《金属熔炼工艺学》课程教学大纲
一、课程基本信息
开课单位：材料科学与工程学院
课程编码：06020087b
英文名称：Metal Melting Technique
学 时：总计48学时, 其中理论授课40学时，实验(含上机)8学时
学 分：3学分
面向对象：金属材料工程
先修课程：材料科学基础、金属材料学、新型材料制备方法
后续课程:
教 材：《铸造合金及其熔炼》 陆文华等编 机械工业出版社2002年第1版
主要教学参考书目或资料:
1.《铸造合金及其熔炼》 李隆盛主编 机械工业出版社1989年
2.《铸造合金及其熔炼》 陆文华等编 机械工业出版社1996年
二、教学目的和任务
《金属熔炼工艺学》是金属材料工程专业的一门专业主干课程。本课程的主要任务是向学生较全面系统地介绍各种铸铁、铸钢及铸造有色合金材料的化学成分、组织和性能，以及各种合金材料的熔炼方法的理论及生产工艺基本知识。
学习本课程的目的是使学生了解各种铸造合金的化学成分、凝固组织及其性能，掌握不同铸造合金的熔炼原理和工艺方法，为学习后续课程以及将来从事相关的专业实践与应用打下坚实的基础。本课程理论严谨，具有很强的系统性和逻辑性，使学生在了解铸造合金的基础知识的同时,掌握不同铸造合金的熔炼方法以及常见铸造缺陷的产生及其原因。对培养学生的辨证思维能力，树立理论联系实际的科学观点和提高学生分析问题、解决问题的能力有着重要的作用。
三、教学目标与要求
本课程通过授课、实验、实习等环节，使学生掌握以下基本知识：
1、铸铁及其熔炼
掌握铸铁的结晶与组织的形成；灰铸铁、球磨铸铁及蠕墨铸铁和可锻铸铁的化学成分、铸造性能以及常见铸造缺陷。另外，了解各种特种铸铁的化学成分和性能，以及合金元素对特种铸铁铸造性能的影响。最后，初步掌握铸铁的冲天炉熔炼和感应电炉熔炼的基本原理和方法。
2、铸钢及其熔炼
掌握铸造碳钢的结晶过程与铸态组织、力学性能及其主要影响因素；碳钢的铸造性能和焊接性能。了解各种低合金钢和高合金钢的的化学成分、铸造性能和焊接性能。另外，初步掌握电弧炉炼钢和感应电炉炼钢的工作原理和熔炼方法。最后，着重了解钢的炉外精炼方法。
3、铸造非铁合金及其熔炼
掌握铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金和铸造锌合金的化学成分和熔炼工艺，了解熔炼过程中的常见问题及解决方法。
四、教学内容、学时分配及其基本要求
第一章铸铁的结晶及组织的形成（2学时）
（一）教学内容
1． 铁一碳双重相图
2． 铸铁的一次结晶过程
3． 铸铁的固态相变（即二次结晶）
（二）基本要求
1． 掌握铁一碳合金相图
2． 掌握铸铁的一次结晶过程，共晶凝固过程和凝固组织
3． 了解铸铁的固态相变（奥氏体中碳的脱溶、共析转变）
第二章灰铸铁（2学时）
（一）教学内容
1． 金相组织和力学性能的特点
2. 影响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
（二）基本要求
1． 掌握灰铸铁的金相组织和力学性能的特点
2. 了解冷却速度和化学成分等因素铸铁铸态组织的影响
3. 了解灰铸铁的标准、冶金质量的指标以及提高灰铸铁性能的主要途径
4. 掌握灰铸铁的流动性、收缩特性及其伴生现象
5. 掌握灰铸铁的热处理工艺（消除应力热处理和消除局部白口组织热处理）
第三章强韧铸铁（4学时，含授课2学时，实验2学时）
（一）教学内容
1． 球墨铸铁
2． 蠕墨铸铁
3． 可锻铸铁
（二）基本要求
1． 掌握球墨铸铁的性能特点及其应用，铸造性能及常见缺陷，热处理工艺，以及生产中的特殊问题。
2． 掌握蠕墨铸铁的组织及性能，生产过程及其控制。
3． 了解可锻铸铁的分类、牌号及其用途，常见缺陷及防治。
第四章特种性能铸铁（2学时）
（一）教学内容
1． 减摩铸铁
2． 冷硬铸铁
3． 抗磨铸铁
4． 耐热铸铁
5． 耐腐蚀铸铁
（二）基本要求
1． 掌握石墨和基体组织对铸铁减摩性能的影响，了解常用的减摩铸铁。
2． 了解冷硬铸铁的化学成分、组织特点和性能特点，了解冷硬铸铁的工业应用。
3． 了解抗磨铸铁和耐热铸铁的化学成分及应用。
4． 掌握提高铸铁的耐腐蚀性的途径，了解耐腐蚀铸铁。
第五章铸铁的熔炼（5学时，含授课2学时，实验3学时）
（一）教学内容
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
（二）基本要求
1． 掌握冲天炉熔炼的基本原理，基本要求和冲天炉的基本结构
2． 了解冲天炉强化熔炼的主要措施
3． 掌握冲天炉熔炼过程中冶金反应的基本规律和铁液化学成分的变化，了解冲天炉内炉渣的形成及其作用
4． 了解铁液的脱硫方法
5． 了解冲天炉熔炼过程的参数选择及测量
6． 掌握工频感应电炉的基本工作原理、基本结构和熔炼特点
第六章铸造碳钢（2学时）
（一）教学内容
1． 概述
2． 铸造碳钢的结晶过程和铸态组织
3． 碳钢铸件的热处理,金相组织和力学性能
4． 影响铸造碳钢力学性能的主要因素
5． 碳钢的铸造性能
6. 铸造碳钢焊接性能
（二）基本要求
1． 了解铸造碳钢的化学成分、性能及应用，掌握铸造碳钢的结晶过程和铸态组织
2． 掌握碳钢铸件的热处理工艺,金相组织和力学性能
3． 了解影响铸造碳钢力学性能的主要因素（化学成分、气体和非金属夹杂物、铸件壁厚）
4． 重点掌握碳钢的铸造性能和焊接性能
第七章铸造低合金钢（3学时）
（一）教学内容
1． 概述
2． 锰系铸造低合金钢
3． 铬系铸造低合金钢
4． 镍系铸造低合金钢
5． 低合金高强度铸钢
6． 微量合金化铸钢
7． 抗磨用铸造低合金钢
8． 低合金钢的热处理
9． 低合金钢的铸造性能
10． 低合金钢的焊接性能
（二）基本要求
1． 了解铸造低合金钢系列（锰系、铬系、镍系）钢种和具有特殊性能和用途的低合金钢种（低合金高强度铸钢、微量合金化铸钢和抗磨用铸造低合金钢）的化学成分及其作用
2． 掌握低合金钢的热处理工艺及热处理对低合金钢的性能的影响
3． 掌握低合金钢的铸造性能（流动性、热裂倾向和冷裂倾向）和焊接性能
第八章铸造高合金钢（2学时）
（一）教学内容
1． 概述
2． 高锰钢
3． 铸造不锈钢
4． 抗磨耐蚀合金铸钢
5． 铸造耐热钢
（二）基本要求
1． 了解高锰钢的化学成分、热处理及铸造性能，提高高锰钢性能的途径
2． 掌握铸造不锈钢的化学成分、腐蚀原理、热处理及铸造性能，重点掌握合金元素对钢组织的影响，了解提高铸造不锈钢性能的途径
3． 了解抗磨耐蚀合金铸钢和铸造耐热钢的化学成分及性能
第九章电弧炉炼钢（3学时）
（一）教学内容
1． 概述
2． 三相电弧炉的构造和工作原理
3． 碱性电弧炉氧化法炼钢
4． 酸性电弧炉氧化法炼钢
5． 直流电弧炉炼钢
（二）基本要求
1． 了解三相电弧炉的构造和工作原理
2． 了解碱性电弧炉氧化法炼钢和酸性电弧炉氧化法炼钢的工艺原理和方法
3． 了解直流电弧炉炼钢工作原理的工艺过程
第十章感应电炉炼钢（2学时）
（一）教学内容
1． 概述
2． 无芯感应电炉的构造
3． 感应电炉炼钢工艺
4． 真空感应电炉炼钢
（二）基本要求
1． 了解无芯感应电炉的构造, 掌握感应电炉炼钢和真空感应电炉炼钢工艺
第十一章钢的炉外精炼（2学时）
（一）教学内容
1. 概述
2. 吹氩精炼原理
3. 氩氧脱碳精炼法
4. 真空氩氧脱碳精炼法
5. 真空氩氧脱碳转炉精炼法
6. 钢包电弧加热精炼法
（二）基本要求
1. 了解炉外精炼的作用, 炉外精炼技术的发展,吹氩精炼原理
2. 了解氩氧脱碳精炼法、真空氩氧脱碳精炼法、真空氩氧脱碳转炉精炼法和钢包电弧加热精炼法的工艺过程。
第十二章铸造铝合金（3学时）
（一）教学内容
1． 铝硅类合金
2． 铝铜类合金
3． 铝镁类合金
4． 铝锌类合金
5． 回归分析法在铸铝合金成分优化法设计中的应用
6． 铝合金铸造性能
7． 铝铸件的热处理
（二）基本要求
1． 掌握铝硅类合金的成分、组织和性能，以及铝硅类合金的变质处理。
2． 了解铝铜类合金、铝镁类合金和铝锌类合金组织与性能特点。
3． 了解回归分析法在铸铝合金成分优化法设计中的应用。
4． 掌握铝合金铸造性能以及铝铸件的热处理工艺及方法。
第十三章铸造铝合金的熔炼（5学时，含授课2学时，实验3学时）
（一）教学内容
1． 铝合金液的精炼原理
2． 铝液精炼工艺
3． 铝合金组织控制
4． 铝合金的炉料
5． 铝合金典型熔炼工艺
（二）基本要求
1． 掌握铝合金液的精炼原理和精炼工艺，掌握铝合金液的精炼原理
2． 铝合金组织控制（第一类变质处理、第二类变质处理）
3． 了解铝合金炉料的组成和配料计算
4． 掌握铝合金典型熔炼工艺(ZL104、ZL201和ZL301)
第十四章铸造铜合金（3学时）
（一）教学内容
1． 铸造锡青铜
2． 铸造铝青铜
3． 铸造铅青铜
4． 其它青铜
5． 铸造黄铜
6． 铜合金成分优化设计
（二）基本要求
1． 掌握铸造锡青铜、铸造铝青铜、铸造铅青铜、以及铸造黄铜的成分、组织、性能和工艺特点。
2． 了解铜合金成分优化设计方法
第十五章铸造铜合金的熔炼（3学时）
（一）教学内容
1． 铜合金的氧化和脱氧
2． 铜液的吸气除气
3． 铜铸件中气孔的形成机理
4． 铜合金的熔剂
5． 铜合金液质量检测
6． 铜合金熔炼工艺
（二）基本要求
1． 掌握铜合金熔炼过程中的的氧化和脱氧、铜液的吸气除气，了解铜铸件中气孔的形成机理
2． 了解铜合金的熔剂（覆盖溶剂和精炼溶剂）
3． 了解铜合金液质量检测，包括化学成分的检测及控制，含气量的检测方法，以及炉前弯曲试验和断口检查。
4．掌握铜合金熔炼的一般原则，炉料管理以及工艺要点。
第十六章铸造镁合金及其熔铸（3学时）
（一）教学内容
1． 镁及其合金的基本特性
2． 镁铝锌合金
3． 镁铝锆合金
4． 其它镁合金
5． 镁合金的氢化处理
6． 镁合金的熔铸特点
（二）基本要求
1． 了解镁及其合金的基本特性
2． 了解镁铝锌合金、镁铝锆合金和其它镁合金（耐热镁合金和镁基阻尼合金）的化学成分及性能
3． 掌握镁合金的氢化处理和镁合金的熔铸特点
第十七章铸造锌合金及其熔炼（2学时）
（一）教学内容
1． 锌合金的成分组织
2． 锌合金的工艺性能
3． 工业锌合金
4． 熔炼工艺
（二）基本要求
1． 了解锌合金的成分、组织和工艺性能（铸造性能、焊补性能和加工性能）
2． 了解几种常见的工业锌合金
3. 了解锌合金的熔炼工艺以及ZA系列合金的变质处理。
五、教学方法及手段
采用课堂讲授教学与课程实验相结合的教学方法，另外，酌情布置课后作业（要求学生查阅一定数量的专业文献，了解专业发展现状，撰写相关内容的文献综述1篇）。
六、考核方式及考核方法
本课程为金属材料工程专业主干课，采用闭卷考试的方法进行考核，其中考试成绩占考核总分的80%，实验教学环节占考核总分的15%，平时成绩占考核总分的5%。
七、课内实验（上级）教学安排
序号 | 实验项目 | 学时 | 性质 | 类型 |
1 | 灰铸铁的感应炉熔炼工艺及其孕育处理 | 3 | 必做 | 综合 |
2 | 球墨铸铁的球化处理及凝固组织观察 | 2 | 必做 | 演示 |
3 | 铝硅合金精炼变质处理 | 3 | 必做 | 综合 |
（制定人：芦笙 审定人： 徐玉松）