《金属凝固原理》教学大纲

《金属凝固原理》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03152641课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：物理化学、材料科学基础A、焊接冶金学等后续课程：焊接质量检测与评价等适用专业：焊接技术与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《金属凝固原理》是焊接技术与工程专业本科学生的专业选修课。本课程要求学生了解金属凝固时的热力学规律和动力学规律，掌握单相合金和多相合金的凝固理论和基本特点；掌握二元合金凝固过程中的溶质再分配现象以及多元合金的凝固，掌握合金凝固组织的特点及凝固过程的控制，掌握不同凝固条件下对制品组织形成的影响。使学生具有金属凝固过程及组织分析能力，常见缺陷分析能力及预防措施设计能力，同时为学习后续课程打下必要的基础。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：了解金属凝固时的热力学规律和动力学规律，了解液态金属和合金的结构、性能，掌握液态金属和合金凝固结晶的基本规律，掌握冶金处理对凝固组织和材料性能的影响。课程目标2：具有金属凝固过程分析能力及组织分析能力，常见缺陷分析能力及预防措施设计能力。课程目标3：具有分析金属材料凝固过程，控制缺陷的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神，树立不怕困难、热爱劳动的观念。三、课程目标与毕业要求《金属凝固原理》课程教学目标对焊接技术与工程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1.工程知识1.4掌握专业知识，并能将专业知识用于解决焊接专业相关复杂工程问题。课程目标1：了解金属凝固时热力学规律和动力学规律，了解液态金属和合金的结构、性能，掌握液态金属和合金凝固结晶的基本规律，掌握冶金处理对凝固组织和材料性能的影响。M2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断焊接专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标2：具有金属凝固过程分析能力及组织分析能力，常见缺陷分析能力及预防措施设计能力。M3.设计/开发解决方案3.2能够运用专业知识，通过分析、类比等方式提出满足要求的解决方案。课程目标3：具有分析金属材料凝固过程，控制缺陷的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神，树立不怕困难、热爱劳动的观念。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对应的课程目标1.液态金属的结构和性质1.1液态金属的结构1.2液态金属的性质1.3液态金属的充型能力教学要求：了解液态金属结构的研究方法；掌握液态金属结构模型；掌握液态金属的粘度、表面张力；了解半固态铸造、半固态金属的流动性。重点：液态金属的流动与传热。难点：液态金属结构模型。61、22.铸件凝固过程中的传热及液体流动2.1铸件凝固温度场2.2铸件的凝固方式2.3铸件的凝固时间2.4铸件凝固过程中的液体流动教学要求：掌握液态成型过程导热的基本方程及求解；掌握不同界面热阻条件下温度场的特点；了解金属的凝固特性；了解液态金属的充型能力的基本概念与流动性的测定；掌握影响充型能力的因素。重点：导热的基本方程及求解，液态金属停止流动的机理，影响充型能力的因素，液态成型中金属的流动方式。难点：液态成型中金属的浮力流、枝晶间液体的流动，界面张力引起的流动。61、23.液态金属凝固热力学及动力学3.1液态金属凝固热力学3.2均质形核3.3非均质形核3.4纯金属晶体生长教学要求：掌握液态金属结晶的热力学条件和结晶过程；掌握液态金属的均质形核、非均质形核；了解晶体生长中固液界面处的原子迁移；了解固液界面的微观结构；掌握界面的生长方式和生长速度。重点：液态金属的结晶过程，均质形核、非均质形核，界面的生长方式和生长速度。难点：液态金属的均质形核和非均质形核。61、2、34.单相及多相合金的凝固4.1凝固过程的溶质再分配4.2固—液界面前沿的成分过冷4.3多相合金的凝固教学要求：掌握凝固过程中的溶质再分配理论；掌握热过冷对纯金属结晶过程的影响；掌握成分过冷对合金结晶过程的影响；了解M-S理论模型的界面稳定性判据。重点：平衡结晶时的溶质再分配，非平衡结晶时的溶质再分配，成分过冷的产生及影响，界面稳定性理论。难点：平衡结晶时的溶质再分配，界面稳定性理论。81、2、35.铸件宏观组织及其控制5.1铸件的宏观组织5.2表层细晶区及内部柱状晶区的形成5.3中心等轴晶的形成5.4铸件晶粒组织的控制教学要求：掌握宏观凝固组织的特点；了解晶粒游离理论；掌握等轴晶组织的获得及细化；掌握凝固缺陷的形成机理及控制。重点：宏观凝固组织的特点，等轴晶组织的获得及细化，偏析的形成及控制，气孔的形成及控制，夹杂物的形成及控制，缩松与缩孔。难点：轴晶组织的获得及细化，偏析的形成及控制。61、2、3合计32五、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，充分用丰富的多媒体和网络资源，使学生在课堂活动中学习掌握液态金属凝固的基础知识，了解金属凝固时热力学规律和动力学规律，掌握液态金属和合金凝固结晶的基本规律，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生金属凝固过程分析能力及组织分析能力，常见缺陷分析能力及预防措施设计能力。六、课程资源1.推荐教材：胡汉起.金属凝固原理[M].北京：机械工业出版社，2021.102.参考书：（1）范晓明.金属凝固理论与技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2020.07.（2）张忠明.金属凝固成形原理[M].北京：机械工业出版社，2020.05.（3）陈刚.金属凝固及铸件形成理论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2020.08.3.期刊：（1）周志杰,胡卓焕,杨茉.泡沫金属复合相变材料的凝固及接触间距影响[J].工程热物理学报,2022,43(01):145-151.（2）任家沛,耿谦,柴怡君等.基于液态金属相变的热可调弹性波超材料[C].中国振动工程学会,第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)摘要集.西安交通大学航天航空学院,2021:1-5.（3）田梅娟,坚增运,海瑞.金属熔体凝固过程中固-液界面能的计算[J].铸造,2021,70(01):38-43.（4）程渊博,于晖.潜心耕耘液固相变晶体金属莲开并蒂——凝固与晶体生长分论坛侧记[J].中国材料进展,2020,39(11):846-847.（5）邓晓镇.高压下金属钨快速凝固过程分析[D].湖南大学,2020.（6）RashmiTiwari,SachinSingh,R.K.Yadav,PoojaLohia,D.K.Dwivedi.ImprovedPerformanceofPlatinumDiselenideBasedSurfacePlasmonResonanceBiosensorUsingSilicon[J].SensorLetters:AJournalDedicatedtoallAspectsofSensorsinScience,Engineering,andMedicine,2020,18(9):711-718.4.网络资源：（1）金属凝固：中国大学慕课./course/NEU-1460549162.（2）金属凝固原理：中国大学慕课./spoc/course/SEU-1206152805.（3）金属材料学：中国大学慕课./course/NWPU-1001993003?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg.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3。表3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过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，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。√√√433作业20（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。√√√884阶段测验10（1）主要考核学生对阶段性所学知识点的理解和掌握程度，满分100分；（2）阶段测验单独评分，取该成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以阶段测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。√√√442大作业60（1）大作业100分，以大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。（2）考核形式为：以案例分析、心得体会、论文等形式体现。√√√302010合计：100分463519八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、阶段测验、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），采用大作业的形式，考核学生对液态金属凝固的基本理论知识和常用工艺及分析方法掌握，对专业内容的书面表达能力等；课堂表现、作业、阶段测验等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和期末考核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4。表4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课堂表现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%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不够认真，基本不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，不记笔记，不参