《材料成型原理》教学大纲.docx

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1、材料成型原理教学大纲-正文内容开始- 材料成型原理课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Principle of Materials Forming 课程代码 MSEN3009 课程性质 专业课 授课对象 材料科学与工程专业 学分 3 学时 54 指定教材 吴树森等编著，材料成型原理，机械工业出版社，2022年，第3版 二、课程目标 （一）总体目标： 金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料实质上是一个不可分割的整体。在材料成形工程领域，这些材料的成形原理，包括工艺原理和工艺过程都是极其相似的。掌握这些材料的成形问题，对从事特定分支材料成形理论、工艺和应用研究的科研工程技术人员，借鉴其它分

2、支材料的成形原理与工艺来发展成形新理论、开发成形新工艺以及移植成形技术等具有重要意义，本课程即以此为出发点，主要讲述以金属材料为主的成形原理与成形工艺,使学生能用理论来阐明材料成形过程的本质，掌握材料成形的理论来解决实际生产中出现的各种问题，从而为今后从事材料生产和新材料研究、开发提供坚实的理论基础。 （二）课程目标： 课程目标1： 能够适应现代材料科学工程技术发展，融会贯通工程数理基本知识和材料科学工程专业知识，能对复杂工程项目提供系统性的解决方案； 课程目标2： 能够跟踪材料科学及相关领域的前沿技术，具备一定的工程创新能力，能熟练运用现代工具从事本领域相关产品的设计、开发及生产； 课程目标

3、3： 具备健康的身心和良好的人文科学素养，拥有团队精神、有效的沟通和表达能力，以及工程项目管理能力。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 课程子目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标1 - 全部章节 毕业要求1、2、3 课程目标2 - 第5、6、9、10章 毕业要求4、5 课程目标3 - 第6、10章 毕业要求9 三、教学内容 本课程着重运用所学的数学、物理、化学等基础理论，以及传热学、流体力学等专业基础理论知识来阐明液态成形和焊接成形的内在规律和物理本质。学生学完本课程后，可对上述两种材料成形过程及其原理有实质性的、深入

4、的理解，为研究新型的材料成形技术，开发新型材料，以及提高成形产品质量奠定坚实的理论基础。 第一篇液态成形理论基础 第一章液态金属的结构和性质 第一节材料的固液转变 第二节液态金属的结构与分析 第三节液态金属的性质 第四节半固态金属的流变性及表观黏度 思考题： 1. 纯金属与实际合金的液态结构有何不同？举例说明。 2. 何谓流变铸造？简述该工艺的特点？ 3. 液态金属的性质及其影响因素？ 第二章液态成形中的流动与传热 第一节液态金属的流动性与充型能力 第二节凝固过程中的液体流动 第三节凝固过程中的热量传输 第四节铸件的凝固时间 思考题： 1. 液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属

5、的充型能力？ 2. 材料的凝固方式有哪些？ 第三章液态金属的凝固形核及生长方式 第一节凝固的热力学条件 第二节均质形核与异质形核 第三节纯金属晶体的长大方式 思考题： 1. 为何过冷度是液态金属凝固的驱动力？ 2. 简述纯金属的凝固过程？ 3. 粗糙界面与光滑界面？ 第四章单相合金与多相合金的凝固 第一节单相合金的凝固 第二节共晶合金的凝固 第三节偏晶合金与包晶合金的凝固 思考题： 1. 设相图中液相线和固相线为直线，证明平衡分配系数为常数。 2. 试述成分过冷与热过冷的含义以及它们之间的区别和联系？ 3. 成分过冷的判据？成分过冷的大小受那些因素的影响？对晶体生长有何影响？ 4. 影响枝晶间

6、距的主要因素是什么？枝晶间距与材质的质量有何关系？ 5. 共晶结晶中，满足共生生长和离异生长的基本条件是什么？共晶两项的固液界面结构与其共生区结构特点之间有何联系？对共晶合金的结晶方式有何影响？ 第五章铸件凝固组织的形成与控制 第一节铸件宏观凝固组织的特征及形成机理 第二节铸件宏观凝固组织的控制 第三节气孔与夹杂的形成机理及控制 第四节缩孔与缩松的形成原理 第五节化学成分的偏析 第六节变形与裂纹 思考题： 1. 铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的？其形成机理如何？ 2. 试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响？ 3. 试分析影响铸件宏观凝固组织的因素？列举获得细等轴晶的常用方法。

7、 4. 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同点？ 第六章特殊条件下的凝固 第一节压力下金属的凝固 第二节对流对凝固组织的影响及半固态金属的凝固 第三节快速凝固 第四节定向凝固 第五节金属基复合材料的凝固 思考题： 1. 何为快速凝固？其基本原理是什么？ 2. 快速凝固晶态合金的组织与性能有何特点？ 3. 定向凝固有哪些方法？各有何特点？ 第二篇连接成形理论基础 第七章焊缝及其热影响区的组织和性能 第一节焊接及其冶金特点 第二节焊缝金属的组织与性能 第三节焊接热影响区的组织与性能 思考题： 1. 说明焊接定义、焊接的物理本质及焊接的工艺？ 2. 如何控制焊缝金属的组织与性能？ 3. 何为HA

8、Z？焊接接头由哪几部分组成？ 第八章成形过程的冶金反应原理 第一节成形工艺中的冶金反应特点 第二节液态金属与气体界面的反应 第三节液态金属与熔渣的反应 第四节焊缝金属的合金化及成分控制 思考题： 1. 金属在焊接时，气相中的气体的主要来源是什么？ 2. 试述氮、氢、氧对金属质量的影响及采取的措施？ 3. 为什么采用碱性焊条焊接时必须清理母材表面的铁锈、油污和水分等？ 4. 为什么酸性焊条要用锰作为脱氧剂，而碱性焊条用钛、锰、硅作为脱氧剂？ 第九章焊接缺陷的产生机理及防止措施 第一节内应力 第二节焊接变形 第三节裂纹 第四节焊缝中的气孔与夹杂物 第五节焊缝中的化学成分不均匀性 思考题： 1. 内

9、应力是如何产生的？对结构构件的质量有何影响？ 2. 简述裂纹的种类及特征？ 3. 产生凝固裂纹的条件是什么？简述凝固裂纹的形成机理。 4. 如何防止凝固裂纹？对于不同的金属，如铝、合金结构钢等，其防止凝固裂纹的方法是否相同？ 5. 试述冷裂纹的种类及特种。 6. 试分析氢在形成冷裂纹中的作用，简述氢致裂纹的特征及机理。 第十章特种连接成形原理与方法 第一节扩散连接技术 第二节摩擦焊技术 第三节超塑成形/扩散连接 第四节微连接技术 思考题： 1. 简述超塑成形/扩散连接的原理。 2. 摩擦焊技术有哪些特点？ 3. 简述微连接技术的特点及适用范围。 四、学时分配 表2：各章节的具体内容和学时分配表

10、 章节 章节内容 学时分配 第一章 液态金属的结构和性质 6 第二章 液态成形中的流动与传热 3 第三章 液态金属的凝固形核及生长方式 3 第四章 单相合金与多相合金的凝固 6 第五章 铸件凝固组织的形成于控制 6 第六章 特种条件下的凝固 6 第七章 焊缝及其热影响区的组织和性能 6 第八章 成形过程的冶金反应原理 6 第九章 焊接缺陷的产生机理及防止措施 6 第十章 特种连接成形原理与方法 6 五、教学进度 表3：教学进度表 周次 章节名称 内容提要 授课时数 作业及要求 备注 1 第一章第一二节 材料的固液转变，液态金属的结构与分析 3 习题P24 2 第一章第二三节 液态金属的性质，半

11、固态金属的流变性及表观黏度 3 3 第二章 液态金属成形中的流动与传热 3 习题P42 4 第三章 液态金属的凝固形核及生长 3 习题P56 5 第四章第一节 单相合金的凝固 3 习题P85 6 第四章第二三节 共晶合金的凝固，偏晶合金与包晶合金的凝固 3 7 第五章第一、二节 铸件宏观凝固组织的特征及形成机理，铸件宏观凝固组织的控制 3 习题P124 8 第五章第三至六节 铸造成形缺陷及控制 3 9 第六章 特征条件下的凝固 3 习题P154 10 期中考试 11 第七章第一节 焊接及其冶金特点 3 习题P179 12 第七章第二、三节 焊缝金属的组织与性能，焊接热影响区的组织与性能 3 1

12、3 第八章第一、二节 成形工艺中的冶金反应特点，液态金属与气体界面的反应 3 习题P207 14 第八章第三、四节 液态金属与熔渣的反应，焊缝金属的合金化及成分控制 3 15 第九章第一、二节 内应力，焊接变形 3 习题 P262 16 第九章第三、四节 裂纹，气孔，偏析等 3 17 第十章 特种连接成形原理与方法 3 习题P274 六、教材及参考书目 吴树森，材料成形原理，机械工业出版社，2022。 冀秀焕，工程材料与成形工艺，武汉理工大学出版社，2022。 王纪安，工程材料与材料成形工艺，高等教育出版社，2022。 杜丽娟，工程材料成形技术基础，电子工业出版社，2022。 沈其文，材料成形

13、工艺基础，华中科技大学出版社，2022年。 童幸生，材料成形及机械制造工艺基础，华中科技大学出版社，2022。 齐乐华，工程材料及成形工艺基础，西北工业大学出版社，2022。 翟建军，塑料成形技术页数，东南大学出版社，2022。 吕广庶，工程材料及成形技术基础，高等教育出版社，2022。 何红媛，材料成形技术基础，东南大学出版社，2000。 曹桂荣，金属塑性成形力学原理，北京工业大学出版社，1999。 王仲仁，特种塑性成形，机械工业出版社，1995。 赵德文，材料成形力学，东北大学出版社，2022。 七、教学方法 课堂面授+慕课堂+课堂汇报 1课堂以面授为主，通过优秀的人物、案例等帮助学生理解

14、并掌握知识点； 2课堂练习及课后作业是通过慕课堂完成； 3. 对于和原理相通的工艺问题，通过课堂汇报等形式，将工程问题引入从而巩固和加深对知识点的理解。 八、考核方式及评定方法 （一）课程考核与课程目标的对应关系 表4：课程考核与课程目标的对应关系表 课程目标 考核要点 考核方式 课程目标1 知识储备 名词解释、问答题 课程目标2 能力达成 名词解释、问答题 课程目标3 素质养成 名词解释、问答题 （二）评定方法 1评定方法 本课程的总评成绩由平时成绩、期中考试成绩、期末考试成绩核定。其中：平时成绩：40%，期中考试：30%，期末考试30%。 2课程目标的考核占比与达成度分析 表5：课程目标的

15、考核占比与达成度分析表 评定项目 （总分100分） 评定内容 课程目标 总评达成度 平时成绩40分 慕课堂作业（25%） 课程目标1-3 0.4平时成绩+0.3期中成绩+0.3期末成绩/总分。 慕课堂练习（25%） 课堂提问（25%） 慕课堂汇报（25%） 期中考试成绩20分 闭卷考试（20%） 课程目标1-3 期末考试成绩40分 闭卷考试（40%） 课程目标1-3 （三）评分标准 针对课程目标的成绩评分标准 考核点 评分标准 90-100 75-89 60-74 0-59 优 良 及格 不及格 平时成绩 （40分） 慕课堂作业（25%） 按时完成作业，且作业正确率90% 按时完成作业，且作业

16、正确率介于75%-90% 按时完成作业，且作业正确率介于60%-75% 没有完成作业，或作业正确率<60% 慕课堂练习（25%） 按时完成练习，且练习正确率90% 按时完成练习，且练习正确率介于75%-90% 按时完成练习，且练习正确率介于60%-75% 没有完成练习，或练习正确率<60% 课堂提问 （25%） 按时完成提问，且提问正确率90% 按时完成提问，且提问正确率介于75%-90% 按时完成提问，且提问正确率介于60%-75% 没有完成提问，或提问正确率<60% 慕课堂汇报 （25%） 积极参与并完成课堂汇报，且综合评定90% 积极参与并完成课堂汇报，且综合评定75%

17、-90% 积极参与并完成课堂汇报，且综合评定60%-75% 没有完成，或综合评定<60% 期中考试 （30分） 按时完成考试，且考试正确率90% 按时完成考试，且考试正确率介于75%-90% 按时完成考试，且考试正确率介于60%-75% 没有完成考试，或考试正确率<60% 期末考试 （30分） 按时完成考试，且考试正确率90% 按时完成考试，且考试正确率介于75%-90% 按时完成考试，且考试正确率介于60%-75% 没有完成考试，或考试正确率<60% 第20页 共20页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页