《材料成型原理及應用2》教學大綱一、課程基本信息課程名稱材料成型原理及應用MaterialFormingPrincipleandApplication課程編碼MAT120611040開課院部材料科學與工程學院課程團隊《材料成型原理及應用》教學團隊學分4.0課內學時64講授64實驗0上機0實踐0課外學時B適用專業本研一體化班（材料科學類）授課語言中文先修課程材料力學課程簡介（必修）本課程是為材料科學類本研一體化學生開設的專業必修課程。內容包括了金屬液態成型、金屬塑性成型、金屬焊接冶金的原理知識，突出理論聯系實際和專業的焊接特色，重點介紹焊接冶金學及其在焊接質量控制方面的應用。金屬液態成型理論部分主要是運用金屬學的基礎理論來闡明金屬凝固過程中的基本規律及物理現象的本質，闡明金屬凝固過程中影響材質和零件性能的因素及缺陷形成的機理；塑性成型原理主要基于塑性變形的金屬學基礎和力學基礎，闡明金屬塑性變形與流動的基本規律、應力-應變分析理論以及解決塑性成型問題的基本方法；焊接冶金原理主要基于金屬學與熱處理以及力學基礎，闡明影響焊接質量的焊接化學冶金、熔池金屬凝固、接頭固態相變過程，分析各種常見冶金缺陷的特征、產生機理和防止措施。原理知識應用部分主要以合金結構鋼、奧氏體不銹鋼、異種鋼焊接為例，分析金屬焊接性，并將冶金原理知識體現在焊接工藝制定和焊接材料選擇上，以獲得工藝焊接性和使用焊接性滿足要求的焊接接頭。通過該課程的學習，學生應對金屬液態成型、塑性成型、焊接成型的過程及原理有深入的理解，能從本質上認識和分析金屬成型過程中所產生的實際問題并提出解決的途徑，同時通過理論聯系實際的訓練，使學生初步具備分析和解決焊接工程問題的能力。Thiscourseisaprofessionalcompulsorycourseforstudentsmajoringinmaterialsscience.Thecontentincludestheprincipleknowledgeofmetalliquidforming,metalPlasticFormingandmetalweldingmetallurgy,highlightingtheweldingcharacteristicsofcombiningtheorywithpracticeandspecialty,weldingMetallurgyanditsapplicationinweldingqualitycontrolaremainlyintroduced.Thetheoreticalpartofmetalliquidformingmainlyusesthebasictheoryofmetallographytoclarifythebasiclawsandtheessenceofphysicalphenomenainthemetalsolidificationprocess,revealthefactorsthataffectthepropertiesofmaterialsandpartsintheprocessofmetalsolidificationandthemechanismofdefectformation;TheprincipleofplasticformingismainlybasedonthemetalFoundationandmechanicalfoundationofplasticdeformation,clarifythebasiclawofmetalplasticdeformationandflow,stress-strainanalysistheoryandbasicmethodstosolveplasticformingproblems;Theprincipleofweldingmetallurgyismainlybasedonmetallography,heattreatmentandmechanicalFoundation,clarifytheweldingChemicalmetallurgy,moltenpoolmetalsolidificationandjointsolidphasetransformationprocessthataffecttheweldingquality,andanalyzethecharacteristics,generationmechanismandpreventionmeasuresofvariouscommonmetallurgicaldefects.Theapplicationpartofprincipleknowledgemainlytakestheweldingofalloystructuralsteel,austeniticstainlesssteelanddissimilarsteelasexamplestoanalyzetheweldabilityofmetal,andembodiestheknowledgeofmetallurgicalprincipleintheformulationofweldingprocessandtheselectionofweldingmaterials,inordertoobtainprocessweldabilityanduseweldabilitytomeettherequirementsofweldedjoints.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldhaveadeepunderstandingoftheprocessandprincipleofmetalliquidforming,plasticformingandweldingforming,canunderstandandanalyzethepracticalproblemsinthemetalformingprocessinessenceandproposesolutions.Atthesametime,throughthetrainingofcombiningtheorywithpractice,toenablestudentstoinitiallyhavetheabilitytoanalyzeandsolveweldingengineeringproblems.負責人大綱執筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業要求指標點任務自選1M1目標1：掌握鑄造、塑性成形和焊接冶金原理知識，具備應用這些知識控制成型結構出現質量問題的能力。是2M2目標2：能夠正確應用材料成型的基本原理，識別和判斷影響鑄造、焊接以及塑性成型領域工程質量問題的關鍵環節和參數。是3M3目標3：能夠認識到解決成型質量問題有多種方案可選擇，對成型工藝進行合理性分析。是4M4目標4：能夠根據成型對象的材料和結構特征，制定成型工藝。是5M5目標5：能夠根據成型對象特征，選擇研究路線，設計成型工藝評定研究方案。是三、課程內容序號章節號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環節11緒論本課程與先期理論課程的聯系，本課程的地位和特點；材料成型原理的發展和在工程中的應用，本課程所涉及的內容；教學方式和要求。/0.5講授0.5自學22液態成形理論基礎本章重點難點：影響液態金屬充型能力的因素；如何獲得細的等軸晶組織；影響縮孔與縮松的因素。/////32.1液態金屬的結構和性質液態結構與固態結構間的異同，理想純金屬的液態結構特點，實際金屬的液態結構特點；液態金屬的粘度，液態金屬的表面張力。M10.5講授0.5自學42.2液態金屬的充型能力與鑄造合金的凝固特性流動性，充型能力，液態金屬停止流動的機理，影響液態金屬充型能力的因素及促進措施；鑄件的凝固方式及其影響因素。M11講授1自學52.3液態金屬的凝固形核及生長均質形核，均質形核速率，異質形核，界面共格對應關系，異質形核速率；晶體的宏觀長大方式，固-液界面的微觀結構，晶體的微觀長大方式，晶體的長大速率。M11講授1自學62.4單相合金與多相合金的凝固固-液界面前沿的溶質再分配現象，平衡凝固時的溶質再分配，近平衡凝固時的溶質再分配，成分過冷，成分過冷的判別式，成分過冷對單相合金凝固過程的影響；共晶組織的特點及共晶合金的分類，共晶合金的結晶方式，規則共晶凝固，非規則共晶凝固，共生生長，離異生長，離異共晶。M12講授2自學72.5鑄件凝固組織的形成及控制鑄件宏觀凝固組織的特征，鑄件宏觀凝固組織的形成機理；鑄件結晶組織對鑄件性能的影響，鑄件宏觀組織的控制途徑和措施；氣孔，析出性氣孔的影響因素及防止措施；夾雜物，防止和減少二次氧化夾雜物的措施；金屬的收縮，縮孔與縮松的分類及特征，縮孔與縮松的形成機理，影響縮孔與縮松的因素及防止措施；微觀偏析，枝晶偏析及其影響因素，宏觀偏析；鑄造應力，鑄件的變形，影響鑄件變形的因素及防止變形的方法，鑄件的熱裂，鑄件熱裂的形成機理，影響鑄件熱裂的因素及防止措施，鑄件的冷裂。M15講授5作業，自學83金屬塑性成型原理本章重點難點：金屬塑性成型的特點；影響金屬可鍛性的因素；金屬塑性成型過程中的基本規律；晶粒度的概念。/////93.1簡介塑性的概念及指標；塑性成型的概念與分類；金屬塑性成型的特點。/1講授1自學103.2金屬塑性變形的金屬學基礎冷塑性變形與熱塑性變形：金屬冷塑性變形機理回顧；動態回復和動態再結晶回顧；熱塑性變形的晶界機制；金屬的超塑性變形。金屬在塑性加工過程中的塑性行為：金屬的可鍛性；影響可鍛性的因素；金屬塑性成型過程中的基本規律。M11講授1作業，自學113.3金屬塑性變形的力學基礎應力分析：應力狀態表示方法；應力莫爾圓。屈服準則：屈服準則的概念；屈雷斯加屈服準則；米塞斯屈服準則。M12講授2作業，自學123.4金屬塑性成型中的摩擦與潤滑金屬塑性成型中摩擦的特點和影響：金屬塑性成型中摩擦的特點；摩擦對塑性成型過程的影響。影響摩擦系數的主要因素：金屬的種類與化學成分；工具的表面狀態；接觸面上的單位壓力；變形溫度；變形速度。塑性成型中的潤滑：塑性成型中對潤滑劑的要求；常用潤滑劑。M12講授2作業，自學133.5塑性成型件質量分析塑性成型過程中的缺陷：原材料及塑性成型過程中的常見缺陷；質量分析的一般過程和分析方法；塑性成型件中的空洞和裂紋。塑性成型件中的晶粒度：晶粒度的概念；晶粒大小對力學性能的影響；影響晶粒大小的主要因素；細化晶粒的主要途徑；鍛件粗晶分析實例。塑性成型過程中的折疊與失穩：塑性成型件的折疊；拉伸失穩；壓縮失穩。M22講授，討論2作業，自學144焊接冶金原理本章重點難點：H和O的作用和控制；熔池凝固特點及組織改善；焊接熱過程參數及熱影響區特征；焊接裂紋的區辨和分析。/////154.1簡介焊接及其物理本質；焊接方法；熔焊焊接接頭的形成和冶金學過程；本課程知識體系及所涉及的內容；教學方式和要求。/0.5講授//164.2焊接化學冶金氮、氫對金屬的作用；焊接時的氧化還原；焊縫金屬中硫和磷的控制；焊縫合金化。M17.5講授8作業，自學174.3熔池金屬的結晶熔池金屬結晶的特殊性，熔池凝固的結晶形態（溶質再分配和成分過冷），焊接參數對凝固形態的影響；焊縫化學不均勻性的類別，產生原因，防控措施；熔合區的構成及不均勻性。M14講授4作業，自學184.4焊接接頭的固態相變焊接傳熱的特點；焊接溫度場及其類型，溫度場的影響因素；焊接熱循環的概念，影響因素，多層焊的熱循環；焊接熱影響區的組成；焊接熱影響區的組織分布（不易淬火鋼，易淬火鋼）；HAZ的性能。M26講授6作業，自學194.5焊接氣孔與裂紋焊接氣孔的類型和形態特征，形成機理，影響因素，防止措施；熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、應力腐蝕裂紋的特征、產生機理和防止措施；裂紋綜合分析。M38講授8作業，自學204.6焊接材料焊接材料的分類，型號及成分設計或選用M42講授2自學215常見鋼鐵材料焊接本章重點難點：低合金鋼、奧氏體不銹鋼、“珠光體-奧氏體”異種鋼焊接HAZ存在的主要問題和對應焊接工藝措施。/////225.1焊接性及其試驗評定焊接性的概念；焊接性的評定及試驗方法。M52講授2自學235.2合金結構鋼的焊接合金結構鋼的分類和性能；強度用鋼的焊接；特殊性能用鋼的焊接。M48講授，討論8作業，自學245.3高合金鋼的焊接不銹鋼及耐熱鋼的分類和特性；奧氏體不銹鋼的焊接。M44講授，討論4作業，自學255.4異種鋼的焊接異種材料焊接的概念；“珠光體鋼-奧氏體不銹鋼”的焊接。M42講授，討論2作業，自學265.5焊接工藝制定壓力容器焊接工藝制定，工藝合理性分析討論。M3,M42討論2作業四、考核方式序號考核環節操作細節總評占比1平時作業1.每章布置作業，平均每章一次以上。2.成績采用百分制，根據作業完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對成型原理知識的掌握情況，學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有問答題。20%2大作業1.制定壓力容器焊接工藝。2.根據工藝合理性評分。3.考核學生運用所學知識進行工程實踐的能力，提交報告。10%3考勤隨機點名、刷卡點名等。5%4課堂表現檢查學生回答問題以及討論課參與情況。5%5期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對材料成型原理基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、選擇題、判斷題、簡答題和綜合題等。60%五、評分細則序號課程目標考核環節大致占比評分等級1M1平時作業40%A-按時提交作業，對鑄造、塑性成形和焊接冶金原理等知識點理解無誤,獨立完成、分析細致、深入。 B-按時提交作業，對上述知識點理解存在少量錯誤，獨立完成、分析較為細致、深入。 C-按時提交作業，對上述知識點理解存在一定量錯誤，獨立完成、回答問題簡單。 D-不按時提交作業，或對上述知識點理解存在大量錯誤，或抄襲。2M1期末考試60%見試卷評分標準。3M2平時作業40%A-按時提交作業，對影響鑄造、塑性成形和焊接成型質量的關鍵環節和參數等知識點理解無誤,獨立