南京理工材料相变讲义重点11479.pdf

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1、 材料结构与相变（I）大纲号：16130901 学分：3 学时：48 执笔人：材料结构与相变修订组 审订人：陈光 课程性质：学科基础课 一、课程的地位与作用 材料结构与相变 是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的学生开设的一门学科基础课。课程以晶体结构、合金相图与相平衡、固态相变为基本内容，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要讲授材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律，使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。二、课程的教学目标与基本要求 1.教学目标 通过课堂讲授、实验等教学环节，使学

2、生掌握材料的微观结构特点，认识材料形成的几何规律和能量要求，能够分析材料结构变化的内在因素和外在条件，以及材料相变与材料结构变化的联系，了解研究材料相变的热力学和动力学基础理论和分析方法，初步掌握材料科学分析研究事物的基本思想。并通过本课程的学习，培养学生抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、探讨研究能力，能够综合运用所学知识去分析问题和解决问题。2.基本要求(1)了解和掌握材料微观结构特征；(2)掌握材料相变和相平衡热力学以及二元、三元相图基本知识；(3)理解材料性能与相结构之间的联系。三、主要内容 1 晶体的几何结构 1.1 几何晶体学 1.1.1 空间点阵、晶胞 1.1.2 晶系与布

3、拉菲点阵 1.1.3 晶向指数、晶面指数、晶面间距 1.2 纯金属的晶体结构 1.2.1 典型的金属晶体结构 1.2.2 晶体结构的几何性质 1.3 原子结合理论 1.4 合金的晶体结构 1.4.1 固溶体 1.4.2 中间相 1.5 陶瓷的晶体结构 1.5.1离子晶体 1.5.2 共价晶体 1.6 非晶态结构 2晶体缺陷 2.1 点缺陷 2.1.1 点缺陷的种类 2.1.2 点缺陷的热力学分析 2.2.2位错应力场与位错运动 2.2.3 实际晶体中的位错 2.3 界面 2.3.1晶体表面 2.3.2 晶界与相界 2.3.3 界面的平衡偏析 2.4 显微组织与其他缺陷 2.4.1显微组织 2.

4、4.2其他缺陷 3 高分子结构 3.1 基本概念 3.2 高分子链结构 3.2.1 近程结构 3.2.2 远程结构 3.3 高分子凝聚态结构 3.3.1 高分子非晶态与晶态 3.3.2 高分子取向结构 3.3.3 高分子合金 4 相图 4.1 相图热力学基础 2.2 位错 2.2.1 位错的基本概念 4.3.1 二元相图的热力学分析 4.3.2 典型二元相图 4.3.3 相区接触规则 4.3.4 几个重要的二元相图 4.4 三元相图 4.4.1 成分表示法 4.4.2 三元相图热力学分析 4.4.3三元匀晶与共晶相图 4.4.4 三元相图应用举例 4.2 一元相图 4.3 二元相图 5 扩散理

5、论 5.1 宏观扩散理论 5.1.1 菲克第一定律 5.1.2 菲克第二定律 5.1.3 扩散方程的解 5.1.4 坐标变换 5.2 微观扩散理论 5.2.1 扩散机制 5.2.2 扩散系数 5.2.3 陶瓷中扩散的特点 5.3 反应扩散 四、时间分配 课程分段标识 序 号 教 学 内 容 教学环节（学时）讲 课 习题 实验 上 机 课 外 小 计 1 晶体的几何结构 10 10 2 晶体缺陷 10 10 3 高分子结构 6 6 4 相图 12 12 5 扩散理论 6 6 6 实验 1 金相样品的制备及金相显微镜的构造与应用 2 2 7 实验 2 铁碳平衡组织观察 2 2 总 计 44 4 4

6、8 五、课程说明 课程英文名称 Structure and Phase Transformations of Materials 主要先修课程 材料物理化学；材料工程力学 适用专业类别 材料科学与工程，材料成型与控制 主要教材（作者、教材名称、出版社）吴锵 材料科学基础 东南大学出版社 课程参考书：潘金生等，材料科学基础 清华大学出版社 石德珂等，材料科学基础 西安交通大学出版社 考核方式 笔试 课程简介 材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的一门重要的学科基础课。本课程基本内容包括晶体结构与缺陷、扩散理论、合金相图与相平衡、相变热力学和动力学等，以金属材料为主，兼顾其

7、它材料，主要研究材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律。通过本课程的学习使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。六、实验项目与主要内容 序号 实 验 项 目 名 称 学时 主 要 内 容 及 要 求 实验类型 1 金相样品的制备及金相显微镜的构造与应用 2 学会制备金相样品，了解金相显微镜的构造并学会使用显微镜 操作 2 铁碳平衡组织观察 2 观察铁碳平衡组织 操作 材料结构与相变（II）大纲号：16230901 学分：2 学时：32 执笔人：材料结构与相变修订组 审订人：陈光 课程性质：学科

8、基础课 一、课程的地位与作用 材料结构与相变 是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的学生开设的一门学科基础课。课程以晶体结构、合金相图与相平衡、固态相变为基本内容，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要讲授材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律，使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。二、课程的教学目标与基本要求 1.教学目标 通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生掌握材料的微观结构特点，认识材料形成的几何规律和能量要求，能够分析材料结构变化的内在因素和外在条件，以及材料相变与材料结构变化

9、的联系，了解研究材料相变的热力学和动力学基础理论和分析方法，初步掌握材料科学分析研究事物的基本思想。并通过本课程的学习，培养学生抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、探讨研究能力，能够综合运用所学知识去分析问题和解决问题。2.基本要求(1)了解和掌握材料微观结构特征；(2)掌握材料相变和相平衡热力学基本知识；(3)掌握材料相变动力学有关知识；(4)理解材料性能与相结构之间的联系。三、主要内容 6 相变 6.1 液.固相变 6.1.1 纯金属的凝固 6.1.2 二元合金的非平衡凝固 6.1.3 凝固组织及其控制 6.2 固态相变 6.2.1 固态相变的分类及其特点 6.2.2 固态相变的热力

10、学与动力学分析 7 转变 7.1 奥斯瓦尔德熟化 7.1.1 弯曲界面的性质 7.1.2奥斯瓦尔德熟化理论 7.2 烧结 7.2.1 烧结的驱动力 7.2.2 烧结中的固相扩散类型 7.3 回复与再结晶 7.3.1 回复 7.3.2 再结晶 8.材料的变形与断裂 8.1 力学性能概述 8.1.1 应力、应变的概念 8.1.2 本构方程 8.1.3 变形的分类 8.2 弹性变形 8.2.1 弹性变形的微观机制 8.2.2 弹性变形的影响因素 8.3 塑性变形的微观机制 8.3.1 单晶体的塑性变形 8.3.2 多晶体的塑性变形 8.4 粘性变形的微观机制 8.4.1 金属多晶体的粘性变形 8.4

11、.2 高分子的粘性变形 8.4.3 金属非晶体的粘性变形 8.5 断裂简介 8.5.1 断裂强度 8.5.2 裂纹形成机制 7.3.4 晶粒长大 7.4 非晶转变 7.4.1 过冷液体 7.4.2 非晶转变 7.4.3 非晶形成条件 9.1.4 弥散强化 9.1.5 相变强化 9.1.6 高温合金的强化 9.2 陶瓷的韧化 9.3 高分子的强化 8.5.3 高分子的断裂 9材料的强化与韧化 9.1 金属的强化 9.1.1 细晶强化 9.1.2 应变强化 9.1.3 固溶强化 9.4 复合材料强化 9.4.1 长纤维复合材料的力学行为 9.4.2 短纤维复合材料的力学行为 9.4.3 复合材料的

12、界面 四、时间分配 课程分段标识 序 号 教 学 内 容 教学环节（学时）讲 课 习题 实验 上 机 课 外 小 计 1 相变 8 8 2 转变 6 6 3 材料的变形与断裂 8 8 4 材料的强化与韧化 6 6 5 实验 1：二元金属相图的测定 2 2 6 实验 2：差热分析 2 2 总 计 28 4 32 五、课程说明 课程英文名称 Structure and Phase Transformations of Materials 主要先修课程 材料物理化学；材料工程力学 适用专业类别 材料科学与工程、材料成型与控制 主要教材（作者、教材名称、出版社）吴锵 材料科学基础 东南大学出版社 课程

13、参考书：潘金生等，材料科学基础 清华大学出版社 石德珂等，材料科学基础 西安交通大学出版社 考核方式 笔试 课程简介 材料结构与相变是为“材料科学与工程”及“材料加工与控制”专业的一门重要的学科基础课。本课程基本内容包括晶体结构与缺陷、扩散理论、合金相图与相平衡、相变热力学和动力学等，以金属材料为主，兼顾其它材料，主要研究材料的结构、结构变化规律及结构与性能之间的内在联系，着重从微观角度分析材料过程的规律。通过本课程的学习使学生系统掌握材料科学基础理论，认识材料和材料制备加工过程的本质，为后续专业课程的学习打下基础。六、实验项目与主要内容 序号 实 验 项 目 名 称 学时 主 要 内 容 及 要 求 实验类型 1 二元金属相图的测定 2 用步冷曲线法测绘二元金属液固平衡相图 操作性实验 2 差热分析 2 通过查阅资料，自行设计一套差热分析装置，介绍其基本原理和用以测量合金相变的方法。并使用实验室已有差热分析仪，了解其性能和测试方法，自选一种二元合金或其它二元系，自行设计实验步骤，测试其相图，并分析影响测试结果的主要因素。通过本实验，了解差热分析的基本原理，掌握差热分析仪的基本操作方法并学会利用差热分析研究物系在加热过程中的相变。设计性实验