四川理工学院本科课程实施大纲-材料科学与工程学院

四川理工学院本科课程实施大纲-材料科学与工程学院内容摘要：

单元七 教学目标 掌握位错的基本类型，理解位错运动和相互作用 教学内容（含重点、难点） 内容：位错的基本概念 位错的能量及交互作用 重点：位错的基本类型和位错柏氏矢量 难点：位错的运动及交互作用 教学过程 （ 1）理想晶体的理论剪切强度的估算 理想晶体按照“刚性滑移”模型进行塑性变形，估算出理想晶体的理论剪切屈服强度为： 思考： 点缺陷对材料物理性能、力学性能产生怎样的影响。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 23 位错：晶体中两个尺度较小、一个尺度较大的原子位置错排区 （ 1）位错的基本类型 （ 2）位错的柏氏矢量 刃位错的柏氏矢量垂直于位错线 相差数量级 实际晶体的剪切强度 实际晶体中存在位错，且其具有易动性 思考： 三种位错的主要区别在哪里。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 24 螺位错的柏氏矢量平行于位错线 混合位错的柏氏矢量既不垂直也不平行于位错线 柏氏矢量与位错线的关系 柏氏矢量的表示方法（柏氏矢量既要表示其方向还要表示其大小） 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 25 柏氏矢量的特性： ①唯一性 ②加和性 ③守恒性 的运动 （ 1）位错的滑移运动：位错线在其滑移面内的运动 刃位错的滑移 螺位错的滑移 位错环的滑移 （ 2）刃位错的攀移 （ 1）位错应变能：位错线周围原子间的相对位移使晶体的能量明显升高，这部分能量称为位错的应变能。 思考： 柏氏矢量与晶向指数的区别。 思考： 想一想正负攀移产生的条件有何不同，它们对材料的体积有何影响。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 26 单位长度螺位错的应变能 单位长度刃位错的应变能 （ 2）位错线张力：位错线抵抗自身伸长或弯曲的力，数值上等于单位长度位错的应变能 （ 3）位错线相互作用 两平行螺位错间的互作用力 同一滑移面内两平行刃位错间的互作用力 平行刃位错与螺位错间无互作用力 （ 4）位错反应 位错反应的条件 思考： 请试着推导 单位长度螺位错和 单位长度刃位错的应变能。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 27 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 作业： P135 第 4， 5， 10 题 思考：为什么要人为地规定位错线及其柏氏矢量的正方向。 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材第四章第二节内容，并回答如下问题：。 教学单元八 教学目标 掌握晶界能、表面能的概念了解界面能对显微组织的影响 教学内容（含重点、难点） 内容：晶体中的界面 重点：表面界面对材料性质的影响 难点：晶界能、表面能的计算 教学过程 （ 1）小角度晶界的结构 是指相邻晶粒间界面两侧晶粒的位向差小于 10176。 的界面 典型的结构是由多个柏氏矢量相同的刃位错排列成的位错墙位错间距Ｄ为： 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 28 （ 2）大角度晶界：相邻晶粒间界面两侧晶粒的位向差大于 10176。 的界面 （ 3）晶界能：单位面积晶界使晶体能量增高的部分 （ 1）晶体表面原子结合的特点 （ 2）表面能γ S：单位面积表面使晶体能量增高的部分 思考： 怎么计算大小角度晶界的晶界能。 思考： 想一想与内部原子相比，表面原子有何特点。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 29 （ 3）晶体的表面形貌 （ 4）表面能对材料性能的影响 3. 表面吸附与晶界内吸附 （ 1）吸附现象：外来原子或气体分子在界面上富集的现象 物理吸附 （ 2）表面吸附 化学吸附 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 思考：生活中那些地方利用到 了吸附现象。 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材第四章第三节内容，并回答如下问题：什么是大角度晶界，什么是小角度晶界。 教学单元九 教学目标 思考： 想一想表面能会对材料的性质产生怎样的影响。 思考： 生活中那些现象是吸附现象呢。 思考： 各自的特点及应用。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 30 掌握金属不同相结构形成的机制 教学内容（含重点、难点） 内容：材料的相结构 重点：不同相结构形成的机制 难点：化合物形成的条件，晶体结构 教学过程 相：体系中聚集状态、成分、结构、性能相同且与其他部分有界面隔开的均匀部分或连续变化的部分 （ 1）固溶体 ①间隙固溶体：半径较 小的溶质原子位于溶剂原子的间隙中所形成的固溶体 ②置换固溶体：半径较大的溶质原子占据溶剂晶格的某些结点所形成的固溶体 ③固溶体中溶质原子的偏聚与有序 b. 有序固溶体（超结构） 思考： 这两种固溶体形成时，各自的条件是什么。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 31 （ 2）化合物（中间相） 正常价化合物 电子化合物化合物 尺寸因素化合物 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 思考：材料的相与组织之间是怎么样的关系。 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材 第五章第一节内容，并回答如下问题：什么是固溶体，什么是中间相，两者的区别是什么。 教学单元十 教学目标 掌握二元相图的基本类型，能利用杠杆定理进行平衡相相对含量计算 教学内容（含重点、难点） 内容：二元相图及其类型 重点：二元相图的基本类型及平衡结晶过程的分析 难点：不平衡结晶分析 教学过程 思考： 想一想这种有序结构会对材料的性质带来怎样的影响。 思考： 各种化合物形成的条件，晶体结构，结合键是什么。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 32 （ 1）相图的建立 （ 2）成分分度 at.%— wt%— （ 3）相律 （ 1）匀晶相图及固溶体的结晶 ①匀晶相图：只有匀晶转变的相图 匀晶转变：一个液相结晶为一种固相的转变 ②固溶体的平衡结晶过程 (以 CuNi 合金为例 ) ③杠杆定理 思考： 想一想相律对于我们建立正确的相图有什么作用。 思考： 想一想 ，根据相律一元 系相图中单相区，双相区，三相区是什么。 思考： 请试着分析 CuNi 合金平衡结晶过程。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 33 ④固溶体的不平衡结晶 （ 2）共晶相图及结晶分析 ①共晶转变：一个确定成分的液相 ,在确定的恒温下 ,同时结晶出两个确定成分的固相的转变 ②典型合金平衡结晶过程分析 ③不平衡结晶及其组织 ：非共晶成分的共晶体 思考： 想一想杠杆定律怎么推导而来的。 思考： 产生不平衡结晶的原因是什么，它的危害是什么，有什么办法来消除它。 思考： 请学会分析共晶合金，亚共晶合金，过共晶合金的平衡结晶过程，会利用杠杆定律计算某温度下平衡时各相的相对含量，能指出室温下的组织成分。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 34 ：靠近共晶线两端点外侧的合金，在不平衡凝固时所得到的少 量共晶体 . c. 离异共晶 （ 3）包晶相图及结晶分析 ①包晶转变：一个液相与一个成分不同的固相在确定的恒温下生成另一个成分不同的固相 思考： 想一想这三种不平衡结晶形成的条件是什么。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 35 ②典型合金平衡结晶过程分析 ③包晶系合金的不平衡结晶 — 包晶偏析 ④其他类型的二元系相图 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 思考：不平衡结晶产生的条件及其对材料性能的影响 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材第五章第二节内容，并回答如下问题： 1.相图的建立方法有哪些。 思考： 请学会分析具有不同组元含量的合金的平衡结晶过程，会利用杠杆定律计算某温度下平衡时各相的相对含量，能指出室温下的组 织成分。 《 材料科学 基础 》课程实施大纲 36 教学单元十一 教学目标 掌握复杂相图的分析方法 教学内容（含重点、难点） 内容：复杂相图分析 重点：铁碳相图的分析 难点：铁碳相图中不同成分合金的结晶过程分析 教学过程 （ 1）分割相图 （ 2）填写相区 （ 3）分析恒温转变 （ 4）分析。