材料工程基础---教学大纲

材料工程基础》课程教学大纲

课程代码：050231021

课程英文名称：Fundamentals of Materials Engineering 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：金属材料工程专业大纲编写（修订）时间：2017.7

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标材料工程基础是金属材料工程专业学生必修的专业基础课，是学位课，是从事材料科学与工程专业技术领域人员必备的课程。

本课程主要讲授液态金属成形工艺、金属塑性成形工艺、金属连接成形工艺、粉末冶金成形、非金属材料成形工艺及各种材料成形工艺方法的选择原则。通过学习，使学生初步具备为不同零件的生产选择合理的制造方法的能力，为其他相关课程如工程材料学、热处理原理与工艺学以及从事新材料成形研究奠定必要的基础，同时使学生具有对典型的金属材料零件分析讨论使用不同的成形方法制造的能力。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：

1.掌握液态金属成形的工艺设计、浇注系统、冒口、冷铁等的设计基本原则；掌握顺序凝固的应用，同时凝固的应用；掌握砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造等特种铸造方法的原理、特点和应用；了解3D 打印等先进成形技术；

2．掌握自由锻件图设计和模锻工艺；掌握板料冲压、挤压、拉拔、轧制等工艺特点和应用；了解超塑性成形、液态模锻等先进塑性成形工艺。

3.掌握金属连接成形原理和方法；掌握电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护电阻焊、等离子弧焊与切割、压力焊、钎焊等焊接工艺原理、特点及应用；了解焊接缺陷的检验方法；了解电子束焊接等现代焊接方法。

4.掌握粉末冶金成形工艺的方法、特点和应用。

5.掌握塑料、橡胶、陶瓷成形方法的特点和应用。

6.掌握各种材料成形工艺选用原则和方法。对具体典型的金属材料零件如暖气片、机床床身、大口径地下输水管、黄铜水龙头、发动机缸体、汽车铝轮毂、大型发电子转子、大批量齿轮毛坯、柴油机曲轴、连杆、半轴、硬币、汽车面板、火车钢轨、铜线、钢瓶、船体、硬质合金刀具、显示器壳体等分析讨论使用不同的成形方法制造的合理性。

7.了解国家相关政策，了解“一带一路”政策给材料成形带来的挑战以及机遇。

8.了解各种成形方法的设备。

9.了解各种新的材料成形方法。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

1.基本知识：掌握材料成形方法的一般知识，主要掌握金属材料成形的常用方法及特点。

2.基本理论及方法：掌握液态金属各种成形方法及工艺设计，浇注系统、冒口、冷铁的设计基本原则，掌握铸造缺陷及检验方法，掌握特种铸造方法的原理；掌握塑性成形方法的原理及工艺设计，锻件图设计，板料冲压、挤压、拉拔、轧制等工艺，掌握模型锻造的零件结构特点；掌握金属连接成形的方法及工艺设计，电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护电阻焊、等离子弧焊与切割、压力焊、钎焊等工艺，掌握焊接接头的组织和性能，掌握焊接缺陷及检验方法；掌握粉末冶金成形工艺的方法、特点和应用；掌握塑料、橡胶、陶瓷成形方法的特点和应用；

掌握各种材料成形工艺的选用原则和方法。

3. 基本技能：具备对各种典型工程材料零件选用不同成形工艺方法的能力，能够初步制定工 艺方案。

（三）实施说明

1．教学方法：本课程以理论教学为主，课堂讲授是以液态金属成形、金属塑性成形、金属

连接成形的基本理论为基础，工艺方法为关键，兼顾工艺设计和成形新方法。

讲授过程注意理论与实践相结合原则，讲授各种成形过程中应列举典型零件，通过实例培 养提高学生分析问题和解决问题的能力。讲授中采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问 题的能力；引导和鼓励学生自学；注意培养学生利用标准、规范及手册等技术资料的能力。

2．教学手段：本课程属于专业基础课，在教学中采用板书、 PPT 课件、零件生产制造视

频、

模型及实物等多种教学手段，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金属工艺学、互换 性及测量、材料力学性能、材料力学等课程。

（五）对习题课、实验环节的要求

1．对重点章节（如：铸造浇注系统的设计、砂型铸造方法、特种铸造；塑性成形原理自由

锻、模锻工艺设计、熔化焊等的主要工艺等）应安排习题和讨论，以培养学生消化和巩固所学 知识，以解决实际问题。

2．课后作业内容要多样化，作业题内容包括基本概念、基本成形方法等内容，作业要能起

到巩固理论，提高分析问题、解决问题能力的作用。对作业中的重点、难点，课上应做必要的 提示，并适当安排课内讲评作业。学生要独立、按时完成习题和作业，作业的完成情况作为评 定课程成绩的一部分。

3.课程本身涵盖了 3 个实验，实验单独设课，安排在材料综合实验课程中。

（六）课程考核方式

1．考核方式：考试

二、中文摘要

本课程主要讲授液态金属的铸造成形工艺、固态金属塑性成形工艺、金属连接成形工艺、 粉末冶金及非金属材料成形工艺；通过学习使学生初步具备为不同零件的生产选择合理的制造 方法的能力，同时为其他相关后续课程如热处理原理与工艺学、工程材料学以及从事新材料制 造研究奠定必要的基础。

2．考核目标：在考核学生对基本知识、基本原理和成形方法的基础上，重点考核学

生的分 析能力、解决问题的能力，合理选择成形方法。

3．成绩构成：本课程的总成绩主要由 情况等）占 20%，期末考试成绩占 80%。 （七）参考书目 材料成形工艺基础》何柏林、徐先锋 材料成形工艺》 铸造工艺

学》 材料成形工程》 锻造工艺学》

1. 3． 4. 5.

6.《焊接工程基础》

7.《材料工程基础》

8《材料成形基础》

2 部分组成：平时成绩（包括作业、出勤、课堂提问

主编 化学工艺出版社 2010.7

主编机械工业出版社 2005.1 西北工业大学出版社 1997.04 西安交通大学出版社 2000.07 机械工业出版社 1983.06 机械工业出版社 2002.04

编著 清华大学出版社 2009.09

常春 机械工业出版社 2009.8 夏巨谌、张启勋 曲卫涛 陈金德 张志文 熊腊森 王昆林

2版

三、课程学时分配表

四、教学内容及基本要求

第1 部分金属液态成形总学时（单位：学时）:14 讲课:14 实验:0 上机:0

第1.1 部分液态成形工艺概述 1.2 部分液态成形理论基础（讲课2 学时）具体内容:

1）明确本课程的内容、性质和任务

2）阐述常用的材料成形方法

3）阐述液态成形工艺方法

4）掌握铸件凝固方式

5）掌握合金的充型能力、合金的收缩、缩孔、缩松、内应力的影响因素

重点：

合金流动性、缩孔、缩松的影响因素。

第1.3 部分铸造工艺设计基础（讲课2 学时）具体内容:

1）铸造工艺参数选择、浇注系统设计、浇注位置和分型面的选择

2）铸造成形工艺设计、铸件结构设计

重点：

浇注系统设计、浇注位置和分型面的选择

难点:

浇注系统设计、浇注位置和分型面的选择

习题:

根据讲课重点布置习题。

第1.4 部分砂型铸造（讲课2 学时）

具体内容:

1）型砂的种类、性能

2）手工造型方法、机器造型方法

重点：

型砂的种类、性能，手工造型方法

难点:

挖沙造型、活块造型

第1.5部分特种铸造（讲课4 学时）

具体内容:

金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、实型铸造、低压铸造重点

金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造

难点:

熔模铸造

第1.6 部分铸件缺陷及检验（讲课2 学时）

具体内容:

1）铸件缺陷及缺陷的形成原因

2）缺陷的检验方法

重点

铸件缺陷的种类及检验方法

难点:

缺陷的产生原因，检验方法的原理

习题:

根据讲课重点布置习题。

第1.7部分常用合金铸件的生产 1.8部分先进铸造技术（讲课2 学时）具体内容:

1）铸铁件、铸钢件生产

2）铸造铸造铝合金件生产

重点

灰铸铁件、球墨铸铁件、有色铝合金件的工艺特点和应用

难点: 铸铁的石墨化影响因素、组织特点

习题: 根据讲课重点布置习题。

第2 部分金属塑性成形

总学时（单位：学时）:10 讲课:10 实验:0 上机:0

第2.1 部分概述2.2 部分金属塑性成形原理（讲课2 学时）具体内容: 1）塑性成形的基本方法

2）塑性变形机理、塑性变形影响因素

重点加工硬化，回复、再结晶、纤维组织

难点:

滑移机理，再结晶机理

第2.3部分自由锻造（讲课2 学时）

1）自由锻设备、工序

2）自由锻工艺规程制定

3）自由锻结构工艺性

重点：锻件图设计

难点:

锻件图设计

习题: 根据讲课重点布置习题。

第2.4部分模型锻造（讲课2 学时）

具体内容:

1）锤上模锻

2）胎模锻造

3）热锻模压力机上模锻、平锻机上模锻、摩擦压力机上模锻

重点：锤上模锻（锻模结构、模锻工艺规程制定）

难点：锻模结构、模锻工艺规程制定

第2.5 部分板料冲压成形工艺（讲课2 学时）

具体内容:

1）冲压工序

2 ）冲压工艺规程制定

3）冲模模具

重点:

分离工序、变形工序、拉深工序、旋压工序、压印工序

难点: 拉深过程力的计算

习题: 根据讲课重点布置习题。

第2.6 部分其他常用塑性成形方法2.7 部分先进塑性成形方法 (讲课2 学时) 具体内容:

1) 挤压

2) 拉拔

3) 辊扎

4) 超塑性成形

5) 粉末锻造、液态模

锻

重点: 挤压、拉拔，超塑性成形

难点:

超塑性成形原理

习题: 根据讲课重点布置习题。

第3 部分金属连接成形

总学时(单位：学时) :10 讲课:10 实验:0 上机:0

第3.1 部分概述 3.2 部分熔化焊过程及接头组织与性能 (讲课2 学时)

具体内容:

1)连接成形方法、发展现状

2)熔化焊过程，焊接接头组织与性能

3)焊接缺陷与检验

重点: 焊接接头组织与性能

难点:

熔化焊冶金反应，焊接铁头组织

习题: 根据讲课重点布置习题。

第3.3 部分常用焊接方法 3.4 现代焊接方法 (讲课4 学时)

具体内容:

1)气焊与气割

2)焊条电弧焊

3)埋弧自动焊

4)气体保护电弧焊

5)等离子弧焊与切割

6)压力焊

7)钎焊

8)电子束焊接、激光焊接与切割、扩散焊、摩擦搅拌焊重点:

以上常用各种焊接工艺方法均为重点

难点: 各种常用焊接方法的原理

习题: 根据讲课重点布置习题。

第3.5部分常用金属材料焊接(讲课2 学时)

具体内容:

1）碳钢焊接

2）低合金钢焊接

3）不锈钢焊接

4）铸铁焊补

5）铝、铜、钛及合金的焊接

重点:

各种金属材料焊接的方法选择及原因

难点：各种金属材料焊接的方法选择及原因

第3.6 部分焊接结构工艺设计（讲课2 学时）具体内容:

1）焊接结构生产工艺过程

2）焊接结构工艺设计

3）焊接结构生产设计实例

重点:

焊接结构生产设计实例

难点：

焊接结构工艺性

第4 部分粉末冶金成形总学时（单位：学时）:2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容: 1）粉末制备、粉末配制、粉末成形、烧结、后处理

2）粉末成形产品及应用

3）粉末冶金制品结构工艺性、缺陷

重点:

粉末成形产品及应用

第5 部分非金属材料成形总学时（单位：学时）:2 讲课:2 实验:0 上机:0 第5.1 部分塑料成形工艺方法、特点及应用具体内容:

1）塑料成形性能

2）注射成形，压塑成形，挤出成形，

3）塑料制品结构工艺性

重点:

注射成形，压塑成形

第5.2 部分橡胶、陶瓷、复合材料成形工艺、特点及应用

1）橡胶压制成形，橡胶注射成形

2）陶瓷浇注成形、压制成形

3）复合材料成形

重点: 橡胶压制成形，橡胶注射成形；陶瓷浇注成形、压制成形

第6 部分材料成形方法选择（综合应用）总结总学时（单位：学时）:2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:

1) 材料成形方法选择的原则与依据

2) 常用机械零件毛坯的成形方法选择

3)毛坯成形方法选择实例

4)对具体典型的金属材料零件如暖气片、机床床身、大口径地下输水管、黄铜水龙头、发动机缸体、汽车铝轮毂、大型发电子转子、大批量齿轮毛坯、柴油机曲轴、连杆、半轴、硬币、汽车面板、火车钢轨、铜线、钢瓶、船体、硬质合金刀具、显示器壳体等分析讨论使用不同的成形方法制造的合理性。

5)总结复习

重点:

零件成形方法选择的原因，总结复习

难点:

常用机械零件毛坯的成形方法选择及原因

习题:

根据讲课重点布置习题。