课程详情
课程评价
spContent=材料是人类生存和文明的物质基础与先导,是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。没有材料科学的发展,就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。本课程探讨工程材料的结构及其转变、强韧化机理等的科学原理,为进一步学习材料科学与工程的专门知识奠定基础。
—— 课程团队
课程概述

一、    基本情况

中文名称:材料科学基础

英文名称:Fundamentals of Materials Science

学时数  :分两学期授课

先修课程:高等数学,物理化学,理论力学,材料力学

 

二、    授课思想

        该课程是材料类专业最主要的技术基础课。以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象,从材料的电子、原子尺度入手,介绍了热力学、动力学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。主要内容包括:材料结构及缺陷,固态材料中原子的迁移,材料的变形与强韧化,凝固与相变理论等。主要目的是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系,为材料性能测试和材料加工奠定基础。

 

三、    课程地位

        对高等学校材料类专业的学生来说,“材料科学基础”课程是一门十分重要的技术基础课程。它是学生在学完基础课程(包括高等数学、大学物理、普通化学、物理化学、理论力学、材料力学等)后,进入专业课程(如材料的力学性能、材料的物理性能、钢的热处理原理及工艺、锻造原理及工艺加工、铸造原理及工艺、焊接原理及工艺等)学习前必须学习的一门课程。因为基础课与工程实际有较大的距离,而专业课程则紧密结合工程实际。这两者之间在思维方式上有较大的差别,因此需要有一个过渡,同时也需要在知识上作进一步的准备。学生通过“材料科学基础”课程,除了学习材料基础的、共性的具体知识外,更重要的是学会如何分析、解决实际问题,建立基本的工程思维方式,这对于培养一个合格的工程师或研究人员是非常重要的。


 


       西北工业大学在材料类学科拥有“材料学”、“材料加工工程”和“材料物理化学”三个国家重点学科,设立“材料科学与工程”和“材料成型及控制工程”两个陕西省名牌专业和“复合材料与工程”一个国防特色专业,“材料科学基础”课程是这三个专业本科生最主要的专业(技术)基础课。

 

四、    教学内容设计思路

        本课程内容是依据以下原则进行设计的:

        1. 在课程内容的选择和各部分比重的确定方面,强调基本理论、基本概念和基本技能的教授,注重基本工程思维方式的培养;

        2. 以教学基本要求为出发点,在教学过程的各环节上将科研工作中的成果、对学科发展的了解和认识,将高性能材料研究方面的成果通过适当的形式融合到授课内容中去以增大教学内容的信息量,增强教学内容的新颖性和时代性,以提高教学效果,处理好基础性和先进性、经典与现代的关系。

 

五、    教学内容

        教学内容以金属材料为主,简单设计涉及陶瓷材料和复合材料的基础理论,强调基本理论、基本概念以及基本技能,适当掌握深度和广度。

        主要教学内容分包括两大部分:

          
          

       

          



 两个层次:

           
  
           

六、    教学安排

        本课程分两部分授课。

        第一部分是整个课程的基础,主要讲授材料的基本结构,包括原子结构及键合、晶体结构、晶体缺陷、固体材料的相结构,最后简单介绍固体材料中原子的运动,即扩散。

        第二部分讲授两个主要的应用理论。首先分析材料的变形机理,并由此总结材料强韧化机理;随后从纯金属凝固入手介绍凝固的基本理论,接下来讨论二元合金的凝固理论,最后将凝固(液-固相变)和固态相变(固-固相变)综合起来,介绍相变基础理论。

        请各位同学根据自己的需求,选自相应内容学习。


课程大纲

课前准备

欢迎选修

MOOC课程学习简明指南

前言

前言

第六章 塑性变形(一):宏观规律

第六章 塑性变形(一):宏观规律 —— 测验

引言

第一讲 应力应变曲线

第六章 塑性变形(一):宏观规律 —— 作业

第六章 塑性变形(二):单晶体塑性变形

第六章 塑性变形(二):单晶体塑性变形 —— 测验

第二讲 单晶体塑性变形-滑移变形

第三讲 单晶体塑性变形-孪生变形

第六章 塑性变形(二):单晶体塑性变形 —— 作业

第六章 塑性变形(三):多晶体塑性变形

第六章 塑性变形(三):多晶体塑性变形 —— 测验

第四讲 多晶体塑性变形

第六章 塑性变形(三):多晶体塑性变形 —— 作业

第六章 塑性变形(四):合金塑性变形

第六章 塑性变形(四):合金塑性变形 —— 测验

第五讲 固溶体的塑性变形

第六讲 聚合型两相合金的塑性变形

第七讲 弥散型两相合金的塑性变形

第六章 塑性变形(四):合金塑性变形 —— 作业

第六章 塑性变形(五):塑性变形引起的变化

第六章 塑性变形(五):塑性变形引起的变化 —— 测验

第八讲 塑性变形后的组织变化

第九讲 塑性变形后的能量变化

第十讲 塑性变形后的力学性能变化

第十一讲 塑性变形后的物理、化学性能变化

第六章塑性变形(五):塑性变形引起的变化 —— 作业

第七章 回复与再结晶(一):回复

第七章 回复与再结晶(一):回复 —— 测验

引言

第一讲 回复的微观机制

第二讲 回复的热力学与动力学

第三讲 影响回复的因素

第四讲 回复后的组织与性能

第七章 回复与再结晶(一):回复 —— 作业

第七章 回复与再结晶(二):再结晶

第七章 回复与再结晶(二):再结晶 —— 测验

第五讲 再结晶的微观机制

第六讲 再结晶的热力学与动力学

第七讲 再结晶温度及影响因素

第八讲 再结晶组织的控制因素

第七章 回复与再结晶(二):再结晶 —— 作业

第七章 回复与再结晶(三):晶粒长大

第七章 回复与再结晶(三):晶粒长大 —— 测验

第九讲 晶粒的正常长大

第十讲 晶粒的异常长大

第十一讲 再结晶后的组织

第七章 回复与再结晶(三):晶粒长大 —— 作业

第七章 回复与再结晶(四):热变形

第七章 回复与再结晶(四):热变形 —— 测验

第十二讲 金属材料的热变形

第七章 回复与再结晶(四):热变形 —— 作业

第八章 凝固与结晶(一):液体结构与凝固宏观规律

第八章 凝固与结晶(一):液体结构与凝固宏观规律 —— 测验

第一讲 液体的结构

第二讲 凝固的宏观现象

第三讲 凝固的条件

第八章 凝固与结晶(一):液体结构与凝固宏观规律 —— 作业

第八章 凝固与结晶(二):均匀形核

第八章 凝固与结晶(二):均匀形核 —— 测验

第四讲 均匀形核的能量变化

第五讲 均匀形核分析

第六讲 均匀形核的形核率

第八章 凝固与结晶(二):均匀形核 —— 作业

第八章 凝固与结晶(三):非均匀形核

第八章 凝固与结晶(三):非均匀形核 —— 测验

第七讲 非均匀形核的能量变化

第八讲 非均匀形核分析

第九讲 非均匀形核的形核率

第八章 凝固与结晶(三):非均匀形核 —— 作业

第八章 凝固与结晶(四):晶核的长大

第八章 凝固与结晶(四):晶核的长大 —— 测验

第十讲 晶核长大机制

第十一讲 晶核长大的形态

第八章 凝固与结晶(四):晶核的长大 —— 作业

第八章 凝固与结晶(五):凝固理论的应用

第八章 凝固与结晶(五):凝固理论的应用 —— 测验

第十二讲 凝固理论的应用

第八章 凝固与结晶(五):凝固理论的应用 —— 作业

第九章 二元合金相图(一):相平衡与相图

第九章 二元合金相图(一):相平衡与相图 —— 测验

第一讲 相平衡与相图测定

第九章 二元合金相图(一):相平衡与相图 —— 作业

第九章 二元合金相图(二):匀晶相图

第九章 二元合金相图(二):匀晶相图——测验

第二讲 匀晶相图与平衡凝固

第三讲 平衡结晶的成分变化

第四讲 杠杆定律

第五讲 非平衡凝固与微观偏析

第六讲 宏观偏析

第七讲 成分过冷

第九章 二元合金相图(二):匀晶相图——作业

第九章 二元合金相图(三):共晶相图

第九章 二元合金相图(三):共晶相图——测验

第八讲 共晶相图分析

第九讲 典型共晶合金平衡凝固

第十讲 共晶组织形成机理与共晶形态

第十一讲 非平衡共晶

第九章 二元合金相图(三):共晶相图——作业

第九章 二元合金相图(四):包晶相图

第九章 二元合金相图(四):包晶相图——测验

第十二讲 包晶相图分析

第十三讲 典型包晶合金凝固

第九章 二元合金相图(四):包晶相图——作业

第九章 二元合金相图(五):其他类型二元合金相图

第九章 二元合金相图(五):其他类型二元合金相图——测验

第十四讲 其他类型二元合金相图

第九章 二元合金相图(五):其他类型二元合金相图——作业

第九章 二元合金相图(六):铁碳合金相图

第九章 二元合金相图(六):铁碳合金相图——测验

第十五讲 铁碳合金相图分析

第十六讲 铁碳合金平衡凝固

第九章 二元合金相图(六):铁碳合金相图——作业

第十章 相变理论概要

第十章 相变理论概要——测验

第一讲 相及其稳定性

第二讲 相变

第三讲 相变与固态相变的特点

第四讲 按相变热力学分类

第五讲 按相变动力学分类

第六讲 按相变结构学分类

第七讲 近代相变理论

第十章 相变理论概要——作业

预备知识

高等数学,物理化学,理论力学,材料力学

 

证书要求

完成全部基本教学单元的学习要求,并参与讨论,最后通过考试者可获得证书。 

参考资料

 

  • 材料科学基础(第四版) 刘智恩 主编  西北工业大学出版社 2013.9

  • 材料科学基础(第三版)  胡赓祥 主编  上海交通大学出版社 2010.5

  • 材料科学基础(第二版)  石德珂 主编  机械工业出版社 2008.9

  • 材料科学基础  赵品 主编  哈尔滨工业大学出版社 1999.8

  • Foundations of Materials Science and Engineering(第四版)Willinam F. Smith 著  机械工业出版社  2006.6

  • Esaentials of Materials Science and Engineering.  Donald R. Askeland 著  清华大学出版社  2005.1

  • Foundations of Materials Science and Engineering(第五版)  Willinam D. Callister 著  化学工业出版社  2004.1