材料科学基础课程教学大纲.docx

材料科学基础课程教学大纲 （Fundamentals of Material Science） 一、课程概况 课程代码：0102004 学分：3.5 学时：56（其中：讲授学时50，实验学时6） 先修课程：高等数学、大学物理、工程力学、金工实习 适用专业：材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程建议教材：朱张校. 工程材料(第5版). 北京: 清华大学出版社, 2017.6 石德珂. 材料科学基础(第2版).北京: 机械工业出版社, 2018.5 课程归口：航空与机械工程学院/飞行学院 课程的性质与任务：本课程是高等学校材料成型及控制工程专业、机械类和近机类专业的专业基础必修课程。 通过本课程的学习，学生掌握机械工程材料的化学成分、结构、组织与性能之间的内在联系，在各种条件下的变化规律以及强化材料的基本工艺方法；了解新材料、新工艺、新技术及发展概况。培养学生合理选用机械工程材料、制定金属材料的加工工艺路线、以及通过适当的热处理工艺来改变材料性能的能力，养成科学严谨、一丝不苟的学习习惯，培养学生的质量意识和工匠精神，为后续专业课程及实验环节和将来处理实际复杂工程问题打下良好基础。 二、课程目标 目标1：掌握材料科学的基本理论和基本知识，能认识到解决机械工程中材料应用方面的相关问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。 目标2：掌握常用工程材料的组织成分和性能之间的一般规律，根据机械零件的服役条件和失效形式，通过文献研究及实验方案设计的基本原理、方法，调研和分析材料成型工艺、模具设计与制造领域复杂工程问题的解决方案，合理选用相应的工程材料，培养科学严谨的习惯和工匠精神。 本课程支撑专业培养方案中毕业要求2-3、毕业要求4-1，对应关系见下表。 毕业要求观测点 （说明：H-强支撑） 课程目标 目标1 目标2 毕业要求2-3（H） √ 毕业要求4-1（H） √ 三、课程内容及要求 结合本课程专业教育，有机融入以下思政元素：培养学生具有科学严谨的习惯、良好的职业道德和工匠精神。 本课程主要由以下内容组成：（理论教学50个学时） （一）材料结构与性能的基本知识（6学时） 1.教学内容 （1）绪论 （2）金属材料结构：原子结构、原子结合键、原子的排列方式。 （3）金属材料的性能： = 1 \* GB3 ①理化性能； = 2 \* GB3 ②力学性能：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等； = 3 \* GB3 ③工艺性能：铸造、锻造、焊接、切削性能及热处理（后续详讲）。 （4）其他工程材料，高分子、陶瓷、复合材料的结构与性能特点。 2.基本要求 （1）金属材料的原子构成、结合键本质。 （2）金属材料的性能及其衡量指标。 （3）高分子、陶瓷、复合材料的结构与性能特点。 思政元素：通过我国各类材料发展现状的介绍，激励新一代青年学生学习材料专业知识的热情和动力，激发学生的国家使命感和爱国主义情怀。 （二）材料的晶体结构与晶体缺陷（4学时） 1.教学内容 （1）晶体学基本概念：晶体与非晶体，典型的三种晶体结构，晶向及晶面指数标定，晶体的各向异性。 （2）晶体的三种缺陷： = 1 \* GB3 ①点缺陷的类型、产生，过饱和点缺陷的产生，点缺陷与材料的行为； = 2 \* GB3 ②位错的定义、分类、特点与滑移运动，柏氏矢量的定义与特点，位错的应变能、线张力、应力场及其与其他缺陷的交互作用，位错的合成与分解反应及其规律，实际晶体的位错的柏氏矢量，单位位错与不全位错； = 3 \* GB3 ③面缺陷，晶体的界面、结构与晶界能，表面、表面能、表面吸附、晶界内吸附，界面能与显微组织的变化； = 4 \* GB3 ④晶体的三种缺陷对材料组织和性能的影响。 （3）合金的晶体结构：离子晶体与共价晶体的结构与性能特点。 2.基本要求 （1）典型的三种晶体结构及特征常数。 （2）晶向及晶面指数的标定。 （3）晶体的三种缺陷对材料组织和性能的影响。 （4）晶体与非晶体、离子晶体与共价晶体的结构与性能特点。 思政元素：通过材料微观结构与宏观性能联系的介绍，结合社会热点事件涉及的核心材料，培养学生的社会责任感。 （三）材料的结晶与凝固（4学时） 1.教学内容 （1）金属结晶过程中：结晶的热力学条件及结构条件。 （2）晶核的形成与长大，固液界面的微观结构与晶体生长形态的关系、晶体长大机制。 （3）多晶型（同素异构）转变。 （4）固溶体的平衡及不平衡结晶过程，成分过冷概念及对晶体成长形状的影响。 （5）共晶合金的凝固、凝固组织及其偏析缺陷。 （6）制造工艺与凝固组织（铸锭与铸件、连续铸造与熔化焊的凝固组织）。 2.基本要求 （1）金属结晶的热力学条件及结构条件。 （2）晶核形成与长大、固液界面微观结构与晶体生长形态