《材料成型原理》课程教学大纲课程考试/考试22121404课程名称材料成型原理编号考查总学实验/上机52 3学分时学时专业基课程承担单材料成型及控材料科学础课程（必适用专业位性质制工程与工程学院修)先修物理化学、材料科学基础、线性代数、高等数学I、IⅡI课程《材料成形原理》是材料成型与控制工程专业的一门专业核心课程。其目的在于通过阐明液态成形（铸造）、塑性成形（锻压）和连接成形（焊接）过程中的能流、物流和信息流规律及其物理本质，让学生系统学习材料制备及加工过程中涉及的凝固原理、塑性原理及焊接原理等知识，从而具有制定材料成形工艺规程的能力及具备为解决复杂工程问题提出相应的理论模型的能力。一、课程目标学生学完本课程后，将对材料成型过程及其基本原理有实质性的、深入的理解，并达到以下教学目标：课程目标1：掌握材料在各种加工过程中的组织转变与机械性能的关系，理解工艺参数对制备过程中组织转变的影响规律和原理，能够针对铸造、焊接和塑性成形等具体工程问题，建立理论模型并求解。课程目标2：掌握材料在液态成形（铸造）、锻造和焊接热处理等加工过程中的凝固原理、塑性成形原理和焊接原理等理论知识，并用这些知识识别材料成形过程中影响材料力学性能、物理化学性能的关键因素，以及各个关键影响因数的变化关系。课程目标3：掌握材料在液态成形（铸造）、锻造和焊接及热处理等加工过程中的物理、冶金和化学变化，理解上述过程中材料内部组织转变、传热、传质的基本规律和机理，掌握材料加工制备的基本过程和工艺制定的基本依据，了解工艺开发、成型设备以及工艺优化等过程中的各种影响因素。课程目标4：掌握各种加工过程中工艺变化对材料力学性能指标的影响规律，掌握对应的改善或提高这些力学性能指标的方法和途径。并采用科学方法设计实验、分析和解释数据，综合文献调研信息，选择技术路线，设计实验方案。课程思政目标：培养学生以一贯之、久久为功的学习态度，刻苦钻研、精益求精的工匠精神，民族自信的家国情怀，全面提高大学生缘事析理、明辨是非的能力。29
29 《材料成型原理》课程教学大纲 课程 编号 22121404 课程名称 材料成型原理 考试/ 考查 考试 总学 时 52 实验/上机 学时 学分 3 课程 性质 专业基 础课程（必 修） 适用专业 材料成型及控 制工程 承担单 位 材料科学 与工程学院 先修 课程 物理化学、材料科学基础、线性代数、高等数学 I、II 《材料成形原理》是材料成型与控制工程专业的一门专业核心课程。其目的在于通过阐明液态成形 （铸造）、塑性成形（锻压）和连接成形（焊接）过程中的能流、物流和信息流规律及其物理本质，让 学生系统学习材料制备及加工过程中涉及的凝固原理、塑性原理及焊接原理等知识，从而具有制定材料 成形工艺规程的能力及具备为解决复杂工程问题提出相应的理论模型的能力。 一、课程目标 学生学完本课程后，将对材料成型过程及其基本原理有实质性的、深入的理解，并达到以下教学目 标： 课程目标 1：掌握材料在各种加工过程中的组织转变与机械性能的关系，理解工艺参数对制备过程 中组织转变的影响规律和原理，能够针对铸造、焊接和塑性成形等具体工程问题，建立理论模型并求解。 课程目标 2：掌握材料在液态成形（铸造）、锻造和焊接热处理等加工过程中的凝固原理、塑性成 形原理和焊接原理等理论知识，并用这些知识识别材料成形过程中影响材料力学性能、物理化学性能的 关键因素，以及各个关键影响因数的变化关系。 课程目标 3：掌握材料在液态成形（铸造）、锻造和焊接及热处理等加工过程中的物理、冶金和化 学变化，理解上述过程中材料内部组织转变、传热、传质的基本规律和机理，掌握材料加工制备的基本 过程和工艺制定的基本依据，了解工艺开发、成型设备以及工艺优化等过程中的各种影响因素。 课程目标 4：掌握各种加工过程中工艺变化对材料力学性能指标的影响规律，掌握对应的改善或提 高这些力学性能指标的方法和途径。并采用科学方法设计实验、分析和解释数据，综合文献调研信息， 选择技术路线，设计实验方案。 课程思政目标：培养学生以一贯之、久久为功的学习态度，刻苦钻研、精益求精的工匠精神，民族 自信的家国情怀，全面提高大学生缘事析理、明辨是非的能力
表1课程目标支撑的毕业要求/指标点课程目标指标点课程目标11.2能够运用力学、传热学、材料学等相关知识，针对材料成型及控制过程中的复杂工程问题，建立数学模型并求解。课程目标2.1能够运用材料成型及控制工程专业的基础知识，进行组织分2析、性能检测，进而识别、判断影响材料成型及控制复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标3.1能够根据工程实际要求，明确设计需求，掌握材料成型工艺3设计和产品开发的全周期和基本流程的方法和技术，了解影响材料成型工艺和产品设计各种影响因素。课程目标4.2能够针对材料成型及控制工程中的复杂工程问题，综合相关4信息，选择技术路线，设计实验方案。二、课程内容及教学组织（一）课程目标权重及教学组织表2课程目标权重及教学组织课程目目标权重授课学时教学组织形式标课堂教学其他混合式教学讨论测验课课程目15770.30标1课程目0.20127J标2课程目120.20V2标3课程目V0.3015标430
30 表 1 课程目标支撑的毕业要求/指标点 课程目标 指标点 课程目标 1 1.2 能够运用力学、传热学、材料学等相关知识，针对材料成型 及控制过程中的复杂工程问题，建立数学模型并求解。 课程目标 2 2.1 能够运用材料成型及控制工程专业的基础知识，进行组织分 析、性能检测，进而识别、判断影响材料成型及控制复杂工程问 题的关键环节和参数。 课程目标 3 3.1 能够根据工程实际要求，明确设计需求，掌握材料成型工艺 设计和产品开发的全周期和基本流程的方法和技术，了解影响材 料成型工艺和产品设计各种影响因素。 课程目标 4 4.2 能够针对材料成型及控制工程中的复杂工程问题，综合相关 信息，选择技术路线，设计实验方案。 二、课程内容及教学组织 （一）课程目标权重及教学组织 表 2 课程目标权重及教学组织 课程目 标 目标权重 授课学时 教学组织形式 课堂教学 混合式教学 讨论测验课 其他 课程目 标 1 0.30 15 √ √ 课程目 标 2 0.20 12 √ √ 课程目 标 3 0.20 12 √ √ 课程目 标 4 0.30 15 √ √
（二）课堂单元主要内容及学时1.绪论（2学时）（支撑课程目标1，3）（1）机器制造的一般过程及材料加工的基本要素和流程：（2）简单了解凝固成形、塑性成形和焊接成形的基本问题和发展概况。2.液态成形基础（4学时）（支撑课程目标1，2）（1）液态金属的结构和性质；（2）液态金属的充型能力及其影响因素：（3）熟悉金属凝固工程中的传热（4）液态金属的流动规律。3.液态金属的结晶（4学时）（支撑课程目标1，2）（1）液态金属结晶过程的热力学条件：（2）液态金属的形核过程；（3）晶体的生长过程；（4）凝固过程中的溶质再分配现象：（5）单相合金的结晶过程；4.结晶组织的形成和控制（6学时）（支撑课程目标1，2）（1）铸件宏观组织的形成及其影响因素；（2）等轴晶组织的获得和细化原理：（3）定向凝固原理；（4）快速凝固技术：（5）其它特殊条件下的凝固技术。5.凝固缺陷及控制（4学时）：（支撑课程目标1，3）（1）化学成分的不均匀性；（2）气孔、夹杂物、缩松与缩孔、铸造应力等缺陷产生机理及凝固过程中的模拟数值仿真计算等。6.金属的塑性变形抗力（4学时）（支撑课程目标1，2）（1）变形及变形的表示方法；（2）金属塑性的概念及测定方法：（3）影响金属塑性变形和变形抗力的因素以及提高塑性的主要途径（4）金属的超塑性。7.金属塑性成形过程中的流动规律及变形特点（4学时）：（支撑课程目标1，2）（1）金属塑性成形时的摩擦及摩擦定律：（2）金属塑性成形中的基本规律；31
31 （二）课堂单元主要内容及学时 1．绪论（2 学时）（支撑课程目标 1，3） （1）机器制造的一般过程及材料加工的基本要素和流程； （2）简单了解凝固成形、塑性成形和焊接成形的基本问题和发展概况。 2．液态成形基础（4 学时）（支撑课程目标 1，2） （1）液态金属的结构和性质； （2）液态金属的充型能力及其影响因素； （3）熟悉金属凝固工程中的传热； （4）液态金属的流动规律。 3．液态金属的结晶（4 学时）（支撑课程目标 1，2） （1）液态金属结晶过程的热力学条件； （2）液态金属的形核过程； （3）晶体的生长过程； （4）凝固过程中的溶质再分配现象； （5）单相合金的结晶过程； 4. 结晶组织的形成和控制（6 学时）（支撑课程目标 1，2） （1）铸件宏观组织的形成及其影响因素； （2）等轴晶组织的获得和细化原理； （3）定向凝固原理； （4）快速凝固技术： （5）其它特殊条件下的凝固技术。 5. 凝固缺陷及控制（4 学时）（支撑课程目标 1，3） （1）化学成分的不均匀性； （2）气孔、夹杂物、缩松与缩孔、铸造应力等缺陷产生机理及凝固过程中的模拟数值仿真计算等。 6. 金属的塑性变形抗力（4 学时）（支撑课程目标 1，2） （1）变形及变形的表示方法； （2）金属塑性的概念及测定方法； （3）影响金属塑性变形和变形抗力的因素以及提高塑性的主要途径； （4）金属的超塑性。 7. 金属塑性成形过程中的流动规律及变形特点（4 学时）（支撑课程目标 1，2） （1）金属塑性成形时的摩擦及摩擦定律； （2）金属塑性成形中的基本规律；
（3）金属塑性变形的加工硬化、软化及变形分类（4）金属塑性变形对金属组织与性能的影响：（5）掌握金属塑性成形后的组织与性能控制方法。8.金属塑性变形的力学基础（6学时）（支撑课程目标3,4）（1）熟悉应力分析方法：（2）熟悉应变分析方法；（3）熟悉平面问题和轴对称问题分析方法：（4）熟悉屈服准则：（5）熟悉塑性变形时应力-应变关系9.塑性成形过程力学分析方法（2学时）（支撑课程目标2，4）（1）熟悉应力平衡微分方程与塑性条件联解的数学解析法：（2）熟悉主应力法及其应用；（3）熟悉滑移线法及其应用：（4）熟悉上限法及其应用：（5）利用有限元法模拟数值计算10.熔化焊的热过程（4学时）（支撑课程目标3，4）（1）熔化焊热源及其温度场；（2）焊接热循环；（3）熔化焊接头的形成11.熔化焊化学冶金过程（4学时）（支撑课程目标1，4）（1）焊接气体及其与金属的相互作用：（2）焊接材料与焊接熔渣；（3）焊接化学冶金反应。12.熔化焊接头的组织与性能（4学时）（支撑课程目标3，4）（1）焊接金属的组织与性能；（2）焊接热影响区的组织与性能。13.焊接缺陷（4学时）（支撑课程目标3，4）（1）焊接过程气孔产生条件及防止措施：（2）焊接裂纹产生条件及防止措施。（三）课程思政元素、32
32 （3）金属塑性变形的加工硬化、软化及变形分类； （4）金属塑性变形对金属组织与性能的影响： （5）掌握金属塑性成形后的组织与性能控制方法。 8. 金属塑性变形的力学基础（6 学时）（支撑课程目标 3,4） （1）熟悉应力分析方法； （2）熟悉应变分析方法； （3）熟悉平面问题和轴对称问题分析方法； （4）熟悉屈服准则： （5）熟悉塑性变形时应力-应变关系 9. 塑性成形过程力学分析方法（2 学时）（支撑课程目标 2，4） （1）熟悉应力平衡微分方程与塑性条件联解的数学解析法； （2）熟悉主应力法及其应用； （3）熟悉滑移线法及其应用； （4）熟悉上限法及其应用； （5）利用有限元法模拟数值计算 10. 熔化焊的热过程（4 学时）（支撑课程目标 3，4） （1）熔化焊热源及其温度场； （2）焊接热循环； （3）熔化焊接头的形成 11. 熔化焊化学冶金过程（4 学时）（支撑课程目标 1，4） （1）焊接气体及其与金属的相互作用； （2）焊接材料与焊接熔渣； （3）焊接化学冶金反应。 12. 熔化焊接头的组织与性能（4 学时）（支撑课程目标 3，4） （1）焊接金属的组织与性能； （2）焊接热影响区的组织与性能。 13. 焊接缺陷（4 学时）（支撑课程目标 3，4） （1）焊接过程气孔产生条件及防止措施； （2）焊接裂纹产生条件及防止措施。 （三）课程思政元素
表3课程思政元素与教学方法教学章节教学方法思政育人目标授课知识点主要融入的思政元素了解材料的成型制备工爱国情怀艺、结构及性能特点。引课堂讲授/第一章/视频/现场入我国历史、现在与将来认同自我，培养学生积极乐观的情绪和成才志向国家意识绪论讨论在材料发展进程中做出民族自信卓越贡献的典型实例。百年中国钢铁发展史、钢铁行业的爱国主义典型人学习并掌握液态金物，引用《中国经济时报》记者周雪松的报道《百年逐梦：钢铁脊梁撑起世界半壁江山》，以图片展属结晶过程的热力学条现钢铁工业的百年发展历程，用全国钢铁逐年递增件：液态金属的形核过的事实数据来印证“钢铁人”的感言：“钢铁工业课堂讲授/第二章/视频/查阅社会责任由小到大、由弱变强，离不开党的领导”“我们无先进凝固程；晶体的生长过程；凝文献/现场论从钢铁产量的数量和质量，从原来数量少质量差工匠精神理论讨论固过程中的溶质再分配发展到数量多质量相对高，这是我们自己生产关系调整和生产力相匹配运行的一个有效印证，这是中现象；单相合金的结晶过国共产党作为执政党执政能力、执政水平提升的一程。个重要体现”。使学生坚信党的领导、坚定正确的政治方向，树立材料人的“钢铁梦”“强国梦”。学习铸件宏观组织的形什么是大工程中的“工匠精神”，什么是新时代中成及其影响因素：等轴晶第二章/国需要的中国制造，通过林总工程师讲述在港珠澳课堂讲授/家国情怀组织的获得和细化原理；液态金属大桥建造中攻克的诸多难题、工程质量的精益求精视频/现场社会责任的净化和定向凝固原理；快速凝固讨论工匠精神精炼等实例，告诉学生什么是大工程中的“工匠精神”，技术：其它特殊条件下的什么是新时代中国需要的中国制造。凝固技术。通过青年学生如何学会加工一根高速列车道学习变形及变形的表示的钢轨与如何成为社会主义大厦上的一根钢轨（势方法；金属塑性的概念及第五章/力勤奋与爱国主义），线上观看大连理工大学网易课堂讲授/测定方法：影响金属塑性金属的塑视频/现场爱国情怀公开课《科学技术与工程伦理》，课堂选取其中一讨论性及变形民族自信变形和变形抗力的因素抗力个片段来引出工程伦理的重要性，多维度思考做好以及提高塑性的主要途的定义和内涵。课程结束时，教师给出寄语：树立径：金属的超塑性。理想，做好当下，展望未来。33
33 表 3 课程思政元素与教学方法 教学章节 授课知识点 主要融入的思政元素 教学方法 思政育人目标 第一章/ 绪论 了解材料的成型制备工 艺、结构及性能特点。引 入我国历史、现在与将来 在材料发展进程中做出 卓越贡献的典型实例。 认同自我，培养学生积极乐观的情绪和成才志向 课堂讲授/ 视频/现场 讨论 爱国情怀 国家意识 民族自信 第二章/ 先进凝固 理论 学习并掌握液态金 属结晶过程的热力学条 件；液态金属的形核过 程；晶体的生长过程；凝 固过程中的溶质再分配 现象；单相合金的结晶过 程。 百年中国钢铁发展史、钢铁行业的爱国主义典型人 物，引用《中国经济时报》记者周雪松的报道《百 年逐梦：钢铁脊梁撑起世界半壁江山》，以图片展 现钢铁工业的百年发展历程，用全国钢铁逐年递增 的事实数据来印证“钢铁人”的感言：“钢铁工业 由小到大、由弱变强，离不开党的领导”“我们无 论从钢铁产量的数量和质量，从原来数量少质量差 发展到数量多质量相对高，这是我们自己生产关系 调整和生产力相匹配运行的一个有效印证，这是中 国共产党作为执政党执政能力、执政水平提升的一 个重要体现”。使学生坚信党的领导、坚定正确的 政治方向，树立材料人的“钢铁梦”“强国梦”。 课堂讲授/ 视频/查阅 文献/现场 讨论 社会责任 工匠精神 第二章/ 液态金属 的净化和 精炼 学习铸件宏观组织的形 成及其影响因素；等轴晶 组织的获得和细化原理； 定向凝固原理；快速凝固 技术：其它特殊条件下的 凝固技术。 什么是大工程中的“工匠精神”，什么是新时代中 国需要的中国制造，通过林总工程师讲述在港珠澳 大桥建造中攻克的诸多难题、工程质量的精益求精 等实例，告诉学生什么是大工程中的“工匠精神”， 什么是新时代中国需要的中国制造。 课堂讲授/ 视频/现场 讨论 家国情怀 社会责任 工匠精神 第五章/ 金属的塑 性及变形 抗力 学习变形及变形的表示 方法；金属塑性的概念及 测定方法；影响金属塑性 变形和变形抗力的因素 以及提高塑性的主要途 径；金属的超塑性。 通过青年学生如何学会加工一根高速列车道 的钢轨与如何成为社会主义大厦上的一根钢轨（努 力勤奋与爱国主义），线上观看大连理工大学网易 公开课《科学技术与工程伦理》，课堂选取其中一 个片段来引出工程伦理的重要性，多维度思考做好 的定义和内涵。课程结束时，教师给出寄语：树立 理想，做好当下，展望未来。 课堂讲授/ 视频/现场 讨论 爱国情怀 民族自信