《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE 17材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱一、課程基本信息1、課程代碼：04200702、課程名稱（中/英文）：材料科學(xué)基礎(chǔ) / Fundamentals of Materials Science3、學(xué)時(shí)/學(xué)分：材料科學(xué)與工程專業(yè)、復(fù)合材料專業(yè)：112學(xué)時(shí)/7學(xué)分；材料成型機(jī)控制工程專業(yè)：96學(xué)時(shí)/6學(xué)分4、先修課程：大學(xué)物理、普通化學(xué)、物理化學(xué)，5、面向?qū)ο螅罕究粕?、開課院（系）：材料學(xué)院 7、教材、教學(xué)參考書：教材：材料科學(xué)基礎(chǔ)第二版， 劉智恩 主編， 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003年參考書：材料科學(xué)基礎(chǔ)，胡庚祥、蔡珣主編，上海交通大學(xué)出版社，2000年材料科學(xué)基礎(chǔ)第二版，石德珂主編

2、，西安交通大學(xué)出版社，2000年材料科學(xué)基礎(chǔ)，潘金生、仝健民主編，清華大學(xué)出版社，1998年二、課程性質(zhì)和任務(wù)本課程材料類各專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課。以金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復(fù)合材料為對(duì)象，從材料的電子、原子尺度入手，介紹了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)理論及納觀、微觀尺度組織、細(xì)觀尺度斷裂機(jī)制及宏觀性能。既具有較強(qiáng)的理論性，又與生產(chǎn)實(shí)踐緊密相關(guān)。其任務(wù)是：介紹材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)、制備工藝及性能之間的關(guān)系；掌握材料科學(xué)與工程的基本理論，初步掌握分析、解決工程實(shí)際問題的思路和方法；初步掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。三、教學(xué)內(nèi)容和基本要求第一章 工程材料中的原子排列 內(nèi)容： 1) 原子之間的鍵合 晶體學(xué)的基

3、本概念及點(diǎn)陣類型 晶向指數(shù)和晶面指數(shù)及其表示方法 金屬的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 陶瓷的晶體結(jié)構(gòu) 晶體缺陷的類型及特征 要求： 1) 熟練掌握晶面、晶向的表示方法 熟練掌握三種典型的晶體結(jié)構(gòu) 熟練掌握晶體缺陷的基本類型、基本特征、基本性質(zhì) 熟練掌握位錯(cuò)的應(yīng)力場和應(yīng)變能；位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與交互作用 第二章 固體中的相結(jié)構(gòu) 內(nèi)容： 1) 固溶體的分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能 金屬間化合物相的分類、特點(diǎn)及性能 陶瓷晶體相的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 玻璃相及其形成 要求： 1) 熟練掌握合金相的主要類型，形成條件、影響因素和性能特點(diǎn) 掌握玻璃相的形成條件 第三章 凝固與結(jié)晶 內(nèi)容： 1) 結(jié)晶的基本規(guī)律 結(jié)晶的基本條件 晶核的形成 晶體的長

4、大 結(jié)晶理論的應(yīng)用 要求： 1) 熟練掌握凝固基本規(guī)律及過冷度的概念 熟練掌握形核的基本條件熟練掌握晶體長大條件、界面類型、長大機(jī)制及固溶體形態(tài) 了解凝固理論解釋或說明實(shí)際生產(chǎn)問題 第四章 相圖 內(nèi)容： 1) 相、相平衡及相圖制作 二元?jiǎng)蚓鄨D 二元共晶相圖 二元包晶相圖 其它二元要相圖 二元相圖的分析方法 相圖的熱力學(xué)解釋 鑄錠（件）的組織與偏析 三元相圖要求： 1) 熟練掌握二元?jiǎng)蚓?、共晶、包晶相圖的特點(diǎn)熟練掌握二元?jiǎng)蚓?、共晶、包晶相圖平衡、非平衡凝固成分變化規(guī)律，能夠分析結(jié)晶過程及得到的組織，能夠熟練運(yùn)用杠桿定律計(jì)算相及組織相對(duì)含量能依據(jù)相圖判斷合金的工藝性能與機(jī)械性能 掌握鐵碳相圖，能

5、夠分析平衡結(jié)晶過程及室溫下所得到的相、組織，并計(jì)算其相對(duì)含量 初步掌握復(fù)雜二元相圖分析方法熟練掌握三元合金成分表示方法掌握三元?jiǎng)蚓?、簡單三元共晶、?fù)雜三元共晶合金結(jié)晶過程中相與組織的轉(zhuǎn)變規(guī)律 能夠繪制典型的等溫截面圖和垂直截面圖了解具有包晶轉(zhuǎn)變的三元合金相圖及四相平衡轉(zhuǎn)變的類型第五章 材料中的擴(kuò)散 內(nèi)容： 1) 擴(kuò)散定律及其應(yīng)用 擴(kuò)散的微觀機(jī)理 擴(kuò)散的熱力學(xué)理論 反應(yīng)擴(kuò)散 一些影響擴(kuò)散的重要因素 要求： 1) 掌握擴(kuò)散第一、第二定律的表達(dá)式及適用的條件，各符號(hào)的意義和單位 熟練掌握擴(kuò)散的微觀機(jī)制熟練掌握擴(kuò)散系數(shù)的意義和影響擴(kuò)散的因素 認(rèn)識(shí)幾種重要的擴(kuò)散現(xiàn)象 了解擴(kuò)散的實(shí)際應(yīng)用，如滲碳過程等 第

6、六章 塑性變形 內(nèi)容： 1) 金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線 單晶體的塑性變形 多晶體的塑性變形合金的塑性變形 冷變形金屬的組織與性能 要求： 1) 熟練掌握滑移、孿生變形的主要特點(diǎn) 熟練掌握滑移的微觀機(jī)制熟練掌握多晶體塑性變形的過程、特點(diǎn)，以及細(xì)晶強(qiáng)化的機(jī)理 熟練掌握合金塑性變形的特點(diǎn)，以及固溶強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化、彌撒強(qiáng)化的機(jī)理熟練掌握塑性變形對(duì)晶體微觀組織結(jié)構(gòu)、體系能量、力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能的影響 第七章 回復(fù)與再結(jié)晶 內(nèi)容： 1) 冷變形金屬在加熱時(shí)組織和力學(xué)性能的變化 回復(fù)再結(jié)晶再結(jié)晶后的晶粒長大 金屬的熱變形 要求： 1熟練掌握冷塑性變形金屬發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大的條件、微觀機(jī)理、影響因素

7、掌握回復(fù)、再結(jié)晶的實(shí)際應(yīng)用及晶粒大小的控制了解動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的微觀機(jī)制、性能特點(diǎn)等 了解金屬熱變形的定義第八章 固態(tài)相變 內(nèi)容： 1) 固態(tài)相變類型固態(tài)相變理論簡介 固態(tài)相變主要類型舉例要求： 1) 了解固態(tài)相變的類型了解主要固態(tài)相變理論的基本思想 了解典型的固態(tài)相變特點(diǎn)第九章 復(fù)合效應(yīng)與界面 內(nèi)容： 1) 復(fù)合材料、增強(qiáng)體及復(fù)合效應(yīng) 復(fù)合材料增強(qiáng)原理 復(fù)合材料的界面 要求： 1) 了解復(fù)合材料的分類了解復(fù)合材料增強(qiáng)原理了解界面類型、結(jié)合原理及性能四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和基本要求實(shí)驗(yàn)一、金相顯微分析 教學(xué)目標(biāo)：學(xué)習(xí)和了解金相顯微試樣的制作過程和方法；通過對(duì)金相顯微試樣的分析，學(xué)習(xí)金相顯微鏡的使用方

8、法，為以后的金相分析打下基礎(chǔ)。內(nèi)容和基本要求： 了解金相顯微鏡的構(gòu)造與使用。 分別用明、暗視場觀察20鋼及夾雜物的金相組織。制備20鋼金相試樣，并在顯微鏡下觀察 實(shí)驗(yàn)二、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)和原子堆垛 教學(xué)目標(biāo)：了解局部與整體、晶體結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及原子堆砌形式與晶體中間隙形態(tài)的大小關(guān)系。進(jìn)一步理解關(guān)于晶面、晶向以及指數(shù)、致密度等概念。內(nèi)容和基本要求： bcc、fcc、hcp結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的四面體、八面體間隙，觀察其間隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。沿最密排方向用鋼球堆砌出三種晶體結(jié)構(gòu)的堆垛次序。觀察晶體中的位錯(cuò)模型。實(shí)驗(yàn)三、二元合金平衡組織分析教學(xué)目標(biāo)：加深對(duì)二元合金相圖認(rèn)識(shí)，熟悉并掌

9、握利用相圖分析合金組織的方法，對(duì)固溶體組織、次生組織、共晶等組織形態(tài)和組織特征有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪六種Pb-Sn合金的顯微組織 分析討論以上合金組織的形成過程 實(shí)驗(yàn)四、二元合金不平衡組織分析 教學(xué)目標(biāo)：利用平衡態(tài)的二元相圖分析不平衡凝固過程，掌握不平衡凝固的基本特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)條件下的合金組織作出正確的分析 。 內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪三種合金平衡與不平衡結(jié)晶條件下的組織，并注意兩種條件下的組織差異觀察并描繪各種共晶組織形態(tài)，認(rèn)識(shí)影響共晶體中兩相形態(tài)因素 學(xué)習(xí)布氏硬度、洛氏硬度計(jì)的操作方法 實(shí)驗(yàn)五、鐵碳合金平衡組織分析教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)各種成分碳鋼的組織形態(tài)及其變化規(guī)律。

10、通過不同成分碳鋼硬度的測量，認(rèn)識(shí)隨含碳量的增加，鋼硬度的變化，進(jìn)而認(rèn)識(shí)鋼的成分、組織與性能的關(guān)系。內(nèi)容和基本要求：分析并描繪所觀察鐵碳合金的顯微組織 測定五種硬度試塊的HB,HR值 學(xué)習(xí)布氏硬度、洛氏硬度計(jì)的操作方法 實(shí)驗(yàn)六、金屬的塑性變形與再結(jié)晶 教學(xué)目標(biāo)：了解冷塑性變形對(duì)金屬組織的影響，以及回復(fù)、再結(jié)晶后的晶粒形態(tài)、大小和性能的變化規(guī)律。內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪不同變形度、同一變形度不同溫度加熱的銅試樣的顯微組織。 測定不同變形，及同一變形度不同加熱的銅試樣的布氏硬度。 定鋁片經(jīng)過不同變形度變形后的相同加熱溫度下再結(jié)晶晶粒大小 五、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配112學(xué)時(shí)分配講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)課其

11、他合計(jì)緒論11第一章12416第二章527第三章99第四章332641第五章55第六章99第七章102214第八章44第九章426合計(jì)9281211296學(xué)時(shí)分配講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)課其他合計(jì)緒論11第一章10414第二章527第三章99第四章242632第五章55第六章88第七章82212第八章44第九章44合計(jì)7861296六、對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握材料科學(xué)的基本理論、基本概念和基本技能，學(xué)會(huì)如何分析、解決工程實(shí)際問題，建立基本的工程思維方式，并初步具有材料研究、測試和加工的能力。七、其它說明國家精品課材料科學(xué)基礎(chǔ)課程網(wǎng)站：/jp2004/07/材料科學(xué)與工程專業(yè)

12、和復(fù)合材料工程專業(yè)本科生按112學(xué)時(shí)講授。材料成型及控制工程專業(yè)本科生按96學(xué)時(shí)講授。八考核方法：閉卷考試撰寫人：王永欣制定日期：2010年3月10日審定人：陳 錚審定日期：2010年3月15日學(xué)院審查意見：主管院長： 材料學(xué)院（蓋章）：材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程編號(hào)： 0420070 課程名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)課程總學(xué)時(shí)： 112/96 課程總學(xué)分：7/6實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)： 12 適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程、材料成型及控制工程、復(fù)合材料工程課程類型：必修 選修 先修課程：大學(xué)物理、普通化學(xué)、物理化學(xué)一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、任務(wù)與要求，實(shí)驗(yàn)一、金相顯微分析 教學(xué)目標(biāo)：學(xué)習(xí)和了解金相顯微試樣的制作過程和方

13、法；通過對(duì)金相顯微試樣的分析，學(xué)習(xí)金相顯微鏡的使用方法，為以后的金相分析打下基礎(chǔ)。內(nèi)容和基本要求： 了解金相顯微鏡的構(gòu)造與使用。 分別用明、暗視場觀察20鋼及夾雜物的金相組織。制備20鋼金相試樣，并在顯微鏡下觀察 實(shí)驗(yàn)二、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)和原子堆垛 教學(xué)目標(biāo)：了解局部與整體、晶體結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及原子堆砌形式與晶體中間隙形態(tài)的大小關(guān)系。進(jìn)一步理解關(guān)于晶面、晶向以及指數(shù)、致密度等概念。內(nèi)容和基本要求： 多面體球出bcc、fcc、hcp結(jié)構(gòu)日及相應(yīng)的四面體、八面體間隙，觀察其間隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。沿最密排方向用鋼球堆砌出三種晶體結(jié)構(gòu)的堆切次序。觀察晶體中的位錯(cuò)模型。 實(shí)驗(yàn)

14、三、二元合金平衡組織分析教學(xué)目標(biāo)：加深對(duì)二元合金相圖認(rèn)識(shí)，熟悉并掌握利用相圖分析合金組織的方法，對(duì)固溶體組織、次生組織、共晶等組織形態(tài)和組織特征有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪六種Pb-Sn合金的顯微組織 分析討論以上合金組織的形成過程 實(shí)驗(yàn)四、二元合金不平衡組織分析 教學(xué)目標(biāo)：利用平衡態(tài)的二元相圖分析不平衡凝固過程，掌握不平衡凝固的基本特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)條件下的合金組織作出正確的分析 。 內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪三種合金平衡與不平衡結(jié)晶條件下的主持，并注意兩種條件下的組織差異觀察并描繪各種共晶組織形態(tài)，認(rèn)識(shí)影響共晶體中兩相形態(tài)因素 學(xué)習(xí)布氏硬度、絡(luò)氏硬度計(jì)的操作方法 實(shí)驗(yàn)五、鐵碳

15、合金平衡組織分析教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)各種成分碳鋼的組織形態(tài)及其變化規(guī)律。通過不同成分碳鋼硬度的測量，認(rèn)識(shí)隨含碳量的增加，鋼硬度的變化，進(jìn)而認(rèn)識(shí)鋼的成分、組織與性能的關(guān)系。內(nèi)容和基本要求：分析并描繪所觀察鐵碳合金的顯微組織 測定五種硬度試塊的HB,HR值 學(xué)習(xí)布氏硬度、絡(luò)氏硬度計(jì)的操作方法 實(shí)驗(yàn)六、金屬的塑性變形與再結(jié)晶 教學(xué)目標(biāo)：了解冷塑性變形對(duì)金屬組織的影響，以及回復(fù)、再結(jié)晶后的晶粒形態(tài)、大小和性能的變化規(guī)律。內(nèi)容和基本要求：觀察并描繪不同變形度、同一變形度不同溫度加熱的銅試樣的顯微組織。 測定不同變形，及同一變形度不同加熱的銅試樣的布氏硬度。 定鋁片經(jīng)過不同變形度變形后的相同加熱溫度下再結(jié)晶晶粒

16、大小 二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配：序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型備注1金相顯微分析2了解金相顯微鏡的構(gòu)造與使用。 分別用明、暗視場觀察20鋼及夾雜物的金相組織。制備20鋼金相試樣，并在顯微鏡下觀察。基礎(chǔ)2常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的原始堆砌特征2多面體球出bcc、fcc、hcp結(jié)構(gòu)日及相應(yīng)的四面體、八面體間隙，觀察其間隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。沿最密排方向用鋼球堆砌出三種晶體結(jié)構(gòu)的堆切次序。觀察晶體中的位錯(cuò)模型。驗(yàn)證3二元合金平衡組織分析2觀察并描繪六種Pb-Sn合金的顯微組織。分析討論以上合金組織的形成過程。驗(yàn)證4二元合金不平衡組織分析2觀察并描繪三種合金平衡與不平衡結(jié)晶條件下的主持，

17、并注意兩種條件下的組織差異。觀察并描繪各種共晶組織形態(tài)，認(rèn)識(shí)影響共晶體中兩相形態(tài)因素。學(xué)習(xí)布氏硬度、絡(luò)氏硬度計(jì)的操作方法。驗(yàn)證5鐵碳合金平衡組織分析2分析并描繪所觀察鐵碳合金的顯微組織。測定五種硬度試塊的HB,HR值。學(xué)習(xí)布氏硬度、絡(luò)氏硬度計(jì)的操作方法。驗(yàn)證6金屬的塑性變形與再結(jié)晶2觀察并描繪不同變形度、同一變形度不同溫度加熱的銅試樣的顯微組織。測定不同變形，及同一變形度不同加熱的銅試樣的布氏硬度。定鋁片經(jīng)過不同變形度變形后的相同加熱溫度下再結(jié)晶晶粒大小。綜合三、主要教材：材料科學(xué)基礎(chǔ)第二版， 劉智恩 主編， 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003年西北工業(yè)大學(xué)自編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書四、考核方式： 隨課程考試五

18、、使用主要儀器設(shè)備說明：OLMPUS GM3光學(xué)金相顯微鏡Lecia光學(xué)金相顯微鏡蔡氏金相顯微鏡金相式樣拋光機(jī)洛氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)箱式電阻爐多媒體投影機(jī)制訂人：王永欣 課程負(fù)責(zé)人：陳 錚實(shí)驗(yàn)中心審核人： 學(xué)院審核人： 大綱制訂時(shí)間： 2010年 3 月 25 日材料科學(xué)基礎(chǔ)期末考試大綱課程編號(hào)： 0420070 課程名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)課程總學(xué)時(shí)： 112/96 課程總學(xué)分：7/6考試形式： 閉卷考試 一、 考試內(nèi)容1. 工程材料中的原子排列： 原子鍵合，工程材料種類； 原子的規(guī)則排列：晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陳，晶向及晶面的表示，金屬的晶體結(jié)構(gòu)，陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)。 原子的不規(guī)則排列：點(diǎn)、線、面缺陷，位錯(cuò)

19、的類型、位錯(cuò)的彈性性質(zhì)、實(shí)際晶體中的位錯(cuò)。 2. 固體中的相結(jié)構(gòu)： 固溶體、金屬間化合物的分類、結(jié)構(gòu)及性能； 玻璃相。 3. 凝固： 結(jié)晶的基本規(guī)律、基本條件； 晶核的形成與長大； 結(jié)晶理論的應(yīng)用。4. 相圖： 相圖的基本知識(shí)； 二元?jiǎng)蚓鄨D及固溶體的結(jié)晶、共晶相圖及共晶轉(zhuǎn)變、包晶相圖及包晶轉(zhuǎn)變； 二元相圖的分析方法其他類型的二元相圖及其應(yīng)用、相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)。 三元相圖的幾何特征； 三元?jiǎng)蚓鄨D、共晶相圖。5. 固體中的擴(kuò)散： 擴(kuò)散定律及其應(yīng)用； 擴(kuò)散的微觀機(jī)理，影響擴(kuò)散的因素； 擴(kuò)散的熱力學(xué)理論； 反應(yīng)擴(kuò)散。 6. 塑性變形： 單晶體的塑性變形； 多晶體的塑性變形； 合金的塑性變形； 冷變

20、形金屬的組織與性能，超塑性。 7. 回復(fù)與與結(jié)晶： 冷變形金屬在加熱時(shí)的變化； 回復(fù)機(jī)制； 再結(jié)晶及再結(jié)晶后的晶粒長大； 金屬的熱變形。 8. 固態(tài)相變 固態(tài)相變的概念及分類； 固態(tài)相變的主要類型及特點(diǎn)。9. 復(fù)合效應(yīng)與界面 材料復(fù)合概念、分類及特點(diǎn)； 增強(qiáng)體、復(fù)合效應(yīng)； 復(fù)合材料增強(qiáng)原理； 復(fù)合材料的界面。 二、參考書目材料科學(xué)基礎(chǔ)（第二版），劉智恩，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003 材料科學(xué)基礎(chǔ)，胡庚祥，蔡珣，上海交通大學(xué)出版社，2000 材料科學(xué)基礎(chǔ)，石德珂，西安交通大學(xué)出版社，2000 材料科學(xué)基礎(chǔ)，潘金生，仝健民，清華大學(xué)出版社，1998 制訂人：王永欣 課程負(fù)責(zé)人：陳 錚實(shí)驗(yàn)中心審核人： 學(xué)院審核人： 大綱制訂時(shí)間： 2010年 3 月 25 日2013年 碩士研究生入學(xué)考試材料科學(xué)基礎(chǔ)考試大綱題號(hào)： 832 修訂日期：2012年3月一、考試內(nèi)容 1. 工程材料中的原子排列 原子鍵合，工程材料種類；原子的規(guī)則排列：晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣，晶向及晶面的特點(diǎn)及表示，金屬的晶體結(jié)構(gòu)，陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)。 原子的不規(guī)則排列：點(diǎn)、線、面缺陷的類型及特征，位錯(cuò)的彈性性質(zhì)，實(shí)際晶體中的位錯(cuò)。 2. 固體中的相結(jié)構(gòu) 固溶體：分類、