《材料性能学》课程大纲

《材料性能学》课程大纲

课程代码080403L

课程名称中文名:材料性能学

英文名:PropertiesofMaterials

课程类别专业课修读类别必修

学分3学时48

开课学期第5学期

开课单位材料科学与工程学院材料科学系

适用专业材料类(金属材料工程、材料连接、无机非金属材料科学、无机非金属材料

工程、高分子材料、功能材料等)

先修课程高等数学、大学物理、物埋化学、材料力学、材料科学基础

后续有关专业课各专业材料学和工艺学类课程，专业技能训练，生产实习，毕业实习，

程和教学环节

毕业设计(论文)

主讲教师/职称付华/教授，吴红亚/副教授,蒋晓军/讲师

考核方式及作业+课堂讨论+期末开卷考试+期末闭卷考试

各环节所占比例(10%)+(10%)+(40%)+(40%)

教材及(1)《材料性能学》，付华主编，北京大学出版社，2010年

主要参考书(2)《材料性能学》，王从曾主编，北京工业大学出版社，2002年

(3)《材料的性能》，赵新兵主编，高等教育出版社，2006年

(4)《无机材料物理性能》，宁青菊主编，化学工业出版社，2006年

(5)^FoundationsofMaterialsScienceandEngineering^(英文版)，

WilliamsF.Sm让h主编，机械工业出版社，2006年

一、课程性质和目标

本课程是材料类专业的一门专业基础必修课。课程内容包括材料的力学性能和物理性能两

大部分，解释金属材料、无机非金属材料及高分子材料的强度、塑性、韧性、疲劳、磨

损、热学、磁学、电学等性能指标的物理意义、影响因素、测试方法和工程应用等。为研

究材料性能与组织结构的关系奠定理论基础。

通过本课程的学习，要求学生达到以下目标:

知识目标：

课程目标1:解释材料力学性能与物理性能的基本概念、性能指标、物理本质及工程应

用。

课程目标2：解释材料在不同力的作用下的变形和断裂失效过程，运用断裂力学理论进行

断裂失效分析计算，分析材料失效类型和原因。

能力目标：

课程目标3：能使用现代工具进行文献资料查找和案例分析，具备良好的沟通表达能力。

课程目标4：解释材料的性能与材料的成分、T艺与结构间的关系.能分析材料在不同使

用条件和环境下的性能变化，理解材料使用性能对社会'健康、安全、环境和社会可持续

发展的影响。

二、本课程所支撑的毕业要求

（1）本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系

序毕业要求毕业要求指标点具体内容课程目标

号

指标点

1毕业要求1-3能够针对材料的服役条件，运用自然科学、工课程目标1、2、3、4

程基础和专业知识，进行材料的物理、力学和

化学性能分析及性能改进

2毕业要求1-4能综合分析材料组成、结构、性能及应用之间课程目标1、2、3、4

关系，通过检测和问题分析，提出材料性能改

进方案。

（2）本课程内容与毕业要求指标点的对应关系

教学内容课程目标毕业要求指标点

理论（一）绪论课程目标1,4毕业要求1-3、14

教学（二）材料的弹性变形课程目标1,2,3,毕业要求1-3、14

4

（三）材料的塑性变形课程目标1,2,3,毕业要求1-3、14

4

（四）材料的断裂与断裂韧性课程目标1,2,3,毕业要求1-3、14

4

（五）材料的扭转、弯曲、压缩性能课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（六）材料的硬度课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（七）材料的冲击韧性及低温脆性课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（A）材料的疲劳性能课程目标1,2,3,4毕业要求1・3、14

（九）材料的磨损性能课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（十）材料的高温力学性能课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（十一）材料在环境介质作用下的腐蚀课程目标；1,2,3,4毕业要求1-3、14

（十二）材料的强韧化课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、14

（十三）材料的热学性能课程目标1,3,4毕业要求1・3、14

（十四）材料的磁学性能课程目标1,3,4毕业要求1・3、14

（十五）材料的电学性能课程目标1,3,4毕业要求1-3、14

（十六）材料的光学性能课程目标1,3,4毕业要求1-3、14

三、教学基本内容（48学时）

1.绪论（2学时）

（1）基本要求

理解本课程的意义及在材料研究中的地位；理解本课程的教学内容，解释材料研究的核心

问题及材料的成分、结构、制备与性能的关系；理解本课程教学特点与学习方法，强化发

散性思维方式，提高综合分析问题能力；理解本课程的发展历史及相关教材及参考书的特

点。

（2）本章教学内容

1.本课程的大纲；

课程性质、目标、教学内容与培养目标和毕业要求的关系、教学与学习方法、教学进程、

考核形式与基本要求，预期达成学习效果。

1.材料性能的分类

（3）重点和难点

重点：课程教学与学习方法。

难点：材料的成分、结构、制备与性能的关系。

2.材料的弹性变形（6课时）

（1）基本要求

解释金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用；解释陶瓷材料的

弹性变形特点；解释高分子材料的弹性变形特点。

（2）教学内容：

1.金属材料、无机材料和高分子材料弹性变形及其性能指标的物理意义、影响因素及

工程应用；

2.非理想弹性变形的基本概念及种类。

（3）重点和难点

重点：金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用

难点：高分子材料的弹性变形特点

3.材料的塑性变形（6课时）

（1）基本要求

解释无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理；理解冷变形金

属的回夏与再结晶；解释屈服强度的物理意义、影响因素及工程应用：解释应变硬化、

抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用。

（2）教学内容

1.材料的塑性指标，塑性与强度的关系；

2.无机非金属材料•（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点；

3.屈服强度、抗拉强度、应变硬化和塑性的物理意义、影响因素及工程应用。

（3）重点和难点

重点：屈服强度、抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用

难点：无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点

4.材料的断裂与断裂韧性（6课时）

（1）基本要求

运用材料断裂的类型及Glffith断裂理论及断口特征；解释线弹性条件下的断裂韧性理论，

Ke的意义、测试方法及应用；理解弹塑性条件下的断裂韧性理论；解释影响材料断裂韧性

的因素及断裂韧性在工程上的应用。

（2）教学内容

1.无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料断裂的类型及Grif租h断裂理论

及断口特征；

2.线弹性条件下的断裂韧性理论，Ac的意义、测试方法及应用；

3.弹塑性条件下的断裂韧性理论；

4.影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用。

（3）重点和难点

重点：线弹性条件下的断裂韧性理论，K"的意义、测试方法及应用

难点：影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用

1.材料的扭转、弯曲、压缩性能（1课时）

（1）基本要求

解释应力状态软性系数的基本概念；解释扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特

点；解释扭转、弯曲、压缩试验条件下的力学性能指标的特点及工程应用。

（2）教学内容

扭转、弯曲、压缩条件卜的力学性能指标的特点及工程应用。

（3）重点和难点

重点：扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特点

难点：扭转、弯曲、压缩试验条件卜的力学性能指标的特点及工程应用

1.材料的硬度（2课时）

（1）基本要求

解释布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理；运用不同材料布氏硬度、

洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用。

（2）教学内容

布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的特点及选用。

<3）重点和难点

重点：不同材料布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用

难点：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理

1.材料的冲击韧性及低温脆性（1课时）

（1）基本要求

解释冲击弯曲试验与冲击韧性的意义：解释低温脆性的表示方法。

<2）教学内容

2.冲击弯曲试验与冲击韧性的意义；

3.低温脆性的表示方法。

（3）重点和难点

重点：冲击弯曲试验与冲击韧性的意义

难点：低温脆性的表示方法

4.材料的疲劳性能（3学时）

（1）基本要求

解释疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；解释疲劳抗力指标。T、△心的意

义及影响因素：理解疲劳裂纹萌生及犷展机理；解释影响材料疲劳强度的因素。

（2）教学内容

5.疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；

6.疲劳抗力指标5八的意义及影响因素；

7.疲劳裂纹萌生及扩展机理，影响材料疲劳强度的因素。

（3）重点和难点

重点：疲劳破坏的规律及特点，疲劳断II的特征

难点：疲劳抗力指标5人△小的意义及影响因素

8.材料的磨损性能（2学时）

（1）基本要求

解释摩擦磨损的概念及类型；理解磨损过程，解释耐磨性及测量方法。

（2）教学内容

9.摩擦磨损的概念及类型；

10.耐磨性及测量方法。

（3）重点和难点

重点：摩擦磨损的概念及类型

难点：耐磨性及测量方法

11.材料的高温力学性能（1学时）

（1）基本要求

解释蠕变的基本概念，蠕变极限、持久强度的表示方法；理解影响蠕变性能的因

素。

（2）教学内容

蠕变，蠕变极限、持久强度，影响蠕变性能的因素。

（3）重点和难点

重点：蠕变极限、持久强度的表示方法

难点：影响蠕变性能的因素

12.材料在环境介质作用下的腐蚀（1学时）

（1）基本要求

解释材料腐蚀的基本概念，解释金属材料的应力腐蚀的特点；理解氢脆产生的原

因。

（2）教学内容

应力腐蚀、氢脆的特点。

（3）重点和难点

重点：金属材料的应力腐蚀的恃点

难点：氢脆的特点

13.材料的强韧化（1学时）

（1）基本要求

按专业解释材料强化与韧化基本原理，材料强韧化常用方法及复合改性。

（2）教学内容

金属材料、无机材料和高分子材料的强化与切化基本原理，材料强韧化常用方法及

复合改性。

（3）重点和难点

重点：材料强韧化常用方法

难点：材料强化与韧化基本原理

14.材料的热学性能（6学时）

（1）基本要求

解释热容物理意义、本质及应用；解释热膨胀物理意义、本质及应用；解释热传导

的物理意义、本质及应用；解释热稳定性的概念及表达。

（2）教学内容

热容、热膨胀、热传导的物理意义、本质及应用。

（3）重点和难点

重点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理意义

难点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理木质及应用

15.材料的磁学性能（4学时）

（1）基本要求

解释磁性及其物理本质；解释产生抗磁性与顺磁性的物理本质及影响因素；解释铁

磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学中的应用。

（2）教学内容

磁性及其物理本质，抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学

中的应用。

（3）重点和难点

重点：磁性及其物理本质

难点：抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质

16.材料的电学性能（4学时）

（1）基本要求

解释导电性的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用；解释热电性能的物理本

质、影响因素及在材料科学中的应用；理解介电性能的物理本质、影响因素及在材

料科学中的应用。

（2）教学内容

导电性、热电性能、介电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用。

（3）重点和难点

重点：导电件、热电性能的物理本质、影响因素

难点：介电性能的物理本质、影响因素

17.材料的光学性质（2学时）

（1）基本要求

解释光的物理本质及其与材料的作用；解释材料的透光性；解释光与着色原理。

（2）教学内容

光的物理本质及其与材料的作用.材料的透光性,着色原理。

（3）重点和难点

重点：光的物理本质及其与材料的作用

难点：着色原理

四、达成课程目标的途径和措施

1.本课程的教学方法

本课程涉及到的教学方法有“讲授法”、“案例教学法”、“多媒体视频法”、“学生授课法”“课堂

讨论法”“学生作业讲解”等，具体根据教学内容和FI标不同采取更合适的教学方法。

绪论、第一章至第三章以及第十二至第十五章部分授课以“讲授法”为主，并与课堂学生讨

论等互动方式配合使用。解释每一章讲授结束后，均布置课后习题，覆盖所讲内容的难点

和重点。学生完成作业并自己讲解作业，进行难点问题讨论。

第四章至第十一章部分授课以“学生授课法”、“课堂讨论法”为主，要求学生课前预习自学，

并下载文献视频制作讲稿PPT文件，课上以学生讲解和课堂讨论为主，增强学生学习自主

性，提高学生对所学理论知识的理解。

要求学生结合自己的专业方向和兴趣，自选文献案例，进行对材料性能影响的各种因素的

综合分析，作为开卷考试部分的素材资料。

2.教学手段

本课程采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可

将抽象的内容生动化，将动画视频、录像及图片穿插到教学内容中，使学生“身临其境'地

学习，达到课程目标要求，“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。

3.课外阅读要求

推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文

献）等多种手段获取信息，进行课前学习、课后复习和课外阅读，既能加深对教学内容的

理解.，又能拓展专业视野，紧跟行业发展前沿。

4.多环节训练

（1）作业（课堂讲解）

（2）课堂讨论

（3）期末考试

五、课程综合记分方法

课程考核由作业（课堂讲解/案例选题/讨论）、期末考试三部分组成，内容须覆盖全部课

程目标和毕业要求指标点。

各考核环节及所占比重见下表：

考核环节比重（％）

作业（课堂讲解）10

课堂讨论10

期末考试80

总计100

（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）

评分标准：

1.作业：每次作业按百分制评分，总评后折算成10分。

作业（课堂讲解）的评分标准

观测点85To0分75〜84分60〜74分V60分

完成进度严格按照作业要求并基本按照作业要求不能按照作业要不能按照作业要

及时完成并及时完成求，未及时完成求，未及时完成

作业质量概念清晰，计算完全概念基本清晰，计概念不清晰，计概念错误，计算

正确，分析合理，结算基本正确，分析算部分错误，分错误，未给出分

论有效基本合理，结论基析不合理析

本有效

课后题讲解/思路清晰，表达准思路较清晰，表达表达不清晰，概讲解错误，不能

讨论确，积极发言进行沟基本准确，概念基念有错误，发言进行有效沟通，

通交流，仪态大方。本清楚，发言比较交流比较被动。举止不得体。

积极，仪态较大

方。

1.课堂讨论：每次课堂讨论按百分制评分，总评后折算成10分。

课堂讨论的评分标准

观测点85~100分75-84分60-74分V60分

完成进度严格按照要求并及基本按照要求并及时不能按照要求，不能按照要求，

时完成完成未及时完成未及时完成

案例选题案例符合选题，相案例比较符合选题，案例比较符合选案例不符合选

关度高，内容充实相关度较高，内容较题，相关度不题，相关度不

充实高，内容不充实高，内容不充实

课堂讲解思路清晰，表达准思路较清晰，表达基表达不清晰，概讲解错误，不能

确，仪态大方。本准确，概念基本清念有错误，仪态进行有效沟通，

楚，仪态较大方。不大方。举止不得体。

3）期末考试：期末考试成绩是通过考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程知识点。按

期末考试的标准答案和评分标准百分制评分，总评后折算成80分。

为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设

计。

试卷蓝图设计

课程目标对应试题把握能力层次目标分值百分比

（%）

了解理解应用

1―*///10-155-1015-2515-25

2二5-105-105-1015-3015-30

三5-1010-1515-2515-25

3四////////25-3525-3525-35

100

六、评估方法

本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计

并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分

析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过

程、评估结果、教学反思和持续改进）。

课程目标1评估设计

学习成果学习任务、过程和观测

预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点

1.解释材料力学性能解释材料力学性能（强度、塑性、冲作业一（课后题讲解/

与物理性能的基本概击韧性等）与物理性能（热、磁、讨论）

念、性能指标、物理九、忌）空平慨心、KtHLIHVh（忸

期末考试第一题填空题

本质。氏模量、弹性极限、屈服强度、硬度

1,2,3,4,

等）和物理本质。

5,7,8,9,

13,15,17

2.解释材料力学性利用所学材料的力学性能及物理性能期末考试

能与物理性能的工程的知识，进行案例分析。

应用。

课程目标2评估设计

学习成果学习任务、过程和观测

预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点

1、解释解释材料在解释材料在不同力（拉伸、压缩、变作业二（课后题讲

不同力的作用下变动载荷等）的作用下的弹性变形、塑解/讨论）

形和断裂失效过性变形和断裂机理分析及性能指标的

期末考试第二题简

程。意义。

答题1

2、分析材料失效类根据材料断裂后的宏观与微观断裂特期末考试笫二题简

型。征，分析材料断裂类型和失效原因。答题2

3、运用断裂力学理根据所学知识，进行计算作为选材依作业（课后题讲解/作业完成

论进行断裂失效分据会判断安全性。讨论）情况

析计算解释。