西安交通大学材料工程基础课程教学大纲一、课程基本信息材料工程基础课程名称Foundation ofMaterials Engineering课程编号MATL400902644总学时课程学分理论：64实验：上机：课外：学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程课程类型口专业大类基础课口学科门类基础课专业核心课口专业选修课口集中实践□1-1□1-2□2-1□2-2□3-13-2开课学期□4-1□4-2□5-1□5-2先修课程材料科学基础，机械设计基础教材、参考使用教材：书及其他[1]邵潭华，方其先，周根树，浩宏奇.《材料工程基础》.西安：资料西安交通大学出版社，2000参考教材：[1]】陈金德，邢建东《材料成形技术基础》.北京：机械工业出版社，2000.[2]】曹茂盛，徐群，杨，王学东.《材料合成与制备方法》哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求本课程的主要任务是阐明材料的制备、加工、改性的基本工艺原理与方法及其对材料质量的影响和控制。课程主要内容包括钢铁冶金的原理、方法以及冶金质量控制；铸造、金属塑性成形及焊接等热加工成形技术及其对材料质量的影响；热处理及表面技术及其对材料性能的改变；粉末冶金的基本原理、工艺及应用，以及对材料组织性能的影响：简介快速凝固、溶胶凝胶法、3D打印等材料制备新技术的原理、技术及组织性能特点
西安交通大学材料工程基础课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料工程基础 Foundation of Materials Engineering 课程编号 MATL400902 课程学分 4 总学时 64 学时分配 理论: 64 实验: 上机: 课外: （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础，机械设计基础 教材、参考 书及其他 资料 使用教材： [1] 邵潭华，方其先，周根树，浩宏奇.《材料工程基础》.西安： 西安交通大学出版社，2000. 参考教材： [1] 陈金德，邢建东.《材料成形技术基础》.北京:机械工业出版 社，2000. [2] 曹茂盛，徐群，杨郦，王学东.《材料合成与制备方法》.哈尔 滨：哈尔滨工业大学出版社，2001. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程的主要任务是阐明材料的制备、加工、改性的基本工艺原理与方法及 其对材料质量的影响和控制。课程主要内容包括钢铁冶金的原理、方法以及冶金 质量控制；铸造、金属塑性成形及焊接等热加工成形技术及其对材料质量的影响； 热处理及表面技术及其对材料性能的改变；粉末冶金的基本原理、工艺及应用， 以及对材料组织性能的影响；简介快速凝固、溶胶凝胶法、3D 打印等材料制备 新技术的原理、技术及组织性能特点
本课程涵盖面广，包括了材料制备、材料成形及材料改性等几大方面的各种工艺原理及方法，兼顾材料工程领域中的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。在加固材料科学基础知识的前提下，重点突出材料工程的基本问题。要求学生既能掌握各知识点的核心内容，又能掌握各知识点间的联系与区别，同时能合理借鉴，活学活用，提高综合运用知识的能力。要求学生系统掌握材料制备与成形的基本原理与方法，掌握材料加工条件、组织与性能之间的内在联系。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1了解实际工程中材料选择原则能够分析材料在不同服役条件下的物理化学性能及力学行为，根据所学材料专业知识，对实际工程中的材料选择进行合理分析和判断，了解实际工程中各种服役条件下的材料选择原则。支撑毕业要求指标点1-3：在分析和解释材料服役条件下的理化性能及力学行为时，能够合理应用材料类专业基础知识，了解实际工程中的材料选择原则。2综合运用工程基础知识及材料专业知识分析材料领域复杂工程问题的能力使学生掌握材料制备、材料成形及材料改性等几大方面的各种工艺方法的基本原理与影响规律，掌握材料加工工艺条件、组织与性能之间的内在联系，并能够综合运用其他工程基础知识及专业知识对材料在实际工程应用中的复杂问题进行分析。支撑毕业要求指标点1-4：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料科学基础、材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解决材料领域的复杂工程问题。3判断材料领域复杂工程问题的关键影响因素的能力能够在所学工程基础知识及材料专业知识的基础上，对材料设计、制备、加工及使用过程进行成分组成、组织控制及力学和物理化学性能控制进行合理分析，判定材料领域复杂工程问题的关键影响因素。支撑毕业要求指标点2-1：能够应用数学、自然科学和工程的基本原理，对材料设计制备和便用过程中的复杂工程问题进行识别，判断影响材料领域复杂工程问题的关键因素。4利用专业知识结合文献研究分析并解决复杂工程问题的能力能够综合运用材料工程基础的专业知识，结合其他专业知识及文献研究，对实际工程中的问题进行分析。能够对比分析不同材料加工或制备方法的工艺特点，以及所获得的组织与性能特点，获取合理的解决方案
本课程涵盖面广，包括了材料制备、材料成形及材料改性等几大方面的各种 工艺原理及方法，兼顾材料工程领域中的共性与个性的结合，实现多学科知识的 交叉与渗透。在加固材料科学基础知识的前提下，重点突出材料工程的基本问题。 要求学生既能掌握各知识点的核心内容，又能掌握各知识点间的联系与区别，同 时能合理借鉴，活学活用，提高综合运用知识的能力。要求学生系统掌握材料制 备与成形的基本原理与方法，掌握材料加工条件、组织与性能之间的内在联系。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 了解实际工程中材料选择原则 能够分析材料在不同服役条件下的物理化学性能及力学行为，根据所学材料 专业知识，对实际工程中的材料选择进行合理分析和判断，了解实际工程中各种 服役条件下的材料选择原则。 支撑毕业要求指标点 1-3：在分析和解释材料服役条件下的理化性能及力学 行为时，能够合理应用材料类专业基础知识，了解实际工程中的材料选择原则。 2 综合运用工程基础知识及材料专业知识分析材料领域复杂工程问题的能 力 使学生掌握材料制备、材料成形及材料改性等几大方面的各种工艺方法的基 本原理与影响规律，掌握材料加工工艺条件、组织与性能之间的内在联系，并能 够综合运用其他工程基础知识及专业知识对材料在实际工程应用中的复杂问题 进行分析。 支撑毕业要求指标点 1-4 ：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料 科学基础、材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解 决材料领域的复杂工程问题。 3 判断材料领域复杂工程问题的关键影响因素的能力 能够在所学工程基础知识及材料专业知识的基础上，对材料设计、制备、加 工及使用过程进行成分组成、组织控制及力学和物理化学性能控制进行合理分析， 判定材料领域复杂工程问题的关键影响因素。 支撑毕业要求指标点 2-1：能够应用数学、自然科学和工程的基本原理，对 材料设计制备和使用过程中的复杂工程问题进行识别，判断影响材料领域复杂工 程问题的关键因素。 4 利用专业知识结合文献研究分析并解决复杂工程问题的能力 能够综合运用材料工程基础的专业知识，结合其他专业知识及文献研究，对 实际工程中的问题进行分析。能够对比分析不同材料加工或制备方法的工艺特点， 以及所获得的组织与性能特点，获取合理的解决方案
支撑毕业要求指标点2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程问题中材料成分工艺-组织-性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径，获得有效结论。5材料工艺设计能力根据材料的性质及服役条件要求，选择合适的材料制备/加工的工艺方法，了解材料物理化学性能及各种工艺条件对产品质量及性能的影响。支撑毕业要求指标点3-1：掌握材料单元、部件、系统或工艺在全周期、全流程设计开发的基本方法和技术，了解各种因素对材料设计目标和技术方案的影响。表2-1课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求673451289101211课程目标课程目标1LM课程目标2M课程目标3M课程目标4注：1,2,3....12对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介序参考知识点章节名称号学时绪论1高炉炼铁原料、方法、基本反应21铁的冶炼1.1高炉炼铁的原料和设备1.2高炉内发生的基本反应1.3高炉冶炼产品2钢的熔炼与质量控制2炼钢基本反应、转炉炼钢法及电弧2.1炼钢过程基本反应炉炼钢法的特点、钢锭的结构与缺2.2一般炼钢方法陷、钢的化学成分的影响与控制、2.3钢的浇注和钢锭钢中气体及非金属夹杂物的影响与控制2.4钢的冶金质量及其控制2.5特殊炼钢法3凝固成形3液态金属的流动性、铸件的凝固方103.1液态金属的充型式、溶质再分配、成分过冷与组织3.2铸件的凝固形貌、凝固组织控制、缩孔/缩松3.3凝固过程中的溶质再分配控制、铸造热应力、热裂、变形与3.4凝固组织控制冷裂、偏析控制、常规铸造方法特3.5凝固过程中的收缩点与应用范围3.6凝固过程中的偏析3.7常规铸造方法
支撑毕业要求指标点 2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程 问题中材料成分-工艺-组织-性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径，获 得有效结论。 5 材料工艺设计能力 根据材料的性质及服役条件要求，选择合适的材料制备/加工的工艺方法， 了解材料物理化学性能及各种工艺条件对产品质量及性能的影响。 支撑毕业要求指标点 3-1：掌握材料单元、部件、系统或工艺在全周期、全 流程设计/开发的基本方法和技术，了解各种因素对材料设计目标和技术方案的 影响。 表 2-1 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课程目标 1 L 课程目标 2 M 课程目标 3 M 课程目标 4 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序 号 章节名称 知识点 参考 学时 1 绪论 1 铁的冶炼 1.1 高炉炼铁的原料和设备 1.2 高炉内发生的基本反应 1.3 高炉冶炼产品 高炉炼铁原料、方法、基本反应 2 2 2 钢的熔炼与质量控制 2.1 炼钢过程基本反应 2.2 一般炼钢方法 2.3 钢的浇注和钢锭 2.4 钢的冶金质量及其控制 2.5 特殊炼钢法 炼钢基本反应、转炉炼钢法及电弧 炉炼钢法的特点、钢锭的结构与缺 陷、钢的化学成分的影响与控制、 钢中气体及非金属夹杂物的影响 与控制 8 3 3 凝固成形 3.1 液态金属的充型 3.2 铸件的凝固 3.3 凝固过程中的溶质再分配 3.4 凝固组织控制 3.5 凝固过程中的收缩 3.6 凝固过程中的偏析 3.7 常规铸造方法 液态金属的流动性、铸件的凝固方 式、溶质再分配、成分过冷与组织 形貌、凝固组织控制、缩孔/缩松 控制、铸造热应力、热裂、变形与 冷裂、偏析控制、常规铸造方法特 点与应用范围 10
4塑性成形X冷塑性变形机理、热塑性变形机44.1塑性成形的物理基础理、应力状态、任意斜面上的应力、4.2应力状态与应变状态分析主应力、主剪应力、应变状态、屈4.3屈服准则服准则、塑性和变形抗力的影响因4.4塑性和变形抗力的影响因素4.5真素、热轧、控制轧制、挤压与拉拔、实应力应变曲线锻造、冲压4.6原材料的成形加工及质量控制4.7毛坏或零件的成形加工及质量控制55焊接成形焊接性、焊接缺陷的产生及影响因85.1概述素、电弧焊及其质量控制、电渣焊5.2金属材料的焊接性及其质量控制、压力焊及其质量控5.3焊接缺陷与控制制、特种焊接方法5.4电弧焊及其质量控制5.5电渣焊及其质量控制5.6压力焊及其质量控制5.7特种焊接方法1266金属热处理加热规范及介质、加热时常见缺6.1钢的加热及其质量控制陷、过冷奥氏体的等温转变及连续6.2钢的过冷奥氏体冷却转变图冷却转变、退火与正火、痒火加热6.3钢的退火和正火率火介质、萍火方法、萍透性、率6.4钢的淬火火缺陷、淬火钢回火时的组织与性6.5淬火钢的回火能变化、感应加热表面淬火、渗碳6.6感应加热表面淬火及其他化学热处理6.7化学热处理77表面技术电镀的物理化学基础、电镀液、电47.1概述镀工艺、化学镀镍一磷合金、化学7.2电镀转化膜的定义、热喷方法及原理、7.3化学镀热喷涂层的结构及其与基体结合7.4化学转化膜机理7.5热喷涂7.6其他特种表面技术还原法制粉、机械破碎法制粉、雾88粉末冶金88.1概述化法制粉、粉末的性能、金属粉末8.2粉末的制取的压制过程、压制压力与压坏密度8.3成形的关系、压制过程中力的分析、压8.4烧结坏密度的分布、影响压坏过程的因素、烧结的基本过程、烧结机构、多元系固相烧结、液相烧结99快速凝固技术快速凝固工艺、快速凝固合金的组9.1概述织与结构特征、快速凝固技术的应用9.2快速凝固合金的组织与结构特征9.3快速凝固技术的应用
4 4 塑性成形 4.1 塑性成形的物理基础 4.2 应力状态与应变状态分析 4.3 屈服准则 4.4 塑性和变形抗力的影响因素 4.5 真 实应力应变曲线 4.6 原材料的成形加工及质量控制 4.7 毛坯或零件的成形加工及质量控 制 冷塑性变形机理、热塑性变形机 理、应力状态、任意斜面上的应力、 主应力、主剪应力、应变状态、屈 服准则、塑性和变形抗力的影响因 素、热轧、控制轧制、挤压与拉拔、 锻造、冲压 8 5 5 焊接成形 5.1 概述 5.2 金属材料的焊接性 5.3 焊接缺陷与控制 5.4 电弧焊及其质量控制 5.5 电渣焊及其质量控制 5.6 压力焊及其质量控制 5.7 特种焊接方法 焊接性、焊接缺陷的产生及影响因 素、电弧焊及其质量控制、电渣焊 及其质量控制、压力焊及其质量控 制、特种焊接方法 8 6 6 金属热处理 6.1 钢的加热及其质量控制 6.2 钢的过冷奥氏体冷却转变图 6.3 钢的退火和正火 6.4 钢的淬火 6.5 淬火钢的回火 6.6 感应加热表面淬火 6.7 化学热处理 加热规范及介质、加热时常见缺 陷、过冷奥氏体的等温转变及连续 冷却转变、退火与正火、淬火加热、 淬火介质、淬火方法、淬透性、淬 火缺陷、淬火钢回火时的组织与性 能变化、感应加热表面淬火、渗碳 及其他化学热处理 12 7 7 表面技术 7.1 概述 7.2 电镀 7.3 化学镀 7.4 化学转化膜 7.5 热喷涂 7.6 其他特种表面技术 电镀的物理化学基础、电镀液、电 镀工艺、化学镀镍—磷合金、化学 转化膜的定义、热喷方法及原理、 热喷涂层的结构及其与基体结合 机理 4 8 8 粉末冶金 8.1 概述 8.2 粉末的制取 8.3 成形 8.4 烧结 还原法制粉、机械破碎法制粉、雾 化法制粉、粉末的性能、金属粉末 的压制过程、压制压力与压坯密度 的关系、压制过程中力的分析、压 坯密度的分布、影响压坯过程的因 素、烧结的基本过程、烧结机构、 多元系固相烧结、液相烧结 8 9 9 快速凝固技术 9.1 概述 9.2 快速凝固合金的组织与结构特征 9.3 快速凝固技术的应用 快速凝固工艺、快速凝固合金的组 织与结构特征、快速凝固技术的应 用 2
1010溶胶凝胶技术溶胶一凝胶技术过程、原理及应用10.1概述10.2溶胶一凝胶法过程及原理10.3溶胶一凝胶技术的应用
10 10 溶胶凝胶技术 10.1 概述 10.2 溶胶 —凝胶法过程及原理 10.3 溶胶 —凝胶技术的应用 溶胶 —凝胶技术过程、原理及应用 2