《材料科学基础》教学大纲-朱德贵.pdf

材料科学基础教学大纲

课程名称：材料科学基础

英文名称：FundamentalsofMaterialsScience

课程学科类别：工学材料科学与工程类

学时与学分：102/7；80/5

先修课程：高等数学、普通化学、普通物理、物理化学、理论力学等

课程教学目标：

1．帮助学生获得必需的材料科学基础知识，掌握材料科学发展基本规律；

2.接受从事材料科学与工程研究的基本实验能力的培养，掌握材料光学组织分析与样

品制备的基本技能；提高认识材料、了解材料、分析材料的能力；

3.牢固树立起材料的成分—工艺—结构—性能的相互关系。

适用学科专业：材料科学与工程

教学手段与方法：面授与实验相结合

基本教学内容与学时安排

材料科学基础I的内容如下：

第一章晶体结构

1．晶体学基础

（1）晶体与非晶体，晶体结构与空间点阵、晶胞、Bravais点阵、晶系

（2）晶面、晶向指数的表示方法，晶带、晶带轴

2．金属和合金的晶体结构

（1）典型金属的晶体结构（fcc、bcc、hcp）亚金属晶体结构特点

（2）合金相的晶体结构：固溶体、中间相

3．陶瓷材料的晶体结构：离子晶体陶瓷，共价晶体陶瓷，非晶型陶瓷

第二章晶体材料中的缺陷

1．点缺陷

产生及类型、平衡浓度及对晶体性能的的影响

2．线缺陷：位错

（1）位错学说的产生、位错的基本类型（刃、螺及混合位错）、柏氏矢量的

求法及意义、位错密度

（2）位错运动及作用在位错线上的力

（3）位错的应力场和应变能：螺位错的应力场，刃位错的应力场、位错的

应变能及线张力

（4）位错间的交互作用

（5）实际晶体中的位错（全位错、不全位错）、位错反应和扩展位错

3．面缺陷

晶界结构模型，孪晶界、层错、相界面、表面、界面能及界面特性、陶瓷材

料的界面

第三章相图

1．相图基本知识：相图意义，相平衡条件、相律、相图表示方法与制作（一

元、二元、三元），相图中相的数量、成分及相对量的确定（一元、二元、三元）

2．二元相图：

（1）匀晶相图、共晶和共析相图、包晶和包析相图及二元相图中其它三相

平衡反应，平衡凝固过程和非平衡凝固过程。

（2）二元相图分析方法及应用

3．Fe-FeC相图：相图基本分析，典型合金的平衡凝固过程及显微组织、碳

3

钢、Fe-G相图、铸铁石墨化过程，分类及影响因素

4．三元相图

（1）匀晶相图：形成条件及特点，等温截面图，垂直截面图

（2）固态下完全不互溶的三元共晶相图：立体图、投影图及不同成分点合

金的转变过程，水平截面图，垂直截面图

（3）固态下部分互溶的三元共晶相图：立体图及相区、水平截面图，投影

图及不同合金的组织转变过程，垂直图

（4）四相平衡转变及三元相图分析方法与实例：四相平衡转变的基本类型，

投影图和截面图上的四相平衡转变，复杂三元相图的分析方法及实例

第四章金属和合金的凝固

1、纯金属的凝固

热力学条件、过冷度、凝固过程（形核、长大）

2、合金的凝固

溶质原子分布、成分过冷和固溶体晶体生长形态，共晶合金的凝固。

3、铸锭组织与缺陷

铸绽三晶带形成机制及影响因素，宏观偏析、微观偏析、疏松、缩孔、气孔

和夹杂

第五章材料的变形与强化

1、滑移变形

2、孪生变形

3、金属与合金强化机制

（1）多晶体的塑性变形：晶界及晶粒尺寸的影响：细晶强化

（2）纯金属的形变强化：位错交割、反应、增值

（3）溶质原子对塑性变形的影响：固溶强化

（4）第二相弥散颗粒对塑性变形的影响：弥散强化

4、塑性变形后金属及合金显微组织及性能的变化

晶粒形态改变，亚结构变形、形变织构、残余应力，性能变化

5、回复与再结晶

（1）冷变形金属加热时显微组织、储能及性能变化；

（2）回复：机制、动力学；

（3）再结晶：形核、长大、动力学、影响因素、再结晶后晶粒长大