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《材料性能》课程教学大纲一、本课程的目的与任务材料性能是材料工程专业的一门必修课。
主要讲授材料特别是金属材料在各种服役条件下的失效现象及微观机理；材料性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种性能指标间的相互关系；影响材料性能的因素，提高材料性能的方向和途径；材料性能指标的测试技术。
开设实验的目的是把课堂教授的理论知识与材料性能指标检测技术有机地结合起来，为今后从事材料性能的检测和失效分析研究奠定基础。
二、本实验课程与其它课程的关系（前修课程、后继课程等）前修课程：无机化学、有机化学、物理化学、晶体学、材料科学基础（或材料化学）、材料现代分析测试方法等。
后继课程：材料物理综合实验、毕业实习、毕业论文等。
三、实验课程理论教学内容安排（包括章节、体系、重点、难点、考核方法、学时安排、实验安排、教材及参考书）本课程与理论课程《材料科学基础》同时或之后进行，在讲授完相应实验内容的理论之后进行，因此不再安排理论教学，但学生必须复习和预习相应的内容。
实验参考资料：材料物理专业《材料性能实验指导书》（材料实验中心自编）和材料性能方面的教材等。
四、本实验课程所需器材试样、高温管式电炉、X衍射仪、扫描电镜、透射电镜、红外光谱仪、热重-差热仪、硬度计、摆锤式冲击试验机、弯曲疲劳试验机、M-2000型磨损试验机、平板导热仪、阳极极化仪、磁性综合仪、微弧氧化仪。
五、实验内容安排（简要说明实验项目体系的结构、类型[综合型、设计型、验证型、演示型、课外自选型]，分项目列出每个实验的目的、要求、内容、方法、时间、参考材料，其它实验（如开放时间的自选实验））实验一材料硬度测定2学时了解硬度仪的组成、结构、工作原理、基本操作步骤和注意事项；学会各种硬度计的使用方法和使用范围；了解硬度仪分析的样品制备方法。
实验二金属材料冲击性能测定3学时了解金属材料冲击性能测定的工艺流程，掌握金属制品的制样要求。
实验三金属材料疲劳性能测定 3学时通过对金属材料疲劳性能的测定，掌握金属材料疲劳曲线和σ-1的获得及其应用。
材料科学与工程专业材料结构与性能实习报告在材料科学与工程专业的学习中，实习是非常重要的一环。
通过实习，我们可以将课堂上学到的理论知识运用到实际工作中，深化对材料结构与性能的理解。
本报告旨在总结我在材料结构与性能实习中的所学所见。
一、实习背景本次实习是在一家材料研究中心进行的，该中心拥有先进的实验设备和专业的研究团队。
实习期间，我主要参与了材料的制备和测试工作，以及与其他同学的合作实践项目。
二、实习内容2.1 材料制备在实习初期，我参与了一项新材料的制备工作。
根据导师的指导，我们使用溶胶-凝胶法制备了一种具有特殊结构的材料。
我负责了制备过程中的测量配比、混合溶液、预处理和后续处理等环节。
通过这个过程，我了解了制备工艺的重要性，以及每一步操作对最终材料性能的影响。
2.2 材料测试在材料制备完成后，我参与了对其进行性能测试的工作。
首先，我进行了材料的形貌表征，使用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的表面形态，并进行图像分析。
其次，我使用X射线衍射(XRD)仪测试了材料的晶体结构，并通过数据分析得到了晶体结构的特征参数。
此外，我还进行了材料的力学性能测试和热性能测试，通过拉伸试验和差示扫描量热仪(DSC)获得了相关数据。
三、实习收获3.1 理论与实践的结合实习期间，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性。
在课堂上，我们学习了材料结构与性能的相关知识，通过实习，我有机会将这些知识应用到实际项目中。
通过制备和测试工作，我更加深入地理解了材料的内部结构与性能之间的关系，也培养了解决实际问题的能力。
3.2 团队合作与沟通能力在实习中，我参与了与其他同学的合作实践项目。
我们需要共同商讨并制定材料制备与测试方案，分工合作，共同完成实践任务。
通过与他人的合作，我进一步提升了自己的团队合作与沟通能力，学会了倾听他人的意见，与他人协商解决问题。
3.3 实验操作与安全意识在实习过程中，我需要进行一系列的实验操作。
这要求我必须高度重视实验室的安全工作，遵循相关的操作规范，并正确佩戴个人防护装备。
材料结构性能实验讲义实验教学指导书学院名称材料科学与⼯程学院课程名称材料结构与性能开课实验室材料性能实验室执笔⼈陈⽟清审定⼈修（制）订⽇期2012-4-10实验⼀系列陶瓷试样的制备与烧结本实验主要是为后续试验准备所需系列陶瓷试样，并了解陶瓷材料的基本制备过程，掌握陶瓷的造粒、⼲法成型及烧结原理。
⼀、⽬的要求1.掌握陶瓷材料的配⽅设计及配制过程；2.学会陶瓷材料的⼲法成型⽅法；3.掌握陶瓷材料的常压烧结⽅法及烧结制度。
⼆、主要原料和设备氧化铝粉体、氧化钙粉体、氧化镁粉体、氧化锆粉体及其它原料；或者已经配制好的氧化铝粉体；钢制成型模具两套；⼲燥箱⼀台；1600℃硅钼棒电炉⼀台；万能试验机。
三、实验步骤1.氧化铝陶瓷强度试样的制备⾸先进⾏配⽅设计，然后根据配⽅将氧化铝粉体与适量氧化钙粉体及氧化镁粉体按照⽐例加⼊球磨机中进⾏混合，取出后⼲燥，过筛造粒。
然后将造粒粉体加⼊模具中，在万能试验机上进⾏⼲压成型。
成型试样放进⼲燥箱中⼲燥，⼲燥试样经修坯、检查⽆缺陷后，待烧结。
2. 将待烧结系列试样放⼊1600℃硅钼棒电炉中，按照设定的烧结制度烧成试样。
3.烧结制备好的各系列氧化铝陶瓷试样，经检查⽆缺陷后备⽤。
四、实验报告实验报告严格按照⼭东轻⼯业学院实验报告格式总结填写，并分析制备过程中造粒的作⽤、⼲燥坯体与烧结陶瓷试样产⽣缺陷的原因。
实验⼆陶瓷材料的抗压强度⼯业陶瓷抗压强度系指⼀定尺⼨和形状的试样在规定的试验条件下受轴向压⼒破碎时，单位⾯积上所承受的最⼤试验⼒,是⼯业陶瓷重要的⼒学性能之⼀。
压缩试验⽤的试样通常为圆柱形，为了防⽌试验时试样的纵向失稳，陶瓷试样的⾼度和直径之⽐⼀般⼤于2，最好为1—2之间。
⼀、⽬的要求1.了解抗压试样制备要求；2.掌握⼯业陶瓷抗压强度的测定⽅法。
⼆、主要试验设备1. 试验机：能保证⼀定的试验⼒施加速率，试验⼒⽰值相对误差不应超过±1%。
试样压碎时的最⼤压⼒应在试验机使⽤量程的20%--90%之间。
铝合金材料的结构与性能研究铝合金材料是一种广泛应用的结构材料，具有优异的力学性能、良好的耐腐蚀性能和优异的加工性能。
本文将介绍铝合金材料的结构和性能研究。
一、铝合金的组成和基本结构铝合金是由铝为基体与其他合金元素进行混合并加工而成的材料，常见的合金元素有铜、镁、锌、铸铁、锆、锶、钡等。
合金元素的加入可以显著改善铝合金的力学性能、热处理性能和耐蚀性能。
铝合金的基本结构为面心立方结构，其晶格参数为a=4.05Å，该结构的密度为2.7g/cm³，为所有常见结构中最轻的。
铝合金材料的组织结构包括铝基体和相组织两个部分。
其中铝基体的结构主要有固溶体、时效析出物和析出物强化等，而相组织主要包括内部组织和表面组织两个部分。
二、铝合金材料的力学性能研究铝合金材料具有较高的强度和刚度，其力学性能是其广泛应用的主要原因之一。
该类材料的力学性能主要通过拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等方式进行测试，下面将分别介绍这些测试方法的应用。
1. 拉伸试验拉伸试验是测定材料抗拉强度、屈服强度、延伸和断口状况等材料力学性能的主要方法。
拉伸试验通常是在其它实验室测试的基础上，将标准试样放在一台拉伸试验机上，通过加重引领杆和张力施加器，将样品施加一定的拉伸负荷，进一步测定其应力及应变关系。
2. 压缩试验压缩试验是测试材料的屈服强度和抗挤压能力的重要评估方法。
试验时，将标准压缩试样沿垂直于轴线的方向施加压力，测量材料的应力和应变关系，并通过体积塑性变形、裂纹扩展和开始液化进行分析。
3. 弯曲试验弯曲试验是测试材料弯曲刚度和弯曲特性的常用方法。
该试验中，首先测量材料的横向、纵向和弯曲模量，然后通过制作标准试样，利用弯曲挠度和横向负载测定材料的弯曲强度和弯曲刚度。
三、铝合金材料的耐腐蚀性能研究铝合金材料在工业和民用领域广泛应用，除了力学性能之外，其耐腐蚀性能也是另一个重要的性能参数。
铝合金的腐蚀研究包括其耐腐蚀性、抗红外辐射能力等方面的研究。
实验教学指导书学院名称材料科学与工程学院课程名称材料结构与性能开课实验室材料性能实验室执笔人陈玉清审定人修（制）订日期2012-4-10实验一系列陶瓷试样的制备与烧结本实验主要是为后续试验准备所需系列陶瓷试样，并了解陶瓷材料的基本制备过程，掌握陶瓷的造粒、干法成型及烧结原理。
一、目的要求1.掌握陶瓷材料的配方设计及配制过程；2.学会陶瓷材料的干法成型方法；3.掌握陶瓷材料的常压烧结方法及烧结制度。
二、主要原料和设备氧化铝粉体、氧化钙粉体、氧化镁粉体、氧化锆粉体及其它原料；或者已经配制好的氧化铝粉体；钢制成型模具两套；干燥箱一台；1600℃硅钼棒电炉一台；万能试验机。
三、实验步骤1.氧化铝陶瓷强度试样的制备首先进行配方设计，然后根据配方将氧化铝粉体与适量氧化钙粉体及氧化镁粉体按照比例加入球磨机中进行混合，取出后干燥，过筛造粒。
然后将造粒粉体加入模具中，在万能试验机上进行干压成型。
成型试样放进干燥箱中干燥，干燥试样经修坯、检查无缺陷后，待烧结。
2. 将待烧结系列试样放入1600℃硅钼棒电炉中，按照设定的烧结制度烧成试样。
3.烧结制备好的各系列氧化铝陶瓷试样，经检查无缺陷后备用。
四、实验报告实验报告严格按照山东轻工业学院实验报告格式总结填写，并分析制备过程中造粒的作用、干燥坯体与烧结陶瓷试样产生缺陷的原因。
实验二陶瓷材料的抗压强度工业陶瓷抗压强度系指一定尺寸和形状的试样在规定的试验条件下受轴向压力破碎时，单位面积上所承受的最大试验力,是工业陶瓷重要的力学性能之一。
压缩试验用的试样通常为圆柱形，为了防止试验时试样的纵向失稳，陶瓷试样的高度和直径之比一般大于2，最好为1—2之间。
一、目的要求1.了解抗压试样制备要求；2.掌握工业陶瓷抗压强度的测定方法。
二、主要试验设备1. 试验机：能保证一定的试验力施加速率，试验力示值相对误差不应超过±1%。
试样压碎时的最大压力应在试验机使用量程的20%--90%之间。
采用无球面支承的压板，上、下压板的中心线应与机架中心线相重合，下压板上应有定位标志。
上下压板工作表面应平整，表面粗糙度Ra按GB1031规定应不大于0.80µm,硬度不应低于HRC60。
压板直径应大于60mm，厚度应大于30mm，上下压板应相互平行，其平行度误差在0.025mm内。
接触块：采用硬质合金块，用于压板与试样之间。
接触块的厚度大于20mm，直径大于25mm（也可采用尺寸相当的方形）。
接触块表面应平整并相互平行，平行度误差不大于0.015mm，表面粗糙度Ra按GB1031规定不大于0.80µm.。
2. 垫片：使用聚四氟乙烯薄膜，厚度为35µm，应符合SG187的规定，每一个试样必须使用一对新的垫片。
3.千分尺：精度为0.01mm。
三、试样制备1 .试样应从待测制品中切取或直接按待测制品的制造工艺制备，试样数量每组不少于10个。
2.试样尺寸：直径为9±0.05mm,长度为18±0.10mm 。
3.试样端面研磨成平面并相互平行，与轴心垂直度误差不大于0.015mm 。
试样表面粗糙度Ra 按GB1031规定不大于3.2µm ，若大于此值时应在报告中注明。
四、试验步骤1. 试验前应检查试样，并废除有可见破损或裂纹的试样。
2. 测量试样的直径，精确至0.01mm 。
3.仔细地将试样、接触块中心对准试验机压板的中心，在试样与接触块之间垫以垫片。
在试样周围放一合适的防护物以防止试验时试样碎片飞出。
4.在无冲击震动影响的情况下连续施加试验力，试验力施加速率为60±6kN/min,记录压碎试样所需的最大压力。
五、结果计算1. 每一个试样的压缩强度按式（1）计算：式中：σc 是压缩强度，MPa ；P 试样压碎时的最大压力，N ， A 试样横截面面积，㎜2；2. 压缩强度计算有效数字修约到整数位，当测定值小于100MPa ，有效数字修约到三位。
3. 按式（2）算出标准偏差，有效数字修约到三位：2122]1/[--=∑∑n nS C C σσ (2)式中S 为标准偏差，MPa ；n 被测试样数量；σc 各试样压缩强度，MPa 。
4.计算结果按照如下的方法进行数据处理，试验结果以算术平均值和标准偏差表示。
异常数据取舍方法：1． 把测得的压缩强度数按其数值从小到大排列成：σc (1)，σ c (2)……，σc (n )σc (n )。
2． 规定显著性水平均数a=0.05，根据n 查表1得T （n ，0.05）)值。
3． 计算T 值，当最小值σc (1)或最大值σ c (n )是可疑数据时，分别按式A （1）、A （2）计算。
)2(........................................)()1(........................................)1()2()1(A S n T A S T c c c c σσσσ-=-=式中：T （1）最小值σc (1)的计算值；T （2）最大值σc (n )的计算值；c σ各试样压缩强度算术平均值，MPa 。
∑=-=n n c c n 11σσ……………………（A3） S 标准偏差按（2）式计算，MPa ；σc 各试样压缩强度，MPa ；n 被测试样数。
4． 将T 与T （n ，0.05）值进行比较，当T ≥T （n ，0.05），则所怀疑的数据是异常的，应予舍去。
当T ＜T （n ，0.05），该数据不能舍去。
表 1六、试验报告实验报告严格按照山东轻工业学院实验报告格式总结填写，此报告还应该包括下列内容：试样名称及编号；试样压缩强度的单值、平均值及标准偏差；试验机型号及所选用的量程。
实验三陶瓷材料的抗弯强度抗弯强度是工业陶瓷材料重要的力学性能之一，在新材料研究及工业陶瓷的应用中，常常测定抗弯强度，表示陶瓷材料力学性能的优劣。
为了提高工业陶瓷的抗弯强度，应控制晶粒尺寸细小均匀，无异常晶粒长大；陶瓷的密度应接近理论密度；添加高强度的晶须或纤维、高强度的纳米颗粒制备成复相陶瓷，这些都是提高强度的有效措施。
工业陶瓷在室温下三点和四点抗弯强度（flexural strength of high performance ceramics）的测定有所不同，其结果可以采用Griffith微裂纹理论进行分析说明。
一般情况下四点弯曲强度比三点弯曲强度具有更高的可靠性。
二、目的要求1..掌握三点和四点抗弯强度的测定方法；2.采用Griffith微裂纹理论分析四点抗弯强度比三点抗弯强度具有更高的可靠性的原因。
三、主要试验设备1. 试验机：应能保证一定的位移加荷速率，负荷示值相对误差不大于2. 夹具：试样支座和压头应在试验过程中不会发生塑性变形，其材料的弹性模量不低于200GPa。
支座和压头的曲率半径和试验跨距长度应大于试样的宽度，与试样接触部分的表面粗糙度Ra按GB1031－83规定不大于1.6µm。
四、试样制备1.陶瓷试样的其尺寸如图1所示，试样相对面的平行度误差不大于0.02mm，横截面的两相邻边夹角应为90－0.5。
2.试样上、下表面的表面粗糙度Ra按照GB1031－83表面粗糙度参数及其数值规定不大于0.80µm，若大于此值时应在报告中注明。
3. 每组试样数量为12个四、抗弯强度的测定1.准备好测定三点弯曲与四点弯曲强度的附件；2.在万能试验机上用不同的附件测定三点抗弯与四点抗弯试样断裂时的载荷；3.记录试样破坏时的最大载荷，观察试样的断口形貌；4.取典型断口形貌试样，作SEM 断口形貌分析。
五、 强度的计算式中3b σ三点弯曲强度，MPa ； 4b σ四点弯曲强度，MPa ；P 试样断裂时的最大负荷，N ；L —试样支座间的距离，mm ；l 压头间的距离，mm ；b 试样宽度，mm ；h 试样高度，mm ；1. 弯曲强度计算结果数字修约到整数位，当测定值小于100MPa 时有效数字修约到三位。
2.按式（3）算出标准偏差，有效数字修约到三位：2122]1/[--=∑∑n nS b b σσ…………………………（3） 式中S 是标准偏差，MPa ；n 被测试样数量；σb 各试样弯曲强度，MPa 。
3.试验结果按照如下的方法进行数据处理，以算术平均值和标准偏差表示。
异常数据取舍方法参照压缩强度部分。
图2 支座和压头的曲率半径及试验跨距图2中L=30±0.5mm；l=10±0.5mm；R1=2.0—5.0mm；R2=2.0—3.0mm，六、试验报告实验报告严格按照山东轻工业学院实验报告格式总结填写，此外应包括试样名称及编号；试验条件（说明三点或四点弯曲，其他）；试样弯曲强度的单值，平均值及标准偏差；试验机型号及所选用的测力范围；试验室温度。
实验四材料硬度的测试分析（4学时）一. 实验目的1、正确掌握两种测硬度(巴氏、维氏)的测试原理，主要规范及测试方法要求能正确地测定各种材料的硬度值。
2、培养正确选择硬度试验法的能力。
3、熟悉几种硬度计的操作规程，并一般了解其主要结构、特点及其工作原理。
二. 基本概念及测试原理硬度是指材料表面层抵抗变形或破裂的能力。
陶瓷材料的硬度取决于组成和结构，离子半径越小，离子电价越高，配位数越小，结合能就越大，抵抗外力磨损、刻划和压入的能力也就越强，表现出的硬度就越大。
显微硬度法的原理和维氏硬度法一样，但其载荷只有1—200g，其d值只有几个微米。
1、巴氏硬度试验法巴柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度)最早由美国Barber-Colman公司提出，是近代国际上广泛采用的一种硬度门类，以特定压头在标准弹簧的压力作用下压入试样，以压痕的深浅表征试样的硬度。
巴柯尔硬度计（巴氏硬度计）（HBa-1型巴氏硬度计或GYZJ934-1型巴氏硬度计）作为专门测量玻璃钢制品、增强或非增强硬塑料、铝及铝合金、黄铜、紫铜等较软金属硬度的专用检测工具。
被检测试样表面应光滑平整，没有缺陷及损伤。
表面可以做轻度抛光以使划伤或染色线痕减到最小。
试样厚度不小于1.5毫米。
试样大小应满足任一压痕到试样边缘或二个压痕之间的距离不小于3毫米。
GYZJ934-1型巴氏硬度计GYZJ934-1型巴氏硬度计结构图压针——压针是一个具有26°角，顶端平面直径为0.157 mm （0.0062 in ）的硬钢截锥。
它被装在一个空心针筒内，并被由弹簧加载的主轴压住。
指示器——表盘具有100个分度，每度代表刺入深度0.0076 mm （0.00030 in ）。
读数越高，材料越硬。
2、维氏硬度试验法（GB4340-84）维氏硬度的测定原理基本上与布氏硬度相同，也是用压痕单位面积上所承受的负荷来表示材料的硬度值。
