材料科学基础实验

《材料科学基础实验》教学大纲

课程编号：030126开课院系：材料学院材料学系

课程类别：材料专业必修。适用专业：材料专业。

课内总学时：40学分：5

实验学时：40课内上机学时：2

先修课程：材料科学基础，物理化学，普通物理。

执笔：杨平审阅：

•课程教学目的

本课程是针对大学三年级材料科学与工程专业学生所开，应在学生已经完成物理、物理化学和材料科学与工程导论以及材料科学基础等课程后，再开设的一门培养学生动手能力、实验操作基本方法和综合分析方法的课程。目的是通过总学时为40的教学和实验工作，巩固所学理论课程的基本概念，学会材料性能分析和显微组织观察与分析的基本手段和基本思路。掌握最基本的实验操作技巧，达到综合培养人才的目的。

•课程教学基本要求

1．课程重点：

在掌握相关课程《材料科学基础》各类组织转变规律的基础上，应用所学知识分析各类组织形成规律；掌握最基本的表征组织的实验技术，如光学镜的使用、样品制备、照相及体视学组织定量分析。为将来材料领域中的组织检测打下良好基础。

2．课程难点：

•本课程要求较强的实验动手能力，要尽量培养独立完成实验及分析的能力。

•本课程强调将基础知识应用于所观察到的各类组织分析。不能有效地应用所学知识进行分析是最常见的普遍性问题。

•学生缺乏或尚未培养出对各类组织的好奇心，常对组织出现茫然或漠然。

3．能力培养要求：

（1）通过课上提问及学生回答情况了解学生实验准备的程度，并计分。

（2）根据每次实验报告的成绩给出期末成绩。

（3）综合性实验（未知样品分析）成绩约占第二学期成绩的~70%。

•课程教学内容及学时

课堂教学（40学时）

1．普通光学金相显微镜的构造及使用（2学时）

掌握光学金相显微镜的基本操作。了解显微镜的基本构造，放大原理，有效放大倍数，物镜选择，数值孔径，分辨率，景深以及相关各种参数的含义。学会光学显微镜的维护要求。

2．金相样品制备的一般方法（2学时）

掌握金相样品制备的一般方法，独立完成最常用的砂纸磨光、机械抛光和化学浸蚀的基本操作。了解其它的样品制备方法及制样设备。

3．照相显微镜的构造及显微照相技术（4学时）

熟悉照相显微镜的构造和显微摄影原理并掌握摄影及暗室技术。学生应完成：

1）暗室中正确的全色空片的装置暗室盒的方法；

2）完成对所选金相试样的金相显微镜照相中的放大倍数选择，光学系数和时间参数选择，完成摄像工作，并在暗室中独力冲洗出符合要求的底片；

3）正确完成印相过程；

4）完成数码照相过程。

完成数码照相并打印。比较两种照相方式的特点。

4．材料显微组织的体视学定量分析（4学时）

了解定量金相的意义，定量金相的基本原理和常用符号。掌握用点、线等常用定量金相手段来测量所要求的参数，如体积参数等。并会用误差分析的方法来确定达到所要求条件的操作方

法及过程。学生完成对铸铁中石墨的体积分数的测定，并最后计算出所给样品中碳的重量百分数。用图像分析软件进行定量分析，并比较两种定量方法的特点。

5．金属及合金凝固组织的观察及分析（4学时）

了解什么是组织，什么是相，以及如何着手分析组织，观察金相样品的基本方法和分析思路。对典型的二元相图匀晶系Cu-Ni，共晶系Pb-Sn，包晶系Sn-Sb相图及三元共晶合金的组织进行观察与分析。分析纯铝的铸锭宏观组织与工艺参数的关系。

6．铁碳合金显微组织的观察及分析/钢及白口铁（3学时）

结合Fe-Fe3C相图，掌握碳钢退火组织组成的金相形貌特征。了解碳含量对铁素体、珠光体、渗碳体的形貌和相对量的影响。掌握白口铁的缓冷凝固组织。

7．铁碳合金显微组织的观察及分析/灰口铸铁（4学时）

结合Fe-C（石墨）相图，掌握各类铸铁凝固（退火）组织的金相形貌特征。了解铸造/热处理工艺及微量元素对石墨形态和基体组织的影响。了解石墨形态和基体组织对力学性能的影响。

8．金属材料冷形变与退火过程组织与性能分析（7学时）

观察并分析面心立方(Al,Cu)、体心立方(a-Fe)及密排六方(Zn)金属变形后的组织特征，比较其变形的难易及形变方式的差异。面心立方与体心立方金属滑移带的区别，体心立方和密排六方金属孪晶带的区别。

测量不同形变量与硬度的关系，了解加工硬化现象，并能解释其原因和观察相应的组织特征。

观察和分析同一形变量、同一退火时间、不同退火温度的黄铜及a-Fe变形后再结晶组织，即退火温度对再结晶过程的影响。澄清回复、再结晶、晶粒长大三个过程的基本情况与区别。

测量变形的a-Fe退火温度与其硬度的关系。了解硬度下降最大处是再结晶大量出现时。帮助学生理解“再结晶温度”概念。

9．未知显微组织样品的金相分析（考核性实验）（10学时）

这是考核性实验，学生在学到金相分析基本方法和组织分析的基本技巧下，检验学生掌握实验操作基本技能和分析、计量的能力。

内容为给学生提供一块二元合金的未知样品，告诉学生一些基本参数。学生自己找相图，找浸蚀剂，自己制备样品，分析样品的组织和凝固过程，定量分析计算，提供在一定误差范围内的样品的组成元素的含量（重量百分比）。并提供相应的典型组织照片。

•教材及参考读物

教材：

1．材料学系编《材料科学与工程基础实验指导书》，北京科技大学校内讲义，2003

2．任怀亮主编，金相实验技术，冶金工业出版社，1999

•作业

实验报告。

•说明

本课程配有‘学生自学平台’软件（安装在材料学院金属材料实验室的计算机房内）。‘学生自学平台’软件包内有‘各类典型组织’；以供学生课余拓宽分析各类组织的能力，组织照片后有对组织的简介。