《材料测试与性能实验》课程教学大纲（本科）.docx

材料测试与性能实验(Experiments of Materials, Tests and Properties)课程代码：07410036学分：0.5学时：16先修课程：高等数学，大学物理，材料科学基础适用专业：冶金工程教材或实验指导书：材料分析方法，周玉主编，北京：机械工业出版社，2011年6月第3版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）见材料分析方法和材料力学性能课程大纲。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力目标。）课程目标1:掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的测试原理和测试方法，了解显微硬度测试 原理和方法；理解并掌握拉伸性能指标和测试方法；课程目标2： 了解布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计的构造和工作原理，熟悉各种硬度测 试的操作步骤，熟练掌握金属材料的拉伸实验操作；课程目标3： 了解X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜的构造和工作原理，熟悉物 相结构、形貌等的测试步骤、分析方法等。课程目标4：能够根据所学的基础知识对实验结果进行分析。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准;二、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1金属材料硬度测定3验证性必做1、2、42金属材料拉伸性能测定3验证性必做1、2、43采用X射线衍射仪对多晶物质进行物相分析3验证性必做3、44透射电子显微镜的结构 原理及明暗场成像分析4验证性必做3、45扫描电子显微镜的结构 原理及图像衬度观察3验证性必做3、4注：1 .类型:指验证性、综合性、设计性等；2.要求：指必做、选做。实验1:金属材料硬度测定实验目的：理解布氏、洛式和维氏硬度计的构造原理和测定方法；掌握布氏、洛式和维氏硬度 计的试验原理、特点及应用范围、选用原则；熟悉显微硬度的测定方法。实验仪器：布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计、显微硬度计、各种标准硬度块、45钢、铝 合金硬质合金、黄铜等试样材.料。实验安排：教师介绍布氏、洛式和维氏硬度计的构造原理，进行操作演示；测定硬度前用标准 硬度块检验硬度的示值误差；学生以3人一组，对事先准备好的实验材料进行硬度测定：用布氏硬 度计测定黄铜、铝合金、45钢试样的HB值；用洛氏硬度计测定黄铜、铝合金、45钢试样的HRB 值；用维氏硬度计测定硬质合金的HV值；用显微硬度计测定45钢试样中钢的铁素体及珠光体的显 微硬度值；将上述试验结果记录在表格中。实验报告要求：简述布氏、洛式和维氏硬度计的测定原理；将实验数据及结果以表格形式列出， 并说明影响实验结果精确度的因素。实验2：金属材料拉伸性能测定实验目的：了解电子拉伸试验机基本的构造原理；掌握电子拉伸试验机及控制软件的操作；测 定金属材料在拉伸时的力学性能指标。实验原理：金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理。实验仪器：电子拉伸试验机、低碳钢和铸铁标准光滑圆柱试样、游标卡尺。实验安排：教师介绍电子拉伸试验机的构造，进行操作演示，采集并记录外力和变形之间的关 系曲线；学生以8人一组，对事先准备好的样品进行拉伸试验；观察并分析低碳钢和铸铁在拉伸过 程中的各种现象，揭示金属材料在静载荷作用下的力学行为，即弹性变形、塑性变形和断裂；观察 断口外貌，分析破坏原因；测定低碳钢的屈服极限、强度极限、延伸率和断后伸长率；测定铸铁的 拉伸强度极限；根据实验现象和结果比较低碳钢和铸铁的力学性能有何不同。实验报告要求：简述低碳钢和铸铁的拉伸试验原理；列出低碳钢和铸铁的拉伸力-伸长曲线；将 屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率等力学性能指标以表格形式列出。实验3：采用X射线衍射仪对粉末多晶物质进行物相分析实验目的：了解X射线衍射仪的结构与使用方法，掌握X射线衍射仪的基本原理，练习用 PDF(ICDD)卡片及索引对多晶物质进行物相分析。实验原理：X射线衍射的基本原理；布拉格方程；PDF标准卡片。实验仪器：理学D/MAX2500PC型X射线衍射仪。实验安排：教师介绍X射线衍射仪的构造和衍射原理，明确参数的设定，然后进行操作演示, 采集并由计算机描绘一张X射线衍射图，并进行物相自动检索的演示；学生以6人一组，对事先准 备好的衍射结果比对PDF卡片，进行物相检索分析。实验报告要求：简述衍射图的采集过程和基本原理；记录衍射图的测试条件，列出X射线衍射 图，将实验数据及结果以表格列出；写出物相检索结果；简述实验心得与体会、疑问。实验4：透射电子显微镜的结构原理及明暗场成像分析实验目的：了解透射电子显微镜的基本结构及工作原理，结合透射电镜实物，通过对其进行透 射成像，加深对透射电子显微镜工作原理的了解。实验原理：电子成像原理；透射电子显微镜明暗场成像原理。实验仪器：电子株式会社(JEOL) JEM-2100C型高分辨透射电子显微镜。实验安排：教师介绍透射电子显微镜的构造和成像原理，进行操作演示，对事先准备好的样品 进行分别进行明场像和暗场像成像。明暗场成像是透射电镜最基本也是最常用的技术方法，在明场 像下选择感兴趣的视场；插入选取光栏围住所选择的视场；按“衍射”按钮转入衍射操作方式，取 出物镜光栏，此时荧光屏上将显示选区内晶体产生的衍射花样；倾斜入射电子束方向，使用于成像 的衍射束与电子显微镜光轴平行，此时该衍射斑点应位于荧光屏中心；插入物镜光阑套住荧光品中 心的衍射斑点，转入成像操作方式，取出选取光阑，此时记为暗场像。通过倾斜入射束方向，把成 像的衍射束安排至光轴方向，这样可以减少球差，获得高质量的图像。用这种方式形成的暗场像称 为中心暗场像。实验报告要求：简述透射电子显微镜的基本结构；简述透射电子显微镜光学系统的组成及各部 分的作用；绘图并举例说明明暗场成像的原理；简述实验心得与体会、疑问。实验5：扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察实验目的：结合扫描电子显微镜实物，了解扫描电镜的其基本结构和工作原理，加深对扫描电 子显微镜结构及原理的了解；选用合适的样品，通过对实际样品表面形貌衬度和原子序数衬度的观 察，了解扫描电子显微镜图像衬度原理及其应用。实验原理：二次电子成像原理；原子序数衬度成像原理。实验仪器：日立公司S-3400N型扫描电子显微镜。实验安排：样品制备，对新鲜的金属断口样品不需要做任何处理，可直接进行观察，但是有些 情况下需对样品进行必要的处理；表面形貌衬度观察，二次电子像适合于显示表面形貌衬度；原子 序数衬度观察，利用对样品表层微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号，如背散射电子、吸 收电子等作为调制信号而形成的一种能反映微区化学成分差别的像衬度。实验报告要求：简述扫描电子显微镜的基本结构及特点；举例说明扫描电子显微镜表面形貌衬 度和原子序数衬度的应用；简述实验心得与体会、疑问。三、考核与评定（-）实验项目考核要求1 .独立完成实验预习报告；2 . 了解并熟悉相关实验操作，按要求完成个人实验部分；3 .独立完成实验报告。（二）实验课程成绩评定考核形式考核要求考核权重备注实验报告完成16个学时的实验，主要考核学生 利用所学知识开展实验,并对实验结果 进行分析的能力，根据学生课程成绩 评定标准评定成绩。80%平时表现根据学生平时的出勤表现、听讲情况、 回答理解问题情况,学习态度等来进行 评分。20%注：1.考核形式包括实验报告、平时表现（预习、操作）、实验课程考试、答辩等;2.可根据专业课程实际情况进行适当安排或补充。四、大纲说明（包括：注明实验安排的学期；前期课程学习要求；参考书目；网络课程资源及其他应说明事 项等。）1、左演声，陈文哲.材料现代分析方法，北京工业大学出版社，2000.2017年09月04日