清华大学材料科学基础教学大纲

材料科学基础(II) 课程大纲(2004/9)

【课程名称】材料科学基础(II)

【课程号】30350074

英文名称：Fundamentals of Materials Science (II)

开课学期：春季

课程类别：必修

课程性质：专业基础课

先修课程：普通物理，物理化学，材料科学基础(I)

教材：材料科学基础，潘金生, 仝健民, 田民波, 清华大学出版社, 1998

学时：64 ，学分4

二课程简介：

本课程的作为材料科学与工程的专业基础课，其内容主要包括：相图和相平衡、材料中的界面、扩散、液－固相变（结晶）、回复与再结晶和固－固相变的基本知识和理论方法。本课知识可应用于理解和研究材料的问题，也是后续材料工艺和性能等专业课学习、以及材料科研文献阅读的基础。在具体内容选择上侧重基础理论，在讲授方式上注重对学生理解和研究材料的能力培养。

三课程要求：

1 ．掌握课程内容的基本知识

2 ．灵活运用知识分析问题分析材料中的有关现象

3 ．初步具备金相组织观察和分析能力（实验课）

四内容概要

第一章相图和相平衡

§1 二元相图的基本结构

1. 定义和基本概念

2. 二元相图的结构和分类

3 杠杆定理

§2. 相图的实验测定

1 ．动态（变温）热分析法、膨胀法、电阻法等

2 ．静态金相法、X- 光法、硬度法等

§3. 相图热力学

1 ．溶液的自由能计算，

2 ．相图的作图法

3 ．化学位和活度

4. 相图的计算

§6. 相律和相区接触规律

1 ．相律

2 ．相区接触规律

§7. 二元相图的应用

1 ．相图实例

2. 平衡冷却和平衡组织

3 ．Fe-C (Fe-Fe3C) 相图详细分析

实验I. Fe-C 合金的显微结构

4 ．非平衡冷却

5. 利用相图指导成分和工艺温度的设计的例子§8. 三元相图

•成分的表示和特征线

•杠杆定律和相律

•匀晶系统

•共晶系统

•含3 相区的三元相图

• 4 相平衡

•三元相图的相区接触规律

实验II. 二元和三元合金的显微组织

第二章界面

§1. 研究界面的意义

§2. 界面的分类

§3. 界面结构和模型

（无序，共格，半共格，重位点阵）§4. 界面能量

1. 一元系统断键模型

2. 位错模型

3. 比表面自由能

§5. 晶体平衡形状

1. 平衡形状Wulff 构造法

2. 母相中第二相粒子的平衡形状

3. 晶界上的第二相粒子的平衡形状

4. 晶界之间平衡

第三章固体中的扩散

§1. 扩散的微观机制

1. 置换式扩散

2. 间隙式扩散

§2. 扩散的菲克定律及其应用

1. 菲克第一定律

2. 稳态扩散的应用实例

3. 菲克第二定律

4. 非稳态扩散的应用实例

§3. 克根达耳效应和达肯公式

1. 克根达耳（Krkendall ）效应

2. 达肯（Darken ）公式

§4. 扩散系数和相关因素

第四章凝固与结晶

§1. 概述

§2. 纯金属的结晶

1. 液态金属的结构

2. 纯金属的形核

3. 纯金属的生长

（ 1 ）宏观长大方式；

（ 2 ）微观长大方式

§3. 液态合金中的单相生长

1. 平衡凝固

2. 完全液体混合物，没有固态扩散

3. 稳态扩散控制凝固

4. 成分过冷

§4. 铸锭的控制与凝固

1. 三区的形成

2. 铸锭组织的控制

§5. 凝固技术简介

第五章. 回复与再结晶

§2. 回复

•机理

•动力学

§3. 再结晶

•生核和长大

•再结晶温度

§4. 晶粒长大和其它变化

§5. 金属的热加工

实验III. 回复与再结晶显微组织第六章固态相变

§1. 固态相变的分类

§2. 铝合金中的沉淀析出

1. GP 区的形成

2. 沉淀序列的解释

§3. 扩散控制长大和粒子粗化

§4. 奥氏体分解

1. 转变曲线

2. 先共析转变

3. 共析转变

4. 贝氏体转变

§5. 马氏体相变

1. 基本特征和定义

2. 马氏体相变晶体学简介

•胡赓祥，蔡珣主编，材料科学基础，上海交通大学出版社

•余永宁编，金属学原理/ 北京: 冶金工业出版社, 2000

•李长海, 余永宁译，金属和合金中的相变/ 北京: 冶金工业出版社, 1988

•肖纪美主编，合金相与相变/ 北京: 冶金工业出版社, 1987 TG131 4

•刘国勋，主编, 金属学原理/ 北京: 冶金工业出版社, 1980

英文及深入参考

• D. A. Porter and K. E. Easterling ，.Phase transformations in metals and alloys / London: Chapman & Hall, 1992. TG111.5 FP84 1992

•冯端等著，金属物理学/. 第二卷, 相变, 北京: 科学出版社, 1990 。TG11 11

•徐祖耀，相变原理/ 著. 第三版, 北京: 科学出版社, 2000 ( O414.13 1 1988)

•R. W. Cahn ，Physical metallurgy / Edition 3rd rev. & enl. ed. Imprint Amsterdam : North-Holland Physics Pub., 1983. TF01 FP57

•J. W. Christian ，.The theory of transformations in metals and alloys : an advanced textbook in physical metallurgy pt. 1. Equilibrium and general kinetic theory. / Edition 2d ed. Imprint Oxford New York Pergamon Press, 1975- TG111 EC55

•M. Hillert ，Phase equilibria, phase diagrams, and phase transformations : their thermodynamic basis / Imprint Cambridge, U.K. ; New York : Cambridge University Press, 1998 O642.4 FH65

•R.W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer. ，Materials science and technology: a comprehensive treatment / edited by Imprint New York : VCH, c1991- TB3 FM421 v.5 { 中译本：材料科学与技术丛书; 5}