《材料科学基础》课程教学大纲

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《材料科学基础》课程教学大纲

课程编号:08061211

课程名称:材料科学基础

英文名称:Fundamental of Materials Science

课程类型:学科基础课

课程要求:必修

学时/学分:88/5.5 (讲课学时:80 实验学时:8 上机学时:0)

适用专业:材料成型与控制工程;焊接技术及工程;金属材料工程;无机非金属材料工程 一、课程性质与任务

《材料科学基础》是材料科学与工程学院各专业学生学习和掌握材料的成分、组织结构

与性能间的关系及其变化规律,特别是固体材料的结构、晶体缺陷、平衡相图、凝固和原子

扩散过程诸方面的基本概念和基础理论,以及有关的加工工艺对材料的组织结构和性能的影

响规律的学科基础课,也是学生将来学习专业课程的理论基础。本课程在教学内容方面着重

基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解;在培养实践能力方面着重试样的选取与制备

及显微组织的观察等基本方法的训练,使学生熟悉材料科学的相关基础知识,为后续专业课

程的学习以及将来解决材料的生产、加工等问题和探索新材料、新技术、新工艺打下比较系

统而坚实的理论基础。

二、 课程与其他课程的联系

选修课:大学物理,材料物理化学

本课程是在学习了大学物理、材料物理化学等课程后方能学习本课程;该课程也是学习

后续专业课程的理论基础。

通过该课程的学习,使学生掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律,

从而为进一步深入学习材料科学与工程学院各专业的专业课程奠定基础,并且理论结合实

践,使其有机的结合起来,形成一个完整的系统的专业学科基础理论体系。

三、课程教学目标

1.学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态材料中的原子扩散、

材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识,使学生在材料方面具有扎实的基础理论知识,了解并掌握金属材料产品由不同工艺形成的组织特征,具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力;(支撑毕业能力要求1.1、1.2) 2.培养学生的工程实践学习能力,使学生掌握观察材料显微组织的实验方法,获得实

验技能的基本训练,具有查阅有关技术资料的能力;(支撑能力毕业要求2.1、2.3) 3.培养学生对金属材料的各类物理现象、特性进行研究并通过实验验证的能力。(支

撑能力毕业4.1)

四、教学内容、基本要求与学时分配 序号 教学内容 教学要求 学时 教学 方式 对应课程教学目标

971 1、材料中的晶体结构

1.1晶体

1.2晶体学基础

1.3常见的晶体结构

1.4相结构1.掌握晶体与非晶体的概念

2.了解晶体学的基础知识

3.掌握常见的晶体结构

4.掌握相与常见的相结构16 讲授 1、2

2 2、晶体缺陷

2.1点缺陷

2.2位错

2.3晶体中的界面1.掌握点缺陷的概念,

点缺陷的种类及形成,点缺陷

的平衡浓度,点缺陷的迁移,

过饱和点缺陷

2.熟悉位错的基本类型和特

征,柏氏矢量,位错的运动,

位错的弹性性质,位错的形成

与增殖,实际晶体结构中的位

3.晶体中的外表面,晶界和亚

晶界,孪晶界,相界 18 讲授、1、2

3 3、固体中的扩散

3.1扩散第一定律和第二定律

3.2扩散热力学

3.3扩散机制和扩散激活能

3.4影响扩散的因素1.掌握扩散第一定律和第二

定律及定律的解

2.了解扩散热力学

3.掌握扩散机制和扩散激活

4.掌握影响扩散的因素8 讲授

讨论 1、2

4 4、材料的凝固

4.1液态结构

4.2材料凝固的热力学条件和过

4.3晶核的形成

4.4晶核的生长 4.5凝固动力学和晶粒尺寸1.了解液态结构,晶胚,结构

起伏,能量起伏的概念2.了解材料凝固的热力学条件

和过程,过冷度,晶体材料凝

固的一般过程3.掌握晶核的形成

4.了解晶核的生长

5.了解凝固动力学,掌握晶粒

尺寸控制的方法8 讲授

讨论 1、3

5 5、二元相图

5.1二元相图的基本知识

5.2匀晶相图

5.3二元共晶相图

5.4二元包晶相图

5.5其他类型的二元相图 5.6铁碳相图1.掌握二元相图的表示方法及

二元合金相图的建立

2.掌握匀晶转变、固溶体的平

衡凝固过程、杠杆定律及成分

过冷;熟悉固溶体的非平衡凝

固过程及枝晶偏析的概念3.掌握二元共晶相图及共晶转

变;熟悉共晶组织及共晶系的

平衡凝固过程;了解相和组织

组成物的区别,伪共晶和离异

共晶的区别

4.掌握二元包晶相图及包晶转12 讲授

讨论 1、3、4

98变;熟悉包晶系的平衡凝固及

包晶系的非平衡凝固

5.了解形成化合物的相图,具

有熔晶、合晶和偏晶转变的相

图,具有固态转变的相图

6.掌握铁碳相图、铁碳合金 、铁碳合金中的相及铁碳合金的平衡凝固过程和平衡组织,碳对铁碳合金平衡组织与性能的影响

6 6、三元相图

6.1三元相图基础

6.2 固态互不溶解的三元共晶相

6.3 固态有限互溶的三元共晶相

6.4 两个共晶型二元系和一个匀

晶型二元系构成的三元相图 6.5 包共晶型三元相图 1.掌握三元相图的成分表示方

法,三元相图的空间模型,截

面图和投影图,三元相图中的

杠杆定律及重心定律 2.掌握固态互不溶解的三元共

晶相图及平衡结晶过程

3.了解固态有限互溶的三元共

晶相图

4.了解两个共晶型二元系和一

个匀晶型二元系构成的三元

相图 5.了解包共晶型三元相图 10 讲授

讨论 1、3、4

7 7、材料的塑性变形与再结晶

7.1单晶体的塑性变形

7.2多晶体的塑性变形

7.3单相与多相材料的塑性变形

7.4塑性变形后材料的组织与性

7.5回复与再结晶 1.掌握单晶体的滑移,滑移系,

临界分切应力,加工硬化,孪

生,孪生要素的概念 2.掌握多晶体中晶粒取向及晶

界对塑性变形的影响和晶界

强化的概念 3.熟悉单相材料的塑性变形、

固溶强化、多相材料的塑性变

形及第二相强化 4.熟悉塑性变形后材料显微组

织的变化、亚结构的变化、性

能变化 5.熟悉冷变形金属在加热时的

组织与性能变化,回复及回复

退火的作用,再结晶及再结退

火的作用,晶粒长大,再结晶

织构与退火孪晶 8 讲授

讨论 1,2,3、4

8 实验1、金相显微镜的构造及使用了解金相显微镜的构造,学会

其使用方法 2 实验 5

9 实验2、金相试样的制备技术 掌握金相试样的制备方法 2 实验 5

9910 实验3、用热分析法测定二元合金

的平衡状态图 介绍热分析法测定二元平衡状态图的基本方法及注意事项,利用热分析法测定Pb-Sn二元合金的平衡状态图2 实验 5

11 实验4、二元合金平衡组织观察及

图像采集 掌握常见二元合金的组织特征及图像采集方法2 实验 5

五、其他教学环节(课外教学环节、要求、目标)

1.大作业

(1)常见的晶体结构的绘制及比较之间的区别;(2)绘制常见的Fe-C相图,分析相图内任意合金的平衡结晶过程,并比较碳含量对室温平衡组织的影响;(3)讨论常见晶体结构对材料塑性的影响。

2.自学+讨论

(1)当前国内外金属材料的发展动态:了解材料工程的全局性与战略性知识,强化外语能

力的学习和应用,加强专业知识信息获取能力及创新意识培养。

(2)常见的简单三元相图的比较。

六、教学方法

1)教师讲授与学生自学相结合;

2)课后答疑与讨论相结合;

3)对部分内容将采用CAI课件进行教学。

4.在本课程的全部教学过程中,为提高学生综合素质和能力而采取如下措施针对某些重点内容将给出具体实例,要求学生结合所学基础理论知识进行综合分析和说明,以提高学生的综合素质和解决实际问题的能力。

七、考核及成绩评定方式

最终成绩由期末成绩(占80%)和实验成绩(20%)组合而成。 期末考试成绩:主要考核基本概念、基本分析计算方法的掌握程度。书面考试形式。题型为1、概念;2、选择及填空题;3、问答题;4、计算题等。

八、教材及参考书目

1.教材

[1]吴伟. 材料科学基础. 中国铁道出版社, 2015.

2.参考教材

[1]胡赓祥, 蔡珣. 材料科学基础. 上海交通大学出版社, 2000.

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