一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 《材料成型基礎(chǔ)》是材料成型及控制工程專業(yè)的主干課程之一，其任務(wù)是闡明液態(tài)成型、塑性成 型和熔焊成型等成型技術(shù)的內(nèi)在基本規(guī)律和物體本質(zhì)，揭示材料成型過程中影響產(chǎn)品(材質(zhì)、零件)性能 的因素及缺陷形成的機(jī)理。使學(xué)生對材料成型過程及基本原理有全面、系統(tǒng)和深入的實質(zhì)性理解，從 本質(zhì)上認(rèn)識和分析材料成型過程中所出現(xiàn)的實際問題和解決途徑；并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實的理 論基礎(chǔ)。 本課程的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、物理化學(xué)、力學(xué)及金屬學(xué)與熱處理等，在此基礎(chǔ)上闡述 金屬材料成型過程中的物理冶金、化學(xué)冶金、成形力學(xué)及傳熱、傳質(zhì)、流動等規(guī)律和現(xiàn)象。物理冶金、 化學(xué)冶金、成形力學(xué)構(gòu)成材料成型基礎(chǔ)的主體。 二、教學(xué)基本要求 學(xué)生在學(xué)完本課程后，在基本理論和實際知識方面達(dá)到如下要求： 1.對液態(tài)成型、熔焊成型、塑性成型三種材料成型的基本過程有全面的、較深入的理解，掌握其基 本原理和規(guī)律。 2.掌握液態(tài)金屬凝固的基本規(guī)律，冶金處理及其對產(chǎn)品性能的影響。 3.掌握材料成型過程中化學(xué)冶金基本規(guī)律和缺陷的成型機(jī)理、影響因素及防止措施。 4.掌握塑性成形過程中的應(yīng)力與應(yīng)變的基礎(chǔ)理論，金屬流動的基本規(guī)律及其應(yīng)用。 三、教學(xué)內(nèi)容及要求 緒論 主要內(nèi)容： 材料成型方法的分類及特點，材料成型技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及發(fā)展趨勢。 要求： 了解本專業(yè)的重要地位和發(fā)展情況，理解本課程的特點和學(xué)習(xí)方法。 第一章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 主要內(nèi)容： (1)液體與固體、氣體結(jié)構(gòu)比較及衍射特征；液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的理論模型；實際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)。 (2) 液態(tài)合金的粘度及其影響因素及其在材料成形中的意義；表面張力的實質(zhì)及影響表面張力的 因素及其在材料成形中的意義。 (3) 液態(tài)金屬充型能力的基本概念、液態(tài)金屬停止流動機(jī)理與充型能力；影響充型能力的因素。 要求： (1)了解液體結(jié)構(gòu)的特點，明確實際金屬的液體結(jié)構(gòu)特征。 (2)了解液態(tài)合金的粘度與表面張力性質(zhì)，及其在材料成形中的意義。 (3) 掌握液態(tài)金屬充型能力的基本概念、停止流動機(jī)理；弄清其影響因素。 重點與難點： 實際金屬的液體結(jié)構(gòu)特征，充型能力及影響因素。 第二章 凝固溫度場 主要內(nèi)容： (1)鑄件溫度場。 (2)鑄件凝固方式及其影響因素。 (3)焊接過程溫度場。 要求： (1)了解不同鑄型條件下鑄件溫度場的特點，了解研究鑄件溫度場的方法。 (2)熟悉凝固動態(tài)曲線及其應(yīng)用，掌握鑄件的凝固方式，特點及其影響因素。 (3)了解焊接溫度場的特點；了解熔焊過程溫度場的基本類型及影響溫度場的因素；了解焊接工藝 參數(shù)及焊件的熱物理性能對焊接溫度場的影響規(guī)律。 重點與難點： 凝固動態(tài)曲線及其應(yīng)用，鑄件凝固方式及其影響因素 第三章 金屬凝固熱力學(xué)與動力學(xué) 主要內(nèi)容： (1)凝固熱力學(xué)。 (2) 均質(zhì)形核。 (3)非均質(zhì)形核。 (4)晶體長大。 要求： (1)明確過冷度ΔT 是影響相變驅(qū)動力的決定因素，ΔT 越大，凝固相變驅(qū)動力ΔG V越大；掌握 K 0 的定義、物理意義及“偏析系數(shù)” ∣1- K 0 ∣。 (2)掌握均質(zhì)形核的定義，臨界半徑、形核功、形核率等概念，及其相關(guān)公式。 (3)掌握非均質(zhì)形核的定義，臨界半徑、形核功、形核率等概念，及其與均質(zhì)形核的區(qū)別，明確潤 濕角對非均質(zhì)形核的影響，掌握生核劑的概念及其選擇標(biāo)準(zhǔn)。 (4)掌握液-固界面自由能及界面結(jié)構(gòu)類型、本質(zhì)及其判據(jù)；掌握晶體的長大機(jī)理與固液界面的關(guān) 系，晶體長大方式，速度與過冷度的關(guān)系。 重點與難點： 過冷度、均質(zhì)形核，非均質(zhì)形核的概念，潤濕角對非均質(zhì)形核的影響，生核劑的概念及其選擇標(biāo) 準(zhǔn)，液-固界面自由能及界面結(jié)構(gòu)類型、本質(zhì)及其判據(jù)；晶體的長大機(jī)理與固液界面的關(guān)系，晶體長大 方式，速度與過冷度的關(guān)系。 第四章 單相及多相合金的結(jié)晶 主要內(nèi)容： (1)凝固過程中溶質(zhì)再分配。 (2) 成分過冷。 (3)“成分過冷”對合金單相固溶體結(jié)晶形態(tài)的影響。 (4)共晶合金的結(jié)晶。 要求： (1)掌握溶質(zhì)再分配的概念，理解不同條件下固液界面處溶質(zhì)再分配的規(guī)律。 (2)掌握“成分過冷”條件和判據(jù)；“成分過冷”的過冷度及其特性因素，成分過冷與熱過冷的區(qū) 別與聯(lián)系。 (3)理解熱過冷及其對純金屬液固界面形態(tài)的影響；掌握“成分過冷”對合金固溶體晶體形貌的影 響規(guī)律；分過冷作用下的胞狀組織的形成及其形貌；較寬成分過冷作用下的枝晶生長；了解枝晶間距 及其影響因素。 (4)掌握共晶組織的分類及特點；掌握非平衡狀態(tài)下的共晶共生區(qū)；理解離異生長及離異共晶；掌 握層片狀共晶組織的形核及長大和棒狀共晶生長；理解非小晶面—小晶面共晶合金的結(jié)晶，掌握變質(zhì) 處理的概念。 重點與難點： 溶質(zhì)再分配概念及規(guī)律，成分過冷概念、判據(jù)及對晶體生長的影響，共晶合金的結(jié)晶規(guī)律，變質(zhì) 處理。 第五章 鑄件與焊縫宏觀組織及其控制 主要內(nèi)容： (1)鑄件的宏觀組織及其控制。 (2) 焊接熔池凝固條件及結(jié)晶特征、熔池結(jié)晶組織的細(xì)化。 要求： (1)熟悉鑄件的宏觀結(jié)晶組織特點，形成規(guī)律，掌握控制鑄件宏觀組織的基本原理及相關(guān)措施。 (2)了解焊接熔池凝固條件及結(jié)晶特征、熔池結(jié)晶組織的細(xì)化。 重點與難點： 鑄件的宏觀組織及其控制措施。 第六章 特殊條件下的凝固與成形 主要內(nèi)容： (1)快速凝固。 (2) 失重條件下的凝固。 (3)定向凝固。 要求： (1)掌握快速凝固的概念，方法，了解其對凝固組織的影響。 (2)了解失重條件下鑄件的組織形成規(guī)律。 (3)了解定向凝固組織形成規(guī)律。 重點與難點： 快速凝固。 第七章 氣相對液態(tài)金屬的作用 主要內(nèi)容: (1)金屬材料在焊接或熔煉過程中各種氣體的來源和產(chǎn)生。 (2)氣體在金屬中的溶解。 (3)氣體對金屬的氧化。 (4)氣體對金屬材料焊接或熔煉質(zhì)量的影響以及控制氣體的措施。 要求: (1)了解金屬材料在焊接或熔煉過程中氣體的來源及存在形式。 (2)了解簡單氣體和復(fù)雜氣體在液態(tài)金屬中的溶解過程和氣體溶解的影響因素；掌握氮和氫在鐵中 的溶解度與溫度的關(guān)系以及合金成分對氣體溶解度的影響。 (3)了解金屬氧化還原方向的判據(jù)；了解 O2、CO2、H2O 以及混合氣體在焊接和熔煉過程中對金屬 的氧化。 (4)了解氣體對金屬質(zhì)量的影響和氣體的控制措施；掌握熔煉或焊接過程氮和氫的冶金控制措施。 重點與難點: (1) 重點：氣體對金屬的作用與控制措施 (2) 難點：氣體在液態(tài)金屬中的溶解過程 第八章 液態(tài)金屬與熔渣的相互作用 主要內(nèi)容: (1)熔渣的作用與形成。 (2)熔渣的結(jié)構(gòu)與堿度。 (3)熔渣的物理性質(zhì)。 (4)活性熔渣對金屬的氧化。 要求: (1)了解熔渣的作用與分類；了解熔渣的來源與構(gòu)成。 (2)了解熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論和離子理論；掌握熔渣堿度的概念。 (3)了解渣相的凝固溫度、密度、粘度、表面張力及界面張力的物理性質(zhì)；掌握長渣與短渣基本概 念，及熔渣成分對粘度的影響。 (4)了解熔渣的氧化性、活性熔渣氧化的基本形式；掌握渣的性質(zhì)與焊縫含氧量的關(guān)系。 重點與難點: (1)重點：熔渣的理化性能及對金屬的作用 (2)難點：熔渣的結(jié)構(gòu) 第九章 液態(tài)金屬的凈化與合金化 主要內(nèi)容: (1)液態(tài)金屬的脫氧。 (2)液態(tài)金屬的脫碳。 (3)液態(tài)金屬的脫硫和脫磷。 要求: (1)了解液態(tài)金屬脫氧的目的、基本方式；掌握鑄造與焊接冶金工藝中常用的脫氧方式及特點。 (2)了解液態(tài)金屬脫碳的目的；掌握液態(tài)金屬脫碳主要反應(yīng)。 (3)了解硫、磷的危害和影響因素；掌握脫硫、脫磷的主要控制措施。 重點與難點: (1)重點：液態(tài)金屬脫氧、脫硫、脫磷及脫碳精煉的影響因素 (2)難點：熔渣粘度對液態(tài)金屬凈化的影響 第十章 焊接接頭的組織與性能 主要內(nèi)容: (1)焊接熱循環(huán)，焊接熱循環(huán)下金屬組織轉(zhuǎn)變特點。 (2)熔池凝固和焊縫固態(tài)相變，焊縫性能的控制。 (3)熔合區(qū)的形成，焊接熱影響的組織與性能。 要求: (1)了解焊接熱循環(huán)的基本參數(shù)及其對焊接接頭性能的影響；了解焊接熱循環(huán)下金屬組織轉(zhuǎn)變特點；掌 握焊接熱循環(huán)、t8/5、t8/3、t100 等基本概念和焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)，掌握焊接熱循環(huán)對金屬組織轉(zhuǎn)變的 影響。 (2)了解熔池凝固的特點、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律、熔池結(jié)晶的形態(tài)、焊縫的固態(tài)相變和焊縫性能的 控制途徑；掌握熔池結(jié)晶線速度與焊接速度的關(guān)系，焊接速度對溶池結(jié)晶形態(tài)及裂紋形成影響；掌握 微量元素對焊縫性能的影響。 (3)了解熔合區(qū)的形成，了解焊接熱影響區(qū)的組織分布及熱影響區(qū)的性能；掌握焊接熔合區(qū)的物理 和化學(xué)不均勻性對接頭性能的影響；掌握焊接熱影響區(qū)、M-A 組元和碳當(dāng)量的基本概念，淬火傾向不 同鋼種焊接熱影響區(qū)的分區(qū)和組織特點，焊接熱影響區(qū)脆化的種類和形成原因。 重點與難點: (1)重點：焊焊縫凝固與性能的控制，典型材料的焊接熱影響區(qū)組織變化特點及其組織性能。 (2)難點：焊接熱循環(huán)參數(shù)的計算及其影響因素。 第十一章 凝固缺陷及控制 主要內(nèi)容: (1)合金中成分偏析的種類及形成原因。 (2)液態(tài)金屬在冷卻凝固過程中產(chǎn)生的氣孔和夾雜。 (3)液態(tài)金屬在凝固中形成的縮孔和縮松。 (4)熱裂紋的種類，結(jié)晶裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 (5)冷裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 (6)再熱裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 要求: (1)了解偏析種類、特征和形成原因，掌握基本概念。 (2)了解焊接或熔煉過程中氣孔和夾雜的種類和形成原因，掌握焊接過程中氮?dú)饪住�CO 和氫氣孔 的基本特征、形成原因和控制措施，掌握焊接過程中夾雜的種類、特征和形成原因。 (3)了解液態(tài)金屬在凝固中形成的縮孔和縮松分類特征、形成原因、影響因素和防止措施。 (4)了解熱裂紋的種類及特征，掌握結(jié)晶裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 (5)了解拘束度的計算，掌握拘束度的基本概念，冷裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 (6)了解再熱裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋的特征、形成原因、影響因素和控制措施。 重點與難點: (1)重點：氣孔的特征、形成原因、影響因素和控制措施；裂紋的種類、特種、形成原因、影響因 素和控制措施。 (2)難點：氣孔的形成機(jī)理；裂紋的形成機(jī)理。 第十二章 金屬塑性成形的物理基礎(chǔ) 主要內(nèi)容： (1)金屬塑性成形方法的分類及主要優(yōu)缺點，金屬塑性成形理論的發(fā)展概況。 (2)金屬在塑性加工中的塑性行為。 要求： (1)了解金屬塑性成形方法的分類及特點；金屬塑性成形的主要優(yōu)缺點，塑性成形方法的發(fā)展趨勢。 (2)掌握塑性及塑性指標(biāo)的基本概念；了解金屬的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)對塑性的影響；深刻認(rèn)識變 形條件對金屬塑性的影響；掌握提高金屬塑性的方法。 重點與難點： 金屬塑性成形方法的分類，金屬的塑性、變形抗力及影響因素。 第十三章 應(yīng)力分析 主要內(nèi)容： (1) 求和約定與張量初步。 (2) 應(yīng)力分量，斜截面上的應(yīng)力，應(yīng)力張量。 (3) 主應(yīng)力和應(yīng)力不變量，應(yīng)力方程的求解。 (4) 主剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)力，應(yīng)力偏張量和球張量。 (5) 八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力，平衡微分方程。 要求： (1)掌握變形體內(nèi)點的應(yīng)力狀態(tài)及表示方法。 (2)熟練掌握任意斜截面上的應(yīng)力的計算方法。 (3)熟練掌握有關(guān)應(yīng)力張量的基本概念；掌握平衡微分方程的推導(dǎo)方法及其意義。 重點與難點： (1) 重點：斜截面上的應(yīng)力，主應(yīng)力和主方向，平衡微分方程。 (2) 難點：斜截面上的應(yīng)力，主剪應(yīng)力。 第十四章 應(yīng)變分析 主要內(nèi)容： (1)變形的基本概念，位移分量，應(yīng)變分量和應(yīng)變張量。 (2)小變形幾何方程，變形連續(xù)方程。 (3)主應(yīng)變，主剪應(yīng)變，八面體應(yīng)變和等效應(yīng)變，應(yīng)變增量和應(yīng)變速率張量。 (4)平面應(yīng)力狀態(tài)、平面應(yīng)變狀態(tài)和軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。 要求： (1)掌握小變形分析的基本概念和基本方法。 (2)熟練掌握小變形幾何方程及其應(yīng)用。 (3)了解變形連續(xù)方程的意義。 (4)掌握應(yīng)變增量和應(yīng)變速率的基本概念。 重點與難點： (1) 重點：小應(yīng)變幾何方程，主應(yīng)變，平面變形和軸對稱問題。 (2) 難點：小變形分析，變形連續(xù)方程。 第十五章 屈服準(zhǔn)則 主要內(nèi)容： (1)有關(guān)材料性質(zhì)的基本概念，Tresca 屈服準(zhǔn)則，Mises 屈服準(zhǔn)則。 (2)屈服準(zhǔn)則的幾何表達(dá)，中間主應(yīng)力影響、應(yīng)變硬化材料的屈服準(zhǔn)則。 要求： (1)了解有關(guān)材料性質(zhì)的基本概念。 (2)熟練掌握并能正確運(yùn)用屈服準(zhǔn)則。 (3)深刻認(rèn)識屈服準(zhǔn)則的物理、幾何意義。 (4)了解應(yīng)變硬化材料的屈服準(zhǔn)則。 重點與難點： (1)重點：Tresca 屈服準(zhǔn)則，Mises 屈服準(zhǔn)則，平面問題和軸對稱問題屈服準(zhǔn)則的簡化。 (2)難點：屈服準(zhǔn)則的幾何表達(dá)。 第十六章 本構(gòu)方程 主要內(nèi)容： (1)彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點。 (2)塑性變形的增量理論和全量理論。 要求： (1)掌握彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點。 (2)熟練掌握塑性變形的增量理論。 (3)掌握塑性變形的全量理論。 (4)掌握應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)��?yīng)規(guī)律。 (5)了解卸載問題。 重點與難點： (1)重點：塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點，塑性變形的增量理論。 (2)難點：塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點。 第十七章 真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線 主要內(nèi)容： 拉伸實驗曲線；壓縮實驗曲線，變形溫度、變形速度的影響