《材料科学基础》教学大纲

1、材料科学基础 课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：材料成型及控制工程本科专业课程代码：20E01315学时分配：总学时72,讲授72赋予学分：4学分先修课程：大学物理、材料成型原理后续课程：模具材料及外表处理、现代材料分析测试、焊接原理、焊接检验等二、课程性质与任务本课程是材料成型及控制工程专业学生的一门必修学科基础课程。本课程教学所能到达的 任务是：使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成、结构、性能和加工的规 律及相互联系，能从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用 过程中的各种化学、物理现象和性能。三、教学目的与要求本课程目的是学生较全面系统

2、地学习材料科学基本原理，注意材料的共性与个性的结合， 实现多学科知识的交叉与渗透。材料科学基础是金属材料工程专业教育课，学习本课程的目的 是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。在学完本课程之后，学生应做到：课程教学的基本要求：.掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。掌握晶体 学的基础知识，重点是掌握晶向指数与晶面指数的标定方法，三种典型的金属晶体结构，会求 三种晶体结构的致密度和配位数。.掌握晶体缺陷的类型、各类缺陷的结构特征、性质及其对材料性能的影响。重点掌握位 错的概念，柏氏矢量及其性质，位错的运动与交割，位错反响，掌

3、握位错的应力场，了解位错 的能量、晶体的界面与界面能，吸附与润湿等概念与现象。.掌握扩散的概念、重点掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制。了解柯 肯达耳效应、扩散的热力学解释，掌握扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。.掌握固体材料变形的基本方式、弹性变形的机制、塑性变形的机理、塑性变形对组织与 性能的影响、金属及合金强化的位错解释。掌握形变金属及合金在退火过程中的变化、即回复、 再结晶、晶粒长大过程及其机制、金属的热变形。.掌握结晶的基本过程、结晶的热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用。了解非 均匀形核的规律，了解熔化端对晶体生长的影响。了解固溶体合金的凝固规律，

4、了解材料的非 晶态概念。.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；掌握三元相图类型、定量法那么、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。四、教学内容与安排第1章绪论（2学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：.本课程的研究对象、任务与内容；.材料科学基础的学习方法；本章主要内容:材料的开展史材料科学的重要地位与作用工程材料的分类本章重点:材料科学基础的学习方法第2章 原子结构与键合（4学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：. 了解原子结构及建合类型；.掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表；.熟悉一次键（金属键

5、、离子键、共价键）、二次健（范德华力和氢键）的定义、特点；.掌握材料中的结合键的类型对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。本章主要内容:原子结构原子间的键合本章重点:.原子结构主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数、原子量、原子价和电负性等基 本概念，能量最低原理、包利不相容原理等基本原理；.原子核外电子排布规律。原子结构、原子排列对材料性能的影响。本章难点:结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。第3章固体结构（12学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：. 了解晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法，晶带 和晶带定律、晶面

6、间距，晶体的对称性，极射投影。.掌握三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。本章主要内容:晶体学基础金属的晶体结构合金相结构离子晶体共价晶体的结构本章重点:.晶体晶向指数与晶面指数的标定方法.晶体结构及类型，常见晶体结构。本章难点:难点离子晶体结构、高分子材料晶态结构模型、极射投影。第4章 晶体缺陷（12学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：.晶体缺陷的基本类型、特征及其运动特征；.掌握位错的定义、基本类型和特征，柏氏矢量的定义、特性和表示方法，位错的运动;.理解实际晶体结构中的位错，堆垛层错，不全位错，位错反响；. 了解晶

7、体缺陷与合金材料的强化原理；. 了解外外表和外表能，晶界和亚晶界，相界的定义、种类和特点。本章主要内容:点缺陷线缺陷面缺陷各类缺陷对结构及性能的影响本章重点:.柏氏矢量的定义、特性和表示方法，位错的运动.晶体缺陷与合金材料的强化原理本章难点:.缺陷的概念、形成、平衡浓度，缺陷的运动；.实际晶体结构中的位错，堆垛层错，不全位错，位错反响。第5章 固体中原子及分子的运动（6学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：. 了解扩散概念和柯肯达尔效应，扩散第一定律、扩散第二定律；.掌握扩散驱动力及扩散机制，反响扩散；.理解离子晶体中的扩散；. 了解扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理。本

8、章主要内容:表象理论扩散的热力学分析扩散的原子理论扩散激活能本章重点:.菲克第二定律.典型条件下扩散方程的解本章难点:扩散的原子理论，扩散的机制及其影响因素。第6章 材料的形变和再结晶（8学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：.理解材料受力后要发生变形；.掌握低碳钢在单向拉伸时应力-应变曲线的弹性极限、屈服强度和抗拉强度;.理解材料的变形规律及其微观机制，分析了解各种内外因素对变形的影响；.掌握冷变形材料在回复再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律。本章主要内容:弹性和粘弹性晶体的塑性变形回复和再结晶热变形与动态回复、再结晶本章重点:.塑性变形对组织与性能的影响.金属及合金强化的

9、位错解释本章难点:.塑性变形的机理；形变金属及合金在退火过程中的变化；.形变金属及合金在退火过程中的变化。第7章 单组元相图及纯金属的凝固（8学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：. 了解纯金属的凝固过程；.掌握结晶的热力学条件；.掌握形核及长大的规律；.掌握凝固理论的应用；本章主要内容:单元系相变的热力学及相平衡纯晶体的凝固气-固相变与薄膜生长本章重点:.相平衡与相平衡图的基本概念.相律的基本概念，相平衡的相律解释本章难点:晶体凝固的热力学条件第8章 二元系相图和合金的凝固与制备原理（10学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：.掌握二元合金相图的建立；.掌握二元相

10、图中的匀晶、共晶、包晶、偏晶等相图的结构分析;.熟悉铁碳合金的平衡结晶过程及室温下所得到的组织。本章主要内容:相图的表示与测定方法相图热力学的基本要点二元相图分析二元合金的凝固理论本章重点:.二元相图的基本类型.二元相图的分析和使用本章难点:铁碳相图和铁碳合金第9章三元相图（10学时）教学目的与要求:通过本章节的讲授，使学生到达：.掌握三元相图的成分表示方法及定量法那么；.掌握简单三元合金的相平衡分析、冷却曲线分析；.简单三元等温截面的分析。本章主要内容:三元相图的基础固态互不溶解的三元共晶相图固态有限溶解的三元共晶相图包共晶型三兀系相图三元相图举例本章重点:.三元相图的表达方式，使用方法.各种等温截面，变温截面及各相区在浓 度三角形上的投影图本章难点:典型合金的凝固过程及组织，各种相变过程及相平衡关系五 教学设备和设施多媒体教