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《材料科学基础I》实验教学大纲 一、课程基本情况 课程代码： 1011139010 课程名称：材料科学基础I/ Fundamentals of terials Science Ⅰ 课程类别：专业必修课 课程性质：必修 课程类型：课程实验 总学分：2.5 总学时：40 实验/实践学时：8 适用专业：材料成型及控制工程、技术与工程 适用对象：本科 先修课程：机械制造基础、金工实习、材料科学基础 开课学院：材料科学与工程学院 二、课程简介 本课程的内容包括三种典型晶体结构的原子模型堆垛及分析、金相试样的制备及不同条件下的组织观察，通过实验使学生掌握三种典型晶体结构的原子排列特征以及金相试样的制备方法和金相显微镜的正确使用方法，能够使用金相显微镜观察不同条件下的金相组织，并能够通过组织观察来分析材料的相应性能特点，在实际生产中可以结合组织与性能之间的关系来检测工件的缺陷及工艺问题等的产生原因，从而寻找解决办法。 三、实验教学目标 1.掌握三种典型晶体结构的原子模型堆垛方法，培养学生理论联系实际的学习方法。 2.掌握金相试样的制备方法和金相显微镜的正确使用方法，锻炼学生的动手操作能力。 3.掌握金相组织观察的正确方法，并能把观察到的组织特征与材料的成分和性能特点联系起来，提高学生分析问题和解决问题的能力。 四、实验项目及学时安排 序号 实验项目名称 实验 学时 实验 类型 实验 要求 每组 人数 备注 1 晶体结构原子模型的堆垛与分析 2 验证性 必做 2 2 金相试样的制备与显微镜的使用 2 综合性 必做 1 3 铁碳合金平衡组织观察 2 验证性 必做 1 4 金属塑性变形与再结晶后组织观察 2 验证性 必做 1 注： 1．实验类型：分“演示性”、“验证性”、“综合性”、“设计性”、“创新性” 2．实验要求：分“必做”、“选做” 3．每组人数：指教学实验项目中在每套仪器设备上同时完成本实验项目的人数。如2人合用一台显微镜，则每组人数为2人；5人合用一台仪器则每组人数为5。 五、实验内容 实验一 晶体结构原子模型的堆垛与分析实验 实验目的： 1.熟悉三种典型晶体结构中常用晶面、晶向的几何位置、原子排列和密度； 2.熟悉面心立方和密排六方晶体结构中，密排面的堆垛顺序； 3.熟悉三种晶体结构中的四面体间隙和八面体间隙的位置和分布。 实验设备： 玻璃盒、塑料小球、晶体结构模型。 实验内容及步骤： 1.仔细观察晶胞模型，熟悉三种典型金属晶体结构空间原子的排列方法。 2.用塑料小球堆垛出三种典型晶体结构中常用晶面上原子的排列。 3.分析所堆晶面上原子分布特征，画出原子分布，计算晶面密度。 4.确定面心立方和体心立方晶体密排面和密排方向，并进行标注。 5.在密排面上，用小球堆垛出体心立方、面心立方和密排六方晶体结构。 6.借助晶体结构模型，分析体心立方、面心立方间隙位置。 实验二 金相试样的制备与显微镜的使用实验 实验目的： 1.掌握金相试样的制备过程和基本方法 2.了解金相显微镜的基本原理和构造，掌握金相显微镜的正确使用方法。 实验设备： 砂纸、玻璃板、金相试样抛光机 实验内容及步骤： 1.了解金相试样的制备方法及过程，按照金相试样制备程序制备出一块在金相显微镜下观察无磨痕、组织清晰的金相试样。 2.学习金相显微镜的原理、构造和使用注意事项，了解显微镜各部件的位置、作用，熟悉显微镜的操作规程，正确选用物镜和目镜、进行光阑调节，调焦等操作。 3.用金相显微镜观察自己制备的45钢或T12钢试样，画下组织图，标明材料名称、热处理工艺、组织、放大倍数、腐蚀剂等项。 实验三 铁碳合金平衡组织观察实验 实验目的： 1.识别碳钢和白口铸铁平衡组织的特征； 2.牢固建立铁碳合金中成分、组织和性能之间的变化规律； 3.会用杠杆定律估算碳钢中的含碳量。 实验设备： 金相显微镜、金相试样一套 实验内容及步骤： 1. 对所给试样进行细致观察，研究每一个试样的组织特征，并根据铁碳相图分析其组织形成过程。 2. 根据观察的组织特征，绘出每个试样显微组织的示意图。 3. 选择一个试样用杠杆定律估算其含碳量。 实验四 金属塑性变形与再结晶后组织观察实验 实验目的： 1.了解金属经冷加工变形和再结晶以后显微组织及机械性能的变化； 2.讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。 实验设备： 金相显微镜、金相试样一套 实验内容及步骤： 1.观察不同变形程度试样的组织特征，分析组织变化的原因，画出试样的组织示意图。 2.观察不同再结晶退火条件下的组织特征，分析组织变化的原因，画出组织示意图； 3.观察变形度对再结晶退火后晶粒大小的影响； 六、实验报告格式 实 验 名 称 （一）实验目的 （二）实验设备 （三）实验内容及步骤 （四）结果与分析 （五）问题讨论