材料成型原理課程教學(xué)大綱

1、材料成型原理（ Principle of Material Forming）課程代碼：（07310070）學(xué)分： 6學(xué)時(shí)： 90（其中：講課學(xué)時(shí)80：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 10）先修課程： 材料科學(xué)基礎(chǔ)，金屬熱處理適用專業(yè)與版本：材料成型及其控制工程，2012 修訂版教學(xué)計(jì)劃教材：金屬材料成型原理、雷玉成主編、化學(xué)工業(yè)出版社、 2010 年 8 月第一版；金屬液態(tài)成型原理，賈志宏主編，北京大學(xué)出版社， 2011 年 9 月，第 1 版開課學(xué)院 ：材料科學(xué)與工程學(xué)院課程網(wǎng)站：（選填）一、課程性質(zhì)與教學(xué)目標(biāo)（一）課程性質(zhì)與任務(wù)（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）本課程是材料成型及其控制工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基

2、礎(chǔ)課。 主要任務(wù)是著重運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論及專業(yè)基礎(chǔ)理論知識闡明金屬液態(tài)成型、塑性成型、連接成型以及材料在成形過程中的化學(xué)冶金或缺陷產(chǎn)生等基本內(nèi)在規(guī)律和物理本質(zhì)， 使學(xué)生掌握材料成型的主要分析方法和基本原理，理解材料成型過程中的組織演化及形態(tài)，揭示材料成型過程中影響產(chǎn)品 ( 材質(zhì)、零件 ) 性能的因素及缺陷形成的機(jī)理，培養(yǎng)學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識和分析材料成型過程中所出現(xiàn)的實(shí)際問題和解決途徑并對材料成型過程中微觀組織結(jié)構(gòu)分析及研究能力。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握液態(tài)金屬的性質(zhì)、 鑄件及熔焊成型件形成中的基本凝固理論，凝固過程中鑄件與鑄型的熱交換特點(diǎn)， 深入理解鑄件形成過程及金屬結(jié)晶理論；掌握金屬塑性力學(xué)

3、的基本知識，理解金屬塑性變形與流動的基本規(guī)律，了解塑性成形問題的基本解法，對變形過程能進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析及力能參數(shù)的計(jì)算，并能預(yù)測變形過程中金屬流動趨勢；掌握在熔化焊條件下化學(xué)冶金和物理冶金方面的規(guī)律，焊接過程中冶金缺陷分析，為制定焊接工藝、提高焊接質(zhì)量提供理論依據(jù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以為學(xué)習(xí)材料成型工藝、材料成型裝備及自動化、金屬材料綜合性實(shí)驗(yàn)、鑄造 / 焊接 / 鍛造專業(yè)方向選修課程等后續(xù)課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)（需包括知識、能力與素質(zhì)方面的內(nèi)容，可以分項(xiàng)寫，也可以合并寫）1理解和掌握液態(tài)成型、塑性成型、熔焊成型三種成型的基本原理和內(nèi)在規(guī)律，能應(yīng)用其基本原理和內(nèi)在規(guī)律對金屬材料

4、在成型過程中的組織、性能進(jìn)行分析，判斷是否能獲得所需的成型件。2理解與掌握液態(tài)金屬凝固的基本規(guī)律，熟悉冶金處理方法對其產(chǎn)品性能的影響；理解與掌握金屬在塑性成形過程中的應(yīng)力與應(yīng)變， 金屬流動的基本規(guī)律以及提高金屬塑性成形能力的方法；理解與掌握材料焊接成型過程中化學(xué)冶金基本規(guī)律和缺陷形成機(jī)理、影響因素及防止措施。3能夠根據(jù)成型基本原理對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的分析和解釋，驗(yàn)證理論的正確性。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求1-4、2-2 和 4-4：1. 畢業(yè)要求 1-4. 掌握鑄造 /焊接 /鍛壓方向?qū)I(yè)知識， 并將其用于復(fù)雜工程問題的分析和求解。2. 畢業(yè)要

5、求 2-2. 能運(yùn)用材料成型及控制工程科學(xué)的基本原理，判斷復(fù)雜工程問題解決方案的關(guān)鍵制約參數(shù)。3. 畢業(yè)要求 4-4. 能對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或結(jié)果進(jìn)行正確的分析和解釋，并通過信息綜合歸納總結(jié)有效的結(jié)論。畢業(yè)要求課程目標(biāo) 1課程目標(biāo) 2課程目標(biāo) 3指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1-4畢業(yè)要求2-2畢業(yè)要求4-4二、課程內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐章節(jié)內(nèi)容第 1 章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)液態(tài)金屬性質(zhì)及凝固過程物理場：緒論；液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)；液態(tài)金屬的粘滯性、表面張力、遺傳性第 2 章液態(tài)金屬的流動與傳熱：凝固過程溫度場及其求解；合金的充型能力；凝固區(qū)域模型及凝固特性；凝固過程的流動液態(tài)金屬的結(jié)晶：凝固過程熱力學(xué)、動

6、力學(xué)；單相合金的結(jié)晶；多相合金的第 3 章結(jié)晶宏觀凝固組織控制及凝固缺陷：鑄件宏觀組織形成機(jī)理；獲得細(xì)化等軸晶組第 4 章 織的原理及途徑；偏析、氣孔、收縮類、夾雜、應(yīng)力及變形等鑄造缺陷的形成機(jī)理及防止措施金屬的塑性和變形抗力：金屬塑性變形的機(jī)理及表示方法；金屬塑性概念及第 5 章測定方法；影響金屬塑性和變形抗力的因素；金屬的超塑性；金屬塑性成形過程中的流動規(guī)律及變形特點(diǎn):金屬塑性成形時(shí)的摩擦；金屬第 6 章 塑性成形過程中的基本規(guī)律；塑性變形類別；塑性成形過程中的組織與性能變化第 7 章 金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)： 應(yīng)力分析；應(yīng)變分析；屈服準(zhǔn)則；本構(gòu)方程；第 8 章金屬塑性變形過程的力學(xué)分析方

7、法：主應(yīng)力法；滑移線法；上限法第 9 章熔化焊的熱過程： 焊接的概念與本質(zhì)，熔化焊熱源及溫度場，焊接熱循環(huán)，焊接接頭的形成第 10章焊接化學(xué)冶金 ：氣體與金屬的作用，熔渣與金屬的作用，焊接化學(xué)冶金反應(yīng)特點(diǎn)第11章焊縫及其焊接熱影響區(qū)： 焊縫組織的凝固特點(diǎn)，焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變與性能，焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，焊接熱影響區(qū)的組織與性能變化第 12章焊接冶金缺陷： 氣孔的危害、形成原因與防止措施，熱裂紋與冷裂紋的形成機(jī)理、影響因素和防止措施，焊接裂紋的分析與判斷合 計(jì)講課實(shí)上課小支撐課程目支撐的畢業(yè)要驗(yàn)機(jī)外計(jì)標(biāo)求指標(biāo)點(diǎn)61、 21-4，2-2641、2、 31-4， 2-2， 4-461、 31-

8、4，4-4621、2、 31-4， 2-2， 4-4661、2、 31-4， 2-2， 4-4431、 21-4，2-213131、 21-4，2-2731、 21-4， 2-2，61、 21-4，2-2821、2、 31-4， 2-2， 4-461、 21-4，2-2621、2、 31-4， 2-2， 4-48010注：課外學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如課程不含實(shí)驗(yàn)，請將該項(xiàng)刪除）編號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐課程目標(biāo)1合金流動性的測定2驗(yàn)證性必做32凝固過程溫度場的測定2驗(yàn)證性必做33合金線收縮性能的測定2驗(yàn)證性必做34焊條工藝性能試驗(yàn)， 焊接氣孔 性2驗(yàn)證性

9、必做3能實(shí)驗(yàn)5焊縫組織與裂紋分析2驗(yàn)證性必做3注： 1.類型指驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等。2.要求指必做、選做。實(shí)驗(yàn) 1.合金流動性的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饬鲃有詼y定的方法；掌握影響合金充型能力的因素。實(shí)驗(yàn)儀器及材料：流動性測定裝置、電阻爐、鋁合金、測溫裝置。實(shí)驗(yàn)安排：教師介紹實(shí)驗(yàn)方法、裝置使用步驟及安全須知；學(xué)生以 4 人一組，完成合金的熔煉、造型、澆注、螺旋形試樣測定、結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：簡述實(shí)驗(yàn)方法及步驟；測試數(shù)據(jù)及誤差分析；討論及實(shí)驗(yàn)的體會與疑問。實(shí)驗(yàn) 2.凝固過程溫度場的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆諢犭娕嫉氖褂?，溫度場測量方法及凝固特性分析方法。實(shí)驗(yàn)儀器及材料：模具、電阻爐、鋁合金、測溫裝置及記

10、錄儀。實(shí)驗(yàn)安排：教師介紹實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用步驟及安全須知；學(xué)生以4 人一組，完成熱電偶的設(shè)計(jì)及安裝、合金的熔煉、澆注、數(shù)據(jù)結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：簡述實(shí)驗(yàn)方法及步驟；測試數(shù)據(jù)及誤差分析；凝固特性的判定及討論。實(shí)驗(yàn) 3.合金線收縮性能的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆站€收縮測定方法，熟悉鋁合金線收縮規(guī)律。實(shí)驗(yàn)儀器及材料：合金線收縮測定儀、電阻爐、鋁合金、測溫裝置及記錄儀。實(shí)驗(yàn)安排：教師介紹實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用步驟及安全須知；學(xué)生以4 人一組，完成試樣的造型及安裝、合金的熔煉、澆注、數(shù)據(jù)結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：簡述實(shí)驗(yàn)方法及步驟；測試數(shù)據(jù)及誤差分析；線收縮規(guī)律的討論。實(shí)驗(yàn) 4焊條工藝性能試驗(yàn)，焊接氣孔性能

11、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汉缚p中的氣孔是焊接接頭中經(jīng)常出現(xiàn)的一種缺陷，使有效的工作斷面減小，易造成應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，是影響焊接質(zhì)量的重要因素之一。（1）從焊接化學(xué)冶金過程，研究產(chǎn)生氣孔的原因；（2）掌握焊條的氧化性和還原性對氣孔生成的規(guī)律（隨氧化性的增強(qiáng)，出現(xiàn) CO氣孔；隨還原性的增強(qiáng)，出現(xiàn)氫氣孔） ；實(shí)驗(yàn)儀器及材料：（1）試板 150×100（50）× 10（）若干；（2） FeS（硫化鐵）、J422、J507、自制焊條若干；（3）硅整流焊機(jī)、榔頭、鐵鉗、鋼絲刷、鋼皮尺等。實(shí)驗(yàn)安排：（1）把試板裝配點(diǎn)焊成T 字接頭，如圖所示；（2）試板角接處要求除銹相同；（ 3

12、）用成品焊條 J422 在鋼板上試焊， 電流以 150A160A 為宜；（4）分別取 J422、J507 及自制焊條各一根，在角接處焊實(shí)驗(yàn)焊縫，要單面焊，焊速均勻連續(xù)，避免夾渣、焊偏影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；（ 5）稍待冷卻，敲去熔渣，先仔細(xì)觀察表面氣孔情況，再用榔頭打開焊縫，觀察內(nèi)部氣孔情況。注意觀察氣孔的形狀特征、大小、數(shù)量及分布情況，并作好記錄。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：（ 1）簡述實(shí)驗(yàn)過程；（2）簡述氣孔（ CO、氫和氮?dú)饪祝┊a(chǎn)生的原因；（ 3）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn) 5焊縫組織與裂紋分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汉缚p中的裂紋是焊接接頭中經(jīng)常出現(xiàn)的一種缺陷，是影響焊接質(zhì)量的重要因素之一。（ 1）了解什么是裂紋，裂紋的特征和

13、產(chǎn)生裂紋的機(jī)理，（2）探討冶金因素和力的因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響。實(shí)驗(yàn)儀器及材料：（1）試板 150×100（50）× 10（）若干；（2） FeS（硫化鐵）、J422、J507、自制焊條若干；（3）硅整流焊機(jī)、榔頭、鐵鉗、鋼絲刷、鋼皮尺等。實(shí)驗(yàn)安排：（1）把試板裝配點(diǎn)焊成T 字接頭；（2）在一只 T 字接頭上沾上薄薄一層水玻璃，而后均勻撒上0.05-0.1gFeS （硫化鐵）用電吹風(fēng)吹干待用，另一只T 字接頭原狀，要求除銹程度相同； （3）采用 J422 焊條分別在 T 字接頭上焊固定焊縫，要求焊速均勻連續(xù)，避免夾渣、焊偏影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果； （ 4）稍待冷卻，敲去熔渣，用鋼絲

14、刷清理干凈，仔細(xì)觀察試驗(yàn)焊縫上有無裂紋出現(xiàn)，觀察裂紋長度，寬度。然后用榔頭敲開角焊縫仔細(xì)觀察裂紋斷面特征，均要作好記錄。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：（ 1）簡述實(shí)驗(yàn)過程；（2）簡述裂紋的特征及冶金因素對產(chǎn)生裂紋的影響；（ 3）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。四、達(dá)成課程目標(biāo)的途徑和措施1、把握主線，引導(dǎo)學(xué)生掌握材料成型的相關(guān)概念、基本原理與分析方法，利用微觀結(jié)構(gòu)表征的實(shí)際案例，幫助學(xué)生理解和掌握不同測試方法的基本原理、方法和所得測試結(jié)果的特點(diǎn)，具備選擇合適的測試方法對微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析的能力。2、采用多媒體教學(xué)手段，配合例題的講解及適當(dāng)?shù)乃伎碱}，保證講課進(jìn)度的同時(shí)，注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛；3、采用案例式教學(xué)

15、，結(jié)合工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對材料成型過程的組織演化、缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行演示、觀察和分析，從而加深和理解相關(guān)知識點(diǎn)并提高實(shí)際應(yīng)用能力。4、本課程有 10 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見 “三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 ”。五、考核方式1. 課程考核方式包括期末考試、 平時(shí)及作業(yè)情況考核和實(shí)驗(yàn)情況考核， 期末考試采用閉卷筆試。2. 課程成績 =平時(shí)成績 ×20%+實(shí)驗(yàn)成績 ×(010%)+期末考試成績 ×(7080%)。成績的具體構(gòu)成如下：成績組成考核 /評價(jià)環(huán)節(jié)分值考核 /評價(jià)細(xì)則對應(yīng)的課程目標(biāo)課后每章完成相應(yīng)習(xí)題，主要考核學(xué)生對每節(jié)平時(shí)作業(yè)10課知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，計(jì)算全部1、 2平時(shí)成績作業(yè)的平均成績再按 10%計(jì)入總成績。以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，20%點(diǎn)名及課堂小隨堂測試 1-3 題，主要考核學(xué)生課堂的聽課效10練習(xí)果和課后及時(shí)復(fù)習(xí)消化本章知識的能力，結(jié)合1、 2平時(shí)的隨機(jī)點(diǎn)名， 最后按 10%計(jì)入課程總成績。完成 10 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，主要考核學(xué)生利用所實(shí)驗(yàn)成績學(xué)知識開展實(shí)驗(yàn)，對材料成型后的組織與性能課程實(shí)驗(yàn)010以及材料微觀結(jié)構(gòu)分析，培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果3010%進(jìn)行分析的能力，根據(jù)學(xué)生課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)最后按 10%計(jì)入課程總成績。試卷題型可包括填空題、 名詞解釋題、 簡答題、計(jì)算題及綜合分析等類型，權(quán)重分布如下