《材料成型原理》教学大纲(上)-新2006

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1、《材料成形原理》（上）教学大纲总学时：56总学分：3.5一、课程的目的和任务《材料成型原理》是材料成形及控制专业主要的院定必修课之一。本课程的任务是对材料的凝固成形、焊接成形等近代材料成形技术中共同的物理现象、基本规律及各成形技术的基本原理、理论基础、分析问题的方法加以阐述，使学生对材料成形过程及原理有深入广泛的实质性理解，为后续的成形技术具体工艺方法、设备控制等课程的学习，为开发新材料及其成形技术、分析和解决成形过程中的质量缺陷问题奠定理论基础。二、本课程的基本要求1.了解液态金属和合金的结构、性质，掌握

2、液态金属与合金凝固结晶的基本规律及结晶过程中的伴随现象，了解冶金处理对凝固组织与材料性能的影响。2.掌握材料成形过程中的物理、化学冶金现象及内部规律。三、与其它课程的联系与分工本课程的理论基础是物理化学、冶金传输原理、金属学与热处理原理。本课程重点在于阐述成形技术的理论基础、基本原理、分析问题的方法，而不涉及具体成形工艺方法及参数。各种具体的成形工艺方法、原理过程及控制等将在后续专业课程中学习。四、课程内容与学时分配章次内容总学时数课堂讲授学时数实验时数绪论22一液态金属的结构和性质44二凝固温度场642三

3、金属凝固热力学与动力学44四单相及多相合金的结晶44五铸件宏观组织及其控制22六特殊条件下的凝固与成形44七液态金属与气相的相互作用44八液态金属与渣相的相互作用44九液态金属的净化与精炼44十焊接热影响区的组织与性能44十一凝固缺陷及控制14104五、本课程的性质及适应对象材料成形及控制工程专业必修课。教学大纲内容第一篇绪论绪论介绍本课程的目的和任务，材料成形内容及其在国民经济、国防、高技术领域的意义，各种材料成形技术原理（凝固、焊接及冶炼过程冶金、粉末冶金、塑性成形）的发展历史、现状与趋势。教学要求及重

4、点：使学生理解“材料成形”的重要性及《材料成型原理》课程所要掌握的主要内容，对本专业有整体的了解，激发学生的专业兴趣和学习热情。第一章液态金属的结构和性质以液态金属为例，概要介绍有关液体结构的知识，并注意体现近年来新的突破和成果。对液体的性质，主要讨论与液态成形相关的粘度和表面张力。§1-1引言§1-2液态金属的结构液体与固体、气体结构比较及衍射特征；液态金属结构的理论模型：无规密堆硬球模型、液态金属结构的晶体缺陷模型、液体结构及粒子间相互作用的理论描述；实际金属的液态结构；§1-3液态合金的性质液态合金的

5、粘度及其影响因素及其在材料成形中的意义；表面张力的实质及影响表面张力的因素及其在材料成形中的意义；§1-4液态金属的充型能力液态金属充型能力的基本概念、液态金属停止流动机理与充型能力；影响充型能力的因素第二章凝固温度场介绍液态金属凝固及焊接熔池凝固过程中的温度分布特点与近似计算方法。§2-1传热基本原理温度场与传热学的基本理论及基本方程；§2-2铸件凝固温度场的解析解法凝固温度场的求解方法；铸件凝固温度场的解析解法；铸件凝固时间计算；界面热阻与实际凝固温度场；铸件凝固温度场的获得及动态凝固曲线；铸件凝固方式

6、及其影响因素；§2-3熔焊过程温度场焊接温度场的特点；熔焊过程温度场的基本类型及影响温度场的因素；焊接工艺参数及焊件的热物理性能对焊接温度场的影响规律第三章金属凝固热力学与动力学本章主要讨论结晶过程的形核及晶体生长热力学与动力学§3-1凝固热力学阐明过冷度ΔT是影响相变驱动力的决定因素，ΔT越大，凝固相变驱动力ΔGV越大；K0的定义、物理意义及“偏析系数”∣1-K0∣；§3-2均质形核阐明均质形核的临界半径、形核功、形核率等概念，及其相关公式§3-3非均质形核阐明非均质形核形核功；非均质形核形核条件；分析并

7、阐明，通常情况下，接触角远小于180o，所以，非均质形核功ΔG远小于均质形核功ΔG，越小，ΔG小，夹杂界面的非均质形核能力越强，形核过冷度越小；§3-4晶体长大液-固界面自由能及界面结构类型、本质及其判据；晶体长大方式第一章单相及多相合金的结晶本章从凝固过程溶质再分配的规律谈起，着重讨论所涉及到的“成分过冷”条件及其对合金凝固组织的影响规律、单相固溶体合金及多相合金的凝固。并为后续章节的内容的讨论奠定基础。§4-1凝固过程中溶质再分配平衡凝固条件下的溶质再分配；固相无扩散而液相充分混合均匀的溶质再分配；固相

8、中无扩散而液相中只有扩散的溶质再分配；液相中部分混合（有对流作用）的溶质再分配；§4-2合金凝固界面前沿的成分过冷“成分过冷”条件和判据；“成分过冷”的过冷度及其特性因素；§4-3“成分过冷”对合金单相固溶体结晶形态的影响热过冷及其对纯金属液固界面形态的影响；“成分过冷”对合金固溶体晶体形貌的影响规律；分过冷作用下的胞状组织的形成及其形貌；较宽成分过冷作用下的枝晶生长；自由树枝晶的生长；枝晶间距§4-4共晶合金的