西安交通大学材料成型技术基础课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料成型技术基础 Foundational Technologies of Materials Forming 课程编号 MATL503302 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 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、材料工程基础 教材、参 考书及其 他资料 使用教材： 参考教材： [1] 胡汉起.金属凝固原理.北京：机械工业出版社, 1991. [2]W.Kurz, D.J.Fisher （著）, 李建国, 胡侨丹（译）. 凝固 原理.北京: 高等教育出版社,2010. [3]陈宗民, 于文强. 铸造金属凝固原理.北京: 北京大学出版 社,2016. [4]翟启杰(著）.金属凝固组织细化技术基础.北京:科学出版 社,2018. 二、课程目标及学生应达到的能力 本课程从金属材料凝固的基本原理出发，以液态金属（合金）先进凝固成形 技术为核心，为学生系统讲授金属材料凝固工艺-材料组织/性能-材料应用等相 关基础知识。涉及金属材料液固转变理论、凝固控型控性原理。主要培养学生熟
悉先进凝固成型工艺，并可根据其特点，选择合适凝固工艺制备满足工程化应用 所需的先进金属材料。同时提高学生对“先进凝固技术在人类社会发展中的作用” 这一问题的认知能力。 课程教学中，要求教师既要给学生讲授金属材料液态向固态转变的基本理论 知识，还要强调凝固工艺对金属铸态组织影响的关键因素及其作用机理，使学生 根据材料具体服役工况，选择合适的具有特定凝固组织的金属材料，并在此基础 上选择合适的凝固成型工艺。通过典型实验课程训练，使学生掌握金属材料熔化、 凝固过程中所涉及的诸如液态金属的形核、生长、凝固组织的细化等材料科学问 题。通过理论与实践结合，培养学生的学习兴趣并锻炼学生实验能力。 通过该课程的系统学习，要求学生掌握液态金属结构特点，凝固过程中的热 力学/动力学原理，并熟知各种先进凝固成型技术的工艺原理及其在金属材料制 备中的优缺点。在金属材料凝固领域，培养学生深度发现问题、正确分析问题和 有效解决问题的能力。同时学生应了解对先进凝固技术与人类社会发展之间存在 的必然联系。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 （1）材料凝固成型工艺与社会发展关系的认知能力 基于人类社会发展历程中所出现的各阶段金属材料，能够从凝固成型工艺特 点出发，对铸造金属材料在复杂工程问题的应用进行分析，并研究材料在人类社 会的发展，生产力提高等方面的影响，可对金属材料工程实践与复杂工程问题解 决方案对社会的进步、安全等作出正确评价。 支撑毕业要求 6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正确评价 材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化 的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。 （2）材料凝固成型工艺与可持续发展关系的认知能力 从环境保护与可持续发展出发，充分考虑凝固成型工艺的特点，结合金属材 料液-固、固-液的可逆转变优势，建立金属材料成分、成型及服役特点与环境保 护/社会可持续发展的有效关联，实现金属材料的重复有效使用
支撑毕业要求 7-1：理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，熟悉材料成 分、生产和服役过程和对环境和社会经济可持续发展的影响。 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 注：毕业要求中 A、B、C、D、E、F、G、.对应毕业要求中各项具体内容。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.凝固绪论 1.1 凝固基础知识概述 1.2 凝固热力学/动力学 1.3 金属凝固组织的形成 与影响因素 金属材料凝固工艺 在人类社会发展中 的作用，凝固形核/ 生长热力学、动力 学，凝固组织与凝 固工艺关系 6 2 2 快速凝固 2.1 快速凝固概述 2.2 快速凝固物理冶金基 础 2.3 实现快速凝固途径 2.4 快速凝固制备工艺 2.5 快速凝固在金属材料 中的应用 快速凝固组织特征 及性能特点，快速 凝 固 中 的 传 热 机 制， 急冷凝固技术，大 体积凝固技术，新 型金属（合金）材 料 6 3 3 定向凝固 3.1 定向凝固定义 3.2 定向凝固原理 3.3 定向凝固工艺 3.4 定向凝固应用 定向凝固的发展， 成分过冷理论，传 统/新型定向凝固 工艺，单晶及新型 合金制备，定向凝 固在人类社会发展 中的应用 6 4 4 外场辅助凝固 4.1 超声场凝固 4.2 脉冲电流凝固 4.3 脉冲磁场凝固 功率超声效应，脉 冲电流效应，脉冲 磁场效应，外场凝 固在人类社会发展 中的应用 6
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 讲述凝固科学的发展历 史及其对人类社会进步， 凝固热力学、动力学 6 授课 使学生掌握凝固科学学科特点，了解凝固科学发展 与人类社会进步、可持续发展的关系，掌握金属凝 固的基本原理。增加学生对专业的认同感。 课程目标 6 课程目标 7 第二章 讲述快速凝固的基本原 理、实现方式及其在金属 材制备中的应用 6 授课， 讨论 使学生掌握快速凝固中涉及的凝固原理，快速凝固 与金属凝固组织对应关系，了解快速凝固成型工艺 的分类和特点及其在先进材料制备中的应用。 课程目标 6 课程目标 7 第三章 讲述定向凝固的基本原 理、实现方式及其在金属 材制备中的应用 6 授课， 讨论 使学生掌握定向凝固中所涉及的凝固原理，定向凝 固与金属凝固组织对应关系，了解定向凝固成型工 艺的分类和特点及其在先进材料制备中的应用。 课程目标 6 课程目标 7 第四章 讲述外场凝固的基本原 理、实现方式及其在金属 材制备中的应用 6 授课， 讨论 使学生掌握外场凝固中所涉及的凝固原理，外场凝 固与金属凝固组织对应关系，了解外场凝固成型工 艺的分类和特点及其在先进材料制备中的应用。 课程目标 6 课程目标 7
五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 30 % 期末： 70 % 5.2 课程目标的考核环节与评分标准 （1） 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课堂授课主要使学生掌握金属材料凝固成型的基础知识及其对人类社会进 步、环境保护及可持续发展的影响，对应课程目标 6 和课程目标 7。 课程考核采取过程考核与期末考试相结合的方式。过程考核包括 PPT 演讲及 讨论表现成绩，期末考试采用闭卷考核方式。 课堂讨论及 PPT 演讲的主题范围规定在“先进凝固成型工艺与科技发展、可 持续发展之间的关系”这一命题。学生通过课下查阅文献资料及当代凝固成型金 属材料最新应用情况，制作相应 PPT，并在课堂上展示（原则上一人一 PPT），此 部分考核对应课程目标 6 和课程目标 7。另外，在期末考试试题中（满分 100 分） 中，有 70 分试题考核学生基础知识的掌握情况；有 15 分对应于课程目标 6，考 察学生对材料凝固成型工艺与社会发展关系的认知能力；另 15 分对应于课程目 标 7，考察学生对材料凝固成型工艺与可持续发展关系的认知能力。具体如表 5-1 所示。 表 5-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 总评成绩=课程考试成绩×70%+课堂讨论成绩×30% 考核与评价方式 PPT 讲述及讨论 （100 分） 课程考试 （100 分） 课程目标 6（6-2） 50 50 课程目标 7（7-1） 50 50 注明：表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。 （2）课堂讨论评分标准