《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）：必修课程英文名称：AlloysDesignandMelting其中实验/实践学时：4总学时/周学时/学分：32/3/2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/6B-301授课时间：2,4-13周/星期/5-7节授课对象：2020金属班开课学院：材料科学与工程学院在年课教师姓名/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销课程考核方式：开卷（）闭卷（V）课程论文（）其它（）使用教材：《铸造合金及其熔炼》，陆文华等主编，9787111051527机械工业出版社，2002.8教学参考资料：《合金设计及其熔炼》，田素贵编著，9787502474225，冶金工业出版社，2017.1《铸造合金原理及熔炼》，蔡启舟，吴树森编，9787122371096，化学工业出版社，2020.8课程简介：《合金设计与熔炼》是金属材料专业必修课。课程的教学目的是使学生掌握不同铸造合金（包括灰铸铁、球墨铸铁、墨铸铁、可锻铸铁、铸造碳钢、铸造低合金钢、不锈钢、高锰钢、铸造铝合金、铸造铜合金等）成分、组织与性能之间的关系，厂解熔炼设备的结构及其熔炼原理、工艺及应用场合，掌握孕育处理、球化处理、精炼变质处理的原理及工艺。本课程在教学内容方面着重铸造合金的基本理论知识和熔炼的基本原理、方法的讲解：在培养实践能力方面包括配料计算、观察合金的组织形态等基本训练：使学生能够根据工况选择合适的铸造合金及其熔炼方法，并具有一定的配料能力。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：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）：必修 课程英文名称：Alloys Design and Melting 总学时/周学时/学分：32/3/2 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：2, 4-13 周/星期一/5-7 节 授课地点：松山湖校区/6B-301 授课对象：2020 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：《铸造合金及其熔炼》，陆文华等主编，9787111051527,机械工业出版社，2002.8 教学参考资料：《合金设计及其熔炼》，田素贵编著，9787502474225，冶金工业出版社，2017.1 《铸造合金原理及熔炼》，蔡启舟，吴树森编，9787122371096，化学工业出版社，2020.8 课程简介：《合金设计与熔炼》是金属材料专业必修课。课程的教学目的是使学生掌握不同铸造合金（包括灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、 铸造碳钢、铸造低合金钢、不锈钢、高锰钢、铸造铝合金、铸造铜合金等）成分、组织与性能之间的关系，了解熔炼设备的结构及其熔炼原理、工艺及 应用场合，掌握孕育处理、球化处理、精炼变质处理的原理及工艺。本课程在教学内容方面着重铸造合金的基本理论知识和熔炼的基本原理、方法的讲 解；在培养实践能力方面包括配料计算、观察合金的组织形态等基本训练；使学生能够根据工况选择合适的铸造合金及其熔炼方法，并具有一定的配料 能力。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：
毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：使学生熟悉常用铸造合金（铸铁、铸钢及铸造有色合金）2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原2.2掌握运用专业基础知识分析金属材的化学成分、结晶及组织形成、性能特点及其控制措施，理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂金属材握材料成分设计的基本原理，使学生具有开发新材料的料工程问题的能力。料工程问题，以获得有效结论。理论知识，能够根据工况选择合适的铸造合金，并具有一定的配料能力。目标2：3.2掌握金属材料结构/组成、性质、加掌握常用铸造合金熔炼过程中的物理化学变化规律及提工工艺、服役性能之间相五关系的基本3.设计开发解决方案：能够设计针对金属材料制高液态合金质量的途径及措施，使学生具备制定合金的熔规律，能够分析金属材料的成分设计、备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决炼与熔体处理工艺的能力。合金制备、加工过程中所涉及的工艺参方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考数、生产流程及关键控制步骤，并根据虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。专业相关知识制度解决方案，满足特定需求。目标3：4.2具有基于金属材料工程专业基础的4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金属使学生了解国内外有关铸造合金及熔炼的最新发展方向：基本原理和科学方法开展专业基础实材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计实培养学生具有优良的思想品质、科学系养、人文系质以及验，准确分析并解释实验数据，并将实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理有良好的团队合作意识、职业道德与社会责任感。验结果进行关联以获得有效结论的能效的结论。力。5.使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制备、5.2能够应用现代工程工具和信息技术加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、工具，对金属材料制备、加工领域复杂现代工程工具和信息技术工具，对金属材料工程领2
2 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 使学生熟悉常用铸造合金（铸铁、铸钢及铸造有色合金） 的化学成分、结晶及组织形成、性能特点及其控制措施， 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，能够根据工况选择合适的铸造合金，并具有一 定的配料能力。 2.2 掌握运用专业基础知识分析金属材 料工程问题的能力。 2. 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： 掌握常用铸造合金熔炼过程中的物理化学变化规律及提 高液态合金质量的途径及措施，使学生具备制定合金的熔 炼与熔体处理工艺的能力。 3.2 掌握金属材料结构/组成、性质、加 工工艺、服役性能之间相互关系的基本 规律，能够分析金属材料的成分设计、 合金制备、加工过程中所涉及的工艺参 数、生产流程及关键控制步骤，并根据 专业相关知识制度解决方案，满足特定 需求。 3．设计/开发解决方案：能够设计针对金属材料制 备、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决 方案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考 虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 目标 3： 使学生了解国内外有关铸造合金及熔炼的最新发展方向； 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。 4.2 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。 5.2 能够应用现代工程工具和信息技术 工具，对金属材料制备、加工领域复杂 4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金属 材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计实 验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理有 效的结论。 5．使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制备、 加工等问题，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，对金属材料工程领
工程问题进行预测与模拟，并能够理解域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。其局限性。理论教学进程表支撑教学内容（重点、难点、课程思政融入教学模式周次教学主题学时数授课教师课程教学方法作业安排点)线下/混合式目标重点：铸造发展史，铸造合金的分类及其课程思政作业：要求应用。每位学生独立完成难点：铸造工艺及其特点。万兵兵目标31绪论线下课堂讲授调研分析，了解我国课程思政融入点：介绍我国铸造发展史，铸造合金的现状及培养学生的爱国精神和民族自豪感，激发2发展趋势。学生专业兴趣重点：铁碳相图，铸钢的分类和编号。作业：分析含碳量为课堂讲授和0.6wt.%的铸造碳钢难点：铸造碳钢的结晶过程和铸态组织，万兵兵2线下目标1铸造碳钢小组讨论影响铸造碳钢力学性能的主要因素，碳钢的凝固过程及微观的铸造性能。组织演变规律。点：热处理基础知识，合金元素在钢中的作用，锰系、铬系及镍系铸造低合金钢，万兵兵线下课堂讲授目标164-5铸造合金钢高合金钢（高锰钢、不锈钢、耐热钢）。难点：低合金钢的铸造性能，铸造低合金钢的热处理，高锰钢（成分特点、热处理及3
3 工程问题进行预测与模拟，并能够理解 其局限性。 域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其局限 性。 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 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑 课程 目标 2 绪论 万兵兵 1 重点：铸造发展史，铸造合金的分类及其 应用。 难点：铸造工艺及其特点。 课程思政融入点：介绍我国铸造发展史， 培养学生的爱国精神和民族自豪感，激发 学生专业兴趣。 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 3 铸造碳钢 万兵兵 2 重点：铁碳相图，铸钢的分类和编号。 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。 线下 课堂讲授和 小组讨论 作业：分析含碳量为 0.6 wt. %的铸造碳钢 的凝固过程及微观 组织演变规律。 目标 1 4-5 铸造合金钢 万兵兵 6 重点：热处理基础知识，合金元素在钢中 的作用，锰系、铬系及镍系铸造低合金钢， 高合金钢(高锰钢、不锈钢、耐热钢)。 难点：低合金钢的铸造性能，铸造低合金 钢的热处理，高锰钢（成分特点、热处理及 线下 课堂讲授 目标 1
组织、加工硬化机理、铸造性能、使用特征），铸造铬镍不锈钢（化学成分及组织、晶间腐蚀），铸造耐热钢（抗氧化性和热强性)。重点：钢铁的生产过程，高炉炼铁，炼钢的基本任务，转炉炼钢和电炉炼钢，炼钢用原材料，炼钢炉渣的定义、作用、来源、组成及化学性质。难点：炼钢过程的基本反应，包括元素的直接及间接氧化、脱碳反应、硅及锰的氧化与还原、脱磷反应、脱硫反应、沉淀脱氧作业：分析铸钢熔炼万兵兵3线下课堂讲投目标26铸钢的熔炼过程中的基本化学及扩散脱氧、除气及除渣等。反应。课程思政融入点：介绍名著《钢铁是怎样炼成的》，让学生们明白：钢铁是在复杂的过程及恶劣的环境中历经千磨万击而铸造而成，而一个人遇到艰难困苦时需要克服环境战胜自我，只有在把自己的追求和祖国、人民的利益联系在一起的时候，才会创造出奇迹，才会成长为钢铁战士。铸铁的结晶及组重点：铁碳及铁碳硅相图，铸铁的一次结李润霞2线下课堂讲授目标1织的形成晶过程与固态相变。4
4 组织、加工硬化机理、铸造性能、使用特 征），铸造铬镍不锈钢（化学成分及组织、 晶间腐蚀），铸造耐热钢（抗氧化性和热强 性）。 6 铸钢的熔炼 万兵兵 3 重点：钢铁的生产过程，高炉炼铁，炼钢的 基本任务，转炉炼钢和电炉炼钢，炼钢用 原材料，炼钢炉渣的定义、作用、来源、组 成及化学性质。 难点：炼钢过程的基本反应，包括元素的 直接及间接氧化、脱碳反应、硅及锰的氧 化与还原、脱磷反应、脱硫反应、沉淀脱氧 及扩散脱氧、除气及除渣等。 课程思政融入点：介绍名著《钢铁是怎样 炼成的》，让学生们明白：钢铁是在复杂的 过程及恶劣的环境中历经千磨万击而铸造 而成，而一个人遇到艰难困苦时需要克服 环境战胜自我，只有在把自己的追求和祖 国、人民的利益联系在一起的时候，才会 创造出奇迹，才会成长为钢铁战士。 线下 课堂讲授 作业：分析铸钢熔炼 过程中的基本化学 反应。 目标 2 7 铸铁的结晶及组 织的形成 李润霞 2 重点：铁碳及铁碳硅相图，铸铁的一次结 晶过程与固态相变。 线下 课堂讲授 目标 1
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，初析石量的结晶及形态，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。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。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、球化灰铸铁+强韧铸李润霞课堂讲授目标12线下7-8与孕育处理、球铁的凝固特性及缺陷的形铁成与控制，球铁的热处理：蠕墨铸铁的蝎化处理及组织控制：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。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，铸铁的配料。李润霞目标228铸铁的熔炼线下课堂讲投难点：铸铁熔炼的基本要求，冲天炉的结构及操作方法与炉料的准备方法，冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化。n
5 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。 7-8 灰铸铁+强韧铸 铁 李润霞 2 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。 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 目标 1 8 铸铁的熔炼 李润霞 2 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，铸铁的配料。 难点：铸铁熔炼的基本要求，冲天炉的结 构及操作方法与炉料的准备方法，冲天炉 熔炼过程中铁液化学成分的变化。 线下 课堂讲授 目标 2