《材料科学与工程基础》课程教学大纲
课程代码：050332022
课程英文名称：Materials Engineering Introduction
课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0
适用专业：高分子材料与工程
大纲编写（修订）时间：2017. 06
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
材料科学与工程基础是高等工科院校高分子材料与工程专业一门获得材料工程的概框和基础知识的专业基础选修课。它主要简要介绍材料工程的基础知识，是该专业学生学习材料工程知识的入门课程，也是新生入学专业教育课程，以使学生明了材料工程的内容和学习材料专业的意义。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1.了解材料工程所涉及的范围和领域；
2.了解材料的基本性能、失效与防护、表面技术；
3.了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的性能、制造及加工等方法的基本知识；
4.了解新材料的种类、应用领域、及其发展状况。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：了解材料的基本性能、材料表面技术，金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料制造及加工方法和工艺。
2.基本能力：能够根据应用环境要求选择材料类型和根据结构要求选择材料制造及加工方法和工艺。
3.基本技能：材料基本性能的测定。
（三）实施说明
1.教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本知识的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。若有条件可现场参观材料的生产加工过程或聘请企业工程技术人员讲授。
2.教学手段：本课程以理论为主，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
（四）对先修课的要求
无先修课要求。
（五）对习题课、实验环节的要求
1.本课程对习题课和实践环节无要求。
2.作业题内容以基本概念、基本知识为主，作业要能起到巩固知识，提高分析问题、解决问题能力。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
（六）课程考核方式
1.考核方式：考查。
2.考核目标：基本知识。
3.成绩构成：根据出勤、作业、随堂测验等综合给定总成绩。
（七）参考书目
《材料科学与工程概论》，杜双明编，西安电子科技大学出版社，2011
《材料概论》，赵长生编，化学工业出版社，2004
二、中文摘要
本课程是高分子材料与工程专业选修的一门理论基础课程。以使学生了解材料的基本性能、表面技术，以及金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的基本性能、基本制造及加工方法和工艺等。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定一定的基础。
三、课程学时总体分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分概述
总学时(单位：学时):3 讲课:3 实验:0 上机:0
具体内容：
材料的定义与分类；材料与社会发展；材料科学与工程的定义及四要素
重点：
材料科学与工程四要素
难点：
材料科学与工程的定义
基本要求：
熟悉材料的定义与分类；了解材料与社会发展；了解材料科学与工程的定义、四要素。
习题：
材料科学与工程四要素
第2部分材料的基本性能
总学时(单位：学时):3 讲课:3 实验:0 上机:0
具体内容：
材料的力学性能；材料的物理性能；材料的耐环境性能
重点：
材料的力学性能
基本要求：
熟悉材料的力学性能；了解材料的物理性能和耐环境性能
习题：
力学性能指标
第3部分材料的失效与防护工程
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
材料失效的分类；失效诊断技术和方法；金属材料的失效模式；陶瓷材料与高分子材料的失效模式；材料失效的预防；零件的缺陷与无损检测技术
重点：
失效诊断技术和方法
难点：
材料的失效模式及失效机理
基本要求：
熟悉材料失效的分类；了解失效诊断技术和方法；熟悉金属、陶瓷和高分子材料的失效模式；了解材料失效的预防；了解零件的缺陷与无损检测技术。
习题：
失效诊断技术和方法
第4部分材料表面处理技术
总学时(单位：学时):3 讲课:3 实验:0 上机:0
具体内容：
材料表面工程应用及分类；表面淬火；化学表面热处理；电镀和化学镀；气相沉积技术；离子注入技术；热喷涂技术；堆焊技术；熔覆技术；其他表面涂覆技术。
重点：
材料表面工程应用及分类
基本要求：
熟悉材料表面工程应用及分类；了解表面淬火、化学表面热处理、电镀和化学镀、气相沉积技术、离子注入技术、热喷涂技术、堆焊技术、熔覆技术以及其他表面涂覆技术。
习题：
材料表面处理方法及工艺
第5部分金属材料
总学时(单位：学时):3 讲课:3 实验:0 上机:0
具体内容：
钢铁材料的分类、牌号；金属材料的制备；金属材料的加工工艺；金属材料的热处理
重点：
钢铁材料；金属材料的热处理
基本要求：
熟悉钢铁材料的分类、牌号；了解金属材料的制备、加工工艺；熟悉金属材料的热处理习题：
钢的牌号；金属材料的加工工艺及热处理
第6部分无机非金属材料
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
陶瓷材料概念、原料及分类；陶瓷结构与性能；陶瓷的制备工艺；典型的陶瓷材料
重点：
陶瓷结构与性能
基本要求：
了解陶瓷材料概念、原料及分类；熟悉陶瓷结构与性能；了解陶瓷的制备工艺和典型的陶瓷材料
习题：
陶瓷的特性及应用
第7部分高分子材料
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
高分子材料的种类、特性及用途；高分子材料的聚集态结构；高分子材料合成原理；高分子材料合成方法；高分子材料成型加工
重点：
高分子材料的种类、特性及用途
基本要求：
熟悉高分子材料的种类、特性及用途和高分子材料的聚集态结构；了解高分子材料合成原理、合成方法及成型加工
习题：
高分子材料的特性及用途
第8部分复合材料
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
复合材料的定义、命名、组成、分类及特性；复合材料的增强体；复合材料的基体；复合材料的应用
重点：
复合材料的增强体；复合材料的基体
基本要求：
理解复合材料的定义、命名、组成、分类及特性；熟悉复合材料的增强体和基体；了解复合材料的应用
习题：
复合材料的特性及应用
第9部分新材料简介
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
纳米材料；超导材料；环境材料；生物材料；新能源材料；形状记忆材料；信息材料；磁性材料
基本要求：
了解新材料的种类、特性及应用习题：
新材料的特性及应用
第一组 材料的刚性越大，材料就越脆。F 按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，以下哪一种是错误的：D A. 正弹性模量（E） B. 切弹性模量（G） C. 体积弹性模量（G） D. 弯曲弹性模量（W） 滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性，它与下列哪个因素无关B A 温度； B 形状和大小； C 载荷频率 高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而A A. 上升； B. 降低； C. 不变。 金属材料的弹性模量随温度的升高而B A. 上升； B. 降低； C. 不变。 弹性模量和泊松比之间有一定的换算关系，以下换算关系中正确的是D A. K=E /[3(1+2)]； B. E=2G (1-)； C. K=E /[3(1-)]； D. E=3K (1-2)； E. E=2G (1-2)。 7.Viscoelasticity”的意义是B A 弹性；B粘弹性； C 粘性 8.均弹性摸量的表达式是A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/（△V/V） 9.金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内C GPa A.10-102、＜10，10-102 B.＜10、10-102、10-102 C.10-102、10-102、＜10 10.体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。T 11.虎克弹性体的力学特点是B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为，高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下，材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex F 第二组 1.对各向同性材料，以下哪一种应变不属于应变的三种基本类型C A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 扭转； D. 均匀压缩 2.对各向同性材料，以下哪三种应变属于应变的基本类型ABD A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 弯曲； D. 均匀压缩 3.“Tension”的意义是A A 拉伸； B 剪切； C 压缩 4.“Compress”的意义是C A 拉伸；B剪切； C 压缩 5.陶瓷、多数玻璃和结晶态聚合物的应力-应变曲线一般表现为纯弹性行为T 6.Stress”and “strain”的意义分别是A A 应力和应变；B应变和应力；C应力和变形
材料科学与基础习题集和答案 第七章回复再结晶，还有相图的内容。 第一章 1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。 2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001 等。 3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。 4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。试求镁单位晶胞的体积。已知Mg 的密度3 Mg/m 74.1=m g ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。 5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问： 1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？ 6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？ 7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。试确定在镍的 （100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。 8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。试问： 1) 13 m 中有多少个硅原子（与氧原子）？ 2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？ 9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移 动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/ 原子）。 10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
材料工程基础》课程教学大纲 课程代码：050231021 课程英文名称：Fundamentals of Materials Engineering 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：金属材料工程专业大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标材料工程基础是金属材料工程专业学生必修的专业基础课，是学位课，是从事材料科学与工程专业技术领域人员必备的课程。 本课程主要讲授液态金属成形工艺、金属塑性成形工艺、金属连接成形工艺、粉末冶金成形、非金属材料成形工艺及各种材料成形工艺方法的选择原则。通过学习，使学生初步具备为不同零件的生产选择合理的制造方法的能力，为其他相关课程如工程材料学、热处理原理与工艺学以及从事新材料成形研究奠定必要的基础，同时使学生具有对典型的金属材料零件分析讨论使用不同的成形方法制造的能力。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1.掌握液态金属成形的工艺设计、浇注系统、冒口、冷铁等的设计基本原则；掌握顺序凝固的应用，同时凝固的应用；掌握砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造等特种铸造方法的原理、特点和应用；了解3D 打印等先进成形技术； 2．掌握自由锻件图设计和模锻工艺；掌握板料冲压、挤压、拉拔、轧制等工艺特点和应用；了解超塑性成形、液态模锻等先进塑性成形工艺。 3.掌握金属连接成形原理和方法；掌握电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护电阻焊、等离子弧焊与切割、压力焊、钎焊等焊接工艺原理、特点及应用；了解焊接缺陷的检验方法；了解电子束焊接等现代焊接方法。 4.掌握粉末冶金成形工艺的方法、特点和应用。 5.掌握塑料、橡胶、陶瓷成形方法的特点和应用。 6.掌握各种材料成形工艺选用原则和方法。对具体典型的金属材料零件如暖气片、机床床身、大口径地下输水管、黄铜水龙头、发动机缸体、汽车铝轮毂、大型发电子转子、大批量齿轮毛坯、柴油机曲轴、连杆、半轴、硬币、汽车面板、火车钢轨、铜线、钢瓶、船体、硬质合金刀具、显示器壳体等分析讨论使用不同的成形方法制造的合理性。 7.了解国家相关政策，了解“一带一路”政策给材料成形带来的挑战以及机遇。 8.了解各种成形方法的设备。 9.了解各种新的材料成形方法。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握材料成形方法的一般知识，主要掌握金属材料成形的常用方法及特点。 2.基本理论及方法：掌握液态金属各种成形方法及工艺设计，浇注系统、冒口、冷铁的设计基本原则，掌握铸造缺陷及检验方法，掌握特种铸造方法的原理；掌握塑性成形方法的原理及工艺设计，锻件图设计，板料冲压、挤压、拉拔、轧制等工艺，掌握模型锻造的零件结构特点；掌握金属连接成形的方法及工艺设计，电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护电阻焊、等离子弧焊与切割、压力焊、钎焊等工艺，掌握焊接接头的组织和性能，掌握焊接缺陷及检验方法；掌握粉末冶金成形工艺的方法、特点和应用；掌握塑料、橡胶、陶瓷成形方法的特点和应用；
《工程材料》教学大纲 一、教学基本目标 《工程材料》课程是高等院校机械类专业的一门必修的技术基础课，是机械设备设计合理选择材料和使用材料的基础。通过教学使学生： 1．了解工程材料的发展，了解非金属材料的分类及其应用，了解新材料、新工艺； 2．掌握机械工程材料的基本理论及基本知识，熟悉金属材料的分类及其应用；（毕业要求1-3） 3．熟悉铁碳相图、钢的热处理工艺、合金化等基本知识，掌握材料的成分、组织、性能之间的关系，具有分析机械工程材料性能的能力；（毕业要求1-3）4．能够根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材的能力；（毕业要求1-3） 5．能够根据机械零件使用条件和性能要求，制定结构零件热处理工艺的能力。（毕业要求1-3） 二、课程涉及知识技能 本课程通过课堂教学、实验、综合作业等综合教学环节，训练以下知识技能（毕业要求1-3）： 1．掌握工程材料基本理论及基本知识，具备根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力； 2．掌握铁碳相图和钢的合金化原理相关知识，具备分析材料、成份和组织和性能关系的能力； 3．掌握钢的热处理工艺、目的及其应用，具备根据材料的性能需求选择热
处理工艺的能力； 4．培养学生自主学习的能力和材料性能分析的工程意识； 5．通过材料金相试样制备及金相组织观察实验，具备分析材料成份、组织和性能关系的能力； 6．设计典型机械零件材料热处理工艺实验，具备分析不同热处理工艺对材料组织和性能影响能力。 三、相关能力培养 1．具有根据工业需求选择材料及制定热处理工艺的初步能力；（毕业要求1-3） 2．具有设计实验方案、进行实验、分析和解释数据的能力； 3．通过分组实验研究与讨论，培养学生具有团队意识和人际交流能力； 4．通过工程材料的选择与应用，培养学生工程设计的安全意识和社会责任感；（毕业要求1-3） 5．具有自主学习的能力。 四、教学基本内容 绪论 1. 了解材料的发展简史及工程材料研究的对象 2. 熟悉工程材料的分类 第 1 章材料的结构与性能 1. 掌握常见的纯金属晶体结构和合金的晶体结构 2. 掌握实际金属中的晶体缺陷 3. 熟悉金属材料的力学性能，了解金属材料的工艺性能和理化性能 4. 了解金属晶体中的晶面和晶向 5. 了解组织和性能的关系 第2章金属材料组织和性能的控制 1. 掌握纯金属的结晶过程 2. 掌握细晶强化的措施 3. 掌握匀晶相图、共晶相图、包晶相图和共析相图的分析 4. 掌握铁碳合金中的相和组织的概念，掌握相图中重要的点和线的含义，
选择题第一组 1.材料的刚性越大，材料就越脆。（）B A. 正确； B. 错误 2.按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，以下哪一种是错误的：（）D A. 正弹性模量（E）； B. 切弹性模量（G）； C. 体积弹性模量（G）； D. 弯曲弹性模量（W）。 3.滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性，它与下列哪个因素无关（） B A 温度； B 形状和大小； C 载荷频率 4.高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而（）。A A. 上升； B. 降低； C. 不变。 5.金属材料的弹性模量随温度的升高而（）。B A. 上升； B. 降低； C. 不变。 6.弹性模量和泊松比ν之间有一定的换算关系，以下换算关系中正确的是（） D A. K=E /[3(1+2ν)]； B. E=2G (1-ν)； C. K=E /[3(1-ν)]； D. E=3K (1-2ν)； E. E=2G (1-2ν)。 7.“Viscoelasticity”的意义是（）B
A 弹性； B粘弹性； C 粘性 8、均弹性摸量的表达式是（）A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/（△V/V） 9、金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内（GPa）C A、10-102、＜10，10-102 B、＜10、10-102、10-102 C、10-102、10-102、＜10 10、体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。 11、虎克弹性体的力学特点是（）B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为，高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下，材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex （）B A. 正确； B. 错误
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案 第二章 2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。 2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。 2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？ 2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。 2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。 2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式： （1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合 （3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合 （5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合 2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？ 2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？ 2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？ 2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？ 2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？ 2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？ 2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？ 2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？
材料科学基础考研经 典题目
16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18.为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19.在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样 条件下，单相固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因
《机械工程材料》教学大纲 修订单位：机械工程学院材料工程系 执笔人：吕柏林 一、课程基本信息 1.课程中文名称：机械工程材料 2.课程英文名称：Mechanical Engineering Materials 3.适用专业：机械设计制造及其自动化 4.总学时：48学时 5.总学分：3学分 二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务 机械工程材料课程是为机械类本科生开设的必修课，本课程的主要目的是使学生通过本课程的学习，掌握金属材料，非金属材料，材料热处理以及材料选用等方面的技术基础知识．本课程的任务是结合校内金工教学实习，使学生通过工程材料的基础知识，材料处理，材料选用基础的学习，获得常用机械工程材料方面的实践应用能力，也为进一步学习毛坯成型和零件加工知识以及其它有关课程及课程设计，制造工艺方面奠定必要的基础。 三、理论教学内容与教学基本要求 （一）教学基本要求： １．熟悉工程材料的基本性能 ２．掌握金属学的基础知识，包括金属的晶体结构，结晶，塑性变形与再结晶，二元合金的结构与结晶． ３．掌握运用铁碳合金相图，等温转变曲线，分析铁碳合金的组织与性能的关系． ４．熟悉各种常规热处理工艺以及材料的表面热处理技术． ５．掌握常用工程材料（包括高分子材料，陶瓷材料）的组织，性能，应用与选用原则．（二）理论教学内容 1．绪论（2学时） 课程的目的和任务 ;教学方法和教学环节 ;学习要求与方法 2．工程材料的机械性能（2学时） 强度，刚度，硬度，弹性，塑性，冲击韧性 3．金属的晶体结构和结晶（6学时） 常见的三种晶体结构 ;金属实际结构及晶体缺陷 ;金属的同素异构转变4．金属的塑性变形与再结晶（6学时）
《土木工程材料》课程教学大纲 一、课程的性质和学习目的 1、本课程的性质和任务 《土木工程材料》是土木工程专业的一门重要专业技术基础课, 是直接为土木工程实际问题服务的一门重要的学科。 《土木工程材料》是研究土木工程用材料结构、性能、标准及相互关系的一门科学，并且研究如何选用和组配复合材料。通过本课程的学习，使学生掌握各种材料内部组成、结构、技术性能、技术标准及其相互关系。培养学生合理选用和组配新型复合材料的能力。 2、课程的基本要求： （1）掌握砂石材料、水泥、水泥混凝土、沥青混合料的组成结构、技术性质及其关系；掌握矿质混合料、水泥混凝土、沥青混合料配合比设计； （2）熟悉石灰、沥青及钢材的组成结构、技术性质及技术要求； （3）了解各种外加剂的性能；了解部分新建筑材料的技术性能及发展趋向； （4）了解石灰、水泥凝结硬化原理；沥青混凝土强度理论；集料的级配理论；沥青乳化机理。 （5）了解土木工程中合成高分子材料的主要制品及应用、了解建筑功能材料的主要类型及特点。 3、本课程与其他课程的关系 在学习本课程之前, 应学完《数学》、《物理》、《化学》、《材料力学》、《工程地质》等课程，以便同学在学习本课程的过程中充分运用过去学过的知识。它是后续专业课的基础。二、本课程学习和考核的内容 绪论（2学时） 教学内容：土木工程材料发展概况，土木工程材料在土木工程建筑结构物中的作用，以及在经济发展中的意义；课程研究的对象和内容、要求和学习方法。 教学目标：了解土木工程材料在土木工程建筑结构物中的作用，以及在经济发展中的意义；明确本课程在本专业中的地位，了解本课程研究的对象和内容、要求和学习方法。 重点：土木工程材料在土木工程建筑结构物中的作用，土木工程材料的发展概况。 难点：土木工程材料在土木工程建筑结构物中的作用 （一）土木工程材料的基本性质（2学时） 教学内容：材料学的基本理论，材料的物理性质、力学性质、材料的耐久性。 教学目标：了解材料学的基本理论，掌握材料的物理性质、力学性质，掌握材料的物理—力学性质相互间的关系及在土木工程中的应用，掌握材料耐久性的基本概念。 重点：材料的物理—力学性质相互间的关系及在土木工程中的应用。 难点：材料的物理性质。 （二）天然石料（2学时） 教学内容：岩石的组成与分类、岩石的力学性能与测试方法、常用石料品种
《材料科学与工程基础》 课程讲授要点 3-5 复合材料组成与结构（45分钟，1学时） 3-5-1 复合材料的定义及分类 定义：组成、结构、制备、性能四方面特征 分类：重点介绍现代复合材料体系 3-5-2 复合材料的组成及特性 组成：基体、增强体（或功能体）、界面相 PMC、MMC、CMC、C/C及无机胶凝复合材料的基本组成 特性：一般特性和性能特点 3-5-3 复合材料的结构 常见结构、典型结构、“连通性”概念 3-5-4 复合材料的界面 界面的形成过程：三个阶段、界面的相互置换 界面结构及性能特点：相当体积分数的界面相、“梯度”性能、界面缺陷、残余应力界面相的功用：力的传递、力的分配、破坏过程中应力的再分配组合力学性能和复合 效应产生的根源所在。 界面破坏机制：5种基本破坏形式、组合破坏机制 界面理论：5种基本界面理论、界面设计与控制的概念 界面处理：玻纤、碳纤、有机纤维的一般表面处理方法、偶联剂处理的作用机理 4-1 复合材料的性能（90分钟、2学时） 4-7-1 复合材料性质的复合效应 1. 复合材料各组元（相）不同功用：基体、增强体、功能体、界面相 2. 复合效应 混合效应（组分效应）：适合于材料固有性质，对材料界面、缺陷、结构局部挠动 等不敏感，表现为各种形式的混合律。 混合律公式：材料性能取决于材料组成（体积分数或重量 分数） 协同效应：包括界面效应、尺寸效应、量子尺寸效应、乘积效应、系统效应、混杂效应、诱导效应等。适合于材料的传递性质（力、声、光、电、磁）不 仅取决于材料的组成，更取决于材料的结构、界面性质、缺陷局部挠动、 工艺因素等，复合材料的本质特征
16.简述金属固态扩散的条件。 答：⑴扩散要有驱动力——热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性——前提条件；⑶足够高温度——动力学条件；⑷足够长的时间——宏观迁移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？ 答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定，这种过冷称为成分过冷。成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳定。当成分过冷区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长，使固溶体的生长形态为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。所以成分过冷是造成固溶体合金在非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？ 答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所以间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样条件下，单相 固溶体合金凝固的形貌又如何？分析原因 答：正的温度梯度指的是随着离开液—固界面的距离Z 的增大，液相温度T 随之升高的情况，即0>dZ dT 。在这种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的，当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时，它的生长速度就会减慢甚至停止，周围部分的过冷度较凸起部分大，从而赶上来，使凸起部分消失，这种过程使液—固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成分过冷，在液体处于正的温度梯度下，相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形，其大小与很多因素有关。此时，成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。可以按液固相界面前沿过冷区的大小分三种情况讨论：⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时，界面不可能出现较大的凸起，此时平界面是稳定的，合金以平面状生长，形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖部将获得一定的过冷度，从而促进了凸起进一步向液体深处生长，考虑到界面的力学平衡关系，平界面变得不稳定，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时，平界面变得更加不稳定，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形成二次轴，以此类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么？试述它们可能产生的途径？ 答：纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径：⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由于位错间有交互作用。在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷，如带割阶的位错运动会放出空位。⑶辐照。高能粒子（中子、α粒子、高速电子）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置，产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主要区别是什么？ 答：一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能，而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。再结晶温
材料工程基础教学大纲 课程编号： 课程名称：材料工程基础 英文名称：Fundamentals of Material Engineering 学时：32 学分：2 适用专业：材料化学 课程性质：限选 执笔人： 先修课程：无机化学、高等数学、化工原理 编写日期：2011年3月 修订日期：2012年3月
材料工程基础教学大纲 一、课程教学目标 材料工程基础课程是材料化学专业的一门学科基础课。围绕材料生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。通过本课程的学习，要使学生获得工程流体力学、传热与传质基础等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能；掌握材料生产过程中相关的工程理论基本知识，具备一定的工程研究能力。 二、教学内容及基本要求 第一章流体力学基础 （1）了解流体的基本物理属性和流体的输送设备。 （2）理解流体静力学、流体动力学、流体流动及流动阻力的基本概念、特性和工程应用。 第二章两相运动现象 （1）了解两相与多相流的专用术语和基本特性参数。 （2）了解粒子-流体的相互作用、连续相方程、流体-固体两相流的数值模拟。 第三章传热学基础 （1）了解传导传热、对流传热、辐射传热、综合传热等基本概念。 （2）掌握温度梯度、热流量的概念，平壁导热、园筒壁导热的计算，影响对流换热的主要因素及对流换热过程的描述，发射率、角系数的概念，物体之间的辐射传热，强化和削弱传热过程的方法。 第四章质量传递基础 （1）了解传质基本概念、分子扩散传质、传质与化学反应。 （2）掌握对流传质中的浓度边界层与对流传质系数、对流传质准数方程。 第五章物料干燥 （1）了解固体物料的去湿方法、物料的干燥方法、湿空气状态的变化过程、水分在气-固两相间的平衡。 （2）掌握对流干燥、传导干燥、辐射干燥、场干燥技术。
“材料科学与工程基础”第二章习题 1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。 ρ铁＝7.8g/cm31mol 铁＝6.022×1023个=55.85g 所以，7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X/(0.287×10-7)3cm3 X ＝1.99≈2（个） 2.在立方晶系单胞中，请画出： （a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。 （c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。 （a ）[211]和[100]之夹角θ＝arctg 2=35.26。 或 cos θ==35.26θ=o （b ） cos θ==35.26θ=o （c ）a=0.5b=0.75z=∞ 倒数24/30取互质整数（320） 3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。 室温下的原子半径R ＝1.444A 。（见教材177页） 点阵常数a=4.086A 最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A 4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。 在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01 所以（2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。 见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。 2 0.9064==。 即纤维的最大体积分数为90.64％。 6、假设你发现一种材料，它们密排面以ABAC 重复堆垛。这种发现有意义吗？你能否计算这种新材料的原子堆垛因子? fcc 和hcp 密排面的堆积顺序分别是ABCABC……和ABAB…,如果发现存在ABACABAC……堆积的晶体，那应该是一种新的结构，而堆积因子和fcc 和hcp 一样，为0.74。 7.在FCC 、HCP 和BCC 中最高密度面是哪些面？在这些面上哪些方向是最高密度方向？ 密排面密排方向 FCC{111)}<110> HCP(0001)(1120) BCC{110)}<111> 8.在铁中加入碳形成钢。BCC 结构的铁称铁素体，在912℃以下是稳定的，在这温度以上变成FCC 结构，称之为奥氏体。你预期哪一种结构能溶解更多碳?对你的答案作出解释。 奥氏体比铁素体的溶碳量更大，原因是1、奥氏体为FCC 结构，碳处于八面体间隙中，间隙尺寸大（0.414R ）。而铁素体为BCC 结构，间隙尺寸小，四面体间隙0.291R ，八面体间隙0.225R ；2、FCC 的间隙是对称的，BCC 的间隙是非对称的，非对称的2
材料科学工程基础总结 材料科学工程基础总结 1、材料科学与工程的四个基本要素：答：1）、使用性能是材料在使用状态下表现出的行为， 是材料研究的出发点和目标，主要决定于材料的力学、物理和化学等性质；2）、材料的 性质是材料对热、光、机械载荷等的反应，主要决定于材料的组成与结构；3）、化学成分和4）组织结构是影响其性质的直接因素；通过合成制备过程，可改变材料的组织结构而影响其性质； 2、材料科学与工程定义：答：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互 关系的知识开发及应用的科学。3、按材料特性？材料分为哪几类？答：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、半导 体材料。4、金属通常分哪两大类？答：黑色金属材料和有色金属材料。 5、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。答：简单金属完 全为金属键，过渡族金属为金属键和共价键的混合，但以金属键为主；陶瓷材料是由一种或多种金属同非金属(通常为氧)相结合的化合物，其主要为离子键，也有一定成分的共价键；高分子材料，大分子内的原子之间结合为共价键，而大分子与大分子之间的结合为物理键。复合材料是由二种或二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合链非常复杂，不能一概而论。
6、在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上 到下元素结构有什么区别？性质如何递变？答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，从左到右，核电荷增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电 子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，从上向下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增强，非金属性降低。 7、原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？答：主量子数n、轨道角 动量量子数li、磁量子数mi和自旋角动量量子数Si。 8、影响配位数的因素。答：共价键数,与结合键类型有关，影响材料的密度。原子的有效 堆积（离子和金属键合）异种离子接近放出能量，不引起离子间的强相互推斥力下，近邻异号离子尽可能多，离子晶体结构更稳定。离子化合物配位数较高，常为6。正、负离子的配位数主要取决于正、负离子的半径比，只有当正、负离子相互接触时，离子晶体的结构才稳定。配位数一定时，正、负离子的半径比有个下限值。 9、比较键能大小和各种结合键的主要特点。答：化学键能>物理键能，共价键能≥离子 键能>金属键能>氢键能>范氏键能；共价键中：叁键键能>双键键能>单键键能。特点：金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电子的共有化，无
《材料科学基础》试题库 一、选择 1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中 __C___。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于 __B___。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无 _A____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是 _B____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为 __C___。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为 _B____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为 __A___。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及 __A___。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值围是 _____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1 《工程材料》课程教学大纲 课程名称：工程材料课程代码：MEAU2012 英文名称：Engineering Materials 课程性质：大类基础课程（专业基础 学分/学时：2学分/36学时 必修课程） 开课学期：第4学期 适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、工业设计等专业 先修课程：材料力学、物理化学、传热学、有机化学 后续课程：无 开课单位：机电工程学院课程负责人：陈长军 大纲执笔人：陈长军大纲审核人：倪俊芳 一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平） 课程性质：本课程是机械设计及其自动化、过程装备与控制工程、热能与动力工程、理论与应用力学专业的技术基础课程之一。使学生获得有关工程结构和机械零件常用的金属材料和非金属材料的基本理论和性能特点，并使其初步具备合理选择与使用材料、正确制定零件的冷热加工工艺路线的能力。 教学目标：工程材料为工程学基础课。作为工程技术人员，必须具有合理选择、正确使用材料的能力。因此，通过本课程的学习，使学生掌握必要的材料方面的基本理论，具有解决工程实践中关于如何选用材料、确定热处理方法、安排某零件的工艺路线等问题的能力。 本课程的具体教学目标如下： 1）掌握金属材料的成分、组织、性能之间的关系 2）了解强化材料的基本方法 3）初步掌握钢的热处理原理及基本工艺 4）熟悉钢的牌号、性能、用途，正确选用材料的基本原则 教学目标与毕业要求的对应关系： 二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：★；难点内容：?） 1、绪论（1学时） 目标及要求： 1)材料与社会经济发展的关系；工程材料及其分类； 2)课程目的、任务与学习方法；课程内容，了解课程的主要教学内容、学 习方法和主要参考资料。 讨论内容： 讨论材料与社会经济发展的关系 作业内容： 掌握材料的概念及其基本的分类。 2、第一章工程材料的性能（2学时） 1.1静载时材料的力学性能 1.2动载时材料的力学性能 1.3断裂韧性 目标及要求： 1)掌握材料的拉伸强度指标，硬度的表达方法； 2)了解材料的冲击韧度与疲劳强度； 3)了解材料的断裂韧性； 讨论内容： 材料科学与工程基础”考试试题–英文原版教材班 （注：第1、2、3题为必做题；第4、5、6、7题为选择题，必须二选一。共100分） 1. Glossary (2 points for each) 1) crystal structure: The arrangement of the atoms in a material into a repeatable lattice. 2) basis (or motif): A group of atoms associated with a lattice. 3) packing fractor: The fraction of space in a unit cell occupied by atoms. 4) slip system: The combination of the slip plane and the slip direction. 5) critical size: The minimum size that must be formed by atoms clustering together in the liquid before the solid particle is stable and begins to grow. 6) homogeneous nucleation: Formation of a critically sized solid from the liquid by the clustering together of a large number of atoms at a high undercooling (without an external interface). 7) coherent precipitate:A precipitate whose crystal structure and atomic arrangement have a continuous relationship with matrix from which precipitate is formed. 8) precipitation hardening: A strengthening mechanism that relies on a sequence of solid state phase transformations in a dispersion of ultrafine precipitates of a 2nd phase. This is same as age hardening. It is a form of dispersion strengthening. 9) diffusion coefficient: A temperature-dependent coefficient related to the rate at which atom, ion, or other species diffusion. The DC depends on temperature, the composition and microstructure of the host material and also concentration of the diffusion species. 10) uphill diffusion: A diffusion process in which species move from regions of lower concentration to that of higher concentration. 2. Determine the indices for the planes in the cubic unit cell shown in Figure 1. (5 points) 第七章回复再结晶，还有相图的容。 第一章 1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][ ][]346,112,021晶向。 2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。 3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。 4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。试求镁单位晶胞的体积。已知Mg 的密度3 Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。 5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问： 1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？ 6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？ 7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。试确定在镍的 （100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。 8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。试问： 1) 13 m 中有多少个硅原子（与氧原子）？ 2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？ 9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体移动， 而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。 10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。 11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。 1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？ 2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。 12.设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。晶体中有一条位错线de fed ,段在滑移面上并平行AB ，ef 段与滑《工程材料》课程教学大纲
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