西安交通大学铸造合金及其熔炼课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 铸造合金及其熔炼 Foundry alloy and Melting 课程编号 MATL502902 课程学分 2 总学时 32 学时分配 理论: 32 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （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, 物理化学，材料力学性能 教材、参 考书及其 他资料 使用教材： [1] 陆文华，李隆盛，黄良余. 铸造合金及其熔炼. 北 京：机械工业出版社，2006. 参考教材： [1]陈宗民，于文强，铸造金属凝固原理. 北京：北京大 学出版社，2016. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程主要分为两部分内容：铸造合金（铸铁、铸钢）及其熔炼，在铸铁 合金及其熔炼部分中主要包括铸铁的结晶及组织的形成、灰铸铁、球墨铸铁、蠕 墨铸铁、可锻铸铁和特种性能铸铁以及铸铁熔炼部分；在铸钢部分中主要包括铸 造碳钢、低合金钢、高合金钢及其熔炼。在每种材质中主要包括其特点及其铸造 性能等的介绍和主要合金元素对其组织及性能的影响。在熔炼部分中主要包括冲 天炉熔炼、电弧炉熔炼和感应电炉熔炼等。 在课程教学过程中，要求教师既要给学生讲授不同铸铁、铸钢合金的基本组
相构成及主要合金元素对组织和性能作用机制等基础理论知识，还要强调基于铸 造钢铁合金性能优化的各种熔炼方法及实际应用，让学生从铸造合金的服役工况 出发，结合合金的相应性能特点，从而选择出相应的合金成分体系及熔炼方法， 锻炼学生理论结合实际的能力。通过实验课程训练，使学生能对典型铸造合金的 显微组织进行观察分析，了解和掌握不同铸造合金的主要化学成分、铸造性能及 相关铸造缺陷产生原因及预防控制措施等。通过文献综述和实际应用调研训练， 使学生了解铸铁、铸钢合金的最新研究动态及存在的主要问题，建立终身学习的 意识，并掌握查阅文献资料的能力，不断追求最新的知识理论，进一步发展和完 善知识体系。结合金属材料科学的发展前沿，锻炼学生发现问题、解决问题的创 新能力。 通过该课程的系统学习，要求学生掌握铸造合金（铸铁、铸钢）主要化学成 分、组相构成与相关性能，掌握铸造合金材料的成分设计、熔炼工艺流程，重点 掌握几种常用铸造合金材料（灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、碳钢、高锰钢和不 锈钢）的组相构成、熔炼工艺、性能与应用，在此基础上熟悉实际工程问题中的 选材原则。要求学生掌握铸造合金的铸造性能及力学性能特征，在此基础上熟悉 掌握铸造合金的力学性能特点与熔炼制备方法，了解不同铸造合金成分设计原则 和选材思路。课程组织学生分组讨论，每一组 1 名组长和组员（不超过 2 人）， 共同完成老师布置的工程实际问题，并以 PPT 讨论的形式，锻炼学生查阅文献资 料和对实际应用调研的能力，以及培养对铸造合金可持续性开发应用的评价能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 （1）铸造合金领域基础知识理解能力 掌握铸造合金（铸铁、铸钢）的组相构成特点，熟悉各类典型陶瓷材料（包 括灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、碳钢、高锰钢和不锈钢等）的组织与力学性能 特点异同，并熟练掌握铸铁、铸钢的显微组织观察方法和熔炼工艺方法，了解典 型铸铁和铸钢合金的铸造性能特点及相关力学性能的不同之处。 （2）材料与工艺设计与创新能力 基于铸造合金（铸铁、铸钢）材料化学成化体系构成单元及组织特征，掌握 全流程、全周期的制备工艺流程，设计出不同典型服役工况下的相应铸造合金材 料部件或产品，了解各种因素，如化学成分，熔炼工艺、炉前处理技术、热处理
制度等对部件系统的组织及相关性能的影响机制 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。 （3）复杂工程问题分析能力 基于不同典型铸造合金成分及组织状态，掌握具有不同组织及性能特点的铸 造合金（铸铁、铸钢）的适应服役工况。能够基于所学课程知识及通过文献查新 或检索调研分析，不仅能够验证现有合金组织及性能特征，而且还能针对相近典 型服役部件的工作所需性能要求，提出有效的解决方案，培养学生解决实际工程 问题的设计能力。 支撑毕业要求指标点 4-1：基于材料科学原理，针对材料领域复杂工程问题， 通过文献检索调研、分析现有或相近问题的解决方案。 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 课 程 目 标 2 M 课 程 目 标 3 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 1.绪论 铁-碳双重相图、碳当量、 共晶度、一次结晶、二次 结晶。 2 2 2.灰铸铁 2.1 金相组织和力学性能 的特点 2.2 影响铸铁组织的因素 2.3 灰铸铁的铸造性能 2.4 灰铸铁的热处理 石墨形态、力学性能、减 震、减摩性能、孕育处理、 炉料遗传性、气体的影 响、化学成分的影响、铸 件模数、流动性、收缩特 性、铸造应为、退火、灰 口铸铁牌号 3
3 3.强韧铸铁 3.1 球墨铸铁 3.2 蠕墨铸铁 3.3 可锻铸铁 石墨形态、力学性能、化 学成分、凝固特点、热处 理（退火、正火）特点、 球化处理及方法、蠕化处 理、反球化、可锻铸铁分 类及热处理特点、铸造性 能及缺陷预防、强韧铸铁 牌号 5 4 4.特种性能铸铁 4.1 减摩铸铁 4.2 冷硬铸铁 4.3 抗磨铸铁 4.4 耐热铸铁 4.5 耐蚀铸铁 特种铸铁定义、石墨及基 体对减摩性能影响主、冷 硬铸铁、相对耐磨性、白 口铁组织特征、铬系铸铁 组织及性能特点、氧化过 程、PB 值、合金元素对抗 氧化性的影响、耐蚀性能 特点 5.5 5 5.铸铁的熔炼 5.1 冲天炉熔炼 5.2 感应电炉熔炼 冲天炉熔炼原理、氧化还 原区、炉气分布区、感应 电炉工作原理、熔炼特点 1 6 6.铸造碳钢 6.1 铸造碳钢的结晶过程 和铸态组织 6.2.碳钢铸件的热处理、金 相组织和力学性能 6.3.影响铸造碳钢力学性 能的主要因素 6.4 碳钢的铸造性能和焊 接性能 铸钢与铸铁的区别、碳钢 性能与应用、主要化学成 分、结晶过程、铸态组织、 退火、正火、气体与夹杂 物对力学性能的影响、壁 厚效应、氢脆、铸造性能 （流动性、收缩率、热裂 倾向和冷裂倾向）、焊接 性能 5 7 7.铸造低合金钢 7.1 铬系、锰系、镍系等低 合金钢 7.2 微量合金化钢 7.3 抗磨用铸造低合金钢 及热处理 7.4 低合金钢的铸造性能 及焊接性能 低合金钢定义、铬锰镍在 钢中的作用、稀土在钢中 的作用、合金钢高强高韧 化途径、铸造性能、热处 理、焊接性能。 3 8 8.铸造高合金钢 8.1 高锰钢 8.2 不锈钢 8.3 抗磨耐蚀钢 8.4 耐热钢 高合金钢定义、化学成 分、组织、水韧处理、加 工硬化机制、主要化学成 分（碳、锰）在钢中的作 用、铸造性能、孕育和变 质、合金化、时效强化、 铬与镍在耐蚀钢的作用 6
9 9.炼钢 9.1 电弧炉炼钢 9.2 感应电炉炼钢 9.3 钢的炉外精炼 电弧炉工作原理和特点、 有芯和无芯感应熔炼、炉 处精炼目的和原理 1.5 四、教学安排详表 章节 顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实 验、上机、 讨论） 教学要求 （知识要求及能 力要求） 对课程目 标的支撑 关系 第一章 讲述 Si 对 Fe-C 二元 相图共晶、共析点及 区域的影响；碳当量 及共晶度在铸造合金 中的作用和意义；一 次结晶和二次结晶过 程的热力学和动力学 过程。 2 授课 掌握 Fe-C-Si 相 图的特点；掌握 碳当量及共晶度 应用及意义；了 解本课程开设的 主要目标和意 义；增加学生对 专业的认同感。 课程目标 1 第二章 灰口铸铁组织特征、 性能特点以及影响其 组织的因素；孕育处 理目的及方法；灰口 铸铁的铸造性能及热 处理。 3 授课 掌握复杂工况下 使用灰口铸铁成 分-孕育处理-组 织-性能之间的 相互关系；针对 典型应用工况， 能够掌握选择合 适的合金体系并 制定相应制备工 艺，在材料成分 选择和制备工艺 设计中体现学生 的创新意识。 课程目标 2 课程目标 3 第三章 球墨铸铁的性能特点 及应用、化学成分的 选定、熔炼要求、孕 育和球化处理；球墨 铸铁的、凝固特点、 铸造性能、常见缺陷 及防止；球墨铸铁热 处理；蠕墨铸铁组织 和性能特点、化学成 分选择及以对熔炼的 要求；蠕墨铸铁炉前 处理及控制、铸造性 能、常见缺陷及应用； 5 授课 掌握典型工况下 所使用球墨铸 铁、蠕墨铸铁和 可锻铸铁的成分 -炉前处理-组织 -性能之间的相 互关系；掌握三 种铸铁的制备工 艺及热处理流程 和目的；掌握预 防铸造缺陷产生 常见缺陷的方 法。 课程目标 2 课程目标 3