材料成型原理课程教学大纲讲课教案

材料成型原理

（Principle of Material Forming）

课程代码：（07310070）

学分：6

学时：90（其中：讲课学时80：实验学时：10）

先修课程：材料科学基础，金属热处理

适用专业与版本：材料成型及其控制工程，2012修订版教学计划

教材：《金属材料成型原理》、雷玉成主编、化学工业出版社、2010年8月第一版；《金属液态成型原理》，贾志宏主编，北京大学出版社，2011年9月，第1版开课学院：材料科学与工程学院

课程网站：（选填）

一、课程性质与教学目标

（一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献）

本课程是材料成型及其控制工程专业一门重要的专业基础课。主要任务是着重运用所学的基础理论及专业基础理论知识阐明金属液态成型、塑性成型、连接成型以及材料在成形过程中的化学冶金或缺陷产生等基本内在规律和物理本质，使学生掌握材料成型的主要分析方法和基本原理，理解材料成型过程中的组织演化及形态，揭示材料成型过程中影响产品(材质、零件)性能的因素及缺陷形成的机理，培养学生从本质上认识和分析材料成型过程中所出现的实际问题和解决途径并对材料成型过程中微观组织结构分

析及研究能力。

通过该课程的学习使学生掌握液态金属的性质、铸件及熔焊成型件形成中的基本凝固理论，凝固过程中铸件与铸型的热交换特点，深入理解铸件形成过程及金属结晶理论；掌握金属塑性力学的基本知识，理解金属塑性变形与流动的基本规律，了解塑性成形问题的基本解法，对变形过程能进行应力、应变分析及力能参数的计算，并能预测变形过程中金属流动趋势；掌握在熔化焊条件下化学冶金和物理冶金方面的规律，焊接过程中冶金缺陷分析，为制定焊接工艺、提高焊接质量提供理论依据。

通过本课程的学习，可以为学习材料成型工艺、材料成型装备及自动化、金属材料综合性实验、铸造/焊接/锻造专业方向选修课程等后续课程奠定坚实的基础。

（二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并写）

1．理解和掌握液态成型、塑性成型、熔焊成型三种成型的基本原理和内在规律，

能应用其基本原理和内在规律对金属材料在成型过程中的组织、性能进行分析，判断是否能获得所需的成型件。

2．理解与掌握液态金属凝固的基本规律，熟悉冶金处理方法对其产品性能的影响；理解与掌握金属在塑性成形过程中的应力与应变，金属流动的基本规律以及提高金属塑性成形能力的方法；理解与掌握材料焊接成型过程中化学冶金基本规律和缺陷形成机理、影响因素及防止措施。

3．能够根据成型基本原理对实验结果进行合理的分析和解释，验证理论的正确性。

（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支撑专业培养计划中毕业要求1-4、2-2和4-4：

1. 毕业要求1-4. 掌握铸造/焊接/锻压方向专业知识，并将其用于复杂工程问题的分析和求解。

2. 毕业要求2-2. 能运用材料成型及控制工程科学的基本原理，判断复杂工程问题解决方案的关键制约参数。

3. 毕业要求4-

4. 能对实验数据或结果进行正确的分析和解释，并通过信息综合归纳总结有效的结论。

注：课外学时按相关专业培养计划列入表格

三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，请将该项删除）

注：1.类型指验证性、综合性、设计性等。

2.要求指必做、选做。

实验1. 合金流动性的测定

实验目的：了解流动性测定的方法；掌握影响合金充型能力的因素。

实验仪器及材料：流动性测定装置、电阻炉、铝合金、测温装置。

实验安排：教师介绍实验方法、装置使用步骤及安全须知；学生以4人一组，完成合金的熔炼、造型、浇注、螺旋形试样测定、结果分析。

实验报告要求：简述实验方法及步骤；测试数据及误差分析；讨论及实验的体会与疑问。

实验2.凝固过程温度场的测定

实验目的：掌握热电偶的使用，温度场测量方法及凝固特性分析方法。

实验仪器及材料：模具、电阻炉、铝合金、测温装置及记录仪。

实验安排：教师介绍实验方法、实验设备使用步骤及安全须知；学生以4人一组，完成热电偶的设计及安装、合金的熔炼、浇注、数据结果分析。

实验报告要求：简述实验方法及步骤；测试数据及误差分析；凝固特性的判定及讨论。

实验3.合金线收缩性能的测定

实验目的：掌握线收缩测定方法，熟悉铝合金线收缩规律。

实验仪器及材料：合金线收缩测定仪、电阻炉、铝合金、测温装置及记录仪。

实验安排：教师介绍实验方法、实验设备使用步骤及安全须知；学生以4人一组，

完成试样的造型及安装、合金的熔炼、浇注、数据结果分析。

实验报告要求：简述实验方法及步骤；测试数据及误差分析；线收缩规律的讨论。

实验4．焊条工艺性能试验，焊接气孔性能实验

实验目的：焊缝中的气孔是焊接接头中经常出现的一种缺陷，使有效的工作断面减小，易造成应力集中，显著降低焊缝金属的强度和塑性，是影响焊接质量的重要因素之一。（1）从焊接化学冶金过程，研究产生气孔的原因；（2）掌握焊条的氧化性和还原性对气孔生成的规律（随氧化性的增强，出现CO气孔；随还原性的增强，出现氢气孔）；

实验仪器及材料：（1）试板150×100（50）×10（㎜）若干；（2）FeS（硫化铁）、J422、J507、自制焊条若干；（3）硅整流焊机、榔头、铁钳、钢丝刷、钢皮尺等。

实验安排：（1）把试板装配点焊成T字接头，如图所示；（2）试板角接处要求除锈相同；（3）用成品焊条J422在钢板上试焊，电流以150A～160A为宜；（4）分别取J422、J507及自制焊条各一根，在角接处焊实验焊缝，要单面焊，焊速均匀连续，避免夹渣、焊偏影响实验结果；（5）稍待冷却，敲去熔渣，先仔细观察表面气孔情况，再用榔头打开焊缝，观察内部气孔情况。注意观察气孔的形状特征、大小、数量及分布情况，并作好记录。

实验报告要求：（1）简述实验过程；（2）简述气孔（CO、氢和氮气孔）产生的原因；（3）对实验结果进行分析。

实验5．焊缝组织与裂纹分析

实验目的：焊缝中的裂纹是焊接接头中经常出现的一种缺陷，是影响焊接质量的重要因素之一。（1）了解什么是裂纹，裂纹的特征和产生裂纹的机理，（2）探讨冶金因素和力的因素对产生结晶裂纹的影响。

实验仪器及材料：（1）试板150×100（50）×10（㎜）若干；（2）FeS（硫化铁）、J422、J507、自制焊条若干；（3）硅整流焊机、榔头、铁钳、钢丝刷、钢皮尺等。

实验安排：（1）把试板装配点焊成T字接头；（2）在一只T字接头上沾上薄薄一层水玻璃，而后均匀撒上0.05-0.1gFeS（硫化铁）用电吹风吹干待用，另一只T字接头原状，要求除锈程度相同；（3）采用J422焊条分别在T字接头上焊固定焊缝，要求焊速均匀连续，避免夹渣、焊偏影响实验结果；（4）稍待冷却，敲去熔渣，用钢丝刷清理干净，仔细观察试验焊缝上有无裂纹出现，观察裂纹长度，宽度。然后用榔头敲开角焊缝仔细观察裂纹断面特征，均要作好记录。

实验报告要求：（1）简述实验过程；（2）简述裂纹的特征及冶金因素对产生裂纹的