材料工程基础教案
《材料工程基础》课程实施大纲
《材料工程基础》课程实施大纲目录1．教学理念 1 以学生为中心，关注学生的发展，倾听学生的需求。
重视材料在制备过程中的重现性、材料品质的一致性、人与自然的和谐性、资源与环境的可持续性等非常重要的实际问题；培养学生的人文关怀和道德情操。
使学生能从更广的角度学习知识，更深的层次掌握知识，从而得到全面的发展。
重视教学的有效性。
以学生掌握知识的程度，灵活应用知识的能力作为评判的标准。
重视教学策略的使用，让学生自己体会建立在基本理论之上的方法的科学性和有效性，从而激发学生对该课程的兴趣。
教学的过程应有自身的教学价值观。
教学的过程不应只是知识的传授，更应重视培养学生的个体主动性。
个体主动性应表现为学生对自身的发展进行主动的思考、批判和选择，能自我策划过程和付诸实施。
当学生具有了对自身发展的主动性时，就具有了主动把握自己人生和命运的意识和能力。
个体主动性是实现生命价值，获取幸福人生的内在保证。
因此，培养学生的个体主动性是教育教学的最根本的任务。
2．课程介绍2.1课程的性质本课程为专业技术基础课。
通过学习特定材料或产品具体参数与生产制作工艺的相关性联系，了解材料或产品的生产制作一般技术基础。
2.2课程在学科专业结构中的地位、作用本课程作为专业技术基础课，在基本理论课和专业课之间起承接作用。
通过学习分析特定材料或产品的制作工艺或特定参数调整与工艺条件的关联，了解或掌握具体的生产工艺或研究方法。
2.3课程的历史与文化传统本课程内容为工程类材料学科的基础内容，曾与“材料科学基础”合并为“材料科学基础与工程”。
为了突出我校材料学科的工程类特色，强化学生的工程素质培养，现将“材料工程基础”独立出来。
本课程根据学生培养方案安排和历史沿袭，着重讲解金属材料的冶炼，铸造，压力加工，热处理，焊接及工程合金内容，其余部分要求学生自学，教师负责解答或根据学生要求选讲部分内容。
2.4课程的前沿及发展趋势随着现代科学的突飞猛进，各种材料提纯，熔炼，成型，改性技术日新月异，各种材料制备工艺日趋细化和异化。
工程材料基础教案——合金钢.doc
工程材料与材料成型基础（一）教案教师姓名授课班级授课形式授课学时讲授8授课章节名称第五章合金钢§6-1合金元素在钢中的作用§ 6-2合金钢的分类和编号方法§ 6-3低合金钢§ 6-4合金结构钢§ 6-5合金工具钢§6.6特殊性能钢（不锈钢）任务目的知识点◎◎◎◎©©◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎了解合金元素在钢中的作用掌握合金钢的分类和编号原则掌握常用合金结构钢的牌号、性能及用途掌握常用合金工具钢的牌号、性能及用途掌握常用特殊性能钢的牌号、性能及用途合金元素的作用钢的淬透性合金钢的分类和编号常用低合金钢的牌号、性能及用途常用合金渗碳钢的牌号、常用合金调质钢的牌号、常用合金弹簧钢的牌号、常用滚动轴承钢的牌号、性能及用途性能及用途性能及用途性能及用途常用低合金刃具钢的牌号、性能及用途常用高速钢的牌号、性能及用途常用模具钢的牌号、性能及用途常用量具钢的牌号、性能及用途常用不锈钢的牌号、性能及用途常用耐磨钢的牌号、性能及用途能力点◎能识别合金钢的牌号◎根据零件使用性能要求，合理选用合金结构钢◎合理选用刃具、模具、量具材料其它重点是各种类型合金钢的牌号、性能和应用第一节合金元素在钢中的作用常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti 强一、 合金元素对钢中基本相的影响1、 形成合金铁素体合金元素一溶入A2、 形成合金碳化物 弱碳化物形成元素 中强碳化物形成元素 强碳化物形成元素 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物 > 合金碳化物 > 合金渗碳体>Fe3C 二、 合金元素对Fe-FeC 相图的影响合金元素对A 相区影响扩大A 相区元素（Mn ） E 、S 点左下移 缩小A 相区元素（Cr ） ——E 、S 点左上移奥氏体钢：lCrl8Ni9 铁素体钢：ICrl7 莱氏体钢：W18Cr4V 三、 合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响Si AlW Mo Cr中强Mn Fe 弱形成合金铁素体一固溶强化形成合金渗碳体 形成合金碳化物形成特殊碳化物(Cr,Ni 较(Fe,Mn)3C (Cr23C6, Fe3W3C)(VC, TiC)合金钢的优点：高的强度和淬透性多数元素减缓A 形成，阻碍晶粒长大2、对冷却的影响多数元素溶入A 后一过冷A 稳定性t -> Vc t -淬透性tf Ms 点I —残余A 量t提高淬透性的意义： %1 增加淬硬层深度%1 减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 %1 回火稳定性一抗回火软化的能力%1 产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A 残->M 或B 下）Aft、 第八章合金钢第二节低合金钢低合金高强度钢碳素结构钢：Q195, Q2I5, Q235, Q255, Q275低合金高强度钢：Q295, Q345, Q390, Q420, Q460Q235+Me(v3%) -> Q3451、成分：0.1〜0.2%C,合金元素2〜3%主加元素：Mn——固溶强化辅加元素：Ti,Cr,Nb——弥散强化使用状态：热轧或正火(F + P),不需最终热处理2、性能：较高的os ,良好的期性韧性，焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低3、常用钢号：Q295 (09Mn2), Q345 (!6Mn)用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器二、易切削结构钢牌号：Y12, Y12Pb, Y30, Y40Mn性能：良好的切削加工性(170〜240HBS,塑性低)切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件第三节合金钢的分类与牌号一、合金钢分类低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢——合金工具钢、高速钢特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢二、合金钢牌号1、合金结构钢——20CrMnTi, 60Si2Mn, 25Cr2Ni4WA2、滚动轴承钢——GCrl53、合金工具钢——9Mn2V, CrWMn4、高速钢——W18Cr4V, W6Mo5Cr4V25、不锈、耐热钢——4Crl3, 0Crl8NillTi, 00Crl7Nil4Mo26、高镒耐磨钢——ZGMnl3学习思路：用途一工作条件一性能要求一成分特点一热处理特点一典型钢种应用第四节合金结构钢一、渗碳钢1、用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）2、性能：表面——高的硬度、耐磨性心部——强而韧3、成分：0.1〜0.25%C ——低碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,B ------ t淬透性（心部得M板条）辅加元素：W,Mo,V,Ti ——细化晶粒（VC,TIC,耐磨性t ）, 4、最终热处理：渗碳+淬火+低温回火组织：表层：高碳回火M + Fe3C或碳化物+残A心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+P5、常用钢号：20, 20Cr,20CrMnTi,18Cr2Ni4W淬透性：低中高适用：机床齿轮汽车变速齿轮飞机齿轮二、调质钢1、用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）2、性能：良好的综合机械性能3、成分：0.3〜0.5%C ——中碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,Si—— t淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,Ti——细化晶粒，t回火稳定性4、热处理：预备：正火——S——改善组织，消除锻造应力，便于切削加工最终:调质——回火S——获得良好的综合机械性能表面要求高硬度,耐磨，f o-l,-＞表面淬火+低温回火（回火M）5、常用钢号：45, 40Cr, 40CrMnMo三、弹簧钢1、用途：弹性元件2、性能：高的。
材料基础教案设计参考
材料基础教案设计参考第一章：材料概述1.1 教学目标了解材料的定义和分类掌握材料的性能和应用1.2 教学内容材料的定义和分类材料的性能：力学性能、热性能、电性能等材料的应用领域1.3 教学方法讲授法：讲解材料的定义、分类和性能案例分析法：分析具体材料的应用实例1.4 教学资源教材：材料科学基础课件：材料的性能和应用1.5 教学评价课堂问答：了解学生对材料定义和分类的掌握情况课后作业：分析材料的应用实例，加深对材料性能和应用的理解第二章：材料的力学性能2.1 教学目标了解材料的力学性能指标掌握材料的强度、塑性、韧性等性能力学性能指标：强度、塑性、韧性、硬度等影响力学性能的因素：材料的微观结构、温度、应力状态等2.3 教学方法讲授法：讲解力学性能指标和影响因素实验法：进行材料的力学性能测试，观察和分析实验结果2.4 教学资源教材：材料科学基础实验设备：拉伸试验机、冲击试验机等2.5 教学评价课堂问答：了解学生对力学性能指标的掌握情况实验报告：分析实验结果，加深对力学性能影响因素的理解第三章：材料的热性能3.1 教学目标了解材料的热性能指标掌握材料的热膨胀、导热、比热等性能3.2 教学内容热性能指标：热膨胀、导热、比热等影响热性能的因素：材料的微观结构、温度、应力状态等3.3 教学方法讲授法：讲解热性能指标和影响因素实验法：进行材料的热性能测试，观察和分析实验结果教材：材料科学基础实验设备：热膨胀仪、导热仪等3.5 教学评价课堂问答：了解学生对热性能指标的掌握情况实验报告：分析实验结果，加深对热性能影响因素的理解第四章：材料的电性能4.1 教学目标了解材料的电性能指标掌握材料的导电性、绝缘性、磁性等性能4.2 教学内容电性能指标：导电性、绝缘性、磁性等影响电性能的因素：材料的微观结构、温度、应力状态等4.3 教学方法讲授法：讲解电性能指标和影响因素实验法：进行材料的电性能测试，观察和分析实验结果4.4 教学资源教材：材料科学基础实验设备：万用表、磁性测试仪等4.5 教学评价课堂问答：了解学生对电性能指标的掌握情况实验报告：分析实验结果，加深对电性能影响因素的理解第五章：材料的应用领域5.1 教学目标了解材料在不同领域的应用掌握材料的选择和应用原则5.2 教学内容材料在制造、建筑、电子、能源等领域的应用材料选择和应用原则：性能要求、成本、环境影响等5.3 教学方法讲授法：讲解材料在不同领域的应用实例案例分析法：分析具体材料的选用和应用情况5.4 教学资源教材：材料科学基础案例资料：不同领域材料应用的实例5.5 教学评价课堂问答：了解学生对材料应用领域的掌握情况课后作业：分析具体材料的选用和应用情况，提出改进意见第六章：材料的微观结构6.1 教学目标理解材料的微观结构的基本概念掌握材料的晶体结构与非晶体结构的特征6.2 教学内容材料的微观结构的基本概念晶体的点阵结构与空间群常见金属和非金属的晶体结构非晶体的结构特征6.3 教学方法讲授法：讲解晶体结构的基本概念和类型图解法：通过图解展示晶体结构的微观形态互动讨论法：引导学生探讨晶体结构与材料性能的关系6.4 教学资源教材：材料科学基础课件：微观结构示意图和空间群图模型：晶体结构模型6.5 教学评价课堂问答：评估学生对晶体结构的理解程度练习题：检测学生对晶体和非晶体结构特征的掌握第七章：材料的制备方法7.1 教学目标了解材料的常见制备方法掌握材料的合成原理和工艺流程7.2 教学内容材料的制备方法：熔融法、粉末冶金、气相沉积、溶液处理等合成原理：包括化学反应原理、物理变化原理工艺流程：不同制备方法的操作步骤和条件控制讲授法：讲解不同制备方法和合成原理实例分析法：通过具体案例介绍工艺流程和应用7.4 教学资源教材：材料科学基础课件：制备方法和工艺流程示意图视频资料：实际制备过程的视频演示7.5 教学评价课堂问答：评估学生对制备方法的理解程度小组讨论：分析不同制备方法的优缺点及适用范围第八章：材料的加工工艺8.1 教学目标理解材料的加工工艺的基本概念掌握材料的变形和强化机制8.2 教学内容材料的加工工艺的基本概念和分类金属的变形加工：铸造、锻造、轧制、拉拔等非金属的加工：切割、磨削、抛光等材料的强化机制：冷加工强化、热处理强化等8.3 教学方法讲授法：讲解加工工艺的基本概念和强化机制实验演示法：演示材料的加工过程和效果教材：材料科学基础课件：加工工艺示意图和强化机制示意图实验设备：金属加工设备和非金属加工工具8.5 教学评价课堂问答：评估学生对加工工艺的理解程度实验报告：分析加工过程和强化效果第九章：材料的环境行为9.1 教学目标理解材料在环境中的行为特点掌握材料腐蚀和失效的机理9.2 教学内容材料在环境中的行为特点：大气、水、土壤等环境因素对材料的影响材料腐蚀的类型：均匀腐蚀、局部腐蚀等腐蚀机理：化学腐蚀、电化学腐蚀等材料的防护措施：涂层、阴极保护等9.3 教学方法讲授法：讲解材料环境行为和腐蚀机理实例分析法：分析具体腐蚀案例和失效原因9.4 教学资源教材：材料科学基础课件：环境行为示意图和腐蚀类型案例资料：腐蚀和失效的实例分析9.5 教学评价课堂问答：评估学生对材料环境行为的了解程度小组讨论：分析腐蚀案例和提出防护措施第十章：材料的可持续发展10.1 教学目标理解可持续发展在材料科学与工程中的重要性掌握材料的可持续发展的原则和方法10.2 教学内容可持续发展概念：环境友好、资源节约、社会公正材料可持续发展的原则：生命周期评估、循环经济方法：绿色合成、清洁生产、回收再利用10.3 教学方法讲授法：讲解可持续发展概念和原则小组讨论法：探讨材料可持续发展的方法和挑战10.4 教学资源教材：材料科学基础课件：可持续发展原则和方法示意图案例资料：可持续发展材料应用的实例10.5 教学评价课堂问答：评估学生对可持续发展概念的理解程度小组报告：分析可持续发展材料的应用实例和效果重点和难点解析1. 材料的微观结构：理解材料的微观结构对于掌握材料的性能和应用至关重要。
《材料工程基础》课程教学大纲
考核方式
考核内容
对应课程目标
评分依据
考核
占比
平时作业
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。（30分）
3
分等级评分表法
分等级评分，评分标准见附录
30%
期中考试
阐述金属Fe、Al冶炼及粉末材料的制备的基本原理和知识，并将其用于原料制备的配方设计、工艺实施和检测分析的表述。（13~17分）
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。
未能认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择；未能获取可替代的解决方案。
3
授课
（3）
讨论
（1）
11金属复合材料制备与加工
能够辨别冶金复合、铸造凝固成型；认识喷射成型、轧制复合、挤压成型、拉拔复合法，认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择。
PPT讲授
课堂提问
3
授课(2)
12陶瓷复合材料
12.1概述
12.2增强体的制备
12.3颗粒弥散
12.4晶须强韧化
12.5纤维增强基复合材料
一、课程简介
材料工程基础是材料科学与工程专业的专业必修课；是材料科学与工程专业的本科生在已经掌握有关的材料科学基础知识的基础上，进一步拓展材料工程方面理论和实践的基础知识的一门专业核心课程。本课程将以金属材料、无机非金属材料、高分子材料的工程特点为依据，归纳并按照其在材料制备、材料加工、材料改性、材料复合四个主要方面的基本理论知识和实践过程进行讲授。通过基础知识和理论讲解，并列举工程方法的实例、及成果，使学生理解三大材料体系的合成过程、评价及原理，了解各材料体系的基本加工过程及相关影响因素，了解材料的改性技术，并建立和了解材料复合的原理和途径及材料设计的基本思路。
材料科学与工程基础教案第二章
溶胶-凝胶法
液相合成法
通过将溶液中的前驱体进行 水解和缩聚反应，形成溶胶， 再经凝胶化、干燥、热处理 等过程制备材料的方法。
在液相环境中，通过化学反 应或物理过程制备材料的方 法，如沉淀法、水热法、溶 剂热法等。
• 可持续发展和环保：随着人类对环境保护意识的提高，材料的可持续发展和环 保性能成为关注的焦点。需要研究如何降低材料生产过程中的能耗、排放和资 源消耗，同时提高材料的环保性能和循环利用性。
• 多学科交叉融合：材料科学与工程涉及到多个学科领域，如化学、物理、机械 、电子等。未来需要加强多学科交叉融合，综合运用不同学科的理论和技术， 推动材料科学与工程的发展。
相变
物质在相变过程中发生的物理和化 学变化，如熔化、凝固、升华和凝 华等。
相变的应用
相变在材料制备、加工和服役过程 中具有重要应用价值，如钢铁的熔 炼与连铸、玻璃的熔制与成型等。
04
材料制备与加工
材料合成与制备方法
化学气相沉积法
通过化学反应的方式，使气 体在固体表面上沉积成膜的 方法。
物理气相沉积法
02
材料的基本性质
材料的物理性质
导热性
电导率
描述材料传输热量的能力。金属通常具有 良好的导热性，而隔热材料如玻璃纤维或 泡沫塑料则具有较低的导热性。
表示材料传导电流的能力。金属是良好的 电导体，而绝缘体如陶瓷或玻璃则具有较 低的电导率。
光学性质
磁性
描述材料对光的行为，包括反射、折射、 吸收和透射等。例如，镜子利用高反射性 来反射光，而透明玻璃则透射光。
通过涂覆一层或多层涂层材 料在基材表面，以提高基材 的耐腐蚀性、耐磨性、装饰
《材料科学与工程基础》教案.doc
川大学教案【理、工科】掌握疲劳 强度的概念4.1.8.3疲劳极限和疲劳强度图 4-49 难点了解并理 解疲劳断 裂机理高分了材料宏观疲劳断裂过程:2()DTA ——差热分析Fig 17.2图 4-51难点（2）与温度T 相关T —TgCp 发生突变DSC ——示差扫描量热仪 测试原理示意图。
比热容与温度 比热容与相变 一级相变，二级相变3. 比热容（C P ）或Cv定义：IKg 质量的固体（或液体）升高（或降低）PC 时，所增加 （或减少）的（振动能量）热量。
固体多用Cp。
单位：J - mol'1 - K 」。
Cp 〉Cv。
比热=热容/原子量,单位J ・Kg-I ・K 1比热容的大小：主要取决于化学结构 等容热容 内能对温度的曲线上的斜率等压热容：嬉对温度的曲线 上的斜率 同体热容理论 经典理论 量了理论 原子的振动---晶格的振动 谐振了 随机振动 德拜模型 金属C P <1,容易加热、容易冷却。
单原子 晶体24.9；银24.3；铝25.1。
银 C P =0.25Fe C P =0.50热容小，很快冷要点 区分：热 容和比热Fig17.1高分子 C P 1.0〜2.0例 / HDPELDPE PS天然橡胶PVC环氧树脂热容大2.31 1.90 1.20 1.92 1.05 1.05影响高分了比热容Cp 的因素（1）分了链柔顺性温度的升高是由于分子过 其间内摩擦引起的，柔性 链，运动单元小内摩擦小, 反上升慢，热高量大，热 能动能难点:理解 热容的宏 观效应，及 影响因素4.2.2热膨胀性(1)热膨胀材料的体积随温度升高而增大的现象 原因：原子或分子的热运动晶体：原子在晶格内平衡位是附近震动，T t ,振幅f,原子平均间 距个 非晶体：原子的振动和转变。
动；(2)热膨胀类型，单位：K 1线膨胀 a z =(l//)d//dT化 高分了沿主振动；链节、链段，转自由体积一运动的空间一维，温度升高1度，线尺寸相对变体膨胀 a v =(l/V)d V/dT热膨胀系数a 不是常数，其影响因素: %1 温度 %1 结构三维，温度升高1度，体积相对变化T 升高，a 增大键能大，a 减小取向 交联度 a 减小柔顺性结晶度刚性， 柔性，a at20Fig 17.3图 4-54表4・13难点无机材料 金属 高分子a 小,I (y5~i (y6中，1 〜3Xl (y5 大，2.5~25Xl (y54-2-2耐热性 1.概念 耐热性一一指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久 变形的温度。
《材料科学与工程基础》教案-四川大学课程中心30
【首页】【理、工科】1. 点缺陷：任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区类型：空位：未占据的阵点原子位置间隙原子：进入点阵间隙的原子（金属难；陶瓷易，如正离子）肖特基缺陷：有空位而无间隙原子（陶瓷中常见）弗兰克尔缺陷：等量的空位和间隙原子（陶瓷中常见）空位数，空位激活能，温度之间的关系例题2-6（EXAMPLE PROBLEM 5.1）2. 线缺陷（位错）：只在某一方向上尺寸可与晶体线度比拟的缺陷一列或数列原子发生有规则的错排1）类型：棱位错（刃位错）：位错线与滑移方向(柏格斯矢量)垂直受拉力、压力作用易发生螺旋位错：位错线与滑移方向(柏格斯矢量)平行与位错线垂直的平面在螺旋斜面受剪切力作用易发生柏格斯矢量及右手规则b ·ξ= 0相互垂直，纯棱位错b ·ξ= - b相互逆向平行，纯螺旋位错混合位错：位错线与滑移方向(柏格斯矢量)不平行也不垂直位错密度：单位体积内位错线的总长，即单位截面上位错线的露头数。
2）位错的滑移和爬移：滑移：外力是位错处原子受力不平衡而被推动，致位错移动到相邻位置移动方向平行滑移面爬移：与空位和间隙原子有关的位错在垂直滑移面方向的运动3. 面缺陷：只在某一平面各方向上尺寸可与晶体线度比拟的缺陷如由一系列刃位错排列成一个平面形成的缺陷4．体缺陷：各方向尺寸均可与晶体线度比拟的缺陷，如：空洞、嵌块要点图2-72随温度升高而增多如何求N可放到第三章讲要点，难点，图2-75，2-76，Fig.5.7图2-79，2-80，Fig.5.8,5.9 图2-81，介于二者之间该部分对于后面学习金属的塑性形变很重要，可以配合动画加深学生的印象，图2-84，2-85。
材料科学与工程基础教案第二章
得：
∗ K
d 2 ∆G dr 2
2 = −8πσ ≤ 0；故在 r ≤ − ∆σ 处有极大值点， G 处有极大值点，
σ 有最大值： 记为rk = − ∆2GV ，此时 ∆G有最大值：
∆G =
16πσ 3 2 3 （∆G）
∆GK称为临界形核功，rK称为临界形核半径。 当r<rK时，晶胚的长大使∆G增大，由于自发过程 向吉布斯自由能减小的方向进行，故此时晶胚不能长 大，而被重熔。 当r≥rK时，晶胚的长大使∆G减小，所以能自发进 行，晶胚能长大成为晶核。
材料科学与工程基础
第二章 材料的凝固 Material Concretion
材料由液态转变为固态的过程称为 凝固，由于材料通常在固态下使用， 凝固，由于材料通常在固态下使用， 所以凝固常常作为材料制备的基本 手段。如果凝固后得到晶体， 手段。如果凝固后得到晶体，这种 凝固过程就称为结晶。 凝固过程就称为结晶。
材料科学与工程基础
四、长大 晶核的长大需要两个条件： 晶核的长大需要两个条件： 首先要求液相能不断地向晶体表面扩散供应原子， 首先要求液相能不断地向晶体表面扩散供应原子， 使晶面向液相扩展， 使晶面向液相扩展，这要求液相原子具有较大的扩散能 温度足够高。 力，温度足够高。 另外，晶体表面能不断的牢固的接纳这些原子， 另外，晶体表面能不断的牢固的接纳这些原子， 这就意味着体积自由能变化应大于表面自由能的增加， 这就意味着体积自由能变化应大于表面自由能的增加， 即在一定的过冷度下进行。 即在一定的过冷度下进行。 因此，晶核的长大方式和速度与晶核的界面结构、 因此，晶核的长大方式和速度与晶核的界面结构、 界面附近的温度梯度等条件有关。 界面附近的温度梯度等条件有关。
液体 晶核
《材料科学与工程基础》教案
【首页】
课程名称
材料科学与工程基础
授课专业
高分子材料与工程
年级
11级
课程编号
30000230
课程类型
必修课
校级公共课（）；基础或专业基础课（√）；专业课（）
选修课
限选课（）；任选课（）
授课方式
课堂讲授（√）；实践课（）
考核方式
考试（√）；考查（）
课程教学
总学时数
48
学分数
即：1/r : 1/s : 1/t = h : k : l
选离原点；晶面与晶轴平行，截距为∞，该指数为零；
截负端，上加横线。
截距越大、指数越小。
Example Problem 3.8
（4）晶面族：
某晶面的晶面指数乘以-1后所表示的一组晶面仍与其平行。
晶面族用{h k l }表示，代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面。
注意与2.3.4.4节和3.4.1.2节可能有重复
表2-18
要点
一维有序
二维有序
授课
方式
理论课（√）；实践课（）；实习（）
教学
时数
3
教学
目的
及
要求
学习描述材料晶体（有序）结构的主要参数，包括晶面及其指数，面心立方、体心立方、密排六方三种典型晶体结构的主要参数的计算和表示方法；晶体材料的晶面间距测定方法和液晶的结构特点。
还受分子非球性及永久偶极相互作用影响
有氢键：有方向性、饱和性，堆积密度更低。
5）多晶型
多晶现象：一种化合物存在两种以上的晶体结构型式
温度、压力等外界条件变化时，可能使结构型式发生改变
1）改变连接方式（不改变配位）
《材料科学与工程基础》教案
Strength
stress(tensile,compression and shear)
flexural, torsional and impact
Fracture
Brittle Fracture,
金属，
摆锤式冲击试验测定试样冲断的冲击吸收功，
试样夏比（Charpy）V型缺口
夏比U型缺口。
冲击韧性值，
冲击吸收功除以缺口底部横截面积得到的商值。
金属——韧脆转变——冲击韧性随温度的下降、显著降低。
冷脆转变曲线，韧脆转变温度。
(4)抗扭强度Torsional strength
抗扭强度表征材料抵抗扭曲的能力。
扭转试验机上测定。
A在一定的扭矩M作用下，产生扭转角，
B扭矩M和扭转角之间的关系曲线。
C材料的抗扭强度b=Mb/W
表4-5
图4-27
例题
From the tensile stress–strain behavior for the brass specimen shown inFigure7.12,determinethe following:
(d) InEquation 7.2, it is first necessary to determine the strain that is produced by a stress of345 MPa. This is accomplished by locating the stress point on the stress–strain curve,pointA, and reading thecorresponding strainwhich is approximately0.06.Inasmuch asl0=250 mm, we have
《材料工程基础》教案
《材料工程基础》教案第一章材料的制备与合成1.制备材料的3种途径：⑴第一个途径：通过原材料熔化精炼提纯，冷凝成固体（多晶、单晶或非晶的结构）的途径。
⑵第二个途径：用多种方法制成备用的高纯粉末（单相或合金、化合物）原料，使其进一步加工固结成材的粉末冶金技术。
⑶第三个途径：从石油、天然气裂解产物中或煤炭等物质中获得化合物单体，将低分子的单体经过聚合反应合成为高分子聚合物，以块状或粉体等形式存在。
2.高炉炼铁高炉原料：⑴铁矿石；⑵熔剂；⑶燃料：常用的燃料主要是焦炭。
高炉炉渣：主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。
3.铝的生产流程电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。
4.炼铝过程中为什么要加入冰晶石？①氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。
②当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与=938℃），这时可在1000℃以下进行电解。
氧化铝形成低熔点共晶（T共通常的电解温度是950-970℃。
5.单晶制备方法⑴熔体法：①提拉法；②坩埚下降法；③泡生法；④水平区熔法；⑤浮区法。
⑵常温溶液法：①降温法；②流动法；③蒸发法；④电解溶剂法；⑤凝胶法。
⑶高温溶液法：①缓冷法；②助熔剂挥发法；③籽晶降温法；④溶液提拉法；⑤移动溶剂熔区法。
第二章粉末材料制备1.机械制粉方法⑴机械研磨法；⑵气流研磨法；2.物理制粉方法⑴雾化法；⑵物理蒸发冷凝法；3.化学制粉方法⑴化学气相沉积法；⑵还原－化合法；⑶电化学法；4.粒度测定⑴筛分析法；目数的定义：筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数。
200目：74μm325目：47μm⑵激光衍射法；⑶沉降法。
第三章高分子材料的聚合四种自由基聚合方法的比较第四章材料的成形与加工1.五个方面的加工成形技术①将熔化或重熔的高纯金属或合金的溶液，直接铸造成精密零件和制品的液态加工；②用多种典型的塑料加工方法，将坯锭制成不同形状和尺寸的成品；③将制取的各种粉末材料通过压制、烧结或胶凝固结为制品；④从聚合反应和高分子化学反应生产的高分子聚合物，必须经过加工成形和后处理才能成为高分子材料；⑤当各类材料制成之后，根据应用和功能要求，将两种同类或异类材料进行连接。
《材料工程基础课程设计》课程简介和教学大纲
《材料工程基础课程设计》课程简介课程编号：02024804课程名称：材料工程基础课程设计/Course Design for Fundamentals of Materials Engineering学分：2学时：2周（实验：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第5学期先修课程：材料工程基础考核方式与成绩评定标准：根据平时表现、设计说明书和所绘图纸的质量综合评定成绩教材与主要参考书目：[1]严生，常捷，程麟.新型干法水泥厂工艺设计手册[M].北京：中国建材工业出版社,2007.[2]白礼懋.水泥厂工艺设计实用手册[M].北京：中国建筑工业大学出版社，1997.[3]胡道和.水泥工业热工设备[M].武汉：武汉工业大学出版社，1992.[4]曾令可，李萍，刘艳春.陶瓷窑炉实用技术[M].北京：中国建材工业出版社,2010.[5]宋帝.现代陶瓷窑炉[M].武汉：武汉工业大学出版社，1996.内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的一门专业必修课，属于实践性教学环节。
通过该课程的水泥或陶瓷热工设备或工艺的设计计算以及图纸绘制，使学生加深对《材料工程基础》课程理论知识的理解，了解和初步掌握陶瓷热工窑炉结构设计或水泥热工设备工艺设计的方法、内容和步骤，培养学生运用技术资料和工具书进行设计计算、图纸绘制和编写说明书的能力；通过该课程设计还能培养学生如何将理论与实践结合，提高分析和解决实际工程技术问题的能力。
Course Design for Fundamentals of Materials Engineering is a required practice course for the specialty of inorganic nonmetallic materials. The students can deepen the theory knowledge of the course of Fundamentals of Materials Engineering based on the design calculation and drawing plot of cement or ceramics hot working equipment or technology. Moreover, though this course, the students can know the design method, content and procedure of ceramics furnace structure or cement hot working system, and the ability of using the technical information and reference books to design/calculate, plot drawing and write the design calculation manual can be trained. In addition, this course can enhance the ability of the students to combine the theory and practice, and to analyze/solve the practical engineering and technology problems.《材料工程基础课程设计》教学大纲课程编号：02024804课程名称：材料工程基础课程设计/Course Design for Fundamentals of Materials Engineering学分：2学时：2周（实验：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：第5学期先修课程：材料工程基础一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业本科生的一门专业必修课，属于实践性教学环节。
材料工程基础教学设计 (2)
材料工程基础教学设计一、教学目标本教学计划旨在帮助学生建立基础的材料工程概念，掌握材料的物理、化学和机械性质，了解材料制备和加工过程，培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
二、教学内容•材料的基本概念•材料的物理性质、化学性质和机械性质•材料的制备和加工工艺•材料实验操作和数据处理三、教学方法1.讲授法采用讲授法，讲解材料的基本概念、物理性质、化学性质、机械性质、制备和加工工艺等内容。
通过案例分析，使学生理解材料工程的应用场景以及材料与生活的关系。
2.实验法选取具有代表性的材料实验操作和数据处理实验，指导学生进行实验操作，并辅导学生进行实验数据处理和分析。
通过实验操作，使学生学会采用仪器、设备和方法进行材料物理、化学、机械性质测试，培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
四、教学重点和难点4.1 教学重点1.材料的基本概念和常见材料的物理、化学和机械性质；2.材料的制备和加工工艺；3.实验操作和数据处理。
4.2 教学难点1.让学生理解材料的物理、化学和机械性质之间的联系；2.实验操作和数据处理。
五、教学过程设计5.1 课程导入通过问答互动的方式，启发学生对材料工程学科的认识，并介绍本学科的发展历程和涉及领域，引导学生了解材料工程学科的学习意义和发展前景。
5.2 正式教学5.2.1 材料基础概念授课通过讲解材料的定义，分类和物质结构，使学生对材料有一个初步的认识和了解。
5.2.2 材料物理性质、化学性质和机械性质讲解讲解材料的物理性质、化学性质和机械性质，包括常用测试方法和性能表征方法，使学生掌握测试和表征材料性质的技能和方法。
5.2.3 材料制备和加工工艺讲解讲解材料的制备和加工工艺，介绍材料制备和加工的基本原理和方法，使学生掌握材料制备和加工的基本技能和方法。
5.2.4 材料实验操作与数据处理在实验室中进行代表性材料实验操作，如拉伸试验、硬度测试、热分析等，辅导学生处理和分析实验数据，使学生掌握实验操作技能和数据处理技能。
工程材料基础教案
工程材料基础教案授课时间： 1、2 班级：本课课题：材料的发展及意义。
教学目的和要求：1.了解材料的发展过程及意义2.了解机械材料的分类及应用场合重点与难点：材料的分类及意义教学方法：讲授法课型：理论课绪论一、为什么要学机械工程材料？机械工程材料基础是一门传授有关制造的基础课。
它主要介绍常用金属材料的特点、性能及其对加工的影响。
研究的对象：常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。
例如：钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺。
举例：常用主轴材料：45 。
技术要求：调质处理。
箱体材料：HT200。
技术要求：退火。
国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。
1.工程材料是国家工业发展的物质基础。
工业和日常生活都离不开工程材料的使用，研究材料最终是为人类的文明进步而服务。
2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。
基础课→（桥梁）→专业课机械工程材料是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的作用。
二、机械工程材料课程有什么特点？1.本课程同实践紧密相联系，是一门实践性很强的学科。
2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握（安排了钳工、金工实习）。
3.为了弥补实践方面的不足，采用录像教学与讲授相结合，通过师生的相互努力来学好这门功课。
三、材料的发展史及意义四、怎样才能学好机械工程材料？1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。
2.要理解、要提问题、不能累计问题。
3.抓住主要内容：合金相图、金属材料及热处理基本知识。
作业布置：课后总结：授课时间： 3 班级：本课课题：材料的力学性能教学目的和要求：1.了解金属材料的主要力学性能2.了解材料性能的应用重点与难点：韧性、疲劳。
教学方法：讲授法课型：理论课和录像观摩金属材料的主要性能材料的性能：使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。
工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。
力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载荷）的性能。
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重力作用下的静力学基本方程式 对于均质不可压缩流体，密度ρ为常数。积分上式，得：
流体静力学基本பைடு நூலகம்程
适用范围：重力下的平衡 状态均质不可压缩流体。
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.3 流体静力学基本方程
流体静力学基本方程的物理意义和几何意义 物理意义：z－表示为单位重量流体对某一基准面的位势能； p/ρg－表示单位重量流体的压强势能。 几何意义：单位重量流体所具有的能量也可以用液柱高度来 表示，并称为水头。z－表示为单位重量流体的位置高度或 位置水头。p/ρg - 表示为单位重量流体的压强水头。位置水 头和压强水头之和称为静水头。
第一章 流体力学
1、导 论
1.5 流体的黏性和牛顿内摩擦定律
【例1-2】长度L=1m，直径d=200mm水平圆柱体，置于内径 D=206mm的圆管中以u=1m/s的速度移动，间隙中油液的相对 密度为d=0.92，运动黏度ν=5.6×10-4m2/s，求所需拉力F？ 【解】间隙中油的密度为 动力黏度为 由牛顿内摩擦定律 由于间隙很小，速度可认为是线性分布
在工程上，不同压强和温度下气体的密度可按下式计算：
第一章 流体力学
1、导 论
1.4 流体的膨胀性和压缩性
可压缩流体和不可压缩流体 一定条件下，流体的密度不随压力变化而变化，称为不可 压缩流体，相反为可压缩流体。 液体—一般可认为是不可压缩流体 气体—可认为是可压缩流体
第一章 流体力学
1、导 论
1.5 流体的黏性和牛顿内摩擦定律
流体的黏性 黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。由流体的力学特点 可知，静止流体不能承受剪切力，即在任何微小剪切力的 持续作用下，流体要发生连续不断地变形。但不同的流体 在相同的剪切力作用下其变形速度是不同的，它反映了抵 抗剪切变形能力的差别，这种能力就是流体的黏性。
第一章 流体力学
1、导 论
1.4 流体的膨胀性和压缩性
流体的膨胀性
第一章 流体力学
1、导 论
1.4 流体的膨胀性和压缩性
流体的压缩性 在一定的温度下，流体的体积随压强升高而缩小的性质称 为流体的压缩性。即:
第一章 流体力学
1、导 论
1.4 流体的膨胀性和压缩性
流体的压缩性 对于完全气体，其密度与温度和压强的关系可用热力学中 的状态方程表示，即：
无机非金属材料科学与工程专业
材料工程基础 课程教案 主讲：胡坤宏
主要内容
篇内容 章内容
工程流体力学 工程的基本理论 热工基础
节主要内容
流体静力学、流体动力学、 流体流动及阻力 传导传热、对流传热、辐 射传热、燃料及燃烧
传质与干燥
工程研究基本理论 工程研究基本理论 和方法 工程研究基本方法 设备与工程应用
乌氏粘度计
第一章 流体力学
1、导 论
1.5 流体的黏性和牛顿内摩擦定律
【例1-1】一平板距另一固定平板δ=0.5mm，二板水平放置， 其间充满流体，上板在单位面积上为τ=2N/m2的力作用下， 以μ=0.25m/s的速度移动，求该流体的动力黏度。 【解】由牛顿内摩擦定律
由于两平板间隙很小，速度分布可认为是线性分布， 可用增量来表示微分
第一章 流体力学
1、导 论
1.1 流体力学的任务及发展状况
流体力学的研究内容 研究流体（液体、气体）处于平衡状态和流动状态时的运 动规律及其在工程技术领域中的应用。 流体力学的三大基础理论 流体静力学(fluid statics); 流体运动学(kinematics); 流体动力学 (fluid dynamics) 。
当质量力仅为重力：X = 0，Y = 0，Z = −g
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.1 流体静压强及其特性
在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面积上的法向作 用力称为流体的压强。当流体处于静止状态时，流体的压强 称为流体静压强，用符号p表示，单位为Pa。 流体静压强的两个基本特性： 1）流体静压强方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法 线方向； 2）静止流体中任意一点流体压强的大小与作用面的方向无 关，即任一点上各方向的流体静压强都相同。
传质原理、干燥过程 量纲理论、相似理论
物理模拟、数学模拟 泵与风机、烟囱、换热器 流场、温度场、浓度场测 试技术
工程应用
工程测试技术与方法
参考资料
• 《热工基础》张学学，李桂馥 编，北京：高等教育出版 社，2006年第二版。 • 《化工传递过程基础》陈涛，张学亮 编，北京：化学工 业出版社，2010年第三版。 • 《流体力学》李玉柱，高等教育出版社.2008年第二版。 • 《传热学》赵镇南. 高等教育出版社. 2008年第二版。 • 《燃料及燃烧》韩昭沧. 冶金工业出版社. 1994年第二版。 • “James. R.Welty, Charles E. Wicks,Robert E. Wilson, Gregory Rorrer. “Fundamentals of Momentum and Heat, and Mass Transfer” (4th.). 2001。
第一章 流体力学
1、导 论
1.3 流体的主要物理性质
流体的密度 密度
相对密度 流体的相对密度是指某种流体的密度与4℃时水的 密度的比值，用符号d来表示。
第一章 流体力学
1、导 论
1.3 流体的主要物理性质
比容(比体积)
重度
（N/m3）
流体的平均重度：γ=G/V （N/ m3），在地球质量重力 场作用下，流体的密度和重度的关系为 γ = ρg。
1.6 作用在流体上的力
质量力 质量力是指作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一体 积的流体质量成正比的力，又称体积力。在均匀流体中，质 量力与受作用流体的体积成正比。如：重力；惯性力；静电 力；电磁力；离心力。
第一章 流体力学
1、导 论
1.6 作用在流体上的力
质量力
质量力的大小以作用在单位质量流体上的质量力，即单 位质量力来度量。在直角坐标系中，若质量力在各坐标 轴上投影分别为Fx，Fy，Fz，则单位质量力在各坐标轴 的分量分别等于：
表示在重力作用下静止流体中各点的静水头都相等。
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.3 流体静力学基本方程
压强与位置的关系
p p(z )
重力作用下静止均质流体
在一密闭容器中盛有密度为 ρ 的液体，若自由液面上的 压强为p0、位置坐标为z0，则在液体中位置坐标为z的任 意一点A的压强p为:
p0 hp z0 z
课程考核
• 考核方式：N+2，N为课程论文（2次）、实验设计、小测 验、分组讨论表现三项，“2”为笔记与考试。
第一章 流体力学
1、导 论
1.1 流体力学的任务及发展状况
研究对象
60年代以前，主要围绕航空、航天、大气、海洋、航运、 水利和各种管路系统等方面，研究流体运动中的动量传递 问题，即局限于研究流体的运动规律，和它与固体、液体 或大气界面之间的相互作用力问题。 60年代以后，能源、环境保护、化工和石油等领域中的流 体力学问题逐渐受到重视，这类问题的特征是：尺寸小、 速度低，并在流体运动过程中存在传热、传质现象。这样， 流体力学除了研究流体的运动规律以外，还要研究它的传 热、传质规律。
流体平衡微分方程 在静止流体中任取一微元平行六面体的流体微团，如图2-3 所示。设微元平行六面体中心点处的静压强为p，则作用在 六个平面中心点上的静压强可按G.I.Taylor级数展开，例如： 在垂直于X轴的左、右两个平面中心点上的静压强分别为：
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.2 流体平衡微分方程
流体平衡微分方程 处于静止状态下：作用在其上的外力在三个坐标轴上的分力 之和都等与零。例如，对于x轴，则为
整理上式，各项都除以微元体的质量ρdxdydz则得
同理得 用向量表示：
（欧拉平衡微分方程式，物理意义： 静止流体，某点单位质量流体的质 量力与静压强的合力相平衡。）
第一章 流体力学
2、流体静力学
如果静压强与法向不一致，则切身压强不 等于０，流体因剪切力作用便产生运动。 如右图：
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.1 流体静压强及其特性
注意 静止流体中深度不同的点处流体的静压强是不一样的，而流 体又是连续介质，所以流体静压强仅是空间点坐标的连续函 数，即
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.2 流体平衡微分方程
2.2 流体平衡微分方程
流体平衡微分方程
乘以dx，dy，dz， 然后相加并整理
全微分
第一章 流体力学
2、流体静力学
2.2 流体平衡微分方程
等压面 在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。即：等 压面内dp = 0，且
上式说明通过静止流体中的任 一点的等压面都垂直于该点处 的质量力。
第一章 流体力学
第一章 流体力学
1、导 论
1.2 流体的特征和连续介质假设
流体连续介质假设 流体微团为研究流体的基元。它是一块体积为无穷小的微 量流体，由于流体微团的尺寸极其微小，故可作为流体质 点看待。这样，流体可看成是由无限多连续分布的流体微 团组成的连续介质。这种对流体的连续性假设是合理的， 因为在流体介质内含有为数众多的分子。例如，在标准状 态下，lmm3 气体中有2.7×1016 个分子；lmm3 的液体中有 3×1019个分子。可见分子间的间隙是极其微小的。因此在 研究流体宏观运动时，可可以忽略分子间的间隙，而认为 流体是连续介质。
2、流体静力学
2.3 流体静力学基本方程
力作用下的静力学基本方程式 在一盛有静止液体的容器上取直角坐标系（只画出OYZ平面， Z轴垂直向上）。这时，作用在液体上的质量力只有重力G = mg，其单位质量力在各坐标轴上的分力为 X = 0，Y = 0， Z = −g。即：