《材料成型原理》教學大綱

1、材料成型原理課程教學大綱一、課程基本信息英文名稱Principle of Materials Forming課程代碼MSEN3009課程性質(zhì)專業(yè)課授課對象材料科學與工程專業(yè)學分3學時54指定教材吳樹森等編著，材料成型原理，機械工業(yè)出版社，2017年，第3版二、課程目標（一）總體目標：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復合材料實質(zhì)上是一個不可分割的整體。在材料成形工程領(lǐng)域，這些材料的成形原理，包括工藝原理和工藝過程都是極其相似的。掌握這些材料的成形問題，對從事特定分支材料成形理論、工藝和應用研究的科研工程技術(shù)人員，借鑒其它分支材料的成形原理與工藝來發(fā)展成形新理論、開發(fā)成形新工藝以及移植成形技術(shù)等具

2、有重要意義，本課程即以此為出發(fā)點，主要講述以金屬材料為主的成形原理與成形工藝,使學生能用理論來闡明材料成形過程的本質(zhì)，掌握材料成形的理論來解決實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題，從而為今后從事材料生產(chǎn)和新材料研究、開發(fā)提供堅實的理論基礎(chǔ)。（二）課程目標：課程目標1：能夠適應現(xiàn)代材料科學工程技術(shù)發(fā)展，融會貫通工程數(shù)理基本知識和材料科學工程專業(yè)知識，能對復雜工程項目提供系統(tǒng)性的解決方案；課程目標2：能夠跟蹤材料科學及相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，具備一定的工程創(chuàng)新能力，能熟練運用現(xiàn)代工具從事本領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)及生產(chǎn)；課程目標3：具備健康的身心和良好的人文科學素養(yǎng)，擁有團隊精神、有效的溝通和表達能力，以及工程項

3、目管理能力。（三）課程目標與畢業(yè)要求、課程內(nèi)容的對應關(guān)系表1：課程目標與課程內(nèi)容、畢業(yè)要求的對應關(guān)系表課程目標課程子目標對應課程內(nèi)容對應畢業(yè)要求課程目標1-全部章節(jié)畢業(yè)要求1、2、3課程目標2-第5、6、9、10章畢業(yè)要求4、5課程目標3-第6、10章畢業(yè)要求9三、教學內(nèi)容本課程著重運用所學的數(shù)學、物理、化學等基礎(chǔ)理論，以及傳熱學、流體力學等專業(yè)基礎(chǔ)理論知識來闡明液態(tài)成形和焊接成形的內(nèi)在規(guī)律和物理本質(zhì)。學生學完本課程后，可對上述兩種材料成形過程及其原理有實質(zhì)性的、深入的理解，為研究新型的材料成形技術(shù)，開發(fā)新型材料，以及提高成形產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅實的理論基礎(chǔ)。第一篇液態(tài)成形理論基礎(chǔ)第一章液態(tài)金屬的結(jié)

4、構(gòu)和性質(zhì)第一節(jié)材料的固液轉(zhuǎn)變第二節(jié)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與分析第三節(jié)液態(tài)金屬的性質(zhì)第四節(jié)半固態(tài)金屬的流變性及表觀黏度思考題：1. 純金屬與實際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)有何不同？舉例說明。2. 何謂流變鑄造？簡述該工藝的特點？3. 液態(tài)金屬的性質(zhì)及其影響因素？第二章液態(tài)成形中的流動與傳熱第一節(jié)液態(tài)金屬的流動性與充型能力第二節(jié)凝固過程中的液體流動第三節(jié)凝固過程中的熱量傳輸?shù)谒墓?jié)鑄件的凝固時間思考題：1. 液態(tài)合金的流動性和充型能力有何異同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？2. 材料的凝固方式有哪些？第三章液態(tài)金屬的凝固形核及生長方式第一節(jié)凝固的熱力學條件第二節(jié)均質(zhì)形核與異質(zhì)形核第三節(jié)純金屬晶體的長大方式思考題：1. 為

5、何過冷度是液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動力？2. 簡述純金屬的凝固過程？3. 粗糙界面與光滑界面？第四章單相合金與多相合金的凝固第一節(jié)單相合金的凝固第二節(jié)共晶合金的凝固第三節(jié)偏晶合金與包晶合金的凝固思考題：1. 設(shè)相圖中液相線和固相線為直線，證明平衡分配系數(shù)為常數(shù)。2. 試述成分過冷與熱過冷的含義以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系？3. 成分過冷的判據(jù)？成分過冷的大小受那些因素的影響？對晶體生長有何影響？4. 影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材質(zhì)的質(zhì)量有何關(guān)系？5. 共晶結(jié)晶中，滿足共生生長和離異生長的基本條件是什么？共晶兩項的固液界面結(jié)構(gòu)與其共生區(qū)結(jié)構(gòu)特點之間有何聯(lián)系？對共晶合金的結(jié)晶方式有何影響？第五章

6、鑄件凝固組織的形成與控制第一節(jié)鑄件宏觀凝固組織的特征及形成機理第二節(jié)鑄件宏觀凝固組織的控制第三節(jié)氣孔與夾雜的形成機理及控制第四節(jié)縮孔與縮松的形成原理第五節(jié)化學成分的偏析第六節(jié)變形與裂紋思考題：1. 鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的？其形成機理如何？2. 試分析溶質(zhì)再分配對游離晶粒的形成及晶粒細化的影響？3. 試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素？列舉獲得細等軸晶的常用方法。4. 試分析縮孔、縮松形成條件及形成原因的異同點？第六章特殊條件下的凝固第一節(jié)壓力下金屬的凝固第二節(jié)對流對凝固組織的影響及半固態(tài)金屬的凝固第三節(jié)快速凝固第四節(jié)定向凝固第五節(jié)金屬基復合材料的凝固思考題：1. 何為快速凝固？其

7、基本原理是什么？2. 快速凝固晶態(tài)合金的組織與性能有何特點？3. 定向凝固有哪些方法？各有何特點？第二篇連接成形理論基礎(chǔ)第七章焊縫及其熱影響區(qū)的組織和性能第一節(jié)焊接及其冶金特點第二節(jié)焊縫金屬的組織與性能第三節(jié)焊接熱影響區(qū)的組織與性能思考題：1. 說明焊接定義、焊接的物理本質(zhì)及焊接的工藝？2. 如何控制焊縫金屬的組織與性能？3. 何為HAZ？焊接接頭由哪幾部分組成？第八章成形過程的冶金反應原理第一節(jié)成形工藝中的冶金反應特點第二節(jié)液態(tài)金屬與氣體界面的反應第三節(jié)液態(tài)金屬與熔渣的反應第四節(jié)焊縫金屬的合金化及成分控制思考題：1. 金屬在焊接時，氣相中的氣體的主要來源是什么？2. 試述氮、氫、氧對金屬質(zhì)量

8、的影響及采取的措施？3. 為什么采用堿性焊條焊接時必須清理母材表面的鐵銹、油污和水分等？4. 為什么酸性焊條要用錳作為脫氧劑，而堿性焊條用鈦、錳、硅作為脫氧劑？第九章焊接缺陷的產(chǎn)生機理及防止措施第一節(jié)內(nèi)應力第二節(jié)焊接變形第三節(jié)裂紋第四節(jié)焊縫中的氣孔與夾雜物第五節(jié)焊縫中的化學成分不均勻性思考題：1. 內(nèi)應力是如何產(chǎn)生的？對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量有何影響？2. 簡述裂紋的種類及特征？3. 產(chǎn)生凝固裂紋的條件是什么？簡述凝固裂紋的形成機理。4. 如何防止凝固裂紋？對于不同的金屬，如鋁、合金結(jié)構(gòu)鋼等，其防止凝固裂紋的方法是否相同？5. 試述冷裂紋的種類及特種。6. 試分析氫在形成冷裂紋中的作用，簡述氫致裂紋的

9、特征及機理。第十章特種連接成形原理與方法第一節(jié)擴散連接技術(shù)第二節(jié)摩擦焊技術(shù)第三節(jié)超塑成形/擴散連接第四節(jié)微連接技術(shù)思考題：1. 簡述超塑成形/擴散連接的原理。2. 摩擦焊技術(shù)有哪些特點？3. 簡述微連接技術(shù)的特點及適用范圍。四、學時分配表2：各章節(jié)的具體內(nèi)容和學時分配表章節(jié)章節(jié)內(nèi)容學時分配第一章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)6第二章液態(tài)成形中的流動與傳熱3第三章液態(tài)金屬的凝固形核及生長方式3第四章單相合金與多相合金的凝固6第五章鑄件凝固組織的形成于控制6第六章特種條件下的凝固6第七章焊縫及其熱影響區(qū)的組織和性能6第八章成形過程的冶金反應原理6第九章焊接缺陷的產(chǎn)生機理及防止措施6第十章特種連接成形原理與方

10、法6五、教學進度表3：教學進度表周次章節(jié)名稱內(nèi)容提要授課時數(shù)作業(yè)及要求備注1第一章第一二節(jié)材料的固液轉(zhuǎn)變，液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與分析3習題P242第一章第二三節(jié)液態(tài)金屬的性質(zhì)，半固態(tài)金屬的流變性及表觀黏度33第二章液態(tài)金屬成形中的流動與傳熱3習題P424第三章液態(tài)金屬的凝固形核及生長3習題P565第四章第一節(jié)單相合金的凝固3習題P856第四章第二三節(jié)共晶合金的凝固，偏晶合金與包晶合金的凝固37第五章第一、二節(jié)鑄件宏觀凝固組織的特征及形成機理，鑄件宏觀凝固組織的控制3習題P1248第五章第三至六節(jié)鑄造成形缺陷及控制39第六章特征條件下的凝固3習題P15410期中考試11第七章第一節(jié)焊接及其冶金特點3習

11、題P17912第七章第二、三節(jié)焊縫金屬的組織與性能，焊接熱影響區(qū)的組織與性能313第八章第一、二節(jié)成形工藝中的冶金反應特點，液態(tài)金屬與氣體界面的反應3習題P20714第八章第三、四節(jié)液態(tài)金屬與熔渣的反應，焊縫金屬的合金化及成分控制315第九章第一、二節(jié)內(nèi)應力，焊接變形3習題P26216第九章第三、四節(jié)裂紋，氣孔，偏析等317第十章特種連接成形原理與方法3習題P274六、教材及參考書目吳樹森，材料成形原理，機械工業(yè)出版社，2017。冀秀煥，工程材料與成形工藝，武漢理工大學出版社，2007。王紀安，工程材料與材料成形工藝，高等教育出版社，2004。杜麗娟，工程材料成形技術(shù)基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，20

12、03。 沈其文，材料成形工藝基礎(chǔ)，華中科技大學出版社，2003年。 童幸生，材料成形及機械制造工藝基礎(chǔ)，華中科技大學出版社，2002。 齊樂華，工程材料及成形工藝基礎(chǔ)，西北工業(yè)大學出版社，2002。 翟建軍，塑料成形技術(shù)頁數(shù)，東南大學出版社，2001。 呂廣庶，工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2001。 何紅媛，材料成形技術(shù)基礎(chǔ)，東南大學出版社，2000。曹桂榮，金屬塑性成形力學原理，北京工業(yè)大學出版社，1999。王仲仁，特種塑性成形，機械工業(yè)出版社，1995。趙德文，材料成形力學，東北大學出版社，2002。七、教學方法 課堂面授+慕課堂+課堂匯報1課堂以面授為主，通過優(yōu)秀的人物、案例

13、等幫助學生理解并掌握知識點； 2課堂練習及課后作業(yè)是通過慕課堂完成；3. 對于和原理相通的工藝問題，通過課堂匯報等形式，將工程問題引入從而鞏固和加深對知識點的理解。八、考核方式及評定方法（一）課程考核與課程目標的對應關(guān)系 表4：課程考核與課程目標的對應關(guān)系表課程目標考核要點考核方式課程目標1知識儲備名詞解釋、問答題課程目標2能力達成名詞解釋、問答題課程目標3素質(zhì)養(yǎng)成名詞解釋、問答題（二）評定方法1評定方法 本課程的總評成績由平時成績、期中考試成績、期末考試成績核定。其中：平時成績：40%，期中考試：30%，期末考試30%。2課程目標的考核占比與達成度分析表5：課程目標的考核占比與達成度分析表評

14、定項目（總分100分）評定內(nèi)容課程目標總評達成度平時成績40分慕課堂作業(yè)（25%）課程目標1-30.4平時成績+0.3期中成績+0.3期末成績/總分。慕課堂練習（25%）課堂提問（25%）慕課堂匯報（25%）期中考試成績20分閉卷考試（20%）課程目標1-3期末考試成績40分閉卷考試（40%）課程目標1-3（三）評分標準針對課程目標的成績評分標準考核點評分標準90-10075-8960-740-59優(yōu)良及格不及格平時成績（40分）慕課堂作業(yè)（25%）按時完成作業(yè)，且作業(yè)正確率90%按時完成作業(yè)，且作業(yè)正確率介于75%-90%按時完成作業(yè)，且作業(yè)正確率介于60%-75%沒有完成作業(yè)，或作業(yè)正確率60%慕課堂練習（25%）按時完成練習，且練習正確率90%按時完成練習，且練習正確率介于75%-90%按時完成練習，且練習正確率介于60%-75%沒有完成練習，或練習正確率60%課堂提問（25%）按時完成提問，且提問正確率90%按時完成提問，且提問正確率介于75%-90%按時完成提問，且提問正確率介于60%-75%沒有完成提問，或提問正確率60%慕課堂匯報（25%）積極參與并完成課堂匯報，且綜合評定90%