《合金材料及熔炼》课程教学大纲

英文名称：Alloy Material and Their Melting            课程编码：02000474

学    时：32                                    学    分：2

课程性质：必修                                   课程类别：专业基础

先修课程：物理化学、金属学与热处理、液态成型原理

开课学期：第6学期

适用专业：材料成型及控制工程

一、课程教学目标

通过本课程的理论教学、课程项目训练，使学生具备下列能力：

1、学习铸造合金及熔炼基础知识和基本理论知识，要求学生掌握铸铁、铸钢、有色合金的成分、组织与性能之间的关系，掌握铸铁、铸钢、铸造非铁合金的熔炼原理及熔炼工艺，并且能够根据工程需要选用合适的铸造合金及其熔炼方法。

2、了解冲天炉、中频炉、电弧炉等熔炼设备的结构、工作原理及设备操作工艺，能够根据具体工况选用熔炼设备、计算熔炼配料及原料利用率，并考虑环境保护的要求。

3、通过铸造合金试样制备及组织观察，培养提高学生的工程实践学习能力。

4、通过铸造合金及熔炼理论知识的学习，提高学生分析问题、解决问题的能力。

二、课程教学目标与毕业要求的对应关系

三、课程的基本内容

3.1 理论教学

1、绪论 （支撑教学目标1、2）

教学目标：使学生了解本课程的目的、任务和要求，掌握学习本课程的方法，了解铸造合金及熔炼的发展概况。

本章主要内容：

（1）课程的目的、任务和要求

（2）铸造合金及熔炼的发展概况

2、铸铁的结晶及组织的形成（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解Fe-C的稳定系相图；熟练掌握Fe-C双重相图及其合金元素的影响；铸铁的一次结晶过程以及固态相变过程。

本章主要内容：

（1）铁-碳双重相图

（2）铸铁的一次结晶过程

（3）铸铁的固态相变

3、灰铸铁（支撑教学目标1）

教学目标：使学生熟练掌握灰口铸铁的铸态组织、力学性能特点；孕育处理的原理方法；控制灰口铸铁组织的途径与方法；了解灰铁的铸造性能和热处理工艺。

本章主要内容：

（1）灰铸铁的金相组织和力学性能特点

（2）影响灰铸铁铸态组织的因素

（3）灰铸铁件的生产

（4）灰铸铁的铸造性能

（5）灰铸铁的热处理

4、强韧铸铁（支撑教学目标1）

教学目标：使学生熟练掌握球墨铸铁的性能与应用、生产方法、凝固特点与铸造性能、常见缺陷及其消除缺陷的途径与方法；了解蠕墨铸铁的金相组织、使用与性能、生产方法、应用现状、研究方向与发展前景；掌握可锻铸铁的制造方法、加速石墨化的措施。

本章主要内容：

（1）球墨铸铁的性能特点及应用

（2）球墨铸铁的生产

（3）球墨铸铁铸造性能、常见缺陷及热处理

（4）蠕墨铸铁的组织与性能

（5）蠕墨铸铁的生产及控制

（6）可锻铸铁的组织与性能

（7）可锻铸铁的制造方法

5、特殊性能铸铁（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解铸铁的磨损过程与机理、减摩铸铁与抗磨铸铁的区别、减少铸铁磨损的途径与方法；了解铸铁高温下的氧化与生长过程与机理、提高耐热铸铁性能的途径、耐热铸铁的应用前景；铸铁被腐蚀的过程与防腐蚀机理、提高耐蚀铸铁性能的途径、耐蚀铸铁的应用。

本章主要内容：

（1）减摩铸铁的性能特点及应用

（2）冷硬铸铁的性能特点及应用

（3）抗磨铸铁的性能特点及应用

（4）耐热铸铁的性能特点及应用

（5）耐腐蚀铸铁的性能特点及应用

6、铸铁的熔炼（支撑教学目标1）

教学目标：使学生熟练掌握冲天炉的结构、工作过程、对铁水熔炼的要求；对铸造用焦炭的要求；熟练掌握冲天炉熔炼基本原理，包括冲天炉炉气与炉温的分布、炉内的热交换、影响冲天炉内的热交换的因素、冲天炉内的冶金反应；了解冲天炉熔炼操作参数的选择与计算、冲天炉内风量与风压的测量方法。

本章主要内容：

（1）冲天炉熔炼的基本原理

（2）冲天炉强化熔炼的主要措施

（3）冲天炉熔炼过程中化学成分的变化规律

（4）铁液的脱硫处理

（5）冲天炉熔炼过程的参数选择及测量

（6）感应电炉熔炼

7、铸造碳钢（支撑教学目标1）

教学目标：使学生熟练掌握铸造碳钢的性能及应用；了解铸钢的结晶过程和铸态组织；铸钢件的热处理方法；化学成分对铸造碳钢力学性能的影响、气体以及杂物对铸造碳钢力学性能的影响；了解常见铸钢件的缺陷及防止方法。

本章主要内容：

（1）铸造碳钢的结晶过程和铸态组织

（2）碳钢铸件的热处理、金相组织和力学性能

（3）影响铸造碳钢力学性能的主要因素

（4）碳钢的铸造性能

（5）铸造碳钢的焊接性能

8、铸造低合金钢（支撑教学目标1）

教学目标：使学生掌握合金元素在铸钢中的作用；了解低锰系铸造合金钢、低铬系铸造合金钢、微量合金化铸钢特点；了解低合金钢的热处理工艺；铸造低合金钢的铸造性能特点和焊接性能。

本章主要内容：

（1）锰系铸造低合金钢

（2）铬系铸造低合金钢

（3）镍系铸造低合金钢

（4）低合金高强度(HSLA)铸钢

（5）低合金铸钢的焊接性

9、铸造高合金钢（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解钢的磨损与被腐蚀过程；高锰钢与不锈钢的性能特点；提高高锰钢抗磨性与不锈钢耐腐蚀性能的途径与方法。

本章主要内容：

（1）高锰钢

（2）铸造不锈钢

（3）抗磨耐蚀合金铸钢

10、铸钢的熔炼（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解炼钢设备与方法；掌握碱性电弧炉氧化法炼钢原理与过程。

本章主要内容：

（1）炼钢的目的及常用设备

（2）碱性电弧炉氧化法炼钢

11、铸造铝合金和熔炼（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解铸造铝硅合金与铸造铝铜合金铸态组织及性能特点；掌握铝液的精炼与变质处理方法；铝合金的组织控制。

本章主要内容：

（1）铸造铝硅类合金

（2）铸造铝铜合金

（3）铸造铝镁合金

12、铸造铜合金和熔炼（支撑教学目标1）

教学目标：使学生了解铸造铜合金铸态组织及性能特点；了解铜合金液体的氧化与脱氧，掌握铜合金的吸气与除气精炼方法。

本章主要内容：

（1）铸造青铜

（2）铸造黄铜

3.2 课程项目（支撑教学目标2、3、5）

1、教学目标

通过课程项目的实施，使学生加深对冲天熔炼原理、配料计算及冲天炉熔炼工艺等相关基础知识的理解，初步具备运用所学综合运用冲天熔炼知识，分析和解决铸造合金熔炼生产过程中实际工程问题的能力以及查阅相关技术标准、设计手册的能力，引导学生积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。

2、主要内容

针对常用铸造合金及其熔炼生产的发展现状与趋势，配料及熔炼过程中存在的主要技术瓶颈等问题分组调研，集体讨论给定铸造合金的配料计算及冲天炉熔炼工艺。

（1）典型铸件的材料选择

（2）配料计算

（3）熔炼设备的选择

（4）熔炼工艺的确定

（5）熔炼过程的理论基础

（6）铸件质量检验及常见缺陷

四、教学安排

本课程由课堂教学与课程项目两部分组成。

课堂教学围绕常用铸造合金的成分、金相组织、使用性能，熔炼过程中发生的物理化学现象及其规律，提高铸造合金质量的途径及措施等进行授课。

课程项目设置在铸铁的熔炼授课结束后进行，以配料计算、熔炼工艺设计为内容，以工厂中实际生产的典型铸件为对象，结合教学的进程，要求学生分组完成典型铸件的选材、配料计算、熔炼工艺设计、铸件质量检验等工作。

实验由实验课《材成专业实验3》完成。

建议学时分配如下表：

五、教学方法

1、讲授常用铸造合金凝固过程、成分、组织、性能、熔炼过程及工艺、提高合金质量途径及措施等，理论联系实际，培养学生工程实践能力。

2、采用多媒体辅助教学、辽宁工业大学MOOC在线教学资源平台辅助教学和传统教学相结合进行教学。

3、通过对典型铸造合金熔炼过程中发生的物理化学现象及其规律、凝固过程分析，强调对容量与凝固过程的机理的认识，并能将之应用于常用铸造合金熔炼工艺的设计。

4、理论教学与讨论课相结合，强化学生工程观点的建立和熔炼工艺设计能力的培养。

六、教学目标达成度评价

（1）教学目标1的达成度通过闭卷笔试成绩和在线学习成绩综合考评；

（2）教学目标2的达成度通过闭卷笔试和讨论课成绩综合考评；

（3）教学目标3的达成度通过闭卷笔试成绩考评；

（4）教学目标4的达成度通过闭卷笔试和在线学习成绩综合考评。

七、成绩评定

课程成绩包括四个部分，分别为阶段性笔试、课程项目、在线学习和期末考试。具体要求及成绩评定方法如下：

1、阶段性笔试（占总评成绩的20%）阶段性笔试3次，取3次中的2次较高成绩计入阶段性笔试考核总成绩。每次阶段性考核总分100分，占期末总评成绩的10%。

2、课程项目（占总评成绩的20%）要求学生按照课程项目题目分组查阅资料，完成典型铸件的选材、配料计算、熔炼工艺设计、铸件质量检验等工作，撰写项目研究报告并制作汇报用PPT，并进行答辩。

每位同学课程项目成绩由小组成绩和组内成绩两部分构成。小组成绩由以下两个方面进行评价：

（1）项目研究报告，占项目成绩的40%；

（2）答辩成绩，占项目成绩的60%；

小组得分为组内所有同学的平均分，每位同学的得分依据其在组内的贡献，在小组平均分的基础上浮动，但最高分与最低分差值不得小于15%。组内得分定由各小组成员自行讨论确定。

未按时提交课程项目报告或课程项目报告有抄袭现象的，课程项目成绩按零分计。

3、在线学习（占总评成绩的10%）要求学生登录辽宁工业大学MOOC在线教学资源平台，进入《金属学与热处理2》课堂进行在线学时，并完成相应的线上讨论，根据学生取得的课程积分计算在线学习测试成绩。线上讨论和网上学习各占在线学习成绩的50%。

4、期末考试（占总评成绩的50%）期末考试采用题库命题，闭卷考试的方式进行。

八、课程教材及主要参考书

1、建议教材

[1] 铸造合金及其熔炼，陆文华等，机械工业出版社，2017.7（第1版×第16次印刷）

2、主要参考书

[1] 铸造合金及其熔炼，王晓江，机械工业出版社，2011

[2] 铸造合金熔炼配料计算，张文富，机械工业出版社，2016

[3] 铸造合金原理及熔炼，蔡启舟等，化学工业出版社，2010

[4] 铸造合金熔炼，李晨希等，化学工业出版社，2012

[5] 铸造合金熔炼及控制，闫庆斌等，中南大学出版社，2011

[6] 铸造合金及熔炼，马春来等编，机械工业出版社，2014

制定人：刘伟东

审定人：李青春

批准人：李  强