材料科學基礎(西北工業大學材料學院開設的在校課)

材料科學基礎課程是西北工業大學材料學院開設的在校課程、理論課、國家級精品資源共享課。據2021年10月愛課程官網的教學大綱顯示，材料科學與工程專業、複合材料工程專業學時為112學時、學分為7學分，材料成型及控制工程專業學時為96學時、學分為6學分，學習人數達117500。

材料科學基礎課程共九章內容，包括工程材料中的原子排列、固體中的相結構、凝固、相圖、材料中的擴散、塑性變形、回復與再結晶、固態相變、複合效應與界面。

基本介紹

• 中文名：材料科學基礎
• 外文名：Fundamentals of Materials Science
• 學時：112學時（材料科學與工程專業、複合材料工程專業）、96學時（材料成型及控制工程專業）
• 適應對象：材料類本科生
• 類別：高校線下課程、理論課、國家級精品資源共享課
• 開設院校：西北工業大學材料學院
• 學分：7學分（材料科學與工程專業、複合材料工程專業）、6學分（材料成型及控制工程專業）

課程性質

課程背景

材料在經濟生活中占有一定的地位，新型材料在現代文明中的地位明顯。21世紀湧現出各種各樣的新材料，如結構與功能陶瓷、金屬基複合材料、金屬間的化合物與輕金屬、表面改性、薄膜及生物材料，與以前相比，人類已進入一個材料多樣化的時代。由於新材料、新技術對材料理論的需求和推動作用，“材料科學與工程”這一新的學科應運而生。

課程定位

材料科學基礎課程是材料類各專業最的專業基礎課。以金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及複合材料為對象，從材料的電子、原子尺度入手，介紹了熱力學、動力學理論及納觀、微觀尺度組織、細觀尺度斷裂機制及巨觀性能。既具有較強的理論性，又與生產實踐緊密相關。

適應專業

材料科學基礎課程適合材料科學與工程、材料成型及控制工程、複合材料工程等專業學習。

課程大綱

課堂課程大綱

第一章 工程材料中的原子排列 1.1原子之間的鍵合 1.2晶體學的基本概念及點陣類型 1.3晶向指數和晶面指數及其表示方法 1.4金屬的晶體結構特點 1.5陶瓷的晶體結構 1.6晶體缺陷的類型及特徵 第二章 固體中的相結構 2.1固溶體的分類、結構特點及性能 2.2金屬間化合物相的分類、特點及性能 2.3陶瓷晶體相的結構及特點 2.4玻璃相及其形成 第三章 凝固與結晶 3.1結晶的基本規律 3.2結晶的基本條件 3.3晶核的形成 3.4晶體的長大 3.5結晶理論的套用 第四章 相圖 4.1相、相平衡及相圖製作 4.2二元勻晶相圖 4.3二元共晶相圖 4.4二元包晶相圖 4.5其它二元要相圖 4.6二元相圖的分析方法 4.7相圖的熱力學解釋 4.8鑄錠（件）的組織與偏析

4.9三元相圖 第五章 材料中的擴散 5.1擴散定律及其套用 5.2擴散的微觀機理 5.3擴散的熱力學理論 5.4反應擴散 5.5一些影響擴散的重要因素 第六章 塑性變形 6.1金屬的應力—應變曲線 6.2單晶體的塑性變形 6.3多晶體的塑性變形 6.4合金的塑性變形 6.5冷變形金屬的組織與性能 第七章 回復與再結晶 7.1冷變形金屬在加熱時組織和力學性能的變化 7.2回復 7.3再結晶 7.4再結晶後的晶粒長大 7.5金屬的熱變形 第八章 固態相變 8.1固態相變類型 8.2固態相變理論簡介 8.3固態相變主要類型舉例 第九章 複合效應與界面 9.1複合材料、增強體及複合效應 9.2複合材料增強原理 9.3複合材料的界面

實驗課程大綱

實驗一：金相顯微分析（2學分） 1、了解金相顯微鏡的構造與使用及金相顯微試樣的製作過程和方法； 2、掌握金相顯微鏡的使用方法。 實驗二：常見金屬晶體結構和原子堆垛（2學分） 1、了解局部與整體、晶體結構與整體結構的關係； 2、理解晶面、晶向以及指數、緻密度等概念。 實驗三：二元合金平衡組織分析（2學分） 1、掌握利用相圖分析合金組織的方法； 2、觀察並描繪六種Pb-Sn合金的顯微組織。 實驗四：二元合金不平衡組織分析（2學分） 1、掌握不平衡凝固的基本特點；

2、描繪三種合金平衡與不平衡結晶條件下的組織； 3、描繪各種共晶組織形態，認識影響共晶體中兩相形態因素。 4、掌握布氏硬度、洛氏硬度計的操作方法。 實驗五：鐵碳合金平衡組織分析（2學分） 1、認識各種成分碳鋼的組織形態及其變化規律； 2、分析並描繪所觀察鐵碳合金的顯微組織。 實驗六：金屬的塑性變形與再結晶（2學分） 1、了解冷塑性變形對金屬組織的影響及回復、再結晶後的晶粒形態、大小和性能的變化規律； 2、描繪不同變形度、同一變形度不同溫度加熱的銅試樣的顯微組織。

教學計畫

課堂課程

• 材料科學與工程專業、複合材料工程專業

各教學環節學時分配

章節題目	講課	討論課	實驗課	合計
緒論	1	-	-	1
第一章 工程材料中的原子排列	12	-	4	16
第二章 固體中的相結構	5	2	-	7
第三章 凝固與結晶	9	-	-	9
第四章 相圖	33	2	6	41
第五章 材料中的擴散	5	-	-	5
第六章 塑性變形	9	-	-	9
第七章 回復與再結晶	10	2	2	14
第八章 固態相變	4	-	-	4
第九章 複合效應與界面	4	2	-	6
合計	92	8	12	112

• 材料成型及控制工程專業

各教學環節學時分配

章節題目	講課	討論課	實驗課	合計
緒論	1	-	-	1
第一章 工程材料中的原子排列	10	-	4	14
第二章 固體中的相結構	5	2	-	7
第三章 凝固與結晶	9	-	-	9
第四章 相圖	24	2	6	32
第五章 材料中的擴散	5	-	-	5
第六章 塑性變形	8	-	-	8
第七章 回復與再結晶	8	2	2	12
第八章 固態相變	4	-	-	4
第九章 複合效應與界面	4	-	-	4
合計	78	6	12	96

實驗課程

各教學環節學時分配

序號	實驗項目	學時	實驗內容	實驗類型
1	金相顯微分析	2	1、了解金相顯微鏡的構造與使用。 2、分別用明、暗視場觀察20鋼及夾雜物的金相組織。 3、製備20鋼金相試樣，並在顯微鏡下觀察。	基礎
2	常見金屬晶體結構的原始堆砌特徵	2	1、多面體球出bcc、fcc、hcp結構日及相應的四面體、八面體間隙，觀察其間隙位置和大小，找出最密排面和最密排方向。 2、沿最密排方向用鋼球堆砌出三種晶體結構的堆切次序。 3、觀察晶體中的位錯模型。	驗證
3	二元合金平衡組織分析	2	1、觀察並描繪六種Pb-Sn合金的顯微組織。 2、分析討論以上合金組織的形成過程。	驗證
4	二元合金不平衡組織分析	2	1、觀察並描繪三種合金平衡與不平衡結晶條件下的主持，並注意兩種條件下的組織差異。 2、觀察並描繪各種共晶組織形態，認識影響共晶體中兩相形態因素。 3、學習布氏硬度、絡氏硬度計的操作方法。	驗證
5	鐵碳合金平衡組織分析	2	1、分析並描繪所觀察鐵碳合金的顯微組織。 2、測定五種硬度試塊的HB,HR值。 3、學習布氏硬度、絡氏硬度計的操作方法。	驗證
6	金屬的塑性變形與再結晶	2	1、觀察並描繪不同變形度、同一變形度不同溫度加熱的銅試樣的顯微組織。 2、測定不同變形，及同一變形度不同加熱的銅試樣的布氏硬度。 3、定鋁片經過不同變形度變形後的相同加熱溫度下再結晶晶粒大小。	綜合

教學目標

1、掌握位錯的應力場和應變能及位錯的運動與互動作用。

2、掌握合金相的主要類型及形成條件、影響因素和性能特點，掌握玻璃相的形成條件。

3、掌握晶體長大條件、界面類型、長大機制及固溶體形態，了解凝固理論解釋或說明實際生產問題。

4、掌握二元勻晶、共晶、包晶相圖平衡、非平衡凝固成分變化規律，掌握複雜三元共晶合金結晶過程中相與組織的轉變規律。

5、掌握擴散第一、第二定律的表達式及適用的條件，各符號的意義和單位，了解擴散的實際套用，如滲碳過程等。

6、掌握合金塑性變形的特點及固溶強化、彌撒強化的機理，掌握塑性變形對晶體微觀組織結構、化學性能的影響。

7、掌握冷塑性變形金屬發生回復、再結晶和晶粒長大的條件，了解動態再結晶的微觀機制、性能特點等。

8、了解主要固態相變理論的基本思想，了解典型的固態相變特點，了解固態相變的類型。

9、了解複合材料的分類，了解複合材料增強原理，了解界面類型、結合原理及性能。

教學要點

教學思想

材料科學基礎課程是一門理論性和實踐性均較強的課程，它概念多、術語多、定性描述多、內容多，但公式、定律少。故該課程的教學思想為：理解基本概念，掌握基本理論和基本公式。

教學手段

• 教學儀器

序號	儀器名稱
1	OLMPUS GM3光學金相顯微鏡
2	Lecia光學金相顯微鏡
3	蔡氏金相顯微鏡
4	金相式樣拋光機
5	洛氏硬度計
6	布氏硬度計
7	箱式電阻爐
8	多媒體投影機

教學要求

通過對材料科學基礎課程的學習，使學生掌握材料科學的基本理論、基本概念和基本技能，學會如何分析、解決工程實際問題，建立基本的工程思維方式，並初步具有材料研究、測試和加工的能力。

學習預備

預備知識

學習材料科學基礎課程需要先修高等數學、物理化學、理論力學、材料力學等課程。

學習資料

• 配套教材

書名	作者	出版時間	出版社
《材料科學基礎（第二版）》	劉智恩	2003年	西北工業大學出版社

• 參考教材

書名	作者	出版時間	出版社
《材料科學基礎》	胡庚祥、蔡珣	2000年	上海交通大學出版社
	潘金生、仝健民	1998年	清華大學出版社
《材料科學基礎（第二版）》	石德珂	2000年	西安交通大學出版社

考核標準

• 考核方式

1、理論教學成績由單元測驗和期末考試成績確定。考試採用閉卷考試。

2、實驗教學成績由實驗課教師根據實驗報告情況給出。

3、討論課成績由教師根據學生在討論課上的參與態度和發言的情況給出。

• 成績標準

總成績=（單元測驗成績×40％＋期末考試成績×60％）x70%+實驗課成績×15%+討論課成績×15%。

所獲榮譽

2016年6月28日，材料科學基礎課程被中華人民共和國教育部認定為“第一批國家級精品資源共享課”。

教學團隊

姓名	教學職稱	職務
王永欣	教授	課程負責人
陳錚		主講教師
孫曉燕	副教授
盧艷麗
張靜	講師
谷智
陳彥	工程師
謝紅霞