材料加工原理_徐洲_教学大纲

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1、教学大纲课程名称：材料加工原理/TheoriesofMeiterialsProcessing学时：108学分：6先修课程：髙等数学、物理化学、流体力学、理论力学、材料力学、材料科学基础等适用专业：材料科学与工程专业开课院系：材料科学与工程学院教材：徐洲、姚寿山：材料加工原理，科学出版社，2003年参考书：金属凝固原理、焊接原理、金属热处理原理、金属塑性加工原理、复合材料制备与工艺等一、课程的性质和任务《材料加工原理》是材料科学与工程专业的一门主干课，也是该专业的主要技术基础课。本课程以“加工原理”为主线，分为“材料液态成形原理”、“材

2、料固态成形原理”和“材料固态相变原理”三大基本组成部分，力图融合主要工程材料加工过程中共性的、基本的原理，并突出各类材料加工过程中的特性。通过授课、讨论、实验和课外实践等各个教学环节，运用现代教学手段和方法，使学生掌握各类材料在各种加工过程中的物理冶金、化学冶金和力学冶金以及各种组织转变、传热、传质现象等基本概念、基本原理和基本计算方法，并结合材料加工的各种综合实验，了解材料加工制备的基本过程，加深理论认识，掌握实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。为学习后续课程，从事工程技术工作和科学研究工作打下坚实的基础。二、本课程教学内容和基

3、本要求绪论2学时1.材料加工科学入门2.材料加工技术的发展3.本课程的任务和基本要求第一篇材料液态成形原理主要讲述材料在液态状态以及固化成形过程中的基本原理和特性。第一章普通合金材料的熔配原理12学时介绍典型普通合金材料（如铸铁、铸钢、铸铝、铸镁、铸铜等）的化学成分、相变过程、组织结构和力学性能。着重论述并举例说明普通合金材料的熔配方法、冶金原理及熔体保护措施。介绍液态金属的结构模型，着重论述凝聚态物质的体自由能理论、物理状态方程、表面与与界面性质、液态金属的粘性与流动理论、半固态金属的流变模型及建模方法。第二章金属的凝固原理12学时

4、介绍金属凝固的一般理论、凝固过程的散热特性、传热和传质的基本公式。着重论述形核的动力学条件、晶体长大方式、溶质再分配理论、成分过冷与界面特征、焊缝熔池的凝固特征、微重力下金属凝固传热与传质特点、快速凝固的传热特点及固溶体、亚稳相和非晶态金属的结构特征以及单向凝固工艺。介绍合金凝固的内应力、成分偏析、非金属夹杂物、气孔和缩松、热裂和冷裂、金属脆化等缺陷形成的机理以及预防措施。第三章复合材料的成形10学时介绍复合材料的定义和分类，复合材料的基体和增强相、复合材料的界面理论和设计原则，聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料的成形工艺、界面结构及其

5、实际应用。第二篇材料固态成形原理第四章固态成形的物理基础8学时介绍金属塑性成形（包括冷态塑性变形和热态塑性变形）的机理及其组织结构与性能的变化规律，粉末的模压成形和烧结成形。同时介绍髙分子材料的组成、分类、重要成形方法和成形理论基础。第五章固态塑性成形的力学基础10学时首先介绍固态材料塑性成形的应力概念、主应力与应力张量不变量、应力平衡方程式以及应变概念、应变增量和应变速率、位移几何方程、应变的连续方程与体积不变条件等等。然后介绍屈服准则与应力应变关系、应力状态对塑性变形的影响以及应力一应变曲线等等。第六章固态塑性理论的应用10学时介

6、绍固态材料塑性成形问题的提出和基本方程式的求解，着重介绍主应力法、滑移线场理论与汉盖应力方程、盖林格尔速度方程及速度图、基本能量方程式以及上、下限定理，并且详细介绍了上述理论在长矩形板和圆柱体的徹粗和拉拔、薄壁圆筒塑性变形、平面挤压等方面的应用。第七章特种固态成形8学时本章介绍特种固态成形，着重介绍超塑性成形的基本特点和种类、微细晶粒超塑性的力学特性、超塑性变形机理以及超塑性成形的应用。同时介绍粉末特种成形，包括粉末锻造和粉末轧制。第三篇材料固态相变原理第八章固态相变基础8学时介绍固态相变的主要分类和主要特点，固态相变的热力学和动力学

7、，包括固态相变热力学条件、固态相变的形核和晶体长大、固态相变的速率等等。本章还介绍了钢中过冷奥氏体的转变动力学、过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）和连续冷却转变动力学图（CCT图）的建立、特征、影响因素及其应用。第九章共析与逆共析型相变8学时从认识奥氏体开始，介绍奥氏体的结构、组织和性能，着重论述平衡组织加热时奥氏体形成的规律性，如奥氏体的形成机制、转变动力学、晶粒长大及其控制。然后论述钢中珠光体转变产物的组织形态特征、形成过程、转变速度、机械性能及其影响因素。第十章切变共格型相变学时本章首先介绍马氏体相变的基本知识，如相变主要特

8、征、晶体学模型、相变的热力学和动力学等等。因为马氏体转变是钢件热处理强韧化的主要手段，因此随后介绍钢及铁合金的马氏体相变，如钢中马氏体的晶体结构、组织形态、奥氏体的稳定化以及马氏体的机械性能等等。本章还介绍陶瓷中的马氏体