《合金设计与熔炼》教学大纲课程名称：合金设计与熔炼课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：Alloydesignandmelting其中实验/实践学时：4总学时/周学时/学分：24/2/1.5先修课程：材料科学基础，材料热力学，金属材料学后续课程支撑：材料成型与制备，毕业设计授课地点：松山湖校区/6C-204授课时间：1-12周/星期三/5-6节授课对象：2019级金属班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：万兵兵/助理研究员，李润霞/教授答艇时间、地点与方式：课前、课间和课后现场或网络通信工具答期课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（V）其它（）使用教材：《合金设计及其熔炼》，田素贵编，冶金工业出版社，2017课程简介：《合金设计与熔炼》是金属材料工程专业的一门学科基础课。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解，介绍金属材料的熔炼和成分设计的基本理论和工艺，使学生通过本课程的学习，掌握钢铁材料的冶金原理、真空熔炼原理，熟悉铸铁、铸钢及多种有色金属材料的制备技术，了解一般金属材料的设计原理，使学生通过本课程的学习，拓展材料制备科学的知识范围，为金属材料专业课的学习和今后从事材料的研发、制造与加工工作打下良好的基础。课程敏学目标及对毕业要求指标点的支撑：支撑毕业要求指标点毕业要求课程教学目标目标11掌握物理、化学等方面的自然科学知C1.能够将数学、自然科学、工程基础和金属材料工程专业知识用于解决复杂工程问题。学习铸造合金及其熔炼工艺的基础知识和基本理论知识，识，能够用于解决金属材料制备、加工1
1 《合金设计与熔炼》教学大纲 课程名称： 合金设计与熔炼 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Alloy design and melting 总学时/周学时/学分：24/2/1.5 其中实验/实践学时：4 先修课程： 材料科学基础，材料热力学，金属材料学 后续课程支撑： 材料成型与制备，毕业设计 授课时间： 1-12 周/星期三/5-6 节 授课地点：松山湖校区/6C-204 授课对象： 2019 级金属班 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 万兵兵/助理研究员，李润霞/教授 答疑时间、地点与方式：课前、课间和课后现场或网络通信工具答疑 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（√）其它（ ） 使用教材：《合金设计及其熔炼》，田素贵编著，冶金工业出版社，2017. 课程简介： 《合金设计与熔炼》是金属材料工程专业的一门学科基础课。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解，介绍金属 材料的熔炼和成分设计的基本理论和工艺，使学生通过本课程的学习，掌握钢铁材料的冶金原理、真空熔炼原理，熟悉铸铁、铸钢及多种有色金属材料 的制备技术，了解一般金属材料的设计原理，使学生通过本课程的学习，拓展材料制备科学的知识范围，为金属材料专业课的学习和今后从事材料的研 发、制造与加工工作打下良好的基础。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 学习铸造合金及其熔炼工艺的基础知识和基本理论知识， 掌握物理、化学等方面的自然科学知 识，能够用于解决金属材料制备、加工 C1.能够将数学、自然科学、工程基础和金属材料工 程专业知识用于解决复杂工程问题
使学生在通过熔炼制备材料的方面具有扎实的基础理论领域的复杂工程问题。C2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原知识，具有开发和制备新材料的能力：学习各种铸造合金，掌握运用专业基础知识分析金属材料理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂金属材理解材料成分、制备方法与组织结构及力学性能之间的关工程问慰的能力。料工程问题，以获得有效结论。系：掌握材料成分设计的基本原理，便学生具有开发新材料的理论知识。目标21能够针对金属材料领域的复杂工程问C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方培养学生针对不同工况条件正确选择金属材料及其制备题，设计满足特定需求的解决方案或工案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工方法的能力，使其具有工程实际应用的能力。艺流程。艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑具有基于金属材料工程专业基础的基社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。本原理和科学方法开展专业基础实验，C4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属准确分析并解释实验数据，并将实验结材料工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解果进行关联以获得有效结论的能力。释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。能够开发、选择及使用现代专业检测设C5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择与备、资源及技术来分析金属材料工程中使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术涉及合金设计与制备、产品加工等方面工具，包括对复杂金属材料工程问题的预测与模的复杂工程问题，并能够理解其局限拟，并能够理解其局限性。性。目标3：正确认识金属材料工程对于客观世界C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理培养学生其有优良的思想品质、科学素养、人文素质以及和社会的影响。分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案良好的团队合作意识、职业道德与社会责任感：养成理论能够正确和客观的评价针对复杂工程对社会、健康、安全、1联系实际、严谨求实的态度与大胆创新创造的意识和职业问题的金属材料工程专业工程实践对法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。素质。环境、社会可持续发展的影响。C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的2
2 使学生在通过熔炼制备材料的方面具有扎实的基础理论 知识，具有开发和制备新材料的能力；学习各种铸造合金， 理解材料成分、制备方法与组织结构及力学性能之间的关 系；掌握材料成分设计的基本原理，使学生具有开发新材 料的理论知识。 领域的复杂工程问题。 掌握运用专业基础知识分析金属材料 工程问题的能力。 C2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原 理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂金属材 料工程问题，以获得有效结论。 目标 2： 培养学生针对不同工况条件正确选择金属材料及其制备 方法的能力，使其具有工程实际应用的能力。 能够针对金属材料领域的复杂工程问 题，设计满足特定需求的解决方案或工 艺流程。 具有基于金属材料工程专业基础的基 本原理和科学方法开展专业基础实验， 准确分析并解释实验数据，并将实验结 果进行关联以获得有效结论的能力。 能够开发、选择及使用现代专业检测设 备、资源及技术来分析金属材料工程中 涉及合金设计与制备、产品加工等方面 的复杂工程问题，并能够理解其局限 性。 C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方 案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工 艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑 社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 C4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属 材料工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解 释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 C5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择与 使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术 工具，包括对复杂金属材料工程问题的预测与模 拟，并能够理解其局限性。 目标 3： 培养学生具有优良的思想品质、科学素养、人文素质以及 良好的团队合作意识、职业道德与社会责任感；养成理论 联系实际、严谨求实的态度与大胆创新创造的意识和职业 素质。 正确认识金属材料工程对于客观世界 和社会的影响。 能够正确和客观的评价针对复杂工程 问题的金属材料工程专业工程实践对 环境、社会可持续发展的影响。 C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理 分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案 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。 C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的
具有良好的语言文字表达能力，能够撰工程实践对环境、社会可持续发展的影响。C10.能够就复杂金属材料工程问间题与业界同行及社写科技与行业报告和设计汇报文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，能够就会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计金属材料相关的复杂工程问题与业界文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一同行及社会公众进行有效沟通和交流。定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。能够主动地、不断探索地、学以致用地更新和优化自身知识体系。C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。理论教学进程表教学模式授课教学时教学内容（重点、难点、课程恩政融入支撑课周次教学主题（线上/混合式作业安排教学方法师数点)程目标/线下教学重点：铸造合金的分类及其应用，钢铁冶金的基本步骤，高炉炼铁的原理，铸钢的分类。课程思政作业：要教学难点：铸造碳钢的结晶过程和铸态求每位学生独立完万兵兵线下目标12课堂讲授绪论+铸造碳钢组织，影响铸造碳钢力学性能的主要因成调研分析，了解素，碳钢的铸造性能。我国铸造合金的现课程思政融入点：介绍我国铸造合金的状及发展趋势。发展史及国内外新型铸造合金，培养学生的爱国精神和民族自豪感，激发学生3
3 具有良好的语言文字表达能力，能够撰 写科技与行业报告和设计汇报文稿、陈 述发言、清晰表达或回应指令，能够就 金属材料相关的复杂工程问题与业界 同行及社会公众进行有效沟通和交流。 能够主动地、不断探索地、学以致用地 更新和优化自身知识体系。 工程实践对环境、社会可持续发展的影响。 C10.能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计 文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一 定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交 流。 C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习 和适应发展的能力。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 （线上/混合式 /线下 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论+铸造碳钢 万兵兵 2 教学重点：铸造合金的分类及其应用， 钢铁冶金的基本步骤，高炉炼铁的原理， 铸钢的分类。 教学难点：铸造碳钢的结晶过程和铸态 组织，影响铸造碳钢力学性能的主要因 素，碳钢的铸造性能。 课程思政融入点：介绍我国铸造合金的 发展史及国内外新型铸造合金，培养学 生的爱国精神和民族自豪感，激发学生 线下 课堂讲授 课程思政作业：要 求每位学生独立完 成调研分析，了解 我国铸造合金的现 状及发展趋势。 目标 1
专业兴趣。教学重点：锰系及锰硅系铸造低合金钢、铬系及铬镍系铸造低合金钢，高合金钢(高锰钢、不锈钢、耐热钢)。课堂讲投目标1教学难点：低合金钢的铸造性能，铸造铸造低合金钢+铸万兵兵2线下和小组讨作业一2目标2抗磨钢（铸态组织、热处理、加工硬化造高合金钢论及抗磨性），铸造不锈钢（铬不锈钢、铬镍不锈钢及马氏体不锈钢），铸造耐热钢（钢在高温下的强化和蟠变）教学重点：电弧炉和感应电炉的结构及熔炼工艺，钢水的炉外精炼。教学难点：三相电弧炉的结构及主要技术指标，碱性电弧炉氧化法炼钢：感应电炉的结构及工作原理，酸性感应电炉课程思政作业：要课堂讲授电弧炉炼钢+感应炼钢工艺，碱性感应电炉炼钢工艺：真求学生阅读与炼钢万兵兵线下目标12和小组讨3电弧炼钢+钢的炉空感应电炉炼钢、氩氧脱碳精炼法、真技术相关的文献资外精炼论空氩氧脱碳精炼法、钢包电弧加热精炼料与新闻。法。课程思政融入点：让学生深刻认识到中国炼钢技术与国外发达国家的差距，了解炼钢的关键技术瓶颈，建立学生的使命感和历史责任感，努力学习，为实现4
4 专业兴趣。 2 铸造低合金钢+铸 造高合金钢 万兵兵 2 教学重点：锰系及锰硅系铸造低合金钢、 铬系及铬镍系铸造低合金钢，高合金钢 (高锰钢、不锈钢、耐热钢)。 教学难点：低合金钢的铸造性能，铸造 抗磨钢（铸态组织、热处理、加工硬化 及抗磨性），铸造不锈钢（铬不锈钢、 铬镍不锈钢及马氏体不锈钢），铸造耐 热钢（钢在高温下的强化和蠕变）。 线下 课堂讲授 和小组讨 论 作业一 目标 1 目标 2 3 电弧炉炼钢+感应 电弧炼钢+钢的炉 外精炼 万兵兵 2 教学重点：电弧炉和感应电炉的结构及 熔炼工艺，钢水的炉外精炼。 教学难点：三相电弧炉的结构及主要技 术指标，碱性电弧炉氧化法炼钢；感应 电炉的结构及工作原理，酸性感应电炉 炼钢工艺，碱性感应电炉炼钢工艺；真 空感应电炉炼钢、氩氧脱碳精炼法、真 空氩氧脱碳精炼法、钢包电弧加热精炼 法。 课程思政融入点：让学生深刻认识到中 国炼钢技术与国外发达国家的差距，了 解炼钢的关键技术瓶颈，建立学生的使 命感和历史责任感，努力学习，为实现 线下 课堂讲授 和小组讨 论 课程思政作业：要 求学生阅读与炼钢 技术相关的文献资 料与新闻。 目标 1
伟大的中国梦而奋发图强。教学重点：铁碳及铁碳硅相图，铸铁的次结晶过程与固态相变。教学难点：铁一碳相图的两重性，计算碳铸铁的结晶及组织李润霞当量和共晶度以确定铸铁的实际组织，初线下课堂讲授目标14的形成析石墨的结晶及形态，初析奥氏体枝晶的凝固过程、形态，奥氏体枝品中的成分偏析，影响奥氏体枝晶数量和粗细的因素。敏学重点：灰铸铁、球墨铸铁、蜻墨铸铁和可锻铸铁的成分、组织、性能及应用。教学难点；影响铸铁铸态组织的因素，目标1灰铸铁的孕育与合金化：球铁的化学成课堂讲授李润霞2线下作业二5灰铸铁+强韧铸铁目标2分、球化与孕育处理、球铁的凝固特性及缺陷的形成与控制，球铁的热处理：蜻墨铸铁的螨化处理及组织控制：加速可锻铸铁石墨化的途径，可锻铸铁的铸造性能及常见缺陷与防止。教学重点：冲天炉熔炼的热交换及冶金课堂讲授目标 1反应，强化冲天炉熔炼过程的措施，铁李润霞线下和小组讨26铸铁的熔炼液的脱硫处理，感应电炉熔炼。目标2论教学难点：铸铁熔炼的基本要求，冲天5
5 伟大的中国梦而奋发图强。 4 铸铁的结晶及组织 的形成 李润霞 2 教学重点：铁碳及铁碳硅相图，铸铁的一 次结晶过程与固态相变。 教学难点：铁-碳相图的两重性，计算碳 当量和共晶度以确定铸铁的实际组织，初 析石墨的结晶及形态，初析奥氏体枝晶的 凝固过程、形态，奥氏体枝晶中的成分偏 析，影响奥氏体枝晶数量和粗细的因素。 线下 课堂讲授 目标 1 5 灰铸铁+强韧铸铁 李润霞 2 教学重点：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸 铁和可锻铸铁的成分、组织、性能及应 用。教学难点：影响铸铁铸态组织的因素， 灰铸铁的孕育与合金化；球铁的化学成 分、球化与孕育处理、球铁的凝固特性 及缺陷的形成与控制，球铁的热处理； 蠕墨铸铁的蠕化处理及组织控制；加速 可锻铸铁石墨化的途径，可锻铸铁的铸 造性能及常见缺陷与防止。 线下 课堂讲授 作业二 目标 1 目标 2 6 铸铁的熔炼 李润霞 2 教学重点：冲天炉熔炼的热交换及冶金 反应，强化冲天炉熔炼过程的措施，铁 液的脱硫处理，感应电炉熔炼。 教学难点：铸铁熔炼的基本要求，冲天 线下 课堂讲授 和小组讨 论 目标 1 目标 2