材料科學(xué)教案

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)教案 第一部分 前言 第二部分 總綱 第三部分 緒論 第四部分 材料的結(jié)構(gòu) 第五部分 晶體缺陷 第六部分 純金屬的凝固 第七部分 二元相圖 第八部分 三元相圖 第九部分 固體材料的變形與斷裂 第十部分 回復(fù)與再結(jié)晶 材料科學(xué)是研究材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間關(guān)系及變化規(guī)律的一門科學(xué)。材料科學(xué)基礎(chǔ)的任務(wù)是根據(jù)工程和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要設(shè)計研制新型工程材料；解決材料制備原理和工藝方法，獲取可供使用的工程材料；解決材料在加工和使用過程中組織結(jié)構(gòu)和性能變化的微觀機(jī)理，從中找出合宜的加工工藝、強(qiáng)化工藝和延壽措施；創(chuàng)新測試材料成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的方法，完善測試技術(shù)；合理地選擇和

2、使用工程材料。 材料科學(xué)基礎(chǔ)包含緒論、材料的結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、結(jié)晶理論、二元相圖（含鐵碳相圖）、三元相圖、塑性變形理論、再結(jié)晶理論等八部分。 第一部分 前言一、課程性質(zhì)及教學(xué)目的二、課程內(nèi)容 三、與其它課程的關(guān)系 四、教學(xué)對象 五、教學(xué)時間 六、教學(xué)地點(diǎn) 七、教學(xué)指導(dǎo)思想 八、教學(xué)重點(diǎn) 九、教學(xué)難點(diǎn) 十、教學(xué)方法 十一、學(xué)時分配 十二、教學(xué)過程 十三、實(shí)驗內(nèi)容 十四、教材及教學(xué)參考書 第二部分 總綱課程性質(zhì)及教學(xué)目的 材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程、材料加工與控制等各專業(yè)一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是金屬材料系為材料工程學(xué)院各專業(yè)開設(shè)的院級必修課。 材料科學(xué)是研究材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能

3、之間關(guān)系及變化規(guī)律的一門科學(xué)。材料科學(xué)基礎(chǔ)的任務(wù)是根據(jù)工程和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要設(shè)計研制新型工程材料；解決材料制備原理和工藝方法，獲取可供使用的工程材料；解決材料在加工和使用過程中組織結(jié)構(gòu)和性能變化的微觀機(jī)理，從中找出合宜的加工工藝、強(qiáng)化工藝和延壽措施；創(chuàng)新測試材料成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的方法，完善測試技術(shù)；合理地選擇和使用工程材料。 本課程的任務(wù)是向?qū)W生較全面系統(tǒng)地介紹物理冶金原理，注意材料的共性與個性的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識的交叉與滲透。學(xué)習(xí)本課程的目的是為后續(xù)專業(yè)課打下牢固的基礎(chǔ)，同時為將來從事材料的研究與開發(fā)打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。 課程內(nèi)容 材料科學(xué)基礎(chǔ)包含緒論、材料的結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、結(jié)晶理論

4、、二元相圖（含鐵碳相圖）、三元相圖、塑性變形理論、再結(jié)晶理論等八部分。 縱觀材料科學(xué)基礎(chǔ)所含內(nèi)容可知，該課程內(nèi)容較為龐雜。具有三多的特點(diǎn)；即所謂內(nèi)容頭緒多、原理規(guī)律多（涉及原理、規(guī)律幾十個）、概念定義多（名詞、定義近300個），由于該課程具有上述特點(diǎn)，加之有些微觀結(jié)構(gòu)看不見、摸不到，而且課程內(nèi)容枯燥、乏味，因此，教師感到難教，學(xué)生感到難學(xué)。 與其它課程的關(guān)系 “材料科學(xué)基礎(chǔ)”是以化學(xué)、物理、物理化學(xué)、材料力學(xué)、金屬工藝學(xué)和金工教學(xué)實(shí)習(xí)為基礎(chǔ)的課程，在學(xué)習(xí)時應(yīng)聯(lián)系上述基礎(chǔ)課程的有關(guān)內(nèi)容，以加深對本課程內(nèi)容的理解。同時本課程是材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)，在今后學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程時，還應(yīng)經(jīng)常聯(lián)系本書的有關(guān)內(nèi)

5、容，以便進(jìn)一步掌握所學(xué)的知識。 教學(xué)指導(dǎo)思想1. 從材料科學(xué)與工程材料應(yīng)用的角度出發(fā)講授材料科學(xué)基礎(chǔ)，體現(xiàn)21世紀(jì)教學(xué)理念、教學(xué)改革精神和世界工程教育思想。2. 嚴(yán)格按材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)大綱及材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗大綱進(jìn)行教學(xué)，注意課程內(nèi)容的準(zhǔn)確定位和整體優(yōu)化。3. 開設(shè)的實(shí)驗及課堂討論應(yīng)有利于學(xué)生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)。教學(xué)重點(diǎn) 1. 典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)。2. 晶體缺陷3凝固理論應(yīng)用4鐵碳相圖及其應(yīng)用5三元相圖的應(yīng)用 6塑性變形后的組織與性能7再結(jié)晶 教學(xué)難點(diǎn) 1.典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)。2.晶體缺陷3.凝固理論4.鐵碳相圖的分析與應(yīng)用 5.三元相圖的分析與應(yīng)用6.塑性變形機(jī)理7.再結(jié)晶

6、機(jī)制 教學(xué)方法 采用啟發(fā)式、歸納類比法、教學(xué)模型、電化教學(xué)等傳統(tǒng)教學(xué)方法。采用CAI課件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué)。改革實(shí)驗內(nèi)容及方法，注重理論聯(lián)系實(shí)際及培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，利用電視、計算機(jī)等輔助教學(xué)手段提高實(shí)驗教學(xué)效果。正確處理材料科學(xué)基礎(chǔ)與基礎(chǔ)課、專業(yè)課的關(guān)系：即利用基礎(chǔ)課所學(xué)過的知識來講授材料科學(xué)基礎(chǔ)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)講授材料科學(xué)基礎(chǔ)。采用計算機(jī)命題與評分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教考分離。 學(xué)時分配 1講課 502實(shí)驗 103課堂討論 24機(jī)動 1 總學(xué)時 63 教學(xué)過程 1. 后次復(fù)習(xí)前次概念2. 本次講授內(nèi)容的引入3. 新教學(xué)內(nèi)容的講授過程4. 小結(jié)5. 思考題6 作業(yè)實(shí)驗內(nèi)容 1金相試樣的

7、制備 1學(xué)時2金相顯微鏡的使用 1學(xué)時3鐵碳合金平衡組織觀察 2學(xué)時4金相攝影 3學(xué)時5金屬塑性變形與再結(jié)晶 2學(xué)時6位錯腐蝕坑觀察 1學(xué)時教材及教學(xué)參考書 1.,材料科學(xué)基礎(chǔ)教程 趙品 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2.材料科學(xué)基礎(chǔ)教程習(xí)題與解答 趙品 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3.材料科學(xué)基礎(chǔ) 趙品 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1999年4.金屬學(xué)原理 劉國勛主編 工業(yè)冶金出版社 1980年5.金屬學(xué) 胡庚祥主編 上?？萍汲霭嫔?1980年6.金屬學(xué)教程盧光熙主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1985年7.金屬學(xué)原理 李 超主編 哈工大出版社 1996年8.材料科學(xué)基礎(chǔ) 馬泗春主編 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1998年9.材料

8、科學(xué)基礎(chǔ)石德珂主編 西安交大出版社 1995年第三部分 緒論一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容 三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn) 五、教學(xué)過程 六、思考題 七、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 使學(xué)生了解材料科學(xué)的重要地位與作用，工程材料的分類，課程的任務(wù)與內(nèi)容，材料科學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法。 主要內(nèi)容 材料科學(xué)的重要地位與作用；工程材料的分類；材料發(fā)展簡史，本課程的研究對象、任務(wù)與內(nèi)容；材料科學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法；教學(xué)參考書。 教學(xué)重點(diǎn) 使學(xué)生了解本課程在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及教學(xué)計劃中的地位、重要性。，以達(dá)到按照教學(xué)目的要求，學(xué)生能夠自覺地學(xué)好本課程的教學(xué)內(nèi)容。 教學(xué)過程 一 講授內(nèi)容二 小結(jié)三 思考題思考題 1材料科學(xué)在

9、國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位是什么？2如何對工程材料進(jìn)行分類？3. 材料科學(xué)的研究對象及任務(wù)是什么？ 教學(xué)參考書 1材料科學(xué)基礎(chǔ) 趙品 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1999年2金屬學(xué)原理 劉國勛主編 工業(yè)冶金出版社 1980年3金屬學(xué) 胡庚祥主編 上?？萍汲霭嫔?1980年4金屬學(xué)教程盧光熙主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1985年5金屬學(xué)原理 李 超主編 哈工大出版社 1996年6材料科學(xué)基礎(chǔ) 馬泗春主編 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1998年 7材料科學(xué)基礎(chǔ)石德珂主編 西安交大出版社 1995年 講授內(nèi)容1、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位與作用2、材料的分類3、材料的發(fā)展歷史4、材料科學(xué)的發(fā)展方向5、本課程的任務(wù)與內(nèi)容材料在

10、國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位與作用 材料是用來制造各種有用物件的物質(zhì)。 它是人類生存與發(fā)展、征服和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類社會現(xiàn)代文明的重要支柱。因此史學(xué)家將人類發(fā)展分為石器時代、青銅器時代、鐵器時代、水泥時代、鋼時代、硅時代和新材料時代。材料科學(xué)的發(fā)展及進(jìn)步成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)。材料科學(xué)的發(fā)展在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位，因此，材料、能源、信息被譽(yù)為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。 材料的分類1、按材料的化學(xué)成分組成分類 金屬材料（黑色金屬、有色金屬） 無機(jī)非金屬材料（水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷） 天然高分子材料（蛋白、淀粉、纖維素） 高分子材料 人工合成高分子材料（合成橡膠、合成塑

11、料、合成纖維） 復(fù)合材料 2、按材料的使用性能分類 結(jié)構(gòu)材料 功能材料材料的發(fā)展歷史1、18081871年，研究并實(shí)現(xiàn)了金相分析的方法。2、18711903年，手機(jī)、分析及總結(jié)了大量實(shí)驗結(jié) 果，導(dǎo)致了系統(tǒng)的理論研究3、19031945年，由研究合金相的平衡狀態(tài)過渡到從動力學(xué)角度研究相的變化。4、1946現(xiàn)在，繼續(xù)向金屬材料因狀態(tài)不同導(dǎo)致性能差異的方向發(fā)展，進(jìn)一步弄清相變和強(qiáng)化的機(jī)理，在更深的層次上研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。材料科學(xué)的發(fā)展方向 精細(xì)化 超高性能化 高功能化 復(fù)雜化（復(fù)合化、雜化） 生態(tài)環(huán)境化 智能化本課程的任務(wù)與內(nèi)容 材料科學(xué)是研究材料的化學(xué)成分，加工過程與其組織、結(jié)構(gòu)和性能之間關(guān)系

12、及其變化規(guī)律的一門學(xué)科。 材料的成分不同，則組織結(jié)構(gòu)不同，其性能也不同；材料的成分相同，但加工過程不同則導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)不同，性能也不同。因此化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)是決定材料性能的內(nèi)因，而加工工藝則是促使材料組織結(jié)構(gòu)變化最終導(dǎo)致性能變化的外因。 材料科學(xué)的任務(wù)是根據(jù)工程和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的需要設(shè)計研制新型的工程材料；解決材料制備原理和工藝方法，獲得可供使用的工程材料；解決材料加工和使用過程中組織結(jié)構(gòu)和性能變化的微觀機(jī)理，從中找出合宜的加工工藝，強(qiáng)化工藝和延壽措施；創(chuàng)新測試材料成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的方法，完善測試加速；合理的選擇使用材料。 材料科學(xué)基礎(chǔ)包含緒論、材料的結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、結(jié)晶理論、二元相圖（含

13、鐵碳相圖）、三元相圖、塑性變形理論、再結(jié)晶理論等八部分。第四部分 材料的結(jié)構(gòu)一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排四、教學(xué)重點(diǎn)五、教學(xué)難點(diǎn)六、教學(xué)過程七、思考題八、作業(yè)九、實(shí)驗十、教學(xué)參考書教學(xué)目的及要求 使學(xué)生們掌握三大固體材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)，建立材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。主要內(nèi)容 材料的結(jié)合方式、金屬材料的結(jié)構(gòu)、高分子材料及陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 教學(xué)重點(diǎn)1、典型金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)；2、合金相結(jié)構(gòu)3、金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；4、高分子材料及陶瓷材料的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)。 教學(xué)難點(diǎn) 1. 晶體結(jié)構(gòu)； 2. 合金相結(jié)構(gòu) 3. 高分子材料、陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 教學(xué)過程一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容

14、二、導(dǎo)入新課三、講授新課四、小結(jié)五、思考題六、作業(yè) 復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容1、材料科學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位是什么？2、如何對工程材料進(jìn)行分類？ 3、材料科學(xué)的研究對象及任務(wù)是什么？ 思考題 1三大固體材料的鍵性如何？ 2金屬的特性是什么？ 3純金屬的晶體結(jié)構(gòu)有幾種類型？ 4合金相結(jié)構(gòu)有幾種？都是什么？ 5金屬材料的性能特點(diǎn)是什么？ 6高分子材料的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)是什么？ 7陶瓷材料的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)是什么？ 作 業(yè)1、氯化鈉和金剛石各屬于那種空間點(diǎn)陣？試計算配位數(shù)與致密度。2、試說明一個面心立方等于一個體心正方結(jié)構(gòu)。3、在立方系中繪出110、111晶面族所包括的晶面，及（112）和（10）晶面。4、（1

15、21）與（100）所決定的晶帶軸和（001）與（111）所決定的晶帶軸所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)。5、計算面心立方結(jié)構(gòu)（111）、（110）與（100）面的面密度和面間距。6、FeAl是電子化合物，具有體心立方點(diǎn)陣，試畫出其晶胞，計算電子濃度，畫出（112）面原子排列圖。7、合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2屬于何種類型，并指出其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8、在立方系標(biāo)準(zhǔn)投影圖上確定極點(diǎn)（111）、（11）、（11）、（1）、（12）、（0）的位置。 實(shí) 驗1、金相試樣的制備 1學(xué)時；2、金相顯微鏡的使用 1學(xué)時。教學(xué)參考書材料科學(xué)基礎(chǔ) 趙品 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1999年2. 高分子材料導(dǎo)論 張留成 化

16、學(xué)工業(yè)出版社 1993年3. 工程陶瓷材料 金志浩、周敬恩 機(jī)械工業(yè)出版社 1986年講授新課1 材料的結(jié)合方式2 晶體學(xué)基礎(chǔ) 3 材料的晶體結(jié)構(gòu) 材料的結(jié)合方式一、化學(xué)鍵 1. 離子鍵 2. 共價鍵 3.金屬鍵 4. 范德華鍵 二、工程材料的鍵性 離子鍵1、形成 當(dāng)兩種電負(fù)性相差很大（如元素周期表相隔較遠(yuǎn)的元素）的原子相互結(jié)合時，其中電負(fù)性較小的原子失去電子成為正離子，電負(fù)性較大的原子獲得電子成為負(fù)離子，正、負(fù)離子靠靜電引力結(jié)合在一起而形成的結(jié)合鍵。2、特性 無方向性，無飽和性，結(jié)合力很大3、具有離子鍵物質(zhì)的特性 離子晶體的硬度高、強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小，但脆性大。離子晶體具有很好的絕緣性。因

17、不吸收可見光，典型的離子晶體是無色透明的。 共價鍵1、形成 元素周期表中的A、A、A族大多數(shù)元素或電負(fù)性不大的原子相互結(jié)合時，原子間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，以共價電子形成穩(wěn)定的電子滿殼層的方式實(shí)現(xiàn)結(jié)合。這種由公用電子對產(chǎn)生的結(jié)合鍵稱為共價鍵。2、特性 方向性，飽和性，結(jié)合力很大3、具有共價鍵物質(zhì)的特性 共價晶體強(qiáng)度、硬度高，脆性大，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，揮發(fā)性低 。 金屬鍵 1、形成 金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外層電子少，原子容易失去其價電子而成為正離子。當(dāng)金屬原子相互結(jié)合時，金屬原子的外層電子（價電子）就脫離原子，成為自由電子，為整個金屬原子所共有。這些公有化的自由電子在正離子之間自由運(yùn)動形成所謂電子氣（或電子

18、云）。這種由金屬正離子與電子氣之間相互作用而結(jié)合的方式稱為金屬鍵。 2、具有共價鍵物質(zhì)的特性、良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。、正的電阻溫度系數(shù)，即隨溫度升高電阻增大。、良好的強(qiáng)度及塑性。、具有金屬光澤。范德華鍵 1、形成 有些物質(zhì)的分子具有極性，其中分子的一部分帶有正電荷，而分子的另一部分帶有負(fù)電荷，一個分子的正電荷部位和另一分子的負(fù)電荷部位間，以微弱靜電引力相引，使之結(jié)合在一起稱為范德華鍵（或分子鍵）。2、特性 結(jié)合力較弱3、具有共價鍵物質(zhì)的特性 硬度低、沸點(diǎn)低，絕緣性 。 工程材料的鍵性 實(shí)際上使用的工程材料，有的是單純的一種鍵，更多的是幾種鍵的結(jié)合。如果以四種鍵為頂點(diǎn)作一個四面體，就可以把材料的

19、結(jié)合鍵范圍示意地表示在這個四面體上，具體材料地鍵特性見圖。晶體學(xué)基礎(chǔ) 1、晶體與非晶體 2、空間點(diǎn)陣 3、晶向指數(shù)與晶面指數(shù) 4、晶體的晶體的極射赤面投影 晶體與非晶體1、晶體： 物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)(分子、原子或離子)在三維空間作有規(guī)律的周期性重復(fù)排列所形成的物質(zhì)叫晶體，如圖。2、非晶體： 非晶體在整體上是無序的，但原子間也靠化學(xué)鍵結(jié)合在一起，所以在有限的小范圍內(nèi)觀察還有一定規(guī)律，可將非晶體的這種結(jié)構(gòu)稱為近程有序。 空間點(diǎn)陣 1、空間點(diǎn)陣 ： 實(shí)際晶體中，質(zhì)點(diǎn)在空間的排列方式是多種多樣的為了便于研究晶體中原于、分子或離子的排列情況，近似地將晶體看成是無錯排的理想晶體，忽賂其物質(zhì)性，抽象為規(guī)則排列于空間

20、的無數(shù)幾何點(diǎn)。這些點(diǎn)代表原子(分子或離子)的中心，也可是彼此等同的原于或分子群的中心，各點(diǎn)的周圍環(huán)境相同。這種點(diǎn)的空間排列稱為空間點(diǎn)陣，簡稱點(diǎn)陣，這些點(diǎn)叫陣點(diǎn)。2、晶胞： 從點(diǎn)陣中取出一個仍能保持點(diǎn)陣特征的最基本單元叫晶胞。3、晶格： 將陣點(diǎn)用一系列平行直線連接起來，構(gòu)成一空間格架叫晶格。 a、 晶胞選取的條件 b、 14種空間點(diǎn)陣，布拉菲點(diǎn)陣 晶胞選取應(yīng)滿足的條件 (1)晶胞幾何形狀充分反映點(diǎn)陣對稱性。(2)平行六面體內(nèi)相等的棱和角數(shù)目最多。(3)當(dāng)棱間呈直角時，直角數(shù)目應(yīng)最多。(4)滿足上述條件，晶胞體積應(yīng)最小。14種空間點(diǎn)陣晶向指數(shù)與晶面指數(shù) 1.晶向指數(shù)和標(biāo)定 2.晶面指數(shù)的標(biāo)定 3.

21、晶面族與晶向族 4.六方晶面及晶向的指數(shù)標(biāo)定 5.晶帶 6.晶面間距 晶向指數(shù)和標(biāo)定(1)以晶格中某結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，取點(diǎn)陣常數(shù)為三坐標(biāo)軸的單位長度，建立右旋坐標(biāo)系如圖。定出欲求晶向上任意兩個點(diǎn)的坐標(biāo)。(2)“末”點(diǎn)坐標(biāo)減去“始”點(diǎn)坐標(biāo)，得到沿該坐標(biāo)系備軸方向移動的點(diǎn)陣參數(shù)的數(shù)目。(3)將這三個值化成一組互質(zhì)整數(shù)，加上一個方括號即為所求的晶向指數(shù)u v w，如有某一數(shù)為負(fù)值，則將負(fù)號標(biāo)注在該數(shù)字上方。 晶面指數(shù)的標(biāo)定(1)建立如前所述的參考坐標(biāo)系，但原點(diǎn)應(yīng)位于待定晶面之外，以避免出現(xiàn)零截距(2)找出待定晶面在三軸的截距，如果該晶面與某軸平行，則截距為無窮大。(3)取截距的倒數(shù)，將其化為一組互質(zhì)的整數(shù)

22、，加固括號得到晶面指數(shù)(h k l)。 晶 帶 相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。立方系晶面（h k l）以u v w為晶帶軸必有hu+kv+lw=0反之也成立。兩個不平行的晶面（h1k1l1）,(h2k2l2)的晶帶軸u v w可如下求得 晶面間距 對于不同的晶面族h k l其晶面間距也不同。總的來說，低指數(shù)晶面的面間距較大，高指數(shù)晶面的面間距較小、如圖113所示。由晶面指數(shù)的定義、可用數(shù)學(xué)方法求出晶面間距，見公式。 材料的晶體結(jié)構(gòu) 1、典型金屬的晶體結(jié)構(gòu) 2、共價晶體的晶體結(jié)構(gòu) 3、離子晶體的晶體結(jié)構(gòu) 4、合金相結(jié)構(gòu) 典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方晶格面心立

23、方晶格密排六方晶格原子排列特征晶格常數(shù)abc，90 abc，90 a=bc，=1.633，=90，=120 原子半徑r0.433ar=0.354ar=0.5a晶胞含原子數(shù)246配位數(shù)81212致密度0.680.740.74晶胞中原子數(shù)合金相結(jié)構(gòu) 1.固溶體 凡溶質(zhì)原子完全溶于溶劑中，并能保持溶劑元素的晶格類型所形成的合金相稱為固溶體。2.固溶強(qiáng)化 通常把形成固溶體使強(qiáng)度升高，硬度升高的現(xiàn)象叫做固溶強(qiáng)化。3.固溶體分類 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中是占結(jié)點(diǎn)位置還是占間隙位置，可將其分為置換固溶體何間隙固溶體。4.中間相 兩組元組成的臺金中，在形成有限因溶體的情況下，如果镕質(zhì)含量超過其溶解度時相會出現(xiàn)新相

24、，其成分處在A在B中和B在A中的最大溶解度之間，故叫中間相。 種類：（1）正常價化合物 （2）電子化合物 （3）間隙相與間隙化合物 （4）拓?fù)涿芏严?第五部分 晶體缺陷 一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn)五、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)過程 七、思考題 八、作業(yè) 九、實(shí)驗教學(xué) 十、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 通過本章的學(xué)習(xí)，使掌握晶體缺陷的類型、各類缺陷的結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)及其對材料性能的影響。 主要內(nèi)容 點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、各類缺陷對結(jié)構(gòu)及性能的影響。 教學(xué)重點(diǎn) 1. 點(diǎn)缺陷的結(jié)構(gòu)特征及其對性能的影響2. 線缺陷的結(jié)構(gòu)特征及其對性能的影響3. 面缺陷對結(jié)構(gòu)特征及其對性能的影響 教

25、學(xué)難點(diǎn) 1. 位錯中的柏氏矢量； 2. 位錯的彈性性質(zhì)；3. 實(shí)際晶體中的位錯； 4. 錯的增殖機(jī)制； 5. 各類缺陷對結(jié)構(gòu)及性能的影響。 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容二、導(dǎo)入新課 三、講授新課 四、小結(jié) 五、思考題 六、作業(yè)講授新課 1、點(diǎn)缺陷；2、線缺陷；3、面缺陷；4、各類缺陷對結(jié)構(gòu)及性能的影響。 思考題 1. 點(diǎn)缺陷的類型有那些？點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)平衡缺陷嗎？其濃度對金屬的性能有那些影響？ 2. 位錯有那些基本類型？試說明各種類型位錯的位錯線t t與柏氏矢量b b之間關(guān)系。 3. 何為面缺陷？面缺陷有那些基本類型？對金屬的性能有那些影響？ 4. 如何用柏氏回路確定柏氏矢量，請以刃型位錯為例

26、說明之。 5. 如何表示晶體中位錯密度？金屬材料中的位錯密度與其強(qiáng)度有何關(guān)系？與晶內(nèi)相比晶界有那些特點(diǎn)？ 作 業(yè)（1） 1、銅的空位生成能1.710-19J，試計算1000時，1cm3銅所包含的空位數(shù)，銅的密度 8.9g/cm3，相對原子質(zhì)量63.5，玻爾茲曼常數(shù)K=1.3810-23J/K。2、如圖2-1所示的位錯環(huán)，說明各段位錯的性質(zhì)，并指出刃位錯多余半原子面的位置。 作 業(yè)（2） 3、 如圖2-2，某晶體滑移面上有一個 柏氏矢量為b b的位錯環(huán)，受到均勻切應(yīng)力作用，試分 析： （1） 該位錯環(huán)各段位錯的結(jié)構(gòu)類型； （2） 求各段位錯所受的力； （3） 在的作用下，位錯環(huán)將如何運(yùn)動？ （4

27、） 在的作用下，位錯環(huán)穩(wěn)定不動，其最小半徑應(yīng)該多大？ 4、 畫圖說明F-R位錯源位錯增殖過程。 5、 證明位錯密度和彎曲晶體曲率半徑R的關(guān)系為=1 Rb。 6、圖3-1表示兩個被釘扎的刃位錯A-B、C-D，它們的長度均為x，且具有相同的位錯線方向和柏氏矢量，每個位錯都可作為F-R位錯源。假定這兩個位錯正在擴(kuò)大，試問位錯環(huán)在交互作用時，是將位錯運(yùn)動釘扎住，還是形成一個大位錯源？如果能夠形成一個大位錯源，試問該大位錯源開動所需臨界切應(yīng)力有多大？ 實(shí)驗教學(xué) 位錯腐蝕坑的觀察 1學(xué)時 教學(xué)參考書 1、金屬力學(xué)性質(zhì)的微觀理論 哈寬富 科學(xué)出版社 1983年2、材料科學(xué)基礎(chǔ) 潘金生等 清華大學(xué)出版社 20

28、00年第六部分 純金屬的凝固 一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn)五、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)過程 七、思考題 八、作業(yè) 九、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生們掌握結(jié)晶的基本過程、結(jié)晶的熱力學(xué)條件、形核及長大規(guī)律、凝固理論的應(yīng)用。 主要內(nèi)容 1. 純金屬的凝固過程；2. 結(jié)晶的熱力學(xué)條件；3. 形核及長大的規(guī)律；4. 凝固理論的應(yīng)用。 教學(xué)重點(diǎn) 結(jié)晶的基本過程熱力學(xué)條件凝固理論的應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn) 1. 結(jié)晶的熱力學(xué)條件；2. 形核及長大的規(guī)律。 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容二、導(dǎo)入新課 三、講授新課 四、小結(jié) 五、思考題 六、作業(yè)思考題 1. 液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬

29、結(jié)構(gòu)有何區(qū)別，試述小體積液態(tài)純金屬結(jié)晶過程。2. 什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？3 比較過冷度、臨界過冷度與動態(tài)過冷度的區(qū)別。4 形核為什么需要形核功？均勻形核與非均勻形核形核功有何差別？ 作 業(yè) 1、 分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。2、 細(xì)化鑄件晶粒的途徑有那些？為什么？3、 液態(tài)金屬結(jié)晶時需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化時是否會出現(xiàn)過熱？教學(xué)參考書 1金屬的凝固 胡漢起 冶金工業(yè)出版社 1985年2金屬學(xué) 胡庚祥主編 上?？萍汲霭嫔?1980年3金屬學(xué)教程盧光熙主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1985年4金屬學(xué)原理 李 超主編 哈工大出版社 1996年5材料科學(xué)基礎(chǔ) 馬泗春主

30、編 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1998年6材料科學(xué)基礎(chǔ)石德珂主編 西安交大出版社 1995年 第七部分 二元相圖 一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn)五、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)過程 七、思考題 八、作業(yè) 九、實(shí)驗教學(xué) 十、課堂討論十一、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生們掌握二元相圖的基本類型、分析和使用、鐵碳相圖 主要內(nèi)容 1. 二元相圖的基本類型；2. 二元相圖的分析和使用；3. 鐵碳相圖和鐵碳合金。 教學(xué)重點(diǎn) 1. 二元相圖的分析和使用；2. 鐵碳相圖和鐵碳合金。 教學(xué)難點(diǎn) 1. 二元相圖的分析和使用；2. 鐵碳相圖的應(yīng)用 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容二、導(dǎo)入新課

31、 三、講授新課 四、小結(jié) 五、思考題 六、作業(yè)講授新課 1、二元相圖的基本類型；2、二元相圖的分析和使用； 3、鐵碳相圖和鐵碳合金。 思考題 1.二元相圖有那些最基本的類型？ 何為勻晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、包析轉(zhuǎn)變、有序-無序轉(zhuǎn)變。2. 何為“杠桿定律”，“杠桿定律”的應(yīng)用范圍及用途。3. 按含碳量可將鐵碳合金分為那幾類？它們的力學(xué)性能隨含碳量的增加有何變化規(guī)律？4. 何為平衡分配系數(shù)？研究固溶體合金凝固時的溶質(zhì)分布有何實(shí)際意義。5.固溶體合金凝固時的生長形態(tài)如何？受那些因素控制。 作 業(yè) 1、 何為成份過冷？影響成份過冷的因素有那些？2、 試述區(qū)域提純的原理。3、 簡述枝晶偏析

32、形成過程和消除方法。4、 分析0.45%C，1.2%C和2.3%C 的鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程，計算室溫下組織組成 物的相對量及兩相相對量。5、 根據(jù)顯微組織分析，一灰口鐵內(nèi)石墨的體積占12%，鐵素體的體積占88%，試求該合金的碳含量。6、 簡述鑄錠三區(qū)的形成機(jī)理，采用什么方法可使柱狀晶更發(fā)達(dá)？采用什么方法可使中心等軸晶更發(fā)達(dá)？7、鋼中有那些常見雜質(zhì)？何為鋼的“熱脆” ？何為鋼的“冷脆”？如何防止？ 實(shí)驗教學(xué) 鐵碳合金平衡組織觀察 2學(xué)時 教學(xué)參考書 1金屬學(xué)原理 劉國勛主編 工業(yè)冶金出版社 1980年2金屬學(xué) 胡庚祥主編 上?？萍汲霭嫔?1980年3金屬學(xué)教程盧光熙主編 機(jī)械工業(yè)出版社 198

33、5年4金屬學(xué)原理 李 超主編 哈工大出版社 1996年第八部分 三元相圖 一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn)五、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)過程 七、思考題 八、作業(yè) 九、實(shí)驗教學(xué) 十、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生們掌握三元相圖類型、定量法則、分析方法、等溫截面、變溫截面、液態(tài)投影圖。 主要內(nèi)容 1. 三元相圖的成分表示方法及定量法則；2三元勻晶相圖、三元共晶相圖； 3. 四相平衡轉(zhuǎn)變；4.三元相圖應(yīng)用舉例。 教學(xué)重點(diǎn) 1. 三元共晶相圖； 2. 三元相圖應(yīng)用舉例。 教學(xué)難點(diǎn) 1三元共晶相圖；2四相平衡轉(zhuǎn)變。 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容二、導(dǎo)入新課 三、講授新

34、課 四、小結(jié) 五、思考題 六、作業(yè) 講授新課1、三元相圖的成分表示方法及定量法則； 2、三元勻晶相圖、三元共晶相圖； 3、相平衡轉(zhuǎn)變； 4、三元相圖應(yīng)用舉例。 思考題 1、 三元相圖如何表示合金成份？何為“直線法則”？何為“重心法則”？2、 何為三元相圖的水平截面、垂直截面和液相面投影圖？3、 三元合金有那些四相平衡轉(zhuǎn)變？在投影圖上有什么特征？4、 三元共晶相圖有多少個單相區(qū)、兩相區(qū)、三相區(qū)？有無四相共存的情況？ 作 業(yè)（1） 1、固態(tài)下完全不互溶的三元共晶相圖如圖6-1所示，分析O與合金的結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線、結(jié)晶示意圖、注明反應(yīng)式，并計算室溫下組織組成物的相對量。2、固態(tài)下完全不互溶的三

35、元共晶相圖如圖6-2所示，畫出過Am、PQ的垂直截面。若三組元的熔點(diǎn)tAtBtC，請畫出tB ttA溫度下的水平截面。 3、液相面投影圖如圖6-3，分析O合金的結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線、結(jié)晶示意圖、注明反應(yīng)式，并計算室溫下組織組成物的相對量。 4、液相面投影圖如圖6-4，請寫出全部四相平衡轉(zhuǎn)變 作 業(yè)（2） 實(shí)驗教學(xué) 金相攝影 3學(xué)時 教學(xué)參考書 1實(shí)用三元合金相圖 侯增壽、陶嵐琴 上?？萍汲霭嫔?1983年2金屬學(xué)原理 李 超主編 哈工大出版社 1996年 3金屬學(xué) 胡庚祥主編 上?？萍汲霭嫔?1980年 第九部分 固體材料的變形與斷裂 一、教學(xué)目的及要求二、主要內(nèi)容三、學(xué)時安排 四、教學(xué)重點(diǎn)

36、五、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)過程 七、思考題 八、作業(yè) 九、實(shí)驗教學(xué) 十、教學(xué)參考書 教學(xué)目的及要求 通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生們掌握固體材料變形的基本方式、彈性變形的機(jī)制、塑性變形的機(jī)理、塑性變形對組織與性能的影響、金屬及合金強(qiáng)化的位錯解釋。 主要內(nèi)容 1、彈性變形； 2、塑性變形的機(jī)理； 3、塑性變形對組織與性能的影響； 4、金屬及合金強(qiáng)化的位錯解釋。 教學(xué)重點(diǎn) 1、彈性變形；2、塑性變形的機(jī)理.。3、塑性變形對組織與性能的影響；4、變形對組織與性能的影響 教學(xué)難點(diǎn) 1、彈性變形的機(jī)制；2、塑性變形的機(jī)理；3、金屬及合金強(qiáng)化的位錯解釋。 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)上一節(jié)內(nèi)容二、導(dǎo)入新課 三、講授新課 四、小結(jié)

37、 五、思考題 六、作業(yè)講授新課1、彈性變形；2、塑性變形的機(jī)理；3、塑性變形對組織與性能的影響；4、金屬及合金強(qiáng)化的位錯解釋。 思考題 1、材料冷塑變時，主要的變形方式有那些？2、滑移與孿生有何異同？3、何為滑移帶與滑移線？何為交滑移與多滑移？4、冷塑變對金屬及合金的組織性能有何影響？5、何為孿生？何為孿生參數(shù)？面心立方晶體孿生過程中，原子如何切動？6、何謂形變織構(gòu)？如何表示板織構(gòu)與絲織構(gòu)？一旦產(chǎn)生織構(gòu)，性能上有何變化？7、用位錯理論解釋金屬及合金形變強(qiáng)化。 作 業(yè) （1）1將一根長20m，直徑14mm鋁棒，通過12.7mm的模具拉拔，求： （1）這根棒材拉拔后的尺寸； （2）這根棒材承受的工

38、程應(yīng)變與真應(yīng)變。2畫出體心立方、面心立方和密排六方晶體的滑移系。 3體心立方晶體110111；112111；123 111滑移系共有多少個？可否產(chǎn)生交滑移？ 4.單晶表面為100面，假定晶體可以在任何滑移系上滑移，討論表面上可 能見到的滑移線。 5銅單晶臨界分切應(yīng)力為1Mpa，設(shè)拉力軸在圖7-1中的陰影三角形中，求： （1）開始滑移的最小拉應(yīng)力，并在陰影三角形中示意標(biāo)出最小拉應(yīng)力所對應(yīng)的拉力軸的位置。 （2）當(dāng)拉力軸為何取向時，滑移所需拉應(yīng)力最大？為什么？ 作 業(yè) （2） 6（001）標(biāo)準(zhǔn)極圖如圖 7-2，面心立方金屬拉伸時，當(dāng)力軸在P點(diǎn)時，找出初始滑移系與共軛滑移系，并解釋超越現(xiàn)象；若力軸位于11點(diǎn)，找出全部等效滑移系，并說明兩者應(yīng)力-