材料工程基础 课程

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高分子材料与工程本科专业

指导性规范

2009年12月

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目 录

一、本专业的学科基础 ............................................................................................... 2

1 本专业的主干学科概况 ..................................................................................... 2

2 本专业主干学科的方法论介绍 ......................................................................... 3

3 本专业的相关学科介绍 ..................................................................................... 5

二、本专业的培养目标 ............................................................................................... 7

三、本专业人才培养规格 ............................................................................................ 8

四、本专业教学内容 ................................................................................................... 9

1 本专业人才培养的知识结构 ............................................................................. 9

材料工程基础教学大纲

课程编号：

课程名称：材料工程基础

英文名称：Fundamentals of Material Engineering

学时：32 学分：2

适用专业：材料化学

课程性质：限选

执 笔 人：

先修课程：无机化学、高等数学、化工原理

编写日期：2011年3月

修订日期：2012年3月

材料工程基础教学大纲

一、课程教学目标

材料工程基础课程是材料化学专业的一门学科基础课。围绕材料生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。通过本课程的学习，要使学生获得工程流体力学、传热与传质基础等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能；掌握材料生产过程中相关的工程理论基本知识，具备一定的工程研究能力。

二、教学内容及基本要求

第一章 流体力学基础

（1）了解流体的基本物理属性和流体的输送设备。

（2）理解流体静力学、流体动力学、流体流动及流动阻力的基本概念、特性和工程应用。

第二章 两相运动现象

（1）了解两相与多相流的专用术语和基本特性参数。

（2）了解粒子-流体的相互作用、连续相方程、流体-固体两相流的数值模拟。

第三章 传热学基础

（1）了解传导传热、对流传热、辐射传热、综合传热等基本概念。

（2）掌握温度梯度、热流量的概念，平壁导热、园筒壁导热的计算，影响对流换热的主要因素及对流换热过程的描述，发射率、角系数的概念，物体之间的辐射传热，强化和削弱传热过程的方法。

第四章 质量传递基础

（1）了解传质基本概念、分子扩散传质、传质与化学反应。

（2）掌握对流传质中的浓度边界层与对流传质系数、对流传质准数方程。

第五章 物料干燥

（1）了解固体物料的去湿方法、物料的干燥方法、湿空气状态的变化过程、

水分在气-固两相间的平衡。

（2）掌握对流干燥、传导干燥、辐射干燥、场干燥技术。 （3）理解恒定干燥条件下的干燥速率、影响干燥速率的因素、间歇干燥过程的干燥时间计算、连续干燥过程。

1. 钢中化学元成分的影响及控制：①锰、硅有益元素 硅，增加钢的强度，但降低了钢的塑性和韧性；锰，增加钢的强度、塑性和韧性，对于优质碳素结构钢，适当增加锰的含量可增加淬透性。②S 有害元素（热脆）：恶化钢的热加工性能，使铸造、焊接性能变坏，降低钢的使用性能，但S可增加切削加工性能。③P大多数为有害元素：使钢的偏析严重，引起的枝晶偏析不能通过热处理消除，使钢产生冷脆，降低低温韧性，增加韧脆转变温度，促进钢的回火脆性，降低焊接性能。④H的影响：氢脆和白点。易出现白点的钢：P钢、M钢、B钢和镍铬钢。危害：降低了力学性能，服役时出现突然脆性。防止：去氢退火，真空熔炼，浇注除气。

2. 合金的充型能力 概念：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰的健全铸件的能力。影响因素：①合金的流动性（流动能力）：流动性好，充型能力也好。用螺旋形试样测定，长度越长，流动性越好。a 化学成分：纯金属，共晶合金，金属化合物具有确定的熔点，流动性最大，具有凝固温度范围合金流动性差，凝固温度范围越大，流动性越差。杂质：P 增加流动性，Mn、S：减小流动性。b 合金的物理性能：比热大、密度大、导热系数小、结晶潜热大、粘度小、流动性越越好。②浇注条件：浇注温度:在一定温度范围内，浇注温度越高，充型能力越高，充型压力越大，充型能力越大。提高充型能力：增加直浇道高度；采用外力铸造。 浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。③：铸型性质及结构：导热系数、比热、密度大，蓄热系数大，充型能力小。光滑型壁刷导热系数小的涂料，提高充型能力；预热改善铸型排气，提高充型能力；铸件结构复杂充型能力越小。

3. 缩孔、疏松易产生的合金类型：缩孔，恒温结晶或结晶温度范围较小的合金（逐层凝固）。疏松，结晶温度较大的合金（糊状凝固）。

4. 防止缩孔和疏松的措施：①采用顺序凝固（设置冒口和放冷铁）的方式，最后凝固处设冒口；设计多余空腔，储存金属液体，补缩②结晶温度范围宽合金采用同时凝固，防止缩孔③在压应力下凝固或采用热等静压法，防止疏松。

材料工程基础

材料工程是工程学科中的一门重要学科，涉及到材料的选择、设计、制备和应用等方面。材料工程基础是扎实的理论基础，为学生进一步学习和研究材料工程提供了必要的支持与帮助。

材料工程基础包括材料的结构和性能、材料的物理性质和化学性质、杨氏模量与泊松比等基本物理力学性质、材料的加工方法及动力学等。在材料工程基础课程中，学生将学会使用不同的实验检测和分析方法来研究和测试材料的性能和特性。

材料的结构与性能是材料工程中的基础知识，通过研究材料的结构可以了解材料的晶格结构、晶格缺陷和晶格在外力作用下的变形等。材料的性能包括力学性能、热物性、电磁性质等，这些性能直接影响材料的应用和性能。

材料的物理性质和化学性质是材料工程中的重要内容，物理性质包括杨氏模量、泊松比、热胀系数等，这些性质与材料的结构和性能密切相关，通过研究这些性质可以了解材料的基本力学行为。化学性质包括材料的化学组成、化学反应和材料的腐蚀行为等，通过研究材料的化学性质可以选择适合的材料和防止材料的腐蚀。

杨氏模量与泊松比是材料工程中的重要参数，它们可以描述材料在外力作用下的变形行为。杨氏模量是材料在拉伸或压缩时的应力与应变之比，泊松比是材料在拉伸或压缩时横向应变与纵向应变之比。通过研究这些参数可以分析材料的力学性能和变形行为。

材料的加工方法和动力学是材料工程中的另一个重要内容，材料的加工方法包括铸造、热处理、焊接等，这些方法可以改变材料的结构和性能。材料的动力学则研究材料在外力作用下的运动学和动力学行为，通过研究材料的动力学可以预测和控制材料的变形和破坏。

材料工程基础课程的学习对于学生进一步研究和应用材料工程至关重要。掌握这些基础知识将有助于学生在材料工程领域取得更好的成就。这些知识将为学生进一步学习和研究提供帮助，也为学生的工程实践提供必要的知识和经验。

综上所述，材料工程基础是材料工程学科中的重要课程，涉及到材料的结构和性能、物理性质和化学性质、杨氏模量与泊松比等基本知识。通过学习这些基础知识，学生将更好地理解和应用材料工程，为进一步学习和研究提供必要的支持与帮助。