《金屬熔煉與塑性加工》教學(xué)大綱

《金屬熔煉與塑性加工》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：21150011課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)選修課程學(xué)分：1.5學(xué)分學(xué)時(shí)：24學(xué)時(shí)（理論20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）先修課程：大學(xué)物理、機(jī)械基礎(chǔ)、電纜導(dǎo)論等后續(xù)課程：通信電纜設(shè)計(jì)與制造、電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適用專(zhuān)業(yè)：電纜工程開(kāi)課單位：電纜工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《金屬熔煉與塑性加工》是電纜工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課。本課程主要使學(xué)生了解、掌握電纜導(dǎo)體——固體金屬及合金的結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)、金屬熔煉過(guò)程及金屬結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理、金屬塑性加工基本原理及常見(jiàn)加工方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本理論知識(shí)的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中問(wèn)題的能力，兼顧新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握電纜導(dǎo)體（固體金屬及合金）的結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)，掌握金屬熔煉過(guò)程及金屬結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，熟悉和掌握塑性加工過(guò)程中金屬變形的微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及金屬塑性加工基本原理及常見(jiàn)加工方法，并能對(duì)機(jī)械制造過(guò)程中的受力變形、受熱變形等工程現(xiàn)象進(jìn)行表述和解釋。課程目標(biāo)2：能夠依據(jù)電纜導(dǎo)體材料的使用要求，設(shè)計(jì)其加工制備工藝，并分析影響電纜導(dǎo)體材料力學(xué)及電學(xué)性能的影響因素，確定合理的工藝方案；具備對(duì)電纜導(dǎo)體材料加工制備工藝進(jìn)行建模、分析的能力，以改善材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能、加工精度及效率及降低成本等復(fù)雜工程問(wèn)題。課程目標(biāo)3：能夠就電纜導(dǎo)體材料制備工藝問(wèn)題撰寫(xiě)研究報(bào)告和設(shè)計(jì)文件；能夠就電纜導(dǎo)體材料制備工藝過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行陳述發(fā)言，清晰表達(dá)設(shè)計(jì)的具體思路、方案、所采取的措施及效果等，并能與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生民族自信心和國(guó)家自豪感（思政目標(biāo)），培養(yǎng)學(xué)生持之以恒、克難攻堅(jiān)的工匠精神（勞動(dòng)目標(biāo)）。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《金屬熔煉與塑性加工》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)電纜工程本科專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度2.問(wèn)題分析2.2能根據(jù)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理分析電纜工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)1：掌握電纜導(dǎo)體（固體金屬及合金）的結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)，掌握金屬熔煉過(guò)程及金屬結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，熟悉和掌握塑性加工過(guò)程中金屬變形的微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及金屬塑性加工基本原理及常見(jiàn)加工方法，并能對(duì)機(jī)械制造過(guò)程中的受力變形、受熱變形等工程現(xiàn)象進(jìn)行表述和解釋。H4.研究4.2能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)電纜工程領(lǐng)域相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。課程目標(biāo)2：能夠依據(jù)電纜導(dǎo)體材料的使用要求，設(shè)計(jì)其加工制備工藝，并分析影響電纜導(dǎo)體材料力學(xué)及電學(xué)性能的影響因素，確定合理的工藝方案；具備對(duì)電纜導(dǎo)體材料加工制備工藝進(jìn)行建模、分析的能力，以改善材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能、加工精度及效率及降低成本等復(fù)雜工程問(wèn)題。H6.工程與社會(huì)6.2能分析并正確評(píng)價(jià)針對(duì)電纜工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的工程實(shí)踐，尤其是新技術(shù)、新工藝、新材料、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)3：能夠就電纜導(dǎo)體材料制備工藝問(wèn)題撰寫(xiě)研究報(bào)告和設(shè)計(jì)文件；能夠就電纜導(dǎo)體材料制備工藝過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行陳述發(fā)言，清晰表達(dá)設(shè)計(jì)的具體思路、方案、所采取的措施及效果等，并能與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生民族自信心和國(guó)家自豪感（思政目標(biāo)），培養(yǎng)學(xué)生持之以恒、克難攻堅(jiān)的工匠精神（勞動(dòng)目標(biāo)）。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.金屬材料的力學(xué)性能1.1金屬材料的剛度、強(qiáng)度、塑性概念1.2金屬材料的硬度概念1.3金屬材料的沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度概念1.4金屬材料的斷裂韌度概念教學(xué)要求：金屬材料的剛度、強(qiáng)度、塑性概念；金屬材料的硬度概念；金屬材料的沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度概念；金屬材料的斷裂韌度概念。重點(diǎn)：材料的強(qiáng)度、塑性指標(biāo)。難點(diǎn)：材料強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的測(cè)試。221、2、32.金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)2.1晶體學(xué)基礎(chǔ)2.2純金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.3合金的相結(jié)構(gòu)2.4點(diǎn)缺陷2.5位錯(cuò)2.6材料的面缺陷2.7二元合金相圖的基本概念2.8二元合金相圖的分析方法教學(xué)要求：有關(guān)金屬晶體結(jié)構(gòu)的概念:晶體與非晶體、晶體結(jié)構(gòu)、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)；實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷，點(diǎn)缺陷、線缺陷及面缺陷；有關(guān)合金相結(jié)構(gòu)概念：合金與合金的相結(jié)構(gòu)，固溶體、金屬化合物。重點(diǎn)：金屬中常見(jiàn)的三種晶格類(lèi)型；金屬晶體中的晶面指數(shù)與晶向指數(shù)；實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷；合金相結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型、二元合金相圖的基本概念、二元?jiǎng)蚓鄨D和二元共晶相圖、杠桿定律。難點(diǎn)：金屬晶體中的晶面指數(shù)與晶向指數(shù)、二元?jiǎng)蚓鄨D和二元共晶相圖、杠桿定律。821、2、33.金屬的熔煉與凝固3.1純金屬的凝固3.2合金的凝固3.3鑄錠的組織與缺陷教學(xué)要求：固體金屬的加熱、熔化；液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)；液態(tài)金屬的性質(zhì)；液體金屬的流動(dòng)；純金屬的凝固；二元合金的凝固，晶體生長(zhǎng)；液態(tài)金屬結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)條件；液態(tài)金屬結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)條件；鑄件宏觀結(jié)晶組織的形成及其影響因素；組織對(duì)性能的影響及獲得和細(xì)化等軸晶的措施；鑄件凝固缺陷及控制。重點(diǎn)：純金屬的凝固；液態(tài)金屬結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。難點(diǎn)：鑄件宏觀結(jié)晶組織的形成及其影響因素。61、2、34.金屬塑性加工原理及加工方法4.1金屬的塑性變形理論4.2回復(fù)與再結(jié)晶4.3熟悉軋制原理及基本條件4.4熟悉擠壓原理及擠壓工模具4.5熟悉拉線基本條件及變形指數(shù)、安全系數(shù)教學(xué)要求：?jiǎn)尉w金屬的塑性變形；滑移和孿生的概念和區(qū)別；多晶體金屬的塑性變形；晶界和晶粒位向差的影響；多晶體金屬的塑性變形過(guò)程；晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響；冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；回復(fù)與再結(jié)晶；金屬的熱塑性加工；冷加工與熱加工的區(qū)別；軋制的原理；連續(xù)軋制的原理；擠壓的原理；拉拔的原理。重點(diǎn)：塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；軋制的原理；擠壓的原理；拉拔的原理。難點(diǎn)：金屬的塑性變形；回復(fù)與再結(jié)晶。41、2、3合計(jì)2042.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.金屬材料的硬度試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)布氏硬度、洛氏硬度的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)要求：通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生驗(yàn)證了理論課的內(nèi)容并提高了動(dòng)手操作能力。使學(xué)生了解布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握布氏硬度、洛氏硬度的測(cè)量方法及應(yīng)用范圍。21、22.鐵碳合金平衡組織顯微觀察實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解金相顯微鏡的基本原理及使用方法；觀察和分析鐵碳合金平衡組織結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)要求：熟悉并掌握鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的組織及鑄鐵的顯微組織特征，使學(xué)生進(jìn)一步掌握金屬材料組織與性能之間的關(guān)系。此外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全守則及設(shè)備的操作規(guī)則。21、2合計(jì)4五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例教學(xué)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使學(xué)生比較全面地了解、掌握電纜導(dǎo)體——固體金屬及合金的結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)、金屬熔煉過(guò)程及金屬結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，在掌握金屬塑性加工基本原理及常見(jiàn)加工方法基礎(chǔ)上，具有運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中問(wèn)題的初步能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來(lái)完成理論的驗(yàn)證；如何組織實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思路和方案設(shè)計(jì)等。采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生金屬材料學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材（1）崔忠圻,覃耀春.金屬學(xué)與熱處理（第3版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.（2）余永寧.金屬學(xué)原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2020.（3）袁志鐘,戴起勛.金屬材料學(xué)（第3版）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2019.2.參考書(shū)（1）楊慶祥.材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.（2）趙長(zhǎng)生,顧宜.材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2019.（3）石德珂.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.（4）WilliamD.Callister,Jr.David.材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016.3.期刊（1）中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)(英文版),中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì).（2）中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì).（3）稀有金屬材料與工程,西北有色金屬研究院;中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì);中國(guó)材料研究學(xué)會(huì).（4）ADVANCEDENGINEERINGMATERIALS,JohnWiley&SonsInc.（5） METALLURGICALRESEARCH&TECHNOLOGY,EDPSciences.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）西安交通大學(xué)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》精品慕課:/course/XJTU-1207110815.（2）東北大學(xué)《材料成型金屬學(xué)》精品慕課:/course/preview/NEU-1206136813?tid=1206445225.（3）上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)《塑性成形理論》:/course/SIT-1206453817?from=searchPage七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核平時(shí)作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿(mǎn)分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?64實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿(mǎn)分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?42課堂表現(xiàn)與互動(dòng)10（1）根據(jù)課堂回答問(wèn)題和課堂討論互動(dòng)情況進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分；（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√442簽到2（1）根據(jù)課堂出勤情況進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分；（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√11期末考核60（1）課程大作業(yè)（或課程論文）成績(jī)100分，以課程大作業(yè)（或課程論文）成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)；（2）主要考核固體金屬及合金的結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)、金屬熔煉過(guò)程及金屬結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理、金屬塑性加工基本原理及常見(jiàn)加工方法等內(nèi)容?！獭獭?52510合計(jì)：100分414019八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課程大作業(yè)、課程論文、平時(shí)作業(yè)評(píng)價(jià)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課堂討論與互動(dòng)成績(jī)和線上學(xué)習(xí)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。考核基本要求：考核總成績(jī)由課程大作業(yè)（或課程論文）成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：課程大作業(yè)（或課程論文）為100分（權(quán)重60%），課程大作業(yè)（或課程論文）中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的內(nèi)容分值不超過(guò)50%，綜合應(yīng)用的內(nèi)容、分析的內(nèi)容不低于50%；平時(shí)作業(yè)評(píng)價(jià)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課堂討論與互動(dòng)成績(jī)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60平時(shí)作業(yè)40作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以?xún)?nèi)，準(zhǔn)確率大于70%。不交作業(yè)3次以?xún)?nèi)，準(zhǔn)確率大于60%。不交作業(yè)4次以上，準(zhǔn)確率小于60%。實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳實(shí)、結(jié)論清晰、討論合理。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程正確、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確、討論適當(dāng)。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，基本能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程基本正確、無(wú)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確，討論一般。實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，不能掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程基本正確，無(wú)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確，無(wú)討論。沒(méi)有預(yù)習(xí)，不能完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)操作步驟有誤；實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確，沒(méi)有分析討論。課堂表現(xiàn)與互動(dòng)25筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。筆記