《材料科学基础A》教学大纲.docx

材料科学基础A教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03130121课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（理论64学时）先修课程：大学物理、高等数学C等后续课程：材料综合实验、工程材料设计创新等适用专业：材料成型及控制工程、新能源材料与器件、材料科学与工程、焊接技术与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明材料科学基础A是材料类专业的一门学科基础必修课。本课程以凝聚态物理为基础，主要讲授材料的化学成分、组织结构、性能、加工工艺及其之间的关系和变化规律、金属材料和热处理工艺方法等基础知识，为后续课程及从事材料设计、材料制备、材料加工等工作奠定必要的学科基础。本课程注重材料科学的基本理论知识的学习，培养运用材料科学的基础理论知识分析和解决实际工程问题的能力和严谨求实、勇于创新的科学精神，并且能够从材料的内部结构探讨其性能与行为变化，揭示材料结构与性能的内在联系及变化规律，兼顾材料研究的前沿课题介绍，培养应用创新型人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握材料的化学成分、组织结构、性能和加工工艺等材料科学的基础理论知识，理解材料的内在结构与性能的内在联系及变化规律。课程目标2：能正确运用材料的化学成分、组织结构、性能和加工工艺之间的关系及变化规律等科学原理分析和解决材料设计、材料制备、材料加工等中的工程问题并得出有效结论；能够从材料的内部结构探讨其性能与行为的变化关系。课程目标3：了解新材料的应用、热处理新技术及材料研究的前沿课题，能利用材料科学原理初步对复杂工程的应用问题进行研究、设计和创新，并对应用结果进行合理分析和解释；融入课程思政，培养学生爱岗敬业、积极进取、严谨求实、勇于创新的科学精神和爱国主义情怀。三、课程目标与毕业要求材料科学基础A课程教学目标对材料类专业毕业要求的支撑见表I0表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决复杂材料类专业工程问题。课程目标1：掌握材料的化学成分、组织结构、性能和加工工艺等材料科学的基础理论知识，理解材料的内在结构与性能的内在联系及变化规律。H2.问题分析2.3能够运用相关知识，并通过文献研究分析材料类专业相关复杂工程问题，以获得有效结论。课程目标2：能正确运用材料的化学成分、组织结构、性能和加工工艺之间的关系及变化规律等科学原理分析和解决材料设计、材料制备、材料加工等中的工程问题并得出有效结论；能够从材料的内部结构探讨其性能与行为的变化关系。H3.设计/开发解决方案3.1能够针对材料类专业领域的复杂工程问题进行分析和研究，设计出具体解决方案。课程目标3：了解新材料的应用、热处理新技术及材料研究的前沿课题，能利用材料科学原理初步对复杂工程的应用问题进行研究、设计和创新，并对应用结果进行合理分析和解释；融入课程思政，培养学生爱岗敬业、积极进取、严谨求实、勇于创新的科学精神和爱国主义情怀。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点郸对应的课程目标1 .材料的结构及晶体缺陷1.1 材料的结合方式1.2 晶体学基础知识1.3 材料的晶体结构1.4 合金的相结构1.5 点缺陷1.6 线缺陷1.7 面缺陷教学要求：使学生掌握材料的结合方式和晶体学的基础知识；掌握典型的金属晶体结构并能够标定其晶面指数和晶向指数；掌握合金相结构的基本概念和类型；了解共价晶体和离子晶体的晶体结构；掌握晶体的点缺陷、位错和面缺陷的基本概念，位错的运动、反应和增殖；了解位错的应力场分析。重点：典型的金属晶体结构及其晶向指数和晶面指数的标定；合金相结构的基121、3本概念；位错的类型、运动和反应。难点：空间点阵、位错的运动、位错的弹性应力场。2.纯金属的结晶2.1 纯金属的结晶过程2.2 金属结晶的热力学条件2.3 晶核形成2.4 晶核长大2.5 结晶理论的应用教学要求：使学生掌握纯金属结晶的过程、热力学条件、形核机制和长大规律；了解单晶、非晶和准晶的制备和性能特点。重点：金属的结晶过程、均匀形核、非均匀形核、晶体长大规律。难点：均匀形核、非均匀形核。61、33.相图3.1 相图的基本知识3.2 二元合金相图的基本类型3.3 铁碳相图及铁碳合金3.4 三元合金相图教学要求：使学生了解相图的建立；掌握二兀匀晶相图、共晶相图、包晶相图、铁碳相图、三元相图的表示方法；掌握杠杆定律，并能够计算相或组织的相对量；了解三元合金相图。重点：二元合金的基本相图、铁碳相图和杠杆定律；三元相图的表示方法。难点：铁碳相图和三元合金相图。141、2、34.金属的塑性变形、强化机制、回复与再结晶4.1 金属的塑性变形4.2 金属的强化机制4.3 回复4.4 再结晶4.5 晶粒长大教学要求：使学生掌握金属塑性变形的机制、塑性变形对金属组织和性能的影响、金属的强化机制及其应用；掌握回复、再结晶和晶粒长大的特点及应用；了解塑性变形的微观机理、回复动力学和再结晶动力学。重点：金属塑性变形的机制；金属的强化机制；回复、再结晶和晶粒长大。难点：金属的强化机制，动态回复和动态再结晶。81、2、35.扩散5.1 扩散定律5.2 扩散机制5.3 影响扩散的因素5.4 反应扩散教学要求：使学生掌握扩散第一定律、扩散第二定律及应用；掌握扩散机制及影响扩散的因素；了解反应扩散。重点：扩散第一定律、扩散第二定律及应用。难点：扩散定律的应用；扩散机制。61、2、36.固态相变及热处理6.1 概述6.2 扩散型相变6.3 无扩散型相变6.4 钢的热处理原理6.5 钢的热处理工艺教学要求：使学生了解固态相变的的类型和特点，掌握扩散型相变、无扩散型相变和贝氏体相变；掌握热处理原理、退火、正火、淬火、回火及表面热处理的特点和应用；了解先进热处理技术。重点：扩散型相变和无扩散型相变；钢的退火、正火、淬火、回火、渗碳的特点和应用。难点：扩散型相变和无扩散型相变；热处理原理。101、2、37.金属材料及新材料7.1 工业用钢7.2 铸铁7.3 有色金属及其合金7.4 新材料教学要求：使学生了解合金元素在钢中的作用，铸铁的石墨化及其影响因素；掌握碳钢、合金钢及铸铁的种类、牌号、成分、组织、性能及应用；掌握铝合金和铜合金的分类；了解铝及铝合金、铜及铜合金、新材料的性能特点及应用。重点：碳钢、合金钢及铸铁的种类、牌号、成分、组织、性能及应用。难点：合金元素在钢中的作用；铸铁的石墨化及其影响因素。82、3合计64五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解化学成分、组织结构、性能和加工工艺之间的关系及变化规律等基础知识，在掌握材料分析方法基础上，具有运用理论知识解决和分析在材料成型过程中有关材料和热处理问题的能力。六、课程资源L推荐教材(1)赵品，谢辅洲I,孙振国.材料科学基础教程M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2016.2 .参考书(1)石德珂，王红洁.材料科学基础(第3版)M.北京：机械工业出版社,2021.(2)胡康祥，蔡南，戎咏华.材料科学基础(第3版)M.上海：上海交通大学出版社,2010.(3)崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理(第3版)M.北京：机械工业出版社.2020.(4)潘金生，仝健民，田民波.材料科学基础M.北京：清华大学出版社.2011.3 .期刊(1)张淑兰，李红，徐李军，王昌.连续冷却过程中微合金钢铁素体相变测量方法研究J.材料导报,2018,32(5):419-422.(2)邹芹，周鑫，李艳国，王明智.SiC复合材料的研究进展与展望J.中南大学学报,2020,51(11):3220-3229.(3) P.Bajaj,A.Hariharan,A.Kini,P.Kiirnsteiner,D.Raabe,E.A.Jagle.Steelsinadditivemanufacturing:AreviewoftheirmicrostructureandpropertiesJ.MaterialsScience&EngineeringA,2020,772:138633(4)王惠芬，杨碧琦，刘刚.航天器结构材料的应用现状与未来展望J.材料导报,2018,32(5):395-398.(5)王国栋.金属材料先进热处理装备、工艺和产品研发J.金属热处理,2016,41(1):1-7.(6)马博文，余万华，姚常桂.TRIP590钢贝氏体区的等温转变规律J.材料热处理学报,2019,40(8):145-151.4 .网络资源(1)王红洁等.材料科学基础.慕课https:/www.icourse163.orgcourseXJTU-1207110815?tid=1207459224(2)赵杰等.材料科学基础.慕课httpswww.icourse163.orgcourseDUT-1001944005?tid=1002047013(3)李铸国等.材料科学基础.慕课httpswww.icourse163.org/course/SJTU-12058128027tid=1206093210(4)蒋敏等.金属学及热处理.慕课https:/www.icoursel63.org/course/NEU-12061368147tid=1206449225七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考课堂表现12(1)根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核,满分100分。(2)以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。552核课程作业12(1)主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；(2)每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。(3)以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。651章测躯16(1)主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；(2)每次章节测验单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。(3)以章节测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。781期末考核60(1)卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。(2)主要考核掌握晶体学的基础知识、晶体结构、晶体缺陷、纯金属的结晶、二元相图和三元相图、固态相变、常见的热处理方法，扩散定律、扩散机制及影响因素、金属的塑性变形、强化机制、常见金属材料等内容。(3)考试题型为：选择题、填空题、判断题、简答题和分析题等。27