材料成型原理。
shaping theory of metal
课程编号：07310070
学分： 6
学时： 90 （其中：讲课学时：78 实验学时：12 上机学时：）
先修课程：《金属学及热处理》、《传输原理》等；
适用专业： 材料成型与控制工程。
教材：《金属液态成型原理》 贾志宏编著北京大学出版社 2023年9月第1版。
金属材料成型原理》 雷玉成等主编化工出版社 2023年第一版。
开课学院：材料科学与工程学院。
一、课程的性质与任务。
本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。本课程的任务是掌握金属液态成型、塑性成形和焊接成形过程的基本原理，为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。
二、课程的基本内容及要求。
第一篇液态成型原理。
绪论。1）基本内容。
金属液态成型发展历史，液态成型理论体系；
2）教学要求。
了解金属凝固学的研究对象；液态金属凝固学的发展；凝固学与材料成型技术的关系。
第一章液态金属的结构和性质。
1）基本内容。
液态金属的结构；
液态金属的性质。
液态金属的遗传性；
半固态金属的流变性；
2）教学要求。
理解金属的液态结构、基本物理性质（液态金属的粘滞性；液态金属的表面现象）；
了解液态金属遗传性的概念、影响因素及作用；
了解金属的流变特性及其在半固态成型中的应用。
第二章液态金属的流动和传热。
1）基本内容。
液态成型过程的传热；
金属的宏观凝固特性；
液态金属的充型能力；
液态成型中金属的流动；
2）教学要求。
掌握导热基本方程；了解温度场的数值计算；熟悉动态凝固曲线；
掌握金属的凝固特性；熟悉凝固时间的计算；
理解充型能力的基本概念及测试方法；了解充型能力的理论计算；
熟悉影响充型能力的因素。
第三章液态金属的结晶。
1）基本内容。
液态金属结晶的热力学条件和结晶过程；
液态金属的形核；
晶体的生长；
2）教学要求。
了解液态金属结晶的热力学条件和结晶过程特点；
掌握液态金属形核的方式（均质形核、异质形核、动力生核）；
熟悉固液界面微观结构模型；掌握金属结晶生长的特点。
第四章单相合金的结晶。
1）基本内容。
凝固过程中的溶质再分配理论；
成分过冷理论；
其他界面稳定性理论；
2）教学要求。
掌握非平衡条件下，溶质再分配的特点及其定量计算；
掌握成分过冷的概念；熟悉成分过冷的判据；
理解成分过冷对单相合金结晶的影响；
了解m-s理论。
第五章多相合金的结晶。
1）基本内容。
共晶合金的结晶；
偏晶与包晶合金的结晶；
金属基复合材料的凝固；
2）教学要求。
了解共晶合金的特点及分类；理解共晶合金的结晶方式；
掌握规则共晶合金的结晶特点；了解非规则共晶合金的结晶；
熟悉偏晶、包晶合金的结晶特点；
了解金属基复合材料的凝固特性。
第六章宏观凝固组织的形成和控制。
1）基本内容。
铸件宏观结晶组织的形成理论；
等轴晶组织的细化；
凝固缺陷的形成机理及控制；
2）教学要求。
熟悉宏观凝固组织特点；掌握晶粒游离理论；
熟悉等轴晶组织的获得及细化的原理及方法；
掌握气孔、偏析、夹杂、缩松、应力等凝固缺陷的形成机理和控制方法。
第二篇焊接成形原理。
第七章焊接化学冶金。
1）基本内容。
焊接热源特点及种类。
焊接化学冶金特点。
气相对金属的作用。
熔渣及其对金属的作用。
合金过渡。2）教学要求。
了解焊接热源种类及特点。
掌握焊接化学冶金特点及其对焊接质量的影响。
掌握焊接区内的气体对金属的作用原理。
掌握熔渣特点及其作用。
熟悉合金过渡的影响因素，掌握合金过渡的方式、手段和目的。
第八章焊接材料。
1）基本内容。
焊条分类、型号、冶金性能等。
焊剂分类、型号、性能及用途。
焊丝种类及各自型号和特点。
2）教学要求。
了解焊条的种类，熟悉焊条的型号和牌号，掌握典型焊条的冶金性能。
了解焊剂的种类，熟悉焊剂的型号和牌号，掌握典型焊剂的冶金性能。
了解焊丝的种类，熟悉焊丝的型号和牌号，掌握典型焊丝的金属过渡功能。
第九章焊接接头固态相变。
1）基本内容。
焊缝固态相变。
焊缝性能的控制。
焊接热影响区金属组织转变特点。
焊接热影响区组织和性能。
2）教学要求。
了解焊接热循环的特点及其对焊接组织的影响。
掌握焊缝固态相变特点，熟悉焊缝性能控制方法。
掌握焊接热影响区金属组织转变特点及其性能。
第十章焊接缺陷。
1）基本内容。
焊接缺陷概述。
焊接热裂纹。
焊接冷裂纹。
其他缺陷。焊接缺陷综合分析。
2）教学要求。
了解缺陷的概念，熟悉焊接缺陷的种类和特点。
熟悉热裂纹的种类，掌握结晶裂纹的形成机理及防治措施。
了解冷裂纹的危害，熟悉冷裂纹产生的原因，掌握冷裂纹的防治措施。
了解其他缺陷种类和特点，熟悉应力腐蚀、层状撕裂和再热裂纹等典型缺陷形成机理。
熟悉焊接缺陷的判断依据和流程，掌握其综合分析方法。
第三篇塑性成形原理
第十一章金属的塑性和塑性变形。
1）基本内容。
金属变形的实质及变形的表示方法；
金属塑性的基本概念及测定方法；
影响金属塑性和变形抗力的因素以及提高塑性的主要途径；
金属的超塑性。
2）教学要求。
理解金属变形的实质和表示方法；
理解金属塑性的基本概念，掌握金属塑性的测试方法；
理解影响金属塑性和变形抗力的因素，掌握提高金属塑性的主要途径；
了解金属超塑性的基本概念，了解金属如何才能获得超塑性的途径。
第十二章金属塑性成形过程中的流动规律及变形特点。
1）基本内容。
金属塑性变形时的摩擦及摩擦定律；
金属塑性变形过程中的基本规律；
金属塑性变形的分类；
金属塑性变形对组织和性能的影响。
2）教学要求。
理解塑性变形过程中摩擦机理以及摩擦力大小及分布；
理解塑性变形过程中各质点的流动基本规律以及变形不均匀所带来的缺陷；
理解热加工、冷加工的基本概念和变形后所获得的组织，了解流动应力与应变关系曲线的简化模型。
第十三章金属塑性变形的力学基础。
1）基本内容。
应力分析及点的应力表示方法；
应变分析及单元体的应变表示方法；
屈服准则；塑性变形时应力与应变的关系。
2）教学要求。
理解点的应力表示方法，能应用应力特征方程求解出主应力、主切应力以及八面体应力；
了解应力偏张量和应力球张量的物理意义，理解等效应力的基本概念；
理解单元体应变的表示方法，能应用应变特征方程求解出主应变；
了解应变偏张量和应变球张量的物理意义，理解等效应变的基本概念；
理解两个屈服准则的基本概念以及异同点，了解两个屈服准则的屈服轨迹；
理解塑性变形时应力与应变之间的关系。
第十四章金属塑性变形过程的力学分析方法。
1）基本内容。
主应力法及其应用；
滑移线法及其应用；
上限法及其应用；
2）教学要求。
理解主应力的基本原理和概念，对简单形状的变形体能计算出单位变形力；
理解滑移线的基本概念及应用场合，能对简单的平面问题画出滑移线场，理解速度间断概念；
了解上限法的基本概念和求解过程，正确理解动可容应变速度场的基本概念。
三、课程学时分配：
四、实验内容和基本要求。
一） 合金铸造性能的测定。
铸造性能的测定包括：铸造合金流动性的测定；铸造合金自由线收缩的测定；铸造合金缩孔率的测定；铸造合金的热裂倾向；铸造条件（旋转磁场、冷却速度、振动和浇注温度等）对合金宏观组织的影响；铸造合金凝固动态曲线的测定。
通过实验了解铸造合金铸造性能的测定方法；巩固理解合金流动性的概念。
二）铸件温度场的测定。
通过实验了解温度场的测定方法；了解影响铸件温度场的因素。
三）合金的定向凝固。
通过实验了解定向凝固的设备、工艺；加深对定向凝固的原理的理解。
四）气孔与裂纹实验。
通过实验里了解引起裂纹和气孔等缺欠的原因，加深对气孔与裂纹产生原理的理解。
五）焊接材料性能实验。
通过实验了解焊接材料不同部位对焊接冶金性能和成形性能的影响，加深对焊接材料制备过程和使用的理解。
六）焊接热影响区组织转变及性能实验。
通过实验了解焊接接头热影响区的组织、晶粒大小、硬度等性能的变化，加深对焊接接头组织及性能不均匀性的认识和理解。
教材可根据实际情况选择优秀教材。
五、教材及主要参考书：
金属塑性成形原理》，俞汉清，陈金德主编著，机械工业出版社，2023年第1版。
金属液态成型原理》 贾志宏编著北京大学出版社 2023年。
金属材料成型原理》 雷玉成等主编化工出版社 2023年第一版。
制定人：贾志宏 、陈希章、汪建敏审定人： 批准人：
2013 年 4 月 15日。
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