沈阳理工大学材料科学基础大纲.pdf

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1、 1 材料科学基础课程教学大纲 课程代码：080331010 课程英文名称：The principium of material science 课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0 适用专业：应用化学 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 本课程是应用化学专业的专业基础必修课。材料科学基础是从事材料领域学生学习的一门必修课，学习本课程的目的是为了使学生认识材料的本质，了解金属、非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化规律，目的在于为后继有关专业课程的学习及在今后有关专业工作中学习有关材料方面的基本概念、基本理论及

2、基本实验技能，以达到提高分析问题及解决问题的能力。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 通过本课程的学习，应使学生掌握金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用显微图像等对金属及合金的组织进行分析的过程；能够运用所学的理论对一些典型的实际工程问题进行大致的分析。（三）实施说明 本课程内容抽象、概念性强，学生在学习时易感到枯燥难学，因此，在课堂上常采用启发式教育，常用提问、问答或引而不发方法，以调动学生积极思维能力；在讲授时除板书外，尽量用多媒体教学以加深学生对课程内容的理解，提高学习兴趣；（四）对先修课的要求 材料科学基础是从事材料领域学生学习的一门重要技术基础

3、课。它在基础课和专业课之间起桥梁作用。只有在修完本课程之后，才能进入专业课的学习。在学习本课程之前，应先修完高等数学、无机化学、物理化学等课程。（五）对习题课、实验环节的要求 本课程的特点是理论抽象，空间结构多且复杂，理论性叙述多，计算内容少。针对这些特点，在教学时应尽量结合工程实例来加深对基础理论的理解；尽可能多地使用实物模型，以便在学生头脑中建立起正确的空间概念；有关金属组织的认识和识别对初学者来说是难度很大的内容，必须配合实例来加深认识。（六）课程考核方式 1考核方式：考查 2考核目标：在考核学生对三废治理基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分析能力、解决三废治理实际问题能力

4、。3成绩构成：最终理论考试、平时考核（包括作业、小测验、提问等）成绩的总和。（七）参考书目 材料科学基础，胡庚祥编，上海交通大学出版社，2000 年 11 月 金属学原理，侯增寿，上海科技出版社，1990 年 7 月 材料科学基础教程，赵品编，哈尔滨工业大学出版社，2001 年 10 月 二、中文摘要 本课程是应用化学专业的专业基础必修课。通过本课程的学习使学生掌握金属及合金的成 2 分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用显微图像等对金属及合金的组织进行分析的过程；能够运用所学的理论对一些典型的实际工程问题进行大致的分析。课程主要内容包括金属和合金的晶体结构、纯金属的结晶

5、、二元合金相图及结晶、铁碳合金、金属及合金的形变、回复与再结晶、固态相变等。为学生学习后续课程奠定基础。三、课程学时分配表 序号 教学内容 学时 讲课 实验 上机 1 概论 2 2 0 0 2 金属的晶体结构 4 4 0 0 2.1 金属原子的结构特点、金属键、结合力与结合能 2 2 2.2 金属晶体晶体结构、实际金属的晶体结构 2 2 3 纯金属的结晶 4 4 0 0 3.1 金属结晶的现象，金属结晶的热力学条件，金属结晶的结构条件 2 2 3.2 晶核的形成、晶核的长大，金属铸锭的宏观组织与缺陷 2 2 4 二元合金相图及结晶 6 6 0 0 4.1 合金中的相、合金的相结构、二元合金相图

6、的建立、均匀相图及固溶体的结晶 2 2 4.2 共晶相图及其合金的结晶、包晶向图及其合金的结晶 2 2 4.3 其他类型的二元合金相图、二元相图的分析与使用 2 2 5 铁碳合金 6 6 0 0 5.1 铁碳合金的组元及基本相、Fe-Fe3C 相图分析 2 2 5.2 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 2 2 5.3 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响、钢中的杂质元素及钢锭组织 2 2 6 金属及合金的形变 4 4 0 0 6.1 金属的变形特征、单晶体的塑性变形 2 2 6.2 多晶体的塑性变形、合金的塑性变形 2 2 7 回复与再结晶 4 4 0 0 7.1 金属或合金形变后在加热过程中组

7、织结构及性能的变化 2 2 7.2 回复，再结晶及再结晶后的晶粒长大过程及金属的热加工 2 2 8 固态相变 2 2 0 0 合计 32 32 四、教学内容及基本要求 第 01 部分 概论 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 3 具体内容：金属材料的一般特性，决定金属材料性能的基本因素，金属学的研究对象、方法和目的以及金属组织结构的基本轮廓。重 点：组织、结构的概念。第 02 部分 金属的晶体结构 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0 第 2.1 部分 金属原子的结构特点、金属键、结合力与结合能（讲课2 学时）具体内容：金属原子的结构特点、金属键、结合力与

8、结合能 第 2.2 部分 金属晶体晶体结构、实际金属的晶体结构（讲课2 学时）具体内容：1)金属与合金的典型结构模型，2)晶体学简介，晶面指数和晶向指数的标定，3)实际金属的晶体结构，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。重 点：1)常用金属的晶体结构，晶体缺陷及其对材料性能的影响。2)晶面指数和晶向指数的标定。3)金属键与金属主要特性之间的关系。难 点：晶面指数和晶向指数的标定。第 03 部分 纯金属的结晶 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0 第 3.1 部分 金属结晶的现象，金属结晶的热力学条件，金属结晶的结构条件（讲课2 学时）具体内容：1)金属结晶的热力学条件，结构条件，2)

9、金属结晶的基本规律，包括金属结晶的现象，过冷度对结晶过程的影响规律和获得细晶粒金属的方法等，重 点：1)金属结晶的热力学条件，结构条件，2)金属结晶的基本规律；3)结晶机理，铸锭组织的形成过程，细化晶粒的主要途径结晶机理。难 点：结晶机理。第 3.2 部分 晶核的形成、晶核的长大，金属铸锭的宏观组织与缺陷（讲课2 学时）具体内容：1)晶核的形成和晶核长大过程。包括均匀形核和非均匀形核，固液界面的微观结构，晶体的长大机制等。2)金属铸锭的宏观组织与缺陷 第 04 部分 二元合金相图及结晶 总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0 第 4.1 部分 合金中的相、合金的相结构、二元合金

10、相图的建立、均匀相图及固溶体的结晶（讲课 2 学时）具体内容：4 1)合金中的相、合金的相结构 2)二元合金相图的建立 3)均匀相图及固溶体的结晶 重 点：1)相平衡图的基本概念、相律，杠杆应律 2)二元相图的基本类型 3)典型合金的结晶过程的分析 4)杠杆定律的应用及相图与性能的关系 难 点：典型合金的结晶过程的分析。第 4.2 部分 共晶相图及其合金的结晶，包晶相图及其合金的结晶（讲课2 学时）具体内容：1)共晶相图及其合金的结晶 2)包晶相图及其合金的结晶 第 4.3 部分 其它类型的二元合金相图及相图与性能的关系（讲课2 学时）具体内容:1)其他类型的二元合金相图 2)二元相图的分析与

11、使用 第 05 部分 铁碳合金 总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0 第 5.1 部分 铁碳合金的组元及基本相、Fe-Fe3C 相图分析（讲课2 学时）具体内容：铁碳合金的组元及基本相、Fe-Fe3C 相图分析，能默绘Fe Fe3C 相图，掌握其点、线、区的物理意义等。掌握铁碳合金的基本相和组织，建立合金成分组织性能用途之间的关系；第 5.2 部分 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织（讲课2 学时）具体内容：铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 重 点：典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织，含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。难 点：铁碳相图中包晶、共析转变。第 5.3 部分 含碳量对

12、铁碳合金平衡组织和性能的影响，钢中的杂质元素及钢锭组织（讲课2学时）具体内容：1)含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 2)钢中的杂质元素及钢锭组织 重 点：含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。第 06 部分 金属及合金的形变 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0 第 6.1 部分 金属的变形特征、单晶体的塑性变形（讲课2 学时）具体内容：金属的变形特性，单晶体的塑性变形滑移变形的主要特点与本质，滑移过程的位错机制，在理解金属滑移机理、加工硬化、位错理论等时，应注意把塑性变形的宏观现象与微观过程联系 5 起来加深认识。掌握金属塑性变形的主要形式与机制；塑性变形对金属组织和性

13、能的影响；冷加工、加工硬化的概念等。重 点：单晶体的塑性变形滑移变形的主要特点与本质，滑移过程的位错机制，多晶体的塑性变形，塑性变形对金属组织和性能的影响。难 点：塑性变形对金属组织和性能的影响。第 6.2 部分 多晶体的塑性变形，塑性变形对金属组织和性能的影响（讲课2 学时）具体内容：多晶体的塑性变形，塑性变形对金属组织和性能的影响。第 07 部分 回复与再结晶 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0 第 7.1 部分 金属或合金形变后在加热过程中组织结构及性能的变化（讲课2 学时）具体内容：金属或合金形变后在加热过程中组织结构及性能的变化。掌握变形金属在加热过程中微观组织结

14、构转变的基本规律。重 点：掌握变形金属在加热过程中微观组织结构转变的基本规律。第 7.2 部分 回复及再结晶规律及对金属组织与性能的影响，明确热加工的概念（讲课2 学时）具体内容：回复及再结晶规律及对金属组织与性能的影响，明确热加工的概念。重 点：清楚回复及再结晶对金属组织与性能的影响。难 点：回复，再结晶及再结晶后的晶粒长大过程及金属的热加工。第 08 部分 固态相变 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容：固态相变的基本概念，固态相变中的形核、固态相变的晶体长大、扩散控制的长大、界面控制的长大、扩散形相变、调幅分解、铝合金的脱溶沉淀，无扩散相变等现象。重 点：固态相变与液固转变的同异点，固态相变中的形核，铝合金的脱溶沉淀，调幅分解 难 点：固态相变中的形核，界面控制的长大，无扩散相变。编写人：任广军 周琦 孙杰 审核人：高虹 批准人：赵平