材料科学基础教案.ppt

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1、材料科学基础教案,第一部分 前言第二部分 总纲第三部分 绪论第四部分 材料的结构第五部分 晶体缺陷第六部分 纯金属的凝固第七部分 二元相图第八部分 三元相图第九部分 固体材料的变形与断裂第十部分 回复与再结晶,材料科学是研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系及变化规律的一门科学。材料科学基础的任务是根据工程和科学技术发展的需要设计研制新型工程材料；解决材料制备原理和工艺方法，获取可供使用的工程材料；解决材料在加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理，从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施；创新测试材料成分、组织结构和性能的方法，完善测试技术；合理地选择和使用工程材料。材料

2、科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、结晶理论、二元相图（含铁碳相图）、三元相图、塑性变形理论、再结晶理论等八部分。,第一部分 前言,一、课程性质及教学目的二、课程内容 三、与其它课程的关系 四、教学对象 五、教学时间 六、教学地点 七、教学指导思想 八、教学重点 九、教学难点 十、教学方法 十一、学时分配 十二、教学过程 十三、实验内容 十四、教材及教学参考书,第二部分 总纲,课程性质及教学目的,材料科学基础是材料科学与工程、材料加工与控制等各专业一门重要技术基础课，也是金属材料系为材料工程学院各专业开设的院级必修课。材料科学是研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系及变化规律

3、的一门科学。材料科学基础的任务是根据工程和科学技术发展的需要设计研制新型工程材料；解决材料制备原理和工艺方法，获取可供使用的工程材料；解决材料在加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理，从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施；创新测试材料成分、组织结构和性能的方法，完善测试技术；合理地选择和使用工程材料。本课程的任务是向学生较全面系统地介绍物理冶金原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。,课程内容,材料科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、结晶理论、二元相图（含铁碳相

4、图）、三元相图、塑性变形理论、再结晶理论等八部分。纵观材料科学基础所含内容可知，该课程内容较为庞杂。具有三多的特点；即所谓内容头绪多、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多（名词、定义近300个），由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。,与其它课程的关系,“材料科学基础”是以化学、物理、物理化学、材料力学、金属工艺学和金工教学实习为基础的课程，在学习时应联系上述基础课程的有关内容，以加深对本课程内容的理解。同时本课程是材料科学与工程的基础，在今后学习有关专业课程时，还应经常联系本书的有关内容，以便进一步掌握所学

5、的知识。,教学指导思想,1.从材料科学与工程材料应用的角度出发讲授材料科学基础，体现21世纪教学理念、教学改革精神和世界工程教育思想。2.严格按材料科学基础教学大纲及材料科学基础实验大纲进行教学，注意课程内容的准确定位和整体优化。3.开设的实验及课堂讨论应有利于学生分析问题、解决问题的能力及创新能力培养。,教学重点,1.典型金属的晶体结构。2.晶体缺陷3凝固理论应用4铁碳相图及其应用5三元相图的应用 6塑性变形后的组织与性能7再结晶,教学难点,1.典型金属的晶体结构。2.晶体缺陷3.凝固理论4.铁碳相图的分析与应用 5.三元相图的分析与应用6.塑性变形机理7.再结晶机制,教学方法,采用启发式、

6、归纳类比法、教学模型、电化教学等传统教学方法。采用CAI课件、网络教学课件进行教学。改革实验内容及方法，注重理论联系实际及培养学生分析问题、解决问题的能力，利用电视、计算机等辅助教学手段提高实验教学效果。正确处理材料科学基础与基础课、专业课的关系：即利用基础课所学过的知识来讲授材料科学基础，结合专业特点讲授材料科学基础。采用计算机命题与评分系统，实现教考分离。,学时分配,1讲课 502实验 103课堂讨论 24机动 1 总学时 63,教学过程,1.后次复习前次概念2.本次讲授内容的引入3.新教学内容的讲授过程4.小结5.思考题6 作业,实验内容,1金相试样的制备 1学时2金相显微镜的使用 1学

7、时3铁碳合金平衡组织观察 2学时4金相摄影 3学时5金属塑性变形与再结晶 2学时6位错腐蚀坑观察 1学时,教材及教学参考书,1.,材料科学基础教程 赵品 哈尔滨工业大学出版社 2.材料科学基础教程习题与解答 赵品 哈尔滨工业大学出版社3.材料科学基础 赵品 哈尔滨工业大学出版社 1999年4.金属学原理 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年5.金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年6.金属学教程卢光熙主编 机械工业出版社 1985年7.金属学原理 李 超主编 哈工大出版社 1996年8.材料科学基础 马泗春主编 陕西科学技术出版社 1998年9.材料科学基础石德珂主编 西安交大出版社

8、 1995年,第三部分 绪论,一、教学目的及要求二、主要内容 三、学时安排 四、教学重点 五、教学过程 六、思考题 七、教学参考书,教学目的及要求,使学生了解材料科学的重要地位与作用，工程材料的分类，课程的任务与内容，材料科学基础的学习方法。,主要内容,材料科学的重要地位与作用；工程材料的分类；材料发展简史，本课程的研究对象、任务与内容；材料科学基础的学习方法；教学参考书。,教学重点,使学生了解本课程在专业培养目标及教学计划中的地位、重要性。，以达到按照教学目的要求，学生能够自觉地学好本课程的教学内容。,教学过程,一 讲授内容二 小结三 思考题,思考题,1材料科学在国民经济中的重要地位是什么？

9、2如何对工程材料进行分类？3.材料科学的研究对象及任务是什么？,教学参考书,1材料科学基础 赵品 哈尔滨工业大学出版社 1999年2金属学原理 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年3金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年4金属学教程卢光熙主编 机械工业出版社 1985年5金属学原理 李 超主编 哈工大出版社 1996年6材料科学基础 马泗春主编 陕西科学技术出版社 1998年 7材料科学基础石德珂主编 西安交大出版社 1995年,讲授内容,1、材料在国民经济中的重要地位与作用2、材料的分类3、材料的发展历史4、材料科学的发展方向5、本课程的任务与内容,材料在国民经济中的重要地位与作用

10、,材料是用来制造各种有用物件的物质。它是人类生存与发展、征服和改造自然的物质基础，也是人类社会现代文明的重要支柱。因此史学家将人类发展分为石器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时代和新材料时代。材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科学技术发展的重要标准。材料科学的发展在国民经济中占有极其重要的地位，因此，材料、能源、信息被誉为现代经济发展的三大支柱。,材料的分类,1、按材料的化学成分组成分类 金属材料（黑色金属、有色金属）无机非金属材料（水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷）天然高分子材料（蛋白、淀粉、纤维素）高分子材料 人工合成高分子材料（合成橡胶、合成塑料、合成纤维）复合材料 2、按材

11、料的使用性能分类 结构材料 功能材料,材料的发展历史,1、18081871年，研究并实现了金相分析的方法。2、18711903年，手机、分析及总结了大量实验结 果，导致了系统的理论研究3、19031945年，由研究合金相的平衡状态过渡到从动力学角度研究相的变化。4、1946现在，继续向金属材料因状态不同导致性能差异的方向发展，进一步弄清相变和强化的机理，在更深的层次上研究结构与性能的关系。,材料科学的发展方向,精细化 超高性能化 高功能化 复杂化（复合化、杂化）生态环境化 智能化,本课程的任务与内容,材料科学是研究材料的化学成分，加工过程与其组织、结构和性能之间关系及其变化规律的一门学科。材料

12、的成分不同，则组织结构不同，其性能也不同；材料的成分相同，但加工过程不同则导致组织结构不同，性能也不同。因此化学成分、组织结构是决定材料性能的内因，而加工工艺则是促使材料组织结构变化最终导致性能变化的外因。材料科学的任务是根据工程和科学技术的发展的需要设计研制新型的工程材料；解决材料制备原理和工艺方法，获得可供使用的工程材料；解决材料加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理，从中找出合宜的加工工艺，强化工艺和延寿措施；创新测试材料成分、组织结构和性能的方法，完善测试加速；合理的选择使用材料。材料科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、结晶理论、二元相图（含铁碳相图）、三元相图、塑性变形理论

13、、再结晶理论等八部分。,第四部分 材料的结构,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排四、教学重点五、教学难点六、教学过程七、思考题八、作业九、实验十、教学参考书,教学目的及要求,使学生们掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。,主要内容,材料的结合方式、金属材料的结构、高分子材料及陶瓷材料的结构特点。,教学重点,1、典型金属材料的晶体结构；2、合金相结构3、金属材料的结构与性能的关系；4、高分子材料及陶瓷材料的结构及性能特点。,教学难点,1.晶体结构；2.合金相结构 3.高分子材料、陶瓷材料的结构特点；,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课三、讲授新课四、小

14、结五、思考题六、作业,复习上一节内容,1、材料科学在国民经济中的重要地位是什么？2、如何对工程材料进行分类？3、材料科学的研究对象及任务是什么？,思考题,1三大固体材料的键性如何？2金属的特性是什么？3纯金属的晶体结构有几种类型？4合金相结构有几种？都是什么？5金属材料的性能特点是什么？6高分子材料的结构及性能特点是什么？7陶瓷材料的结构及性能特点是什么？,作 业,1、氯化钠和金刚石各属于那种空间点阵？试计算配位数与致密度。2、试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。3、在立方系中绘出110、111晶面族所包括的晶面，及（112）和（10）晶面。4、（121）与（100）所决定的晶带轴和（00

15、1）与（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。5、计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。6、FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。7、合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点8、在立方系标准投影图上确定极点（111）、（11）、（11）、（1）、（12）、（0）的位置。,实 验,1、金相试样的制备 1学时；2、金相显微镜的使用 1学时。,教学参考书,材料科学基础 赵品 哈尔滨工业大学出版社 1999年2.高分子材料导论 张留成 化学工业出版社 1993年3.工程陶瓷

16、材料 金志浩、周敬恩 机械工业出版社 1986年,讲授新课,1 材料的结合方式2 晶体学基础 3 材料的晶体结构,材料的结合方式,一、化学键 1.离子键 2.共价键 3.金属键 4.范德华键 二、工程材料的键性,离子键,1、形成 当两种电负性相差很大（如元素周期表相隔较远的元素）的原子相互结合时，其中电负性较小的原子失去电子成为正离子，电负性较大的原子获得电子成为负离子，正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键。2、特性 无方向性，无饱和性，结合力很大3、具有离子键物质的特性 离子晶体的硬度高、强度大、热膨胀系数小，但脆性大。离子晶体具有很好的绝缘性。因不吸收可见光，典型的离子晶体是无色透

17、明的。,共价键,1、形成 元素周期表中的A、A、A族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时，原子间不产生电子的转移，以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。这种由公用电子对产生的结合键称为共价键。2、特性 方向性，饱和性，结合力很大3、具有共价键物质的特性 共价晶体强度、硬度高，脆性大，熔点、沸点高，挥发性低。,金属键,1、形成 金属原子结构的特点是外层电子少，原子容易失去其价电子而成为正离子。当金属原子相互结合时，金属原子的外层电子（价电子）就脱离原子，成为自由电子，为整个金属原子所共有。这些公有化的自由电子在正离子之间自由运动形成所谓电子气（或电子云）。这种由金属正离子与电子气之间相

18、互作用而结合的方式称为金属键。2、具有共价键物质的特性、良好的导电性及导热性。、正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。、良好的强度及塑性。、具有金属光泽。,范德华键,1、形成 有些物质的分子具有极性，其中分子的一部分带有正电荷，而分子的另一部分带有负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电引力相引，使之结合在一起称为范德华键（或分子键）。2、特性 结合力较弱3、具有共价键物质的特性 硬度低、沸点低，绝缘性。,工程材料的键性,实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多的是几种键的结合。如果以四种键为顶点作一个四面体，就可以把材料的结合键范围示意地表示在这个四面体上，具

19、体材料地键特性见图。,晶体学基础,1、晶体与非晶体 2、空间点阵 3、晶向指数与晶面指数 4、晶体的晶体的极射赤面投影,晶体与非晶体,1、晶体：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体，如图。2、非晶体：非晶体在整体上是无序的，但原子间也靠化学键结合在一起，所以在有限的小范围内观察还有一定规律，可将非晶体的这种结构称为近程有序。,空间点阵,1、空间点阵：实际晶体中，质点在空间的排列方式是多种多样的为了便于研究晶体中原于、分子或离子的排列情况，近似地将晶体看成是无错排的理想晶体，忽赂其物质性，抽象为规则排列于空间的无数几何点。这些点代表原子(分子或离子)

20、的中心，也可是彼此等同的原于或分子群的中心，各点的周围环境相同。这种点的空间排列称为空间点阵，简称点阵，这些点叫阵点。2、晶胞：从点阵中取出一个仍能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞。3、晶格：将阵点用一系列平行直线连接起来，构成一空间格架叫晶格。a、晶胞选取的条件 b、14种空间点阵，布拉菲点阵,晶胞选取应满足的条件,(1)晶胞几何形状充分反映点阵对称性。(2)平行六面体内相等的棱和角数目最多。(3)当棱间呈直角时，直角数目应最多。(4)满足上述条件，晶胞体积应最小。,14种空间点阵,晶向指数与晶面指数,1.晶向指数和标定 2.晶面指数的标定 3.晶面族与晶向族 4.六方晶面及晶向的指数标定 5

21、.晶带 6.晶面间距,晶向指数和标定,(1)以晶格中某结点为原点，取点阵常数为三坐标轴的单位长度，建立右旋坐标系如图。定出欲求晶向上任意两个点的坐标。(2)“末”点坐标减去“始”点坐标，得到沿该坐标系备轴方向移动的点阵参数的数目。(3)将这三个值化成一组互质整数，加上一个方括号即为所求的晶向指数u v w，如有某一数为负值，则将负号标注在该数字上方。,晶面指数的标定,(1)建立如前所述的参考坐标系，但原点应位于待定晶面之外，以避免出现零截距(2)找出待定晶面在三轴的截距，如果该晶面与某轴平行，则截距为无穷大。(3)取截距的倒数，将其化为一组互质的整数，加固括号得到晶面指数(h k l)。,晶

22、带,相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。立方系晶面（h k l）以u v w为晶带轴必有hu+kv+lw=0反之也成立。两个不平行的晶面（h1k1l1）,(h2k2l2)的晶带轴u v w可如下求得,晶面间距,对于不同的晶面族h k l其晶面间距也不同。总的来说，低指数晶面的面间距较大，高指数晶面的面间距较小、如图113所示。由晶面指数的定义、可用数学方法求出晶面间距，见公式。,材料的晶体结构,1、典型金属的晶体结构 2、共价晶体的晶体结构 3、离子晶体的晶体结构 4、合金相结构,典型金属的晶体结构,晶胞中原子数,合金相结构,1.固溶体 凡溶质原子完全溶于溶剂

23、中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体。2.固溶强化 通常把形成固溶体使强度升高，硬度升高的现象叫做固溶强化。3.固溶体分类 根据溶质原子在溶剂中是占结点位置还是占间隙位置，可将其分为置换固溶体何间隙固溶体。4.中间相 两组元组成的台金中，在形成有限因溶体的情况下，如果镕质含量超过其溶解度时相会出现新相，其成分处在A在B中和B在A中的最大溶解度之间，故叫中间相。种类：（1）正常价化合物（2）电子化合物（3）间隙相与间隙化合物（4）拓扑密堆相,第五部分 晶体缺陷,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验教学

24、 十、教学参考书,教学目的及要求,通过本章的学习，使掌握晶体缺陷的类型、各类缺陷的结构特征、性质及其对材料性能的影响。,主要内容,点缺陷、线缺陷、面缺陷、各类缺陷对结构及性能的影响。,教学重点,1.点缺陷的结构特征及其对性能的影响2.线缺陷的结构特征及其对性能的影响3.面缺陷对结构特征及其对性能的影响,教学难点,1.位错中的柏氏矢量；2.位错的弹性性质；3.实际晶体中的位错；4.错的增殖机制；5.各类缺陷对结构及性能的影响。,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,讲授新课,1、点缺陷；2、线缺陷；3、面缺陷；4、各类缺陷对结构及性能的影响。,思

25、考题,1.点缺陷的类型有那些？点缺陷是热力学平衡缺陷吗？其浓度对金属的性能有那些影响？2.位错有那些基本类型？试说明各种类型位错的位错线t与柏氏矢量b之间关系。3.何为面缺陷？面缺陷有那些基本类型？对金属的性能有那些影响？4.如何用柏氏回路确定柏氏矢量，请以刃型位错为例说明之。5.如何表示晶体中位错密度？金属材料中的位错密度与其强度有何关系？与晶内相比晶界有那些特点？,作 业（1）,1、铜的空位生成能1.710-19J，试计算1000时，1cm3铜所包含的空位数，铜的密度 8.9g/cm3，相对原子质量63.5，玻尔兹曼常数K=1.3810-23J/K。2、如图2-1所示的位错环，说明各段位错

26、的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。,作 业（2）,3、如图2-2，某晶体滑移面上有一个 柏氏矢量为b的位错环，受到均匀切应力作用，试分 析：（1）该位错环各段位错的结构类型；（2）求各段位错所受的力；（3）在的作用下，位错环将如何运动？（4）在的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大？4、画图说明F-R位错源位错增殖过程。5、证明位错密度和弯曲晶体曲率半径R的关系为=1 Rb。6、图3-1表示两个被钉扎的刃位错A-B、C-D，它们的长度均为x，且具有相同的位错线方向和柏氏矢量，每个位错都可作为F-R位错源。假定这两个位错正在扩大，试问位错环在交互作用时，是将位错运动钉扎住，还是形成一

27、个大位错源？如果能够形成一个大位错源，试问该大位错源开动所需临界切应力有多大？,实验教学,位错腐蚀坑的观察 1学时,教学参考书,1、金属力学性质的微观理论 哈宽富 科学出版社 1983年2、材料科学基础 潘金生等 清华大学出版社 2000年,第六部分 纯金属的凝固,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、教学参考书,教学目的及要求,通过本章学习，使学生们掌握结晶的基本过程、结晶的热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用。,主要内容,1.纯金属的凝固过程；2.结晶的热力学条件；3.形核及长大的规律；4.凝固理论的应用。,教学

28、重点,结晶的基本过程热力学条件凝固理论的应用,教学难点,1.结晶的热力学条件；2.形核及长大的规律。,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,思考题,1.液态金属结构与固态金属结构有何区别，试述小体积液态纯金属结晶过程。2.什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？3 比较过冷度、临界过冷度与动态过冷度的区别。4 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？,作 业,1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。2、细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？3、液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？,教学参考书,1

29、金属的凝固 胡汉起 冶金工业出版社 1985年2金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年3金属学教程卢光熙主编 机械工业出版社 1985年4金属学原理 李 超主编 哈工大出版社 1996年5材料科学基础 马泗春主编 陕西科学技术出版社 1998年6材料科学基础石德珂主编 西安交大出版社 1995年,第七部分 二元相图,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验教学 十、课堂讨论十一、教学参考书,教学目的及要求,通过本章学习，使学生们掌握二元相图的基本类型、分析和使用、铁碳相图,主要内容,1.二元相图的基本类型；2.二

30、元相图的分析和使用；3.铁碳相图和铁碳合金。,教学重点,1.二元相图的分析和使用；2.铁碳相图和铁碳合金。,教学难点,1.二元相图的分析和使用；2.铁碳相图的应用,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,讲授新课,1、二元相图的基本类型；2、二元相图的分析和使用；3、铁碳相图和铁碳合金。,思考题,1.二元相图有那些最基本的类型？何为匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、有序-无序转变。2.何为“杠杆定律”，“杠杆定律”的应用范围及用途。3.按含碳量可将铁碳合金分为那几类？它们的力学性能随含碳量的增加有何变化规律？4.何为平衡分配系数？

31、研究固溶体合金凝固时的溶质分布有何实际意义。5.固溶体合金凝固时的生长形态如何？受那些因素控制。,作 业,1、何为成份过冷？影响成份过冷的因素有那些？2、试述区域提纯的原理。3、简述枝晶偏析形成过程和消除方法。4、分析0.45%C，1.2%C和2.3%C 的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成 物的相对量及两相相对量。5、根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求该合金的碳含量。6、简述铸锭三区的形成机理，采用什么方法可使柱状晶更发达？采用什么方法可使中心等轴晶更发达？7、钢中有那些常见杂质？何为钢的“热脆”？何为钢的“冷脆”？如何防止？,实验教学,铁碳合

32、金平衡组织观察 2学时,教学参考书,1金属学原理 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年2金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年3金属学教程卢光熙主编 机械工业出版社 1985年4金属学原理 李 超主编 哈工大出版社 1996年,第八部分 三元相图,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验教学 十、教学参考书,教学目的及要求,通过本章学习，使学生们掌握三元相图类型、定量法则、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。,主要内容,1.三元相图的成分表示方法及定量法则；2三元匀晶相图、三元共晶相图；3.四相平衡转变；

33、4.三元相图应用举例。,教学重点,1.三元共晶相图；2.三元相图应用举例。,教学难点,1三元共晶相图；2四相平衡转变。,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,讲授新课,1、三元相图的成分表示方法及定量法则；2、三元匀晶相图、三元共晶相图；3、相平衡转变；4、三元相图应用举例。,思考题,1、三元相图如何表示合金成份？何为“直线法则”？何为“重心法则”？2、何为三元相图的水平截面、垂直截面和液相面投影图？3、三元合金有那些四相平衡转变？在投影图上有什么特征？4、三元共晶相图有多少个单相区、两相区、三相区？有无四相共存的情况？,作 业（1）,1、固态

34、下完全不互溶的三元共晶相图如图6-1所示，分析O与合金的结晶过程，画出冷却曲线、结晶示意图、注明反应式，并计算室温下组织组成物的相对量。2、固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-2所示，画出过Am、PQ的垂直截面。若三组元的熔点tAtBtC，请画出tB ttA温度下的水平截面。3、液相面投影图如图6-3，分析O合金的结晶过程，画出冷却曲线、结晶示意图、注明反应式，并计算室温下组织组成物的相对量。4、液相面投影图如图6-4，请写出全部四相平衡转变,作 业（2）,实验教学,金相摄影 3学时,教学参考书,1实用三元合金相图 侯增寿、陶岚琴 上海科技出版社 1983年2金属学原理 李 超主编 哈工大出

35、版社 1996年 3金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年,第九部分 固体材料的变形与断裂,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验教学 十、教学参考书,教学目的及要求,通过本章学习，使学生们掌握固体材料变形的基本方式、弹性变形的机制、塑性变形的机理、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化的位错解释。,主要内容,1、弹性变形；2、塑性变形的机理；3、塑性变形对组织与性能的影响；4、金属及合金强化的位错解释。,教学重点,1、弹性变形；2、塑性变形的机理.。3、塑性变形对组织与性能的影响；4、变形对组织与性能的影

36、响,教学难点,1、弹性变形的机制；2、塑性变形的机理；3、金属及合金强化的位错解释。,教学过程,一、复习上一节内容二、导入新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,讲授新课,1、弹性变形；2、塑性变形的机理；3、塑性变形对组织与性能的影响；4、金属及合金强化的位错解释。,思考题,1、材料冷塑变时，主要的变形方式有那些？2、滑移与孪生有何异同？3、何为滑移带与滑移线？何为交滑移与多滑移？4、冷塑变对金属及合金的组织性能有何影响？5、何为孪生？何为孪生参数？面心立方晶体孪生过程中，原子如何切动？6、何谓形变织构？如何表示板织构与丝织构？一旦产生织构，性能上有何变化？7、用位错理论解释金属

37、及合金形变强化。,作 业（1）,1将一根长20m，直径14mm铝棒，通过12.7mm的模具拉拔，求：（1）这根棒材拉拔后的尺寸；（2）这根棒材承受的工程应变与真应变。2画出体心立方、面心立方和密排六方晶体的滑移系。3体心立方晶体110111；112111；123 111滑移系共有多少个？可否产生交滑移？4.单晶表面为100面，假定晶体可以在任何滑移系上滑移，讨论表面上可 能见到的滑移线。5铜单晶临界分切应力为1Mpa，设拉力轴在图7-1中的阴影三角形中，求：（1）开始滑移的最小拉应力，并在阴影三角形中示意标出最小拉应力所对应的拉力轴的位置。（2）当拉力轴为何取向时，滑移所需拉应力最大？为什么？

38、,作 业（2）,6（001）标准极图如图 7-2，面心立方金属拉伸时，当力轴在P点时，找出初始滑移系与共轭滑移系，并解释超越现象；若力轴位于11点，找出全部等效滑移系，并说明两者应力-应变曲线的差异。7证明面心立方晶体发生孪生变形时，产生的切变量为0.707。8试用多晶体塑变理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高。9有一块密排六方高纯金属板（a/c=1.586），轧成薄板后产生（0001）110织构，沿轧向取样，屈服强度较低，当金属中加入一定碳后，在相同条件下拉伸屈服强度很高，请说明原因。,教学参考书,1金属力学性质的微观理论 哈宽富 科学出版社 1983年2材料科学基础 潘金生等 清华大学出

39、版社 2000年,第十部分 回复与再结晶,一、教学目的及要求二、主要内容三、学时安排 四、教学重点五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验教学 十、教学参考书,教学目的及要求,通过本章学习，使学生掌握形变金属及合金在退火过程中的变化、即回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制、金属的热变形。,主要内容,1、形变金属及合金在退火过程中的变化；2、回复；3、再结晶；4、晶粒长大；5、金属的热变形。,教学重点,1.形变金属及合金在退火过程中的变化；2.回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制；3.金属的热变形。,教学难点,回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制,教学过程,一、复习上一节内容二、导入

40、新课 三、讲授新课 四、小结 五、思考题 六、作业,讲授新课,1、形变金属及合金在退火过程中的变化；2、回复；3、再结晶；4、晶粒长大；5、金属的热变形,思考题,1冷变形金属加热到0.5Tm，随保温时间的增长，组织性能要发生那些变化？2回复的类型有几种？简述其机制。3再结晶与重结晶有何区别？再结晶的驱动力是什么？4何为正常晶粒长大？何为异常晶粒长大？发生异常晶粒长大条件是什么？5.冷变形金属在不同温度下的回复曲线有何特点？研究回复动力学有何实际意义？6从金属学的角度如何区分冷加工与热加工？热加工金属的软化机制有几种？,作 业,1某单晶冷压80%，在20停留7天后，性能回复到一定程度。若在100

41、回复到相同程度则需要50min，求该金属的回复激活能。2冷变形黄铜在400温度下完成再结晶需要1h，而390温度下完成再结晶需要2h，试计算420再结晶需要多少时间？3Fe-3%Si合金含MnS粒子时，当粒子半径为0.05m，体积分数为1%，850以下退火，当基体的晶粒平均直径为6m的时候，正常长大停止，试分析原因。4.将一楔形铜片置于两轧辊滚之间轧制，画出再结晶后晶粒大小沿片长方向的变化示意图。如果加热到再结晶温度以上保温，何处先发生再结晶？5.将纯铜冷轧98%后，在不同温度下再结晶，请设计一方案测定出再结晶激活能。灯泡中钨丝在非常高的温度下工作，晶粒会显著长大，当形成横跨钨丝的大晶粒时，灯丝变脆，会在工作中造成的热应力作用下，产生破坏。试找出能够延长灯丝寿命的方法。6.何为超塑性？如何实现超塑性？研究超塑性对生产实践有何实际意义？,实验教学,金属塑性变形与再结晶 2学时,教学参考书,1金属力学性质的微观理论 哈宽富 科学出版社 1983年2材料科学基础 潘金生等 清华大学出版社 2000年,