《金属熔炼与塑性加工》教学大纲

《金属熔炼与塑性加工》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：21150011课程性质：专业选修课程学分：1.5学分学时：24学时（理论20学时，实验4学时）先修课程：大学物理、机械基础、电缆导论等后续课程：通信电缆设计与制造、电力电缆结构设计适用专业：电缆工程开课单位：电缆工程学院一、课程说明《金属熔炼与塑性加工》是电缆工程专业的一门专业选修课。本课程主要使学生了解、掌握电缆导体——固体金属及合金的结构等基本知识、金属熔炼过程及金属结晶的热力学和动力学原理、金属塑性加工基本原理及常见加工方法，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握电缆导体（固体金属及合金）的结构等基本知识，掌握金属熔炼过程及金属结晶的热力学和动力学原理，熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及金属塑性加工基本原理及常见加工方法，并能对机械制造过程中的受力变形、受热变形等工程现象进行表述和解释。课程目标2：能够依据电缆导体材料的使用要求，设计其加工制备工艺，并分析影响电缆导体材料力学及电学性能的影响因素，确定合理的工艺方案；具备对电缆导体材料加工制备工艺进行建模、分析的能力，以改善材料的力学性能、电学性能、加工精度及效率及降低成本等复杂工程问题。课程目标3：能够就电缆导体材料制备工艺问题撰写研究报告和设计文件；能够就电缆导体材料制备工艺过程中的问题进行陈述发言，清晰表达设计的具体思路、方案、所采取的措施及效果等，并能与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。同时，培养学生民族自信心和国家自豪感（思政目标），培养学生持之以恒、克难攻坚的工匠精神（劳动目标）。三、课程目标与毕业要求《金属熔炼与塑性加工》课程教学目标对电缆工程本科专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析电缆工程领域复杂工程问题，获得多种解决方案。课程目标1：掌握电缆导体（固体金属及合金）的结构等基本知识，掌握金属熔炼过程及金属结晶的热力学和动力学原理，熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及金属塑性加工基本原理及常见加工方法，并能对机械制造过程中的受力变形、受热变形等工程现象进行表述和解释。H4.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法对电缆工程领域相关的复杂问题选择研究路线，设计实验方案。课程目标2：能够依据电缆导体材料的使用要求，设计其加工制备工艺，并分析影响电缆导体材料力学及电学性能的影响因素，确定合理的工艺方案；具备对电缆导体材料加工制备工艺进行建模、分析的能力，以改善材料的力学性能、电学性能、加工精度及效率及降低成本等复杂工程问题。H6.工程与社会6.2能分析并正确评价针对电缆工程领域复杂工程问题的工程实践，尤其是新技术、新工艺、新材料、新产品的开发和应用对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。课程目标3：能够就电缆导体材料制备工艺问题撰写研究报告和设计文件；能够就电缆导体材料制备工艺过程中的问题进行陈述发言，清晰表达设计的具体思路、方案、所采取的措施及效果等，并能与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。同时，培养学生民族自信心和国家自豪感（思政目标），培养学生持之以恒、克难攻坚的工匠精神（劳动目标）。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.金属材料的力学性能1.1金属材料的刚度、强度、塑性概念1.2金属材料的硬度概念1.3金属材料的冲击韧度、疲劳强度概念1.4金属材料的断裂韧度概念教学要求：金属材料的刚度、强度、塑性概念；金属材料的硬度概念；金属材料的冲击韧度、疲劳强度概念；金属材料的断裂韧度概念。重点：材料的强度、塑性指标。难点：材料强度、塑性指标的测试。221、2、32.金属材料的基础知识2.1晶体学基础2.2纯金属的晶体结构2.3合金的相结构2.4点缺陷2.5位错2.6材料的面缺陷2.7二元合金相图的基本概念2.8二元合金相图的分析方法教学要求：有关金属晶体结构的概念:晶体与非晶体、晶体结构、晶面指数与晶向指数；实际金属的晶体结构及缺陷，点缺陷、线缺陷及面缺陷；有关合金相结构概念：合金与合金的相结构，固溶体、金属化合物。重点：金属中常见的三种晶格类型；金属晶体中的晶面指数与晶向指数；实际金属的晶体结构及缺陷；合金相结构的基本类型、二元合金相图的基本概念、二元匀晶相图和二元共晶相图、杠杆定律。难点：金属晶体中的晶面指数与晶向指数、二元匀晶相图和二元共晶相图、杠杆定律。821、2、33.金属的熔炼与凝固3.1纯金属的凝固3.2合金的凝固3.3铸锭的组织与缺陷教学要求：固体金属的加热、熔化；液态金属的结构；液态金属的性质；液体金属的流动；纯金属的凝固；二元合金的凝固，晶体生长；液态金属结晶过程的热力学条件；液态金属结晶过程的动力学条件；铸件宏观结晶组织的形成及其影响因素；组织对性能的影响及获得和细化等轴晶的措施；铸件凝固缺陷及控制。重点：纯金属的凝固；液态金属结晶过程的热力学条件和动力学条件。难点：铸件宏观结晶组织的形成及其影响因素。61、2、34.金属塑性加工原理及加工方法4.1金属的塑性变形理论4.2回复与再结晶4.3熟悉轧制原理及基本条件4.4熟悉挤压原理及挤压工模具4.5熟悉拉线基本条件及变形指数、安全系数教学要求：单晶体金属的塑性变形；滑移和孪生的概念和区别；多晶体金属的塑性变形；晶界和晶粒位向差的影响；多晶体金属的塑性变形过程；晶粒大小对金属力学性能的影响；冷塑性变形对金属组织和性能的影响；回复与再结晶；金属的热塑性加工；冷加工与热加工的区别；轧制的原理；连续轧制的原理；挤压的原理；拉拔的原理。重点：塑性变形对金属组织和性能的影响；轧制的原理；挤压的原理；拉拔的原理。难点：金属的塑性变形；回复与再结晶。41、2、3合计2042.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.金属材料的硬度试验实验内容：学习布氏硬度、洛氏硬度的测量方法。实验要求：通过这些实验，使学生验证了理论课的内容并提高了动手操作能力。使学生了解布氏硬度计、洛氏硬度计的基本结构特点，掌握布氏硬度、洛氏硬度的测量方法及应用范围。21、22.铁碳合金平衡组织显微观察实验内容：了解金相显微镜的基本原理及使用方法；观察和分析铁碳合金平衡组织结构。实验要求：熟悉并掌握铁碳合金在平衡状态下的组织及铸铁的显微组织特征，使学生进一步掌握金属材料组织与性能之间的关系。此外，学生在实验过程中，必须严格遵守实验室安全守则及设备的操作规则。21、2合计4五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较全面地了解、掌握电缆导体——固体金属及合金的结构等基本知识、金属熔炼过程及金属结晶的热力学和动力学原理，在掌握金属塑性加工基本原理及常见加工方法基础上，具有运用基础理论知识解决生产实际中问题的初步能力。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；通过启发式教学、讨论式教学培养学生金属材料学的基本理论、基本知识和基本技能。实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材（1）崔忠圻,覃耀春.金属学与热处理（第3版）[M].北京:机械工业出版社,2020.（2）余永宁.金属学原理[M].北京:冶金工业出版社,2020.（3）袁志钟,戴起勋.金属材料学（第3版）[M].北京:化学工业出版社,2019.2.参考书（1）杨庆祥.材料科学与工程基础[M].北京:机械工业出版社,2021.（2）赵长生,顾宜.材料科学与工程基础[M].北京:化学工业出版社,2019.（3）石德珂.材料科学基础[M].北京:机械工业出版社,2017.（4）WilliamD.Callister,Jr.David.材料科学与工程基础[M].北京:化学工业出版社,2016.3.期刊（1）中国有色金属学报(英文版),中国有色金属学会.（2）中国有色金属学报,中国有色金属学会.（3）稀有金属材料与工程,西北有色金属研究院;中国有色金属学会;中国材料研究学会.（4）ADVANCEDENGINEERINGMATERIALS,JohnWiley&SonsInc.（5） METALLURGICALRESEARCH&TECHNOLOGY,EDPSciences.4.网络资源（1）西安交通大学《材料科学基础》精品慕课:/course/XJTU-1207110815.（2）东北大学《材料成型金属学》精品慕课:/course/preview/NEU-1206136813?tid=1206445225.（3）上海应用技术大学《塑性成形理论》:/course/SIT-1206453817?from=searchPage七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核平时作业16（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664实验12（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√642课堂表现与互动10（1）根据课堂回答问题和课堂讨论互动情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442签到2（1）根据课堂出勤情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√11期末考核60（1）课程大作业（或课程论文）成绩100分，以课程大作业（或课程论文）成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核固体金属及合金的结构等基本知识、金属熔炼过程及金属结晶的热力学和动力学原理、金属塑性加工基本原理及常见加工方法等内容。√√√252510合计：100分414019八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课程大作业、课程论文、平时作业评价、课内实验、课堂讨论与互动成绩和线上学习等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由课程大作业（或课程论文）成绩和过程性考核成绩组成。其中：课程大作业（或课程论文）为100分（权重60%），课程大作业（或课程论文）中基本知识、基本理论、基本技能的内容分值不超过50%，综合应用的内容、分析的内容不低于50%；平时作业评价、课内实验、课堂讨论与互动成绩等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60平时作业40作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%。不交作业3次以内，准确率大于60%。不交作业4次以上，准确率小于60%。实验30实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详实、结论清晰、讨论合理。实验前有预习，能够掌握方法与步骤，实验操作过程正确、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果正确、讨论适当。实验前有预习，基本能够掌握方法与步骤，实验操作过程基本正确、无协作，实验结果基本正确，讨论一般。实验前有预习，不能掌握方法与步骤，实验操作过程基本正确，无协作，实验结果基本正确，无讨论。没有预习，不能完成实验；实验操作步骤有误；实验结果不正确，没有分析讨论。课堂表现与互动25笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记