《材料成型原理1》课程教学大纲
课程代码：050131007
课程英文名称：Principle of Material Processing 1
课程总学时：40 讲课：34 实验：6 上机：0
适用专业：材料成型及控制工程专业
大纲编写（修订）时间：2017年7月
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
《材料成型原理1》是材料成型与控制工程专业开设的一门培养学生掌握专业基础理论和工程设计能力的主干专业基础课，主要讲授材料成型及控制工程的基本理论，包括塑性变形应力与应变分析、塑性变形屈服准则与增量理论、塑性变形力能参数计算方法等材料成形力学方面知识。在专业培养计划中，它起到由基础理论课向专业方向课过渡的承上启下的作用。本课程在教学内容方面除了基础理论和基本方法以外，通过实例分析，着重培养学生分析和解决材料成型及控制工程专业工艺实际问题的能力。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1．掌握材料成型及控制工程专业的基础理论及分析方法，初步具备分析和解决材料成型及控制工程专业工程实际问题的能力；
2．树立正确的学习态度和设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；
3．了解本课程在材料成型及控制工程专业领域的地位和作用；
4．了解材料成型及控制工程基础理论的发展现状以及发展方向；
（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：掌握材料成型及控制工程专业的基础理论知识，包括材料基本成形方法、以及应用等知识。
2.基本理论和方法：掌握材料变形过程的金属流动规律、应力状态和应变状态，掌握屈服准则、增量理论及其应用，了解屈服准则的简化形式。掌握塑性变形力能参数的计算方法，包括主应力法、滑移线法、上限法原理及应用。了解计算单位流动压力的其它方法等知识。
3.基本技能:掌握材料成形应力与应变分析方法、材料力能参数计算方法、材料成形性能参数测试方法、技术文件编制及规范等技能。具备利用本课程基本理论知识进行科学研究和工程设计的初步能力。
（三）实施说明
1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用基础理论解决工程实际问题的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。
2．教学手段：本课程属于专业技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
（四）对先修课的要求
本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有高等数学、理论力学、材料力学、机械设计、金属学与热处理、材料力学性能等。本课程将为材料成型及控制工程专业的专业课、课程设计以及毕业设计的学习打下坚实基础。
（五）对习题课、实践环节的要求
1．对重点、难点章节（如：塑性成形应力应变分析方法、塑性成形条件、塑性变形力能参
数的计算方法等）应适当安排习题课，在具体安排上，也可以把习题分析穿插具体内容的讲解工程中，以培养学生消化和巩固所学理论知识，用以解决实际问题为目的。
2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，根据需要适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生应掌握材料成形性能的测试方法，获得实验操作的基本训练。实验成绩作为评定课程成绩的一部分。
（六）课程考核方式
1．考核方式：考试
2．考核目标：在考核学生材料成型的基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的基本概念、分析方法、计算方法等能力。
3．成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占10%，实验成绩占10%，期末考试成绩占80%。
平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。
（七）参考书目
《材料成形原理》，吴树森编，机械工业出版社，2008
《材料成形基本原理》，刘全坤主编，机械工业出版社，2012
《金属材料成型原理》，雷玉成、汪建敏、贾志宏编，化学工业出版社，2010
《材料成形原理》，闫洪、周天瑞编，清华大学出版社，2009
《材料成形原理》，陈平昌编，机械工业出版社，2003
《塑性加工力学》，王仲仁编，机械工业出版社，2001
二、中文摘要
本课程是材料成型与控制工程专业学生必修的专业技术基础课程。课程内容包括材料塑性变形应力与应变分析、塑性变形屈服准则与增量理论、塑性变形力能参数计算方法等，通过学习使学生掌握材料成型力学基本知识、基本原理、基本方法及应用。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要基础。
三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分塑性变形应力与应变分析
总学时(单位：学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0
第1.1部分塑性变形金属学（讲课2学时）
具体内容:
掌握塑性变形基本概念、变形分类，金属朔性成形方法。第1.2部分应力状态及主应力（讲课2学时）
具体内容:
（1）掌握应力分量概念及应力状态；
（2）掌握平面应力和轴对称应力状态；
（3）了解金属塑性加工金属学基础。
第1.3部分等效应力及应力摩尔圆（讲课2学时）
具体内容:
（1）掌握等效应力、力平衡微分方程、主剪应力的概念；
（2）掌握应力摩尔圆概念；
（3）了解圆柱坐标系、球坐标系应力状态。
第1.4部分应变状态及主应变（讲课2学时）
具体内容:
（1）掌握应变的基本概念；
（2）小变形几何方程；
（3）应变张量和等效应变；
（4）了解主应变求解方法。
第1.5部分位移场（讲课2学时）
具体内容:
掌握平面挤压变形以及镦粗变形工艺位移场确定方法。
重点:
(1)等效应力,力平衡微分方程；
(2)平面应力和轴对称应力状态；
(3)应变张量和等效应变；
(4)位移场确定。
难点:
主剪应力概念及求解方法。
习题:
主应力及方向求解。
第2部分塑性变形屈服准则与增量理论
总学时(单位：学时):6 讲课:4 实验:2 上机:0
第2.1部分屈服准则（讲课2学时）
具体内容:
(1)掌握材料变形模型的分类；
(2)屈服准则及其形式；
(3)了解屈服轨迹和屈服表面。
第2.2部分增量理论（讲课2学时）
具体内容:
(1)掌握塑性变形的增量理论（流动理论）概念及方程；
(2)了解塑性变形与弹性变形的特点。
重点:
塑性变形的增量理论（流动理论）。
难点:
塑性变形的增量理论方程应用。
习题:
屈服准则的应用
实验: 实验1，LY12材料塑性图绘制（2学时）
第3部分塑性变形主应力法原理及应用
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第3.1部分主应力法原理（讲课2学时）
具体内容:
(1)掌握塑性变形主应力法原理；
(2)掌握平衡微分方程和塑性条件联立求解。
第3.2部分主应力法应用（讲课4学时）
具体内容:
(1)掌握主应力法的应用，如平面镦粗、轴对称镦粗、镦粗的变形特点和力能计算；
(2)了解受内压厚壁筒进入塑性状态时的极限应力以及拉延力能参数的计算。
重点:
主应力法原理及应用。
难点:
平衡微分方程和塑性条件联立求解。
第4部分塑性变形滑移线法原理及应用
总学时(单位：学时):8 讲课:6 实验:2 上机:0
第4.1部分滑移线概念及性质（讲课2学时）
具体内容:
(1)掌握滑移线的基本概念、滑移线的几何性质；
(2)了解滑移线场类型及确定方法。
第4.2部分汉基应力方程及应用（讲课4学时）
具体内容:
(1)掌握塑性区的应力边界、汉基应力方程的形式；
(2)了解汉基应力方程的推广形式。
第4.3部分滑移线法应用（讲课4学时）
具体内容:
(1)了解格林盖尔速度方程及应用；
(2)掌握滑移线法应用，如平面镦粗、板料拉延、正挤压、反挤压等变形工艺。重点:
汉基应力方程、滑移线法应用。
难点:
滑移线的基本概念、塑性区的应力边界。
习题:
滑移线法应用。
第5部分上限法原理及应用
总学时(单位：学时):8 讲课:4 实验:4 上机:0
第5.1部分上限法原理（讲课2学时）
具体内容:
(1)掌握上限法原理；
(2)掌握上限法的应用及举例；
(3)了解其它计算方法。
第5.2部分上限法应用（讲课2学时）
具体内容:
掌握上限法的应用举例。
重点:
上限法原理及应用举例。
难点:
速端图绘制。
习题:
上限法求解实际问题。
实验:
实验2，镦粗时接触应力及摩擦系数测定（综合性实验）（4学时）
陶瓷大学材料成型原理题库 热传导：在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动来传递热量。 热对流：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 热辐射：是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后,又重新全部或部分地转变为热能的过程。 均质形核：晶核在一个体系内均匀地分布 凝固：物质由液相转变为固相的过程 过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 成分过冷：这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷 偏析：合金在凝固过程中发生化学成分不均匀现象 残余应力：是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力 定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 屈服准则：是塑性力学基本方程之一，是判断材料从弹性进入塑性状态的判据 简单加载;在加载过程中各个应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变 滑移线：塑性变形金属表面所呈现的由滑移所形成的条纹 本构关系;应力与应变之间的关系 弥散强化：指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段 最小阻力定律：塑性变形体内有可能沿不同方向流动的质点只选择阻力最小方向流动的规律 边界摩擦：单分子膜润滑状态下的摩擦 变质处理：在液态金属中添加少量的物质，以改善晶粒形核绿的工艺 孕育处理;抑制柱状晶生长，达到细化晶粒，改善宏观组织的工艺 真实应力：单向拉伸或压缩时作用在试样瞬时横截面上是实际应力 热塑性变形:金属再结晶温度以上的变形 塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力 塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并获得所需形状的一种加工工艺 相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来的0应力 变形抗力：反应材料抵抗变形的能力 超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变应力，异常高的流变性能的现象
材料成型工艺 （Material Molding Process） 课程代码：（07310060） 学分：6 学时：90（其中：讲课学时78：实验学时：12） 先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业与培养计划：材料成型及控制工程专业2012年修订版培养计划 教材：《金属材料液态成型工艺》、贾志宏主编、化学工业出版社、第一版； 《金属材料焊接工艺》、雷玉成主编、化学工业出版社、第一版； 《冲压工艺与模具设计》、姜奎华主编、机械工业出版社、第一版开课学院：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） 《材料成型工艺》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一。该课程主要任务是学习液态成型、塑性成型及焊接成型的工艺原理、方法、特点、质量影响因素及其规律、质量控制、适用范围等。学习过程中侧重于实际经验、工程技术及其理论知识的综合应用。通过系统学习，在掌握成型工艺过程基本规律及其物理本质的基础上，学生能够根据不同的零件需求，灵活选择和全面分析成型工艺、完成合理的工艺设计；同时，针对成型过程中出现的质量问题进行科学分析，找到解决措施，消除和减少工件质量缺陷； 本课程以数学、物理、化学、物理化学、力学、金属学与热处理、材料成型原理等作为理论基础，主要应用物理冶金、化学冶金、成形力学理论，系统阐述金属材料成型工艺过程的相关现象及其影响因素、规律、形成机制；同时，还汇总了大量的工程技术经验和实用技术。 通过本课程的学习，可以为材料成型工艺课程设计、金属综合性实验、毕业设计等后续课程学习奠定必要的基础知识。 （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. 掌握铸造成型、冲压成型和焊接成型工艺过程所涉及的主要物理原理； 2. 掌握各种成型方法的工艺特点及应用范围，能够根据实际产品需要选择高效、优质低成本的成型工艺方法；
材料成型工艺 Material Forming Technology 课程编号：07310060 学分： 6 学时：90 （其中：讲课学时：78 实验学时：12 上机学时：0）先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业：材料成型及控制工程 教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社 2008年2月第1版 《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版 《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社 2010年3月第2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工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。 通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。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 第一篇液态成型工艺 绪论 1 基本内容 金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。 2 教学要求 了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。 3 重难点 液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。 第一章零件结构的铸造工艺性分析 1 基本内容 (1) 常用铸造方法的选择； (2) 砂型铸造零件结构的工艺性分析； (3) 特种铸造零件结构的工艺性分析。
2 教学要求 （1）了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据； （2）掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法； （3）熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。 3 重难点 铸造工艺性分析的方法和思路。 第二章砂型铸造工艺方案的确定 1 基本内容 （1）工艺设计内容及流程； （2）砂型铸造工艺方案确定的基本原理； 2 教学要求 （1）熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程； （2）掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。 3 重难点 （1）生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响； （2）分型面及浇注位置的确定。 第三章浇注系统设计 1 基本内容 (1) 浇注系统概述； (2) 液态金属在浇注系统各组元内的流动规律； (3) 浇注系统设计原理及设计方法； 2 教学要求 (1) 了解浇注系统对液态成型过程的影响； (2) 熟悉浇注系统的分类及特点； (3) 掌握液态金属在浇注系统各组元内的流动规律； (3) 理解浇注位置选择的原则； (4) 理解浇注系统设计的原理，掌握浇注系统设计方法； (5) 理解铸铁、铸钢、非铁合金浇注系统的特点； 3 重难点 阻流截面的计算原理及公式。 第四章冒口及其设计
材料成型原理 第一章（第二章的内容） 第一部分：液态金属凝固学 1.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或 裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部 存在着能量起伏。 （2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡 组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外， 还存在结构起伏。 1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液－气的交界面，而 界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。 表面张力?和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2?/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝?（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。 附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。 1.3答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确 定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂 质含量决定，与外界因素无关。而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、 浇注条件及铸型等条件有关。 提高液态金属的冲型能力的措施： （1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度、导热系大; ④粘度、表面张力大。 （2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。 （3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。 （4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度； ②降低结构复杂程度。 1.4 解：浇注模型如下：
硕士研究生入学考试《材料成形原理》命题大纲 第一部分考试说明 一、考试性质 《材料成形原理》考试科目是我校为招收材料成形及控制工程、材料加工工程专业硕士研究生而设置的,由我校材料科学与工程学院命题。考试的评价标准是普通高等学校材料成形及控制工程和相近专业优秀本科毕业生能达到的及格或及格以上水平。 二、考试的学科范围 应考范围包括:焊接热源及热过程,熔池凝固及焊缝固态相变,焊接化学冶金,焊接热影响区的组织与性能,焊接缺陷与控制;金属塑性成形的物理基础,应力分析,应变分析,屈服准则,应力应变关系,变形与流动问题,塑性成形力学的工程应用。 三、评价目标 《材料成形原理》是材料成形及控制工程和相关专业重要的专业基础课。本课程考试旨在考查考生是否了解材料成形的基本过程、基本特点、基本概念和基本理论,是否掌握了材料成形的基本原理、基本规律及应用。 四、考试形式与试卷结构 (一) 答卷方式:闭卷,笔试; (二) 答题时间:180分钟; 第二部分考查要点 一、焊接热源及热过程 1、与焊接热过程相关的基本概念 2、熔焊过程温度场 3、焊接热循环 二、熔池凝固及焊缝固态相变 1、焊接熔池凝固特点 2、焊接熔池结晶形态 3、结晶组织的细化 4、焊缝金属的化学成分不均匀性 5、焊缝固态相变 6、焊缝性能的控制 三、焊接化学冶金 1、焊接化学冶金过程的特点 2、焊缝金属与气相的相互作用 3、焊缝金属与熔渣的相互作用 4、焊缝金属的脱氧与脱硫 5、合金过渡 四、焊接热影响区的组织与性能 1、焊接热循环条件下的金属组织转变特点 2、焊接热影响区的组织与性能
五、焊接缺陷与控制 1、焊缝中的夹杂与气孔 2、焊接裂纹 六、金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性变形与热塑性变形 2、影响塑性与变形抗力的因素 七、应力分析 1、应力张量的性质 2、点的应力状态与任意斜面上的应力 3、主应力,主切应力,等效应力 4、应力球张量与偏张量 八、应变分析 1、应变张量的性质 2、工程应变、对数应变、真实应变 九、屈服准则 1、Tresca屈服准则与Mises屈服准则 2、屈服轨迹与屈服表面 十、应力应变关系 1、塑性应力应变关系 2、增量理论与全量理论 十一、变形与流动问题 1、影响变形与流动的因素 2、摩擦及其影响 十二、塑性成形力学的工程应用。 1、主应力法的应用 2、滑移线法的应用 2014试题范围：今年的真题跟去年论坛里回忆的真题考的内容有80%都不一样。还是分为必做题和选做题，必做题100分，选做题50分。必做题包括塑性和焊接，选做题塑性焊接二选一。必做题前四题是塑性，后五题为焊接。选做题中：塑性部分是三题计算题，焊接部分有五题，第一题是计算题，后四题为分析简答题。 必做题：塑性考了 1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响。2.什么是应力偏张量，应力球张量以及它们的物理意义。 3.考了对数应变和相对应变。4.还考了塑性成形过程中的力学方程。焊接考了 1.结晶裂纹的影响因素，防治措施 2.还考了熔渣的脱氧 3.熔渣的碱度对金属氧化，脱氧等等的影响。其他的忘了，跟去年考的很不一样，好多不会。 选作题；塑性是考了三个计算题，我没注意看，反正考了利用屈服准则来计算，还考了正应力，切应力，主应力的计算。最后一题利用主应力法来计算什么，我选做题选的是焊接，
华中科技大学博士研究生入学考试 《先进材料成形技术与理论》考试大纲 一、《先进材料成形技术及理论》课程概述 编号：MB11001 学时数：40 学分：2.5 教学方式：讲课30、研讨6、实验参观4 二、教学目的与要求： 材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。 三、课程内容： 第一章材料的分类及其加工方法概述 1.1材料的分类及加工方法概述 1.2材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料） 1.3材料加工中的共性（与一体化）技术 1.4材料加工技术的发展趋势 第二章液态金属精密成形理论及应用 2.1 材料液态成形的范畴及概述 2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治) 2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生) 2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形） 2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等） 2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固） 2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及 其设计） 2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型） 第三章金属材料塑性精密成形工艺及理论 3.1 金属塑性成形种类与概述 3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺） 3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形） 3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型） 3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）
卓越工程师培养模式下基于CDIO理念的“材料成型原理”课程的教 学改革 “材料成型原理”是材料成型及控制专业的实践性很强的专业基础课。文章认为教学改革应从“卓越工程师教育培养计划”对现代工程教育的要求出发，基于CDIO理念进行课程教学实践改革，在理论教育的基础上加入合理的工程实践内容，与行业的产品发展结合，更好地培养学生的综合素质，适应企业和社会的要求，从而实现培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才培养目标。 标签：CDIO;教学改革;卓越工程师培养 “卓越工程师教育培养计划”是教育部提出的培养工程实践人才的重大改革计划，目的在于培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。 CDIO在中国的实施不仅有助于进一步加强中国高等教育课程的设置及教育方法、手段的研究，而且可以推动考核标准的制订、学生能力评估，对中国高等工程教育的改革与探索具有极其重要的作用。 本教学改革以材料成型及控制工程专业的专业基础课“材料成型原理”为代表，开展卓越工程师培养模式下基于CDIO理念的教学改革和探索，从而有效保障学生毕业能力的达成，突显本专业应用型人才的培养特色。 二、改革措施及亮点 （1）配以英文教材，教育国际化：通过配以焊接冶金专业的英文教材（Welding Metallurgy，Sindo Kou）以适应国际化，学习的过程不完全按照教材全盘讲解，更多地将教材作为参考工具，通过引导学生设计实施试验，提高学生获取知识的主动性以及倾向性，将先“知”而后“行”改为“做中学”，让学生先确立任务目标，理论教学囊括了完成任务、达到目标必须掌握的基本原理、技能和方法，这样学生就会产生尽快学好理论、掌握完成任务的基本技能和方法的欲望，从而激发学习兴趣。另外，随着深层次的学习，英文阅读和表达能力成为制约学生发展的一个重要障碍，通过使用英文教材，可以逐步提高学生英文文献阅读能力以及表达能力，更好地与国际化教育接轨，也更利于学生日后的发展。 （2）借鉴OBE理念，以评促建：借鉴OBE理念，在课程结束后利用“问卷星”平台，通过匿名问卷调查的方式评价学生学到了哪些知识，而非教师教了哪些知识，重视“学习产出”。关于学生自身的学习情况，由学生自己给出评价，通过自省的方式，让学生对自己所学知识的掌握程度有一个清楚的认知。另外，通过学生反馈了解学生对课程的知识体系的掌握情况，同时总结当前教学过程中存在的弊端，调整当前教学过程存在的不足以更好地促进教学改革。教学改革不应是一蹴而就的，更应该是一个螺旋迭代的过程。
综合测试题一 模具寿命与材料成形加工及材料学 一、填空题（每小题2分，共20分） 1. 目前铸造成形技术的方法种类繁多按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。 2. 在铸造生产中，细化铸件晶粒可采用的途径有增加过冷度、采用孕育处理和附加振动。 3. 铸铁按碳存在形式分灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。 4. 合金在铸造时的难易程度的衡量指标合金的流动性和收缩。 5. 合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 6. 压力加工的加工方法主要有：冲压、锻造、轧制、拉拔和 挤压等。 7. 合金的流动性常采用浇注螺旋型标准试样的方法来衡量， 8. 流动性不好的合金容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。 9. 液态金属的充型能力主要取决于金属的流动性，还受外部条件如浇注温度、充型压力、铸型结构和铸型材料等因素的影响,是各种因素的综合反映。 10.金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个相互关联的收缩阶段。 11.液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是内应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 12.铸造中常产生的铸造缺陷有缩孔、缩松、浇不足、裂纹、内应力、夹渣和夹砂等
13. 特种铸造相对于砂型铸造的两类特点：型模的革新和充型方式的变更。 14.常用特种铸造方法金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造和熔模铸造、壳型铸造等。 15.衡量金属锻造性能的两个指标塑性和变形抗力。 16.自由锻造常用设备空气锤和水压机。 17.自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错移等。 18.镦粗的变形特点横截面积变大，长度变短普通拔长的变形特点横截面积变小，长度变长芯轴拔长的变形特点内孔直径不变，长度变长，壁厚变薄。 19.锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之差。后者过低易产生加工硬化现象。 20. 锤上模锻的实质金属在模膛内成形和变形阻力大，变形不均匀。 21. 模膛的分类制坯模膛和模锻模膛。 22. 板料冲压中分离工序有冲孔、落料、剪切和修整等。变形工序有拉深、弯曲、翻边和成形等。 23. 电弧燃烧实质是指电弧的产生、运动和消失的动态平衡。 24. 电弧分为阴极区、阳极区和弧柱区三个区。 25. 直流电焊机正接极是指焊件接正极，焊条接负极。 26. 焊接冶金过程的特点反应温度高、接触面积大、冷却速度快。 27. 焊接接头是指焊缝和热影响区。焊接热影响区包括熔合区、过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。 28. 焊接应力和变形产生的原因对焊缝区不均匀的加热和冷却。
液态金属成型原理
0、概论 1、液态金属的结构和性质 2、凝固的热力学基础 3、界面 4、凝固的结晶学基础 5、凝固的传热基础 6、凝固过程的流体流动 7、凝固金属的组织结构 8、凝固过程的缺陷和对策
第七章 凝固金属的组织结构
第七章 凝固金属的组织结构
? 第一节 凝固金属的组织结构 第二节 偏析（Segregation） 第三节 金属凝固组织形态控制
第七章 凝固金属的组织结构
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一、凝固铸态组织的含义
z 铸态组织，即铸件的晶粒组 织，包括晶粒的形状、尺寸 和取向。广义讲，还包括合 金元素的分布（偏析）和凝 固过程形成的缺陷。
第七章 凝固金属的组织结构
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二、晶粒组织（Grain Structure）
? 典型铸态组织：表面细晶粒、柱状晶粒、等轴晶粒
z激冷晶区的晶粒细小;
内部等轴晶区 表层急冷晶区
z柱状晶区的晶粒垂直 于型壁排列，且平行 于热流方向.
z内部等轴晶区的晶粒 较为粗大;
中间柱状晶区
第七章 凝固金属的组织结构
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几种不同类型的铸件宏观组织示意图
（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶
第七章 凝固金属的组织结构
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三、铸态组织形成原因
? 1. 表面细晶粒
z 型壁激冷，大量生核； z 三维散热，生长迅速，
相互抑制； z 生长无方向性。
第七章 凝固金属的组织结构
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检测技术与控制工程 （Detection technology and control engineering） 课程代码：（07370050） 学分：2 学时：30学时（其中：讲课学时26：实验学时：4） 先修课程：物理化学、热力学、金属学、电工电子学、自动控制原理等 适用专业：成型及控制工程专业2012 年修订版培养计划 教材：热加工测控技术石德全，高桂丽主编北京大学出版社2010.8 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） 《检测技术与控制工程》课程是材料成型及控制工程专业及相关材料类其它专业 的选修课程。在电工电子学、材料科学基础等课程的基础上，结合工程应用，介绍了非电量测量的基础知识、传感器基本原理及作用、温度测量及控制技术、检测误差分析、工程控制等方面的知识。 课程的基本任务：通过本课程的学习可以使学生了解检测系统的组成、检测系统的基本要求及检测方法的应用；初步了解控制理论在热加工过程中的应用。使学生具备运用现代工具将自然科学、工程基础和专业知识用于解决材料成型及控制工程领域的复杂工程问题能力的专业人才。能够胜任新材料开发与材料检测、检验和管理工作。 （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） 课程目标1：了解和掌握检测系统的基本单元构建，检测系统的基本技术要求，具有基本检测系统的构建能力； 课程目标2：了解和掌握传感器的基本原理和作用以及传感器的基本性能指标；具备选择传感器类型以及技术指标的能力； 课程目标3：了解力、速度、位移、温度及物位等物理参数的检测方法，具备力、速度、位移、温度等参数检测的能力； 课程目标4：了解实验数据误差类型、误差原因及误差分析方法，具备数据误差类型鉴别以及数据误差分析的能力； 课程目标5：了解工程控制系统的基本原理以及控制方法以及对工业过程的控制提出基本的思路； （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、3-1、4-2和5-2。
《材料成形原理》阶段测验 （第一章） 班级：姓名：学号成绩： 1、下图中偶分布函数g(r)，液体g(r)为c图，晶态固体g(r)为a图，气体g(r)为 b 图。 （a）（b）（c） 2、液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变，这种现象称为结构起伏。 3、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力F(A-A、B-B) 大于异类元素的原子间结合力F(A-B)，则形成富A及富B的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的混合热，往往F(A -B)＞F(A-A、B-B)，则在液体中形成具有A-B化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“化学短程序”。 4、液体的原子之间结合力（或原子间结合能U）越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越大。液 体粘度η随原子间结合能U按指数关系增加，即（公式）：?? ? ? ? ? = T U T B B k exp k 2 3 τ δ η。 5、加入价电子多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力增大。 6、铸件的浇注系统静压头H越大，液态金属密度 1 ρ及比热 1 C、合金的结晶潜热H ?越大，浇注温 度 浇 T、铸型温度T型越高，充型能力越强。 7、两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角越大，表示两相间润湿性越差。 8、铸件的浇注系统静压头H越大，液态金属密度 1 ρ及比热 1 C、 合金的结晶潜热H ?越小，浇注温度 浇 T、铸型温度T型越高， 充型能力越强。 9、右图为碱金属液态的径向分布函数RDF，请在图中标注液 态K的平均原子间距r1的位置，并以积分面积（涂剖面线）表 达液态K的配位数N1的求法。见图中标注 10、试总结原子间相互作用力、温度、原子间距、表面活性元 素对液态金属的粘度、表面张力的总体规律。（可写于背面）
第四章 1． 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数K 0所决定?当相图 上的液相线和固相线皆为直线时，试证明K 0为一常数。 答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的 现象。 溶质再分配不仅由平衡分配系数K 0决定 ，还受自身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。 当相图上的液相线和固相线皆为直线时K 为一常数，证明如下：如右图所 示： 液相线及固相线为直线，假设 其斜率分别为m L 及m S ，虽然 C *S 、C *L 随温度变化有不同值，但 L m S m L S m T T m T T C C K /)(/)(0****--===S L m m =常数， 此时，K 0与温度及浓度无关， 所以，当液相线和固相线为直 线时，不同温度和浓度下K 0为 定值。 2． 某二元合金相图如右所示。合金液成分为C B =40%，置于长瓷舟中并从左端 开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K 0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。
解：（1）平衡分配系数K 0 的求解： 由于液相线及固相线均为直 线不同温度和浓度下K 0为 定值，所以：如右图， 当T=500℃时， K 0 =**L C C α=%60%30=0.5 K 0即为所求 α相与液相之间的 平衡分配系数. （2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算: 由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程 )1(00-*=K L L f C C 代入已知的*L C = 60％ , K 0 = 0.5, C 0= C B =40% 可求出此时的L f = 44.4％ 由于T=500℃为共晶转变温度,所以此时残留的液相最终都将转变为共晶组织,所以凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数也即为44.4％. （3）凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线 (并注明各特征成分及其位置)如下: 图 4-43 二元合金相图
《材料成型原理》试卷 一、铸件形成原理部分（共40分） (1)过冷度；(2)液态成形；(3)复合材料；(4) 定向凝固； （1）过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度的差，称为过冷度。 （2）液态成形：将液态金属浇入铸型后，凝固后获得一定形状和性能的铸件或铸锭的加工法。 （3）复合材料：有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成的一种多相固体。（4）定向凝固:定向凝固是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。 （5）溶质再分配系数：凝固过程中固－液界面固相侧溶质质量分数与液相中溶质质量分数之比，称为溶质再分配系数。 2、回答下列问题 （1）影响液态金属凝固过程的因素有哪些？影响液态金属凝固的过程的主要因素是化学成分；冷却速率是影响凝固过程的主要工艺因素；液态合金的结构和性质等对液态金属的凝固也具有重要影响。 （2）热过冷与成分过冷有什么本质区别？热过冷完全由热扩散控制。成分过冷由固－液界前方溶质的再分配引起的，成分过冷不仅受热扩散控制，更受溶质扩散控制。 （3）简述铸件（锭）典型宏观凝固组织的三个晶区.表面细晶粒区是紧靠型壁的激冷组织，由无规则排列的细小等轴晶组成；中间柱状晶区由垂直于型壁彼此平行排列的柱状晶粒组成；内部等轴晶区由各向同性的等轴晶组成。 3、对于厚大金属型钢锭如何获得细等轴晶组织？降低浇注温度，有利于游离晶粒的残存和产生较多的游离晶粒；对金属液处理，向液态金属中添加生核剂，强化非均质形核；浇注系统的设计要考虑到低温快速浇注，使游离晶不重熔；引起铸型内液体流动，游离晶增多，获得等轴晶。 二、焊接原理部分1简述氢在金属中的有害作用。氢脆，白点，气孔，冷裂纹2写出锰沉淀脱氧反应式，并说明熔渣的酸碱性对锰脱氧效果的影响.[Mn] + [FeO] = [Fe] + (MnO),酸性渣脱氧效果好，碱度越大，锰的脱氧效果越差。3冷裂纹的三大形成要素是什麽？钢材的淬硬倾向，氢含量及其分布，拘束应力状态4说明低碳钢或不易淬火钢热影响区组织分布.（1）熔合区：组织不均匀;（2）过热区：组织粗大; （3）相变重结晶区（正火区）：组织均匀细小;（4）不完全重结晶区：晶粒大小不一，组织分布不均匀. 一、填空题 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的成分、温度和杂质含量等决定。 2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为平面长大方式，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式。 4．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。 5．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷。 6．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区不同形态的晶区。 7．内应力按其产生的原因可分为热应力、相变应力和机械应力三种。 8．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。 9．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类。
材料成型加工与工艺学-习题解答(9-10- 11)
第八章注射成型 2.塑料挤出机螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同? (p278)注射螺杆与挤出螺杆在结构上有何区别: (a)注射螺杆长径比较小，约在10~15之间。 (b)注射螺杆压缩比较小，约在2~5之间。 (c) 注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。 (d)注射螺杆的头部呈尖头形，与喷嘴能有很好的吻合，以防止物料残存在料筒端部而引起降解。 (p221)挤出机螺杆成型作用是对物料的输送、传热塑化塑料及混合均化物料。 移动螺杆式注射机的螺杆成型作用是对塑料输送、压实、塑化及传递注射压力。是间歇式操作过程，它对塑料的塑化能力、操作时的压力稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆严格。 3.请从加热效率出发，分析柱塞是注射机上必须使用分流梭的原因? (p278)分流梭的作用是将料筒内流经该处的物料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起热分解现象。同时塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，黏度下降，使塑料进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产量及制品质量。
6.试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。 (p298) 料温高时注射压力减小；反之，所需的注射压力加大。 8.试述晶态聚合物注射成型时温度(包括料温和模温)对其结晶性能和力学性能的影响。 (p297)结晶性塑料注射入模具后，将发生向转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和充及强度下降。反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和曲性较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质和制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的PET塑料，要求提高其结晶度就应选用较高的模温。
21.铸件宏观组织的控制途径与措施 1.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响 表面细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。 铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。 （1）柱状晶： 生长过程中凝固区域窄，横向生长受到相邻晶体的阻碍，枝晶不能充分发展，分枝少，结晶后显微缩松等晶间杂质少，组织致密。 但柱状晶比较粗大，晶界面积小，排列位向一致，其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。凝固界面前方常汇集有较多的第二相杂质气体，将导致铸件热裂。 （2）等轴晶： 晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶粒之间位向也各不相同，故性能均匀而稳定，没有方向性。 枝晶比较发达，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。 细化能使杂质和缺陷分布更加分散，从而在一定程度上提高各项性能。晶粒越细综合性能越好。 对塑性较好的有色金属或奥氏体不锈钢锭，希望得到较多的柱状晶，增加其致密度； 对一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多的甚至是全部细小的等轴晶组织；对于高温下工作的零件，通过单向结晶消除横向晶界，防止晶界降低蠕变抗力。 2.铸件宏观组织的控制途径和措施 等轴晶组织的获得和细化 强化非均匀形核促进晶粒游离抑制柱状晶区 1）加入强生核剂——孕育处理 孕育——向液态金属中添加少量物质以达到增加晶核数、细化晶粒、改善组织之目的的一种方法。 变质——加入少量物质通过元素的选择性分布而改变晶体的生长形貌，如球化或细化。 A.形核剂： a）直接作为外加晶核 b）通过与液态金属的相互作用而产生非均匀晶核 能与液相中某些元素组成较稳定的化合物 通过在液相中造成大的微区富集而使结晶相提前弥散析出 B.强成分过冷元素： 通过在生长界面前沿的富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生细弱缩颈，从而促进晶粒的游离。 强化熔体内部的非均匀形核孕育剂富集抑制晶体生长
《热成型工艺与模具设计》课程教学大纲 课程代码：050141013 课程英文名称：Hot Working Technology and Die Design 课程总学时：48 讲课：44 实验：4 上机：0 适用专业：材料成型及控制工程专业 大纲编写（修订）时间：2017. 07 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是材料成型及控制工程专业模具方向的一门专业课，主要讲授金属材料热成型工艺及模具设计的基本理论和基本方法，包括锻造用材料的准备，锻造用材料的热规范，自由锻工艺，模锻工艺及模具设计；着重培养学生的设计思维，使学生具备初步分析和解决金属材料热成型工艺问题及模具设计的能力。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．掌握热成型工艺及模具设计的设计原理、方法，具有热成型工艺及模具设计的初步能力； 2．树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策； 3．具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术的能力； 4．了解典型自由锻工艺和模锻工艺的实验方法，获得实验技能的基本训练； 5．了解热成型工艺及模具设计的新发展。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握自由锻工艺，模锻工艺及模具设计一般知识，模具的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准等。 2.基本理论和方法：重点掌握锻造用材料分类及下料方法，掌握钢锭的结构及内部缺陷，掌握钢坯内部缺陷。了解钢锭的冶炼和浇注方法。了解精密下料方法。重点掌握金属材料锻造温度范围及加热、冷却规范的确定。掌握金属材料在锻造加热、冷却过程中的组织性能变化，掌握金属材料在锻造加热过程中缺陷的产生原因与防止措施。了解少无氧化加热技术在锻造加热过程中地应用，了解锻后热处理方法。重点掌握镦粗、拔长自由锻工艺变形过程的金属流动规律及自由锻工艺规程制订，掌握冲孔、扩孔及芯轴拔长等自由锻工艺。了解大型锻件锻造的特点。重点掌握锤上模锻工艺变形过程的金属流动规律及锤上锻工艺规程的制订及模具设计，掌握模具材料及模具实效的基本知识，掌握机械压力机模锻、螺旋压力机模锻和平锻机模锻工艺变形过程的金属流动规律及模具设计。了解精密模锻及其他模锻工艺及模具设计知识。掌握模锻后续工序及模具设计，了解锻后清理知识。 3.基本技能:掌握工艺计算、模具结构设计，实验技能，编制技术文件技能等。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于专业课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系
陕西工学院考试试卷（B）标准答案 一、填空题（每空2分，共40分） 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的成分、温度和杂质含量等决定。2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为平面长大方式，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷。 7．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为热应力、相变应力和机械应力三种。9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共9分）。 1.塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响大于工件表面的粗糙 度对摩擦系数的影响。
Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2.塑性变形时不产生硬化的材料叫做Ａ。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3.用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 Ｂ。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4.韧性金属材料屈服时，Ａ准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加；5.塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做Ｂ。 Ａ、理想弹性材料；Ｂ、理想刚塑性材料；Ｃ、塑性材料； 6.硫元素的存在使得碳钢易于产生A。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7.应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8.平面应变时，其平均正应力 ｍB中间主应力 ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 三、判断题（对打√，错打×，每题1分，共7分） 1．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。（X ）
第三章： 8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同 答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。 12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。 答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。 影响因数：熔点、温度和溶质元素。 13：简述界面现象对液态成形过程的影响。 答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。 15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。 答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。 16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。 答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。 17：简述异质形核与均质形核的区别。 答：均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。 异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。 异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所需过冷度小。 18:什么条件下晶体以平面的方式生长什么条件下晶体以树枝晶方式生长 答：①平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。 ②树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。 19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。 答：①连续生长机理--粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。②二维生长机理--光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。③从缺陷处生长机理--非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上二者之间。 20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配它受那些因素的影响 答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。 凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固
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，