材料科学基础课程大纲

1、材料科学基础课程大纲课程编码：03.1720 课群名称：材料科学基础 英文名称：The Fundamentals of Materials Science总学时： 112 实验:（独立设课另有32学时） 上机：0适合专业： 金属材料工程、材料物理等材料类和冶金类各有关专业。一、 课程内容及要求绪论（Preface）掌握材料科学与工程定义，了解材料是人类文明的里程碑，先进材料与经济的关系，学习本课程的目的，要求和方法。第一章 固体材料的结构(Chapter 1. The Structure of Materials)1-1 几何晶体学的基本知识(Sec.1.1 The Fundamentals

2、of Geometric Crystallology)1-2 纯金属的晶体结构(）1-3 合金相结构( The Crystal Structures of Alloy Phases)1-4 其它固体材料的结构()重点：几何晶体学的基本知识；纯金属的晶体结构。难点：合金相结构。要求：熟练掌握几何晶体学的基本知识和纯金属的三种典型的晶体结构；掌握晶面、晶向的表示方法；掌握合金相结构；了解其它固体材料的结构。第二章 晶体结构的缺陷(Chapter 2 The Crystal Structures Defects) 2-1 点缺陷(Section 2.1 Point Defects) 2-2 线缺陷位

3、错(Se Linear Defects: Introduction to Dislocations) 2-3 位错的运动() 2-4 位错的弹性性质() 2-5 实际晶体中的位错() 2-6 Frank-Read位错源(Sec. 2.6 The Frank-Read Source) 2-7 晶体的面缺陷()重点： 线缺陷位错，位错的运动。难点：线缺陷位错，位错的运动，晶体的面缺陷。要求：熟练掌握晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质；掌握位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用,了解位错的弹性性质，理解Frank-Read位错源和实际晶体中的位错。第三章 固体材料中的扩散(Chapter3

4、The Diffusion in Solid Materials)3-1扩散方程(Se Diffusion Equations)3-2 扩散的微观机制()3-3 扩散的驱动力()3-4 影响扩散系数的因素()3-5 反应扩散() 3-6 其它固体材料中的扩散(）重点：扩散方程，扩散的微观机制。难点：扩散方程，扩散的驱动力，反应扩散。要求：熟练掌握扩散方程扩散第一、第二定律的表达式，适用的条件，各符号的意义和单位；掌握扩散的微观机制，掌握扩散的驱动力和影响扩散系数的因素，了解反应扩散，扩散的实际应用，如渗碳过程等，认识几种重要的扩散现象，理解其它固体材料中的扩散。第四章 结晶过程的基本原理(Ch

5、apter 4 Fundamentals of Solidification)4-1 金属结晶的基本条件(Se The basic conditions for Solidification of metals)4-2 形核()4-3 晶体的生长()4-4 结晶理论实际应用()重点：形核,晶体的生长。难点：形核,晶体的生长。要求：熟练掌握金属结晶的基本条件；掌握凝固理论及过冷度的概念，掌握晶体的形核理论、生长理论和晶体长大机制及界面形态，了解结晶理论实际应用，用凝固理论解释或说明实际生产问题。第五章 二元相图和合金的凝固(Chapter 5 Binary Phase Diagrams and

6、The Solidification of Alloys)5-1 相、相平衡及相图(Sec.5-1 Phase, Phase Equilibrium and Phase Diagrams)5-2 匀晶相图及固溶体结晶(Se Isomorphous Phase Diagram and Solidification of Isomorphous Alloys) 5-3 共晶相图及共晶转变(Se The Eutectic Phase Diagram and The Eutectic Transformation)5-4 包晶相图及包晶转变(Se The Peritectic Phase Diagra

7、m and The Peritectic Transformation)5-5 其它二元相图(Se Other Binary Phase Diagrams)5-6 二元相图的分析方法(Se Methods Used to Analyze a Phase Diagram)5-7 相图的热力学分析(SeThermal dynamic Analyzing of Phase Diagram)5-8 铁碳相图(Se Iron-Carbon Phase Diagram)5-9 合金铸件的组织与缺陷(Se Microstructures and Defects of Alloy Castings)重点：匀晶

8、相图及固溶体结晶, 共晶相图及共晶转变,包晶相图及包晶转变,铁碳相图。难点： 相图的热力学分析。要求：熟练掌握相、相平衡及相图中的匀晶相图、共晶相图和包晶相图、铁碳相图；掌握固溶体结晶、共晶转变、包晶转变及二元相图的分析方法，会分析铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织，能说明含碳量的改变怎样影响铁碳合金的组织和性能；理解成分过冷的形成、影响因素，理解相图的热力学分析，了解合金铸件的组织与缺陷。第六章 三元相图(Chapter 6 Ternary Phase Diagram)6-1 三元合金相图的几何原理(Se Representation of the phase diagram)6-2

9、三元匀晶相图()6-3 三元共晶相图()6-4 其它三元合金相图()6-5 实用三元合金相图举例()重点：三元合金相图的几何原理,三元共晶相图。难点：其它三元合金相图，实用三元合金相图举例。要求：熟练掌握三元合金相图的几何原理、熟悉三元合金成分表示方法，懂得直线定律与重心法则的应用；熟练掌握三元匀晶相图和三元共晶相图，能准确地画出立体图在浓度三角形上的投影图、水平截面图和垂直截面图，掌握三元合金相图的分析方法，掌握三元合金结晶过程中相与组织的转变规律，会就实用三元合金相图进行分析。第七章 固体材料的塑性变形(Chapter 7 Plastic Deformation)7-1 应力应变曲线(Se

10、 Stress-strain Curves）7-2 单晶体的塑性变形()7-3 多晶体的塑性变形()7-4 合金的塑性变形()7-5 加工硬化()7-6 其它材料的塑性变形()重点：单晶体的塑性变形，多晶体的塑性变形。难点：多晶体的塑性变形，孪生。要求：熟练掌握单晶体的塑性变形机理，熟悉滑移、孪生变形的主要特点；掌握塑性变形过程中组织和性能的变化规律；掌握多晶体的塑性变形和合金的塑性变形理论和应用；掌握材料强化的机理并能应用这些强化手段来改善材料的性能。了解其它材料的塑性变形。第八章 回复与再结晶(Chapter 8 Recovery and Recrystallization)8-1 变形金

11、属在加热时的变化(Se The Release of Stored Energy)8-2 回复()8-3 再结晶()8-4 晶粒长大 () 8-5 金属的热加工()重点：回复，再结晶。难点：回复，再结晶。要求：熟练掌握变形金属在加热时组织和性能的变化；由此掌握回复、再结晶和晶粒长大的驱动力及发生的机理；掌握再结晶温度的意义及影响因素；了解控制再结晶后晶粒的大小的方法；了解金属的热加工及动态回复过程中位错运动特点，能从显微组织上区分动、静态回复和动、静态再结晶。二、 课程各教学环节要求课后作业： 要求学生课后按1：2的时间分配对课堂所学内容进行复习，充分消化和理解已学知识，配合课后作业达到较熟练

12、掌握所学知识的程度。根据各章节内容的不同，作业的题型会有所不同，形式可为问答题、计算题、判断正误并改错、画图、选择题、分析论述题等等。本课程的教学方式是双语教学，对英文的听力理解能力要求较高。要想取得好的课堂听课效果，要求学生一定要提前预习、提前阅读相应的英文教材内容，熟悉基本的专业英文词汇。三、 学时分配章节主要内容各教学环节学时分配作业题量备注讲授讨论习题其他小计0绪论11.本课程实验已独立设课；2.每章作业批改后会就学生普遍存在的问题上一次习题课。1固体材料的结构8152晶体结构的缺陷14263固体材料中的扩散13144结晶过程的基本原理5145二元相图和合金的凝固22286三元相图及合

13、金12247固体材料的塑性变形14258金属材料的回复再结晶1114总计10012材料科学基础课程大纲说明一、 课程性质、目的和任务材料科学基础I是工学材料类和冶金类各有关专业必修的专业基础课，开设此课程的目的在于为专业课程的学习打好坚实广泛的材料科学理论基础。课程的基本任务在于阐明材料的结构，性质，加工，使用的一般原理及其相互关系的综合一体化知识，奠定结构材料和功能材料的理论基础，培养学生将基础研究的理论成果用于解决材料的实际问题的能力，学完本课程的学生，应当掌握各种材料结构、性质、加工和使用的基本理论。二、 课程教学基本要求本课程的教学方式是双语教学，对英文的听力理解能力要求较高。要想取得

14、好的课堂听课效果，要求学生一定要提前预习、提前阅读相应的英文教材内容，熟悉基本的专业英文词汇。同时，要求学生课后按1：2的时间分配对课堂所学内容进行复习，充分消化和理解已学知识，配合课后作业达到较熟练掌握的程度。三、 与其他课程的联系本课程需在修完物理化学、工程力学、机械制造基础等课程的基础上进行，为后续课程材料加工基础、材料分析方法、金属力学性能、工程材料学、金属腐蚀与防护等打下必要的理论基础。四、 教材、参考书目及主要期刊教材：Schaffer, Saxena，Antolovich, Sanders, Warner. <The Science and Design of Engine

15、ering Materials>工程材料科学与设计 影印版 高等教育出版社 2003年参考书：（1）Donald R. Askeland, Pradeep P. Phulé. <The Science and Engineering of Materials>材料科学与工程 影印版 清华大学出版社 2005年（2）Physical Metallugy PrinciplesROBERT E. REED-HILLPWS PUBLISHING COMPANY Boston（3）材料科学基础 胡赓祥主编 上海交通大学出版社（4）材料科学基础 徐恒钧主编 北京工业大学出版社 （5）材料科学基础 刘智恩主编 西北工业大学出版社 （6）材料科学基础 石德珂主编 机械工业出版社 （7）