《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：04200702、课程名称（中/英文）：材料科学基础/ Fundamentals of Materials Science3、学时/学分：材料科学与工程专业、复合材料专业：112学时/7学分；材料成型机控制工程专业：96学时/6学分4、先修课程：大学物理、普通化学、物理化学，5、面向对象：本科生6、开课院（系）：材料学院7、教材、教学参考书：教材：《材料科学基础》第二版，刘智恩主编，西北工业大学出版社，2003年参考书：1)《材料科学基础》，胡庚祥、蔡珣主编，上海交通大学出版社，2000年2)《材料科学基础》第二版，石德珂主编，西安交通大学出版社，2000年3)《材料科学基础》，潘金生、仝健民主编，清华大学出版社，1998年二、课程性质和任务本课程材料类各专业最主要的专业基础课。

以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了热力学、动力学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。

既具有较强的理论性，又与生产实践紧密相关。

其任务是：1)介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系；2)掌握材料科学与工程的基本理论，初步掌握分析、解决工程实际问题的思路和方法；3)初步掌握科学的实验方法和技术。

三、教学内容和基本要求第一章工程材料中的原子排列内容：1) 原子之间的键合2)晶体学的基本概念及点阵类型3)晶向指数和晶面指数及其表示方法4)金属的晶体结构特点5)陶瓷的晶体结构6)晶体缺陷的类型及特征要求：1) 熟练掌握晶面、晶向的表示方法2)熟练掌握三种典型的晶体结构3)熟练掌握晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4)熟练掌握位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用第二章固体中的相结构内容：1) 固溶体的分类、结构特点及性能2)金属间化合物相的分类、特点及性能3)陶瓷晶体相的结构及特点4)玻璃相及其形成要求：1) 熟练掌握合金相的主要类型，形成条件、影响因素和性能特点2)掌握玻璃相的形成条件第三章凝固与结晶内容：1) 结晶的基本规律2)结晶的基本条件3)晶核的形成4)晶体的长大5)结晶理论的应用要求：1) 熟练掌握凝固基本规律及过冷度的概念2)熟练掌握形核的基本条件3)熟练掌握晶体长大条件、界面类型、长大机制及固溶体形态4)了解凝固理论解释或说明实际生产问题第四章相图内容：1) 相、相平衡及相图制作2)二元匀晶相图3)二元共晶相图4)二元包晶相图5)其它二元要相图6)二元相图的分析方法7)相图的热力学解释8)铸锭（件）的组织与偏析9)三元相图要求：1) 熟练掌握二元匀晶、共晶、包晶相图的特点2)熟练掌握二元匀晶、共晶、包晶相图平衡、非平衡凝固成分变化规律，能够分析结晶过程及得到的组织，能够熟练运用杠杆定律计算相及组织相对含量3)能依据相图判断合金的工艺性能与机械性能4)掌握铁碳相图，能够分析平衡结晶过程及室温下所得到的相、组织，并计算其相对含量5)初步掌握复杂二元相图分析方法6)熟练掌握三元合金成分表示方法7)掌握三元匀晶、简单三元共晶、复杂三元共晶合金结晶过程中相与组织的转变规律8)能够绘制典型的等温截面图和垂直截面图9)了解具有包晶转变的三元合金相图及四相平衡转变的类型第五章材料中的扩散内容：1) 扩散定律及其应用2)扩散的微观机理3)扩散的热力学理论4)反应扩散5)一些影响扩散的重要因素要求：1) 掌握扩散第一、第二定律的表达式及适用的条件，各符号的意义和单位2)熟练掌握扩散的微观机制3)熟练掌握扩散系数的意义和影响扩散的因素4)认识几种重要的扩散现象5)了解扩散的实际应用，如渗碳过程等第六章塑性变形内容：1) 金属的应力—应变曲线2)单晶体的塑性变形3)多晶体的塑性变形4)合金的塑性变形5)冷变形金属的组织与性能要求：1) 熟练掌握滑移、孪生变形的主要特点2)熟练掌握滑移的微观机制3)熟练掌握多晶体塑性变形的过程、特点，以及细晶强化的机理4)熟练掌握合金塑性变形的特点，以及固溶强化、复相强化、弥撒强化的机理5)熟练掌握塑性变形对晶体微观组织结构、体系能量、力学性能和物理、化学性能的影响第七章回复与再结晶内容：1) 冷变形金属在加热时组织和力学性能的变化2)回复3)再结晶4)再结晶后的晶粒长大5)金属的热变形要求：1．熟练掌握冷塑性变形金属发生回复、再结晶和晶粒长大的条件、微观机理、影响因素2)掌握回复、再结晶的实际应用及晶粒大小的控制3)了解动态回复、动态再结晶的微观机制、性能特点等4)了解金属热变形的定义第八章固态相变内容：1) 固态相变类型2)固态相变理论简介3)固态相变主要类型举例要求：1) 了解固态相变的类型2)了解主要固态相变理论的基本思想3)了解典型的固态相变特点第九章复合效应与界面内容：1) 复合材料、增强体及复合效应2)复合材料增强原理3)复合材料的界面要求：1) 了解复合材料的分类2)了解复合材料增强原理3)了解界面类型、结合原理及性能四、实验内容和基本要求实验一、金相显微分析教学目标：学习和了解金相显微试样的制作过程和方法；通过对金相显微试样的分析，学习金相显微镜的使用方法，为以后的金相分析打下基础。

内容和基本要求：1)了解金相显微镜的构造与使用。

2)分别用明、暗视场观察20钢及夹杂物的金相组织。

3)制备20钢金相试样，并在显微镜下观察实验二、常见金属晶体结构和原子堆垛教学目标：了解局部与整体、晶体结构与整体结构的关系以及原子堆砌形式与晶体中间隙形态的大小关系。

进一步理解关于晶面、晶向以及指数、致密度等概念。

内容和基本要求：1)bcc、fcc、hcp结构及相应的四面体、八面体间隙，观察其间隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。

2)沿最密排方向用钢球堆砌出三种晶体结构的堆垛次序。

3)观察晶体中的位错模型。

实验三、二元合金平衡组织分析教学目标：加深对二元合金相图认识，熟悉并掌握利用相图分析合金组织的方法，对固溶体组织、次生组织、共晶等组织形态和组织特征有一个初步的认识。

内容和基本要求：1)观察并描绘六种Pb-Sn合金的显微组织2)分析讨论以上合金组织的形成过程实验四、二元合金不平衡组织分析教学目标：利用平衡态的二元相图分析不平衡凝固过程，掌握不平衡凝固的基本特点，对实际生产条件下的合金组织作出正确的分析。

内容和基本要求：1)观察并描绘三种合金平衡与不平衡结晶条件下的组织，并注意两种条件下的组织差异2)观察并描绘各种共晶组织形态，认识影响共晶体中两相形态因素3)学习布氏硬度、洛氏硬度计的操作方法实验五、铁碳合金平衡组织分析教学目标：认识各种成分碳钢的组织形态及其变化规律。

通过不同成分碳钢硬度的测量，认识随含碳量的增加，钢硬度的变化，进而认识钢的成分、组织与性能的关系。

内容和基本要求：4)分析并描绘所观察铁碳合金的显微组织1)测定五种硬度试块的HB,HR值2)学习布氏硬度、洛氏硬度计的操作方法实验六、金属的塑性变形与再结晶教学目标：了解冷塑性变形对金属组织的影响，以及回复、再结晶后的晶粒形态、大小和性能的变化规律。

内容和基本要求：1)观察并描绘不同变形度、同一变形度不同温度加热的铜试样的显微组织。

2)测定不同变形，及同一变形度不同加热的铜试样的布氏硬度。

3)定铝片经过不同变形度变形后的相同加热温度下再结晶晶粒大小五、各教学环节学时分配96学时分配六、对学生能力培养的要求使学生通过本课程的学习，掌握材料科学的基本理论、基本概念和基本技能，学会如何分析、解决工程实际问题，建立基本的工程思维方式，并初步具有材料研究、测试和加工的能力。

七、其它说明国家精品课《材料科学基础》课程网站：/jp2004/07/材料科学与工程专业和复合材料工程专业本科生按112学时讲授。

材料成型及控制工程专业本科生按96学时讲授。

八．考核方法：闭卷考试撰写人：王永欣制定日期：2010年3月10日审定人：陈铮审定日期：2010年3月15日学院审查意见：主管院长：材料学院（盖章）：材料科学基础课程实验教学大纲课程编号：0420070 课程名称：材料科学基础课程总学时：112/96 课程总学分：7/6实验总学时：12适用专业：材料科学与工程、材料成型及控制工程、复合材料工程课程类型：√必修□选修先修课程：大学物理、普通化学、物理化学一、实验教学的目的、任务与要求，实验一、金相显微分析教学目标：学习和了解金相显微试样的制作过程和方法；通过对金相显微试样的分析，学习金相显微镜的使用方法，为以后的金相分析打下基础。

内容和基本要求：4)了解金相显微镜的构造与使用。

5)分别用明、暗视场观察20钢及夹杂物的金相组织。

6)制备20钢金相试样，并在显微镜下观察实验二、常见金属晶体结构和原子堆垛教学目标：了解局部与整体、晶体结构与整体结构的关系以及原子堆砌形式与晶体中间隙形态的大小关系。

进一步理解关于晶面、晶向以及指数、致密度等概念。

内容和基本要求：4)多面体球出bcc、fcc、hcp结构日及相应的四面体、八面体间隙，观察其间隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。

5)沿最密排方向用钢球堆砌出三种晶体结构的堆切次序。

6)观察晶体中的位错模型。

实验三、二元合金平衡组织分析教学目标：加深对二元合金相图认识，熟悉并掌握利用相图分析合金组织的方法，对固溶体组织、次生组织、共晶等组织形态和组织特征有一个初步的认识。

内容和基本要求：3)观察并描绘六种Pb-Sn合金的显微组织4)分析讨论以上合金组织的形成过程实验四、二元合金不平衡组织分析教学目标：利用平衡态的二元相图分析不平衡凝固过程，掌握不平衡凝固的基本特点，对实际生产条件下的合金组织作出正确的分析。

内容和基本要求：5)观察并描绘三种合金平衡与不平衡结晶条件下的主持，并注意两种条件下的组织差异6)观察并描绘各种共晶组织形态，认识影响共晶体中两相形态因素7)学习布氏硬度、络氏硬度计的操作方法实验五、铁碳合金平衡组织分析教学目标：认识各种成分碳钢的组织形态及其变化规律。

通过不同成分碳钢硬度的测量，认识随含碳量的增加，钢硬度的变化，进而认识钢的成分、组织与性能的关系。

内容和基本要求：1)分析并描绘所观察铁碳合金的显微组织3)测定五种硬度试块的HB,HR值4)学习布氏硬度、络氏硬度计的操作方法实验六、金属的塑性变形与再结晶教学目标：了解冷塑性变形对金属组织的影响，以及回复、再结晶后的晶粒形态、大小和性能的变化规律。

内容和基本要求：4)观察并描绘不同变形度、同一变形度不同温度加热的铜试样的显微组织。

5)测定不同变形，及同一变形度不同加热的铜试样的布氏硬度。

6)定铝片经过不同变形度变形后的相同加热温度下再结晶晶粒大小二、实验项目内容及学时分配：三、主要教材：《材料科学基础》第二版，刘智恩主编，西北工业大学出版社，2003年西北工业大学自编实验指导书四、考核方式：随课程考试五、使用主要仪器设备说明：1.OLMPUS GM3光学金相显微镜2.Lecia光学金相显微镜3.蔡氏金相显微镜4.金相式样抛光机5.洛氏硬度计6.布氏硬度计7.箱式电阻炉8.多媒体投影机制订人：王永欣课程负责人：陈铮实验中心审核人：学院审核人：大纲制订时间：2010年 3 月25 日材料科学基础期末考试大纲课程编号：0420070 课程名称：材料科学基础课程总学时：112/96 课程总学分：7/6考试形式：闭卷考试一、考试内容1. 工程材料中的原子排列：（1）原子键合，工程材料种类；（2）原子的规则排列：晶体结构与空间点陈，晶向及晶面的表示，金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构。