火工艺、淬火方法；回火目的、回火的组织转变、种类及应用、回火特性。
５．钢的淬透性：概念、影响淬透性因素及应用、*淬透性表示方法。
６．钢的表面淬火：基本原理、应用。
７．钢的化学热处理：概念、渗碳、氮化；*表面气相沉积。
８．影响热处理质量因素：工艺因素、工件结构因素。
９．热处理技术条件的标注、热处理工序的安排。
（六）钢
１．常用元素和杂质对钢性能的影响：Si、Mn、S、P及非金属类杂物的影响。
２．合金元素在钢中的作用：合金元素在钢中存在形式；合金元素对相图影响；合金元素对钢热处理的影响。
３．非合金钢（碳素钢）的分类、牌号、性能特点及应用。
４．合金结构钢的分类、牌号、性能特点及应用。
５．合金工具钢的分类、牌号、性能特点及应用。
６．特殊性能钢简介。
（七）铸铁
１．铸铁石墨化过程及影响因素。
２．灰口铸铁成分、组织、性能；牌号及应用；孕育处理与灰铁热处理。
３．球墨铸铁成分、组织、性能；牌号、应用及热处理。
４．可锻铸铁、*蠕墨铸铁、*合金铸铁。
（八）有色金属及粉末冶金
１．铝及铝合金牌号、分类、时效强化。
２．铜及铜合金牌号、分类。
３．滑动轴承合金牌号、分类。
４．粉末冶金方法、应用、硬质合金牌号。
（九）非金属材料
1．高分子材料概念、高聚物合成、结构的特点、物理状态、分类和命名。
2．*陶瓷材料性能、组成相、结构及应用。
3．*复合材料的性能及应用。
（十）铸造生产
１．铸造生产概述：实质、特点、砂型铸造工艺过程、手工造型方法。
２．合金铸造性能：流动性概念及对铸件质量影响、收缩的三个阶段、收缩对铸件质量的影响、缩孔及补缩、常用合金铸造性能。
３．砂型铸造工艺设计基础：浇注位置与分型面的选择、铸造工艺参数的确定、*浇注系统确定、绘制铸造工艺图。
4．*特种铸造简介。
（十一）锻压生产
１．锻压生产的特点、应用、生产方法。
２．锻压生产原理：塑变实质；冷塑变对组织性能影响、冷塑变金属加热时的回复和再结晶、热变形对组织和性能影响；常用材料的锻造性能。
３．自由锻造基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移。
４．自由锻工艺规程制定：锻件图绘制、毛坯尺寸确定。
５．模锻概念、锻模结构、模膛分类及作用、模锻工序；*锻件结构工艺性。
６．板料冲压基本工序：落料、冲孔、弯曲、拉深；*冲压件结构工艺性。
（十二）焊接生产
１．焊接概述：实质、特点、分类。
２．手工电弧焊：电弧、焊条、焊接头组织与性能。
３．金属材料焊接性能：可焊性概念；钢的可焊性、铸铁的可焊性、铜、铝及其合金的可焊性。
４．手工电弧焊件工艺设计：焊缝合理布置、接头设计、焊条选用，焊件热处理。
５．*焊件变形及焊件结构工艺性。
（十三）零件的选材与毛坯的选择
1．零件的失效：掌握零件失效的概念、失效形式、失效的原因；
2．选择材料的原则、步骤和方法、过程；
3．典型零件的选材：齿轮、轴、冷作模具、锉刀、弹簧等；
4．毛坯选择的原则；
5．典型零件的毛坯选择：轴、杆类；盘、套类；机架、箱体类；
（十四）综合实训（半周）
失效分析——力学性能的确定——材料的选择——选择毛坯——热处理安排——实际操作——结果分析。
四、课时分配
（一）理论课时分配
知识点内容 |
学时 |
必学时数 |
实验课时 |
选学时数 |
一、力学性能 |
4 |
2 |
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拉伸曲线、强度、塑性 |
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应力—应变曲线、刚度、弹性 |
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洛氏硬度、布氏硬度 |
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韧性、疲劳 |
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二、晶体结构与结晶 |
6 |
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晶体、晶胞、晶格 |
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合金、固溶体、化合物 |
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多晶体、亚结构、晶体缺陷 |
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结晶、过冷、晶粒细化 |
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匀晶相图、共晶相图 |
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三、铁碳相图 |
4 |
2 |
2 |
奥氏体、铁素体、渗碳体等基本概念 |
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铁碳合金相图分析 |
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钢结晶过程 |
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铁结晶过程 |
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铁碳成分、组织、性能关系 |
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四、钢热处理 |
10 |
2 |
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加热组织转变 |
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等温转变曲线、分析 |
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连续冷却转变、马氏体转变 |
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正火、退火 |
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钢的淬火 |
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钢的回火 |
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淬透性 |
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表面淬火 |
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化学热处理、渗碳、氮化 |
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影响质量的工艺因素、结构因素 |
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技术条件标注、工序安排 |
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五、钢 |
6 |
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2 |
杂质元素的影响 |
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合金元素的作用 |
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非合金钢（碳素钢） |
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合金结构钢 |
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合金工具钢 |
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特殊性能钢 |
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六、铸铁 |
2 |
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石墨化及影响因素 |
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灰口铸铁 |
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球墨铸铁 |
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可锻、蠕墨、合金铸铁 |
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七、有色金属 |
2 |
|
2 |
铝及铝合金 |
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铜及铜合金 |
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滑动轴承合金 |
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粉末冶金材料 |
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八、非金属材料 |
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4 |
高分子材料 |
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*陶瓷材料 |
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*复合材料 |
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九、零件材料选择 |
4 |
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零件的失效 |
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选材原则、方法 |
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典型零件选材实例 |
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十、铸造生产 |
4 |
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2 |
实质、特点、方法、砂型铸造 |
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合金铸造性能 |
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砂型铸造工艺设计基础 |
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特种铸造简介 |
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十一、锻压生产 |
4 |
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2 |
特点、应用、生产方法 |
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塑变、冷塑变、热塑变 |
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自由锻造 |
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模型锻造 |
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板料冲压 |
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十二、焊接生产 |
2 |
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4 |
实质、特点、分类 |
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手工电弧焊 |
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焊接接头组织、性能 |
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手工电弧焊件工艺设计 |
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焊接件变形、结构工艺性 |
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十三、综合实训 |
6 |
6 |
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零件失效分析——力学性能的确定 |
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材料的选择——毛坯的选择 |
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热处理安排——实际操作 |
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结果分析 |
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（二）实验安排表
序号 |
名称 |
内容 |
课时 |
实验一 |
硬度实验 |
了解布、洛氏硬度计结构、掌握操作 |
2 |
实验二 |
拉伸、冲击实 |
了解万能材料试验机结构、摆锤式一次冲击试验机结构、学会操作 |
2 |
实验三 |
碳钢的平衡组织观察实验 |
了解金相试样制备过程、了解金相显微镜结构及调试，学习金相显微镜使用和操作 |
2 |
实验四 |
钢的淬火与回火实验 |
理解加热温度、冷却速度、不同碳含量对钢组织和性能影响；学会电炉及炉温仪表使用和淬火操作
理解不同回火温度对淬火钢组织和性能的影响；学会回火操作 |
2 |
五、本大纲有关说明
1．本大纲是《机械工程材料与热加工技术》课的理论教学内容。部分内容要在热加工实习周晚自习讲授。*为选修内容或选作内容
2．课时分配表中课时数包括实验课时数。本课程共安排四个实验，共8课时。
3．本大纲适用于高职机制类（机制、工模、汽车、数控）各专业。最少教学时数为60课时。
4．本大纲适当压缩了理论课和实验验证课时，安排半周实训以加强课程的应用能力培养。
5．本大纲实训内容对拉深和热处理实验进行开发，提高学生的分析问题能力。
执笔：程晓宇
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