南京理工材料相变讲义重点

材料结构与相变（I）大纲号：学分：3学时：48 执笔人：材料结构与相变修订组 审订人：陈光 课程性质：学科基础课一、课程的地位与作用材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的学生开设的一门学科基础课。课程以晶体结构、合金相图与相平衡、固态相变为基本内容，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要讲授材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律，使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。二、课程的教学目标与基本要求1. 教学目标通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生掌握材料的微观结构特点，认识材料形成的几何规律和能量要求，能够分析材料结构变化的内在因素和外在条件，以及材料相变与材料结构变化的联系，了解研究材料相变的热力学和动力学基础理论和分析方法，初步掌握材料科学分析研究事物的基本思想。并通过本课程的学习，培养学生抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、探讨研究能力，能够综合运用所学知识去分析问题和解决问题。2. 基本要求(1) 了解和掌握材料微观结构特征；(2) 掌握材料相变和相平衡热力学以及二元、三元相图基本知识；(3) 理解材料性能与相结构之间的联系。三、主要内容1 晶体的几何结构1.1 几何晶体学1.1.1 空间点阵、晶胞1.1.2 晶系与布拉菲点阵1.1.3 晶向指数、晶面指数、晶面间距1.2 纯金属的晶体结构1.2.1 典型的金属晶体结构1.2.2 晶体结构的几何性质1.3 原子结合理论1.4 合金的晶体结构1.4.1 固溶体1.4.2 中间相1.5 陶瓷的晶体结构1.5.1离子晶体1.5.2 共价晶体1.6 非晶态结构2晶体缺陷2.1 点缺陷2.1.1 点缺陷的种类2.1.2 点缺陷的热力学分析2.2 位错2.2.1 位错的基本概念4.3.1二元相图的热力学分析4.3.2 典型二元相图4.3.3 相区接触规则4.3.4 几个重要的二元相图4.4 三元相图4.4.1 成分表示法4.4.2 三元相图热力学分析4.4.3三元匀晶与共晶相图4.4.4 三元相图应用举例2.2.2位错应力场与位错运动2.2.3 实际晶体中的位错2.3 界面2.3.1晶体表面2.3.2 晶界与相界2.3.3 界面的平衡偏析2.4 显微组织与其他缺陷2.4.1显微组织2.4.2其他缺陷3 高分子结构3.1 基本概念3.2 高分子链结构3.2.1 近程结构3.2.2 远程结构3.3 高分子凝聚态结构3.3.1 高分子非晶态与晶态3.3.2 高分子取向结构3.3.3 高分子合金4 相图4.1 相图热力学基础4.2 一元相图4.3 二元相图5 扩散理论5.1 宏观扩散理论5.1.1 菲克第一定律5.1.2 菲克第二定律5.1.3 扩散方程的解5.1.4 坐标变换5.2 微观扩散理论5.2.1 扩散机制5.2.2 扩散系数5.2.3 陶瓷中扩散的特点5.3 反应扩散 四、时间分配课程分段标识序号教 学 内 容教学环节（学时）讲课习题实验上机课外小计1晶体的几何结构10 102晶体缺陷10103高分子结构664相图12125扩散理论666实验1金相样品的制备及金相显微镜的构造与应用227实验2 铁碳平衡组织观察22总 计44448五、课程说明课程英文名称Structure and Phase Transformations of Materials主要先修课程材料物理化学； 材料工程力学适用专业类别材料科学与工程，材料成型与控制主要教材（作者、教材名称、出版社）吴锵 材料科学基础 东南大学出版社课程参考书：潘金生等，材料科学基础 清华大学出版社石德珂等，材料科学基础 西安交通大学出版社考核方式笔试课程简介材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的一门重要的学科基础课。本课程基本内容包括晶体结构与缺陷、扩散理论、合金相图与相平衡、相变热力学和动力学等，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要研究材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律。通过本课程的学习使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。六、实验项目与主要内容序号实 验 项 目 名 称学时主 要 内 容 及 要 求实验类型1金相样品的制备及金相显微镜的构造与应用2学会制备金相样品，了解金相显微镜的构造并学会使用显微镜操作2铁碳平衡组织观察2观察铁碳平衡组织操作材料结构与相变（II）大纲号：学分：2学时：32 执笔人：材料结构与相变修订组 审订人：陈光 课程性质：学科基础课一、课程的地位与作用材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的学生开设的一门学科基础课。课程以晶体结构、合金相图与相平衡、固态相变为基本内容，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要讲授材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律，使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。二、课程的教学目标与基本要求1. 教学目标通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生掌握材料的微观结构特点，认识材料形成的几何规律和能量要求，能够分析材料结构变化的内在因素和外在条件，以及材料相变与材料结构变化的联系，了解研究材料相变的热力学和动力学基础理论和分析方法，初步掌握材料科学分析研究事物的基本思想。并通过本课程的学习，培养学生抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、探讨研究能力，能够综合运用所学知识去分析问题和解决问题。2. 基本要求(1) 了解和掌握材料微观结构特征；(2) 掌握材料相变和相平衡热力学基本知识；(3) 掌握材料相变动力学有关知识；(4) 理解材料性能与相结构之间的联系。三、主要内容6 相变6.1 液.固相变6.1.1 纯金属的凝固6.1.2 二元合金的非平衡凝固6.1.3 凝固组织及其控制6.2 固态相变6.2.1 固态相变的分类及其特点6.2.2 固态相变的热力学与动力学分析7 转变7.1 奥斯瓦尔德熟化7.1.1 弯曲界面的性质7.1.2奥斯瓦尔德熟化理论7.2 烧结7.2.1 烧结的驱动力7.2.2 烧结中的固相扩散类型7.3 回复与再结晶7.3.1 回复7.3.2 再结晶7.3.4 晶粒长大7.4 非晶转变7.4.1 过冷液体7.4.2 非晶转变7.4.3 非晶形成条件9.1.4 弥散强化9.1.5 相变强化9.1.6 高温合金的强化9.2 陶瓷的韧化9.3 高分子的强化8. 材料的变形与断裂8.1 力学性能概述8.1.1应力、应变的概念8.1.2 本构方程8.1.3 变形的分类8.2 弹性变形8.2.1 弹性变形的微观机制8.2.2 弹性变形的影响因素8.3 塑性变形的微观机制8.3.1 单晶体的塑性变形8.3.2 多晶体的塑性变形8.4 粘性变形的微观机制8.4.1 金属多晶体的粘性变形8.4.2 高分子的粘性变形8.4.3 金属非晶体的粘性变形8.5 断裂简介8.5.1 断裂强度8.5.2 裂纹形成机制8.5.3 高分子的断裂9材料的强化与韧化9.1 金属的强化9.1.1 细晶强化9.1.2 应变强化9.1.3 固溶强化9.4 复合材料强化9.4.1 长纤维复合材料的力学行为9.4.2 短纤维复合材料的力学行为9.4.3 复合材料的界面 四、时间分配课程分段标识序号教 学 内 容教学环节（学时）讲课习题实验上机课外小计1相变882转变663材料的变形与断裂884材料的强化与韧化665实验1：二元金属相图的测定226实验2：差热分析22总 计28432五、课程说明课程英文名称Structure and Phase Transformations of Materials主要先修课程材料物理化学； 材料工程力学适用专业类别材料科学与工程、材料成型与控制主要教材（作者、教材名称、出版社）吴锵 材料科学基础 东南大学出版社课程参考书：潘金生等，材料科学基础 清华大学出版社石德珂等，材料科学基础 西安交通大学出版社考核方式笔试课程简介材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的一门重要的学科基础课。本课程基本内容包括晶体结构与缺陷、扩散理论、合金相图与相平衡、相变热力学和动力学等，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要研究材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律。通过本课程的学习使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。六、实验项目与主要内容序号实 验 项 目 名 称学时主 要 内 容 及 要 求实验类型1二元金属相图的测定2用步冷曲线法测绘