材料科学基础（Ⅱ） 教学规范 课程类别：专业基础课 课程性质：必修课 面向专业：材料科学与工程学院 材料加工专业 一、课程的性质、任务与基本要求 1.本课程的性质与任务 《材料科学基础》是材料科学与材料加工专业的一门重要的专业基础课。本课程的教学目的是使学生系统掌握材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系和变化规律的基础理论以及常用金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料的基本知识，为后继专业课的学习奠定基础。 2.课程的基本内容和要求 （1）通过学习应着重掌握材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能间的相互关系。 （2）掌握材料的结合方式，晶体学基础，材料的晶体结构以及对性能的影响。 （3）掌握纯金属的凝固过程，凝固的热力学条件，形核长大规律，了解凝固理论的实际应用。 （4）掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图。 （5）掌握三元相图的成分表示法，三元系平衡转变的定量法则，三元匀晶相图，三元共晶相图，三元相图的四相平衡转变以及三元相图的使用方法。 （6）掌握单晶体塑性变形、多晶体塑性变形的规律，塑性变形对材料组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。 （7）掌握冷变形金属及合金在加热时的变化即回复、再结晶和晶粒长大的规律以及金属的热变形。 （8）掌握钢中固态相变的一般规律，相变产物的形成条件、本质、结构、形态特征和性能特点以及固态相变规律的应用。 （9）熟悉常用金属材料的工作条件、化学成分、热处理特点及组织。 （10）熟悉高分子材料、陶瓷材料和复合材料的基本知识。 3.教学环节与学时分配 课堂教学：80-96学时（包括课堂讨论等教改环节） 实 验：12学时 总 计：92-108学时 二、教学内容与教学计划 绪论 2学时 材料科学的重要性，课程的性质与任务，主要内容及研究方法，本课程的特点与学习方法。 第一章 材料的结构 6学时 1.教学内容与学时 （1）原子的结合方式 0.5学时 （2）晶体学基础 1.5学时 （3）典型金属晶体、共价晶体和离子晶体的结构 2学时 （4）合金相结构 2学时 2.重点与难点 （1）重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构,合金相结构。 （2）难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。 3.习题：3-9题 第二章 晶体缺陷 6学时 1.教学内容与学时 （1）点缺陷 1学时 （2）线缺陷 4学时 （3）面缺陷 1学时 2.重点与难点 （1）重点：位错等有关基本概念，柏氏矢量，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的弹性性质，位错反应与位错的增殖，点缺陷的平衡性质，晶界的结构与 特性。 （2）难点：线缺陷。 3.习题：2-8题。 第三章 纯金属的凝固 6学时 1.教学内容与学时 （1）结晶的基本规律 0.5学时 （2）结晶的热力学条件 0.5学时 （3）形核规律 3学时 （4）长大规律 1学时 （6）结晶理论应用实例 1学时 2.重点与难点 （1）重点：结晶的热力学条件,形核规律,结晶理论应用。 （2）难点：非均匀形核时临界晶核有关参数的推导。 3.习题：2-8题。 第四章 二元相图 16学时 1.教学内容与学时 （1）相图的基本知识 2学时 （2）二元相图的基本类型 6学时 （3）二元相图的分析和使用 2学时 （4）铁碳相图 4学时 （5）课堂讨论 2学时 2.重点与难点 （1）重点：相律与杠杆定律，匀晶转变与偏析，共晶转变及其不平衡组织，复杂二元相图分析，铁碳相图中典型合金的凝固过程及其相与组织组织物的相对量计算，利用相图判断材料的性能。 （2）难点：二次杠杆的应用，不平衡凝固与偏析，复杂二元相图分析。 3.习题：4-11 13-17题。 第五章 三元相图 6学时 1.教学内容与学时 （1）三元相图中的成分表示法和定量法则 1学时 （2）三元匀晶相图 1学时 （3）三元共晶相图 3学时 （4）三元相图的四相平衡转变与应用实例 1学时 2.重点与难点 （1）重点：直线法则与重心定律，三元共晶相图，三元相图的平面化及应用实例。 （2）难点：三元共晶相图立体图形与凝固过程分析，立体图中的三相平衡转变和四相平衡转变特征。 3.习题：2-4 6-9题。 第六章 材料的变形 8学时 1.教学内容与学时 （1）弹性变形 1学时 （2）单晶体的塑性变形 3学时 （3）多晶体的塑性变形 1学时 （4）塑性变形对材料组织与性能的影响 1学时 （5）金属及合金强化的位错解释 2学时 2.重点与难点 （1）重点：滑移特征，典型的滑移系，滑移的分类及滑移的痕迹，施密特定律，孪生变形特点，多晶体变形的特点，塑性变形对材料组织和性能的影响，金属强化的位错解释。 （2）难点：金属强化的位错解释。 3.习题：2-5 8 10-11题。 第七章 回复与再结晶 4学时 1.教学内容与学时 （1）冷变形金属在加热时的组织与性能变化 1学时 （2）回复、再结晶、晶粒长大的机制和规律 2学时 （3）金属的热变形 1学时 2.重点与难点 （1）重点：回复、再结晶、晶粒长大三阶段的驱动力、机制、组织与性能的变化规律及其应用，临界变形度及对再结晶晶粒大小的影响，动态回复与动态再结晶，热变形加工时组织与性能的变化。 （2）难点：再结晶形核机制，动态回复与动态再结晶机制。 3.习题：2-5 7-8题。 第八章 扩散 3学时 1.教学内容与学时 （1）扩散定律 1学时 （2）扩散的微观机理 0.5学时 （3）影响扩散的因素 0.5学时 （4）反应扩散 1学时 2.重点与难点 （1）重点：扩散的本质, 扩散定律及其应用,扩散的驱动力,反应扩散 （2）难点：反应扩散。 3.习题：2-5 8题。 第九章 金属的固态相变 15学时 1.教学内容与学时 （1）固态相变的特点与基本类型 1学时 （2）固态相变的形核与长大 1学时 （3）钢的加热转变 1学时 （4）过冷奥氏体转变曲线 2学时 （5）过冷奥氏体转变产物、转变规律及其应用 6学时 （6）淬火钢的回火转变及其应用 2学时 （7）课堂讨论 2学时 2.重点与难点 （1）重点：固态相变的特点，晶体缺陷对固态相变的影响，过冷奥氏体转变产物、转变规律及其应用，回火转变及其应用 。 （2）难点：固态相变的形核与长大机制，马氏体相变，回火转变。 3.习题：补充题1-12题。 第十章 金属材料 14学时 1.教学内容与学时 （1）钢的分类和编号 0.5学时 （2）合金元素在钢中的作用 1.5学时 （3）结构钢 2学时 （4）工具钢 2学时 （5）特殊性能钢 2学时 （6）铸铁 3学时 （7）有色金属及合金 3学时 2.重点与难点 （1）重点：合金元素在钢中的作用，各类钢的工作条件、性能要求、化学成分、常用热处理、组织和性能特点，铸铁的石墨化，铝合金的时效强化。 （2）难点：钢的合金化原理，时效强化机理。 3.习题: 补充题1-12题 第十一章 高分子材料 4学时 1.教学内容与学时: （1）高分子材料概述 2学时 （2）工程塑料、橡胶、胶粘剂简介 2学时 2.重点与难点: （1）重点：高分子化合物的结构与力学状态，工程塑料，橡胶的组成与性能特点，橡胶的硫化，胶接机理。 （2）难点：高分子化合物的结构式。 3.习题: 补充题1-3题 第十二章 陶瓷材料 2学时 1.教学内容与学时: 陶瓷的分类、组织结构，陶瓷的脆性与增韧，工程陶瓷简介 。 2.重点: 陶瓷的组织结构，陶瓷的脆性与增韧，普通陶瓷与氧化铝陶瓷。 3.习题: 补充题1-3题 第十三章 复合材料 2学时 1.教学内容与学时: 复合材料的分类，复合材料的增强机制与特性，常用复合材料。 2.重点: 复合材料的增强机制与特性，玻璃钢。 3.习题: 补充题1-3题 三、实验 本课程共安排12学时实验，可根据情况在以下实验中选做。 1.金相显微镜的构造与使用 1学时 2.金相试样的制备 1学时 3.二元合金和三元合金显微组织分析 2学时 4.铁碳合金平衡组织与布氏硬度 3学时 5.塑性变形与再结晶 2学时 6.位错蚀坑观察 1学时 7.碳钢不平衡组织与洛氏硬度 3学时 8.合金钢、铸铁和有色合金显微组织分析 2学时 四、教材与参考书 1.教材 赵 品等.材料科学基础教程.哈尔滨工业大学出版社,2002年第二版. 2.主要参考资料 石德柯.材料科学基础.机械工业出版社. 刘智恩.材料科学基础.西北工业大学出版社. 胡赓祥等.材料科学基础.上海交通大学出版社. 潘金生等.材料科学基础.清华大学出版社. 网上资料:材料科学基础教学网站：http://202.194.14.194/jpkc 五、教学改革 1.不断改进多媒体教学课件，提高课堂教学质量。 2.逐步建立试卷库。 3.增加课堂讨论等教学环节，培养学生综合分析问题和解决问题的能力。 4.进一步完善网上辅导资料。 2004.12.26 撰写人：陈方生