《材料科学基础（A1）》课程教学大纲
一．课程基本信息
开课单位：材料科学与工程学院
课程编号： 06010102a
英文名称：Fundamental of Materials and Science (A1)
学时：总计48学时，其中理论授课38学时，实验（含上机）10学时
学分：3.0学分
面向对象：材料成型及控制工程
先修课程：《工程力学》
后续课程：材料科学基础（A2）
教材：《金属学及热处理》，崔忠圻主编，机械工业出版社，2007年8月第二版
主要教学参考书目或资料：
1.《材料科学基础教程》赵品、谢辅洲、孙文山主编，哈尔滨工业大学，2002，第二版。
2.《物理冶金学基础》J. D. Verhoeven著，卢光熙、赵子伟译，上海科学技术出版社，1980年第一版
3.Willim D.Callister J. Materials Science And Engineering;An Introduction5th Ed.USA, John Wiley & Sons ,1999
二．教学目的和任务
《材料科学基础（A1）》是材料成型及控制工程专业的一门重要专业基础课。课程要求学生掌握金属与合金的成分、结构、组织与性能之间的内在联系以及在各种条件下的变化规律，为后续各有关专业课的学习以及为日后的工作和科研提供必需的有关金属学方面的基本概念，基本知识，基本理论和基本的实验技能，以及提高分析问题和解决问题的能力。
三．教学目标与要求
本课程为《材料科学基础》课程的前半部分，即金属学部分。其内容主要包括三个方面。第一方面由晶体结构、晶体缺陷和扩散等组成，这是金属学的基本概念，也是进一步学习其它各章的必要基础；第二方面内容涉及金属及合金的凝固、相图和铁碳合金，着重阐述相变的热力学分析、转变机制和组织形态等；第三方面内容是金属及合金的塑性变形和回复、再结晶，主要介绍金属及合金的强度和塑性理论。
四．教学内容、学时分配及其基本要求
第一章 金属的晶体结构（建议6学时）
（一）教学内容
§1.1 金属与金属键的特点
§1.2 金属的晶体结构
§1.3 金属的晶体缺陷
（二）基本要求
通过本章学习，要求学生掌握晶体学基础、金属的晶体结构以及合金相结构，认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。注意位错线与柏氏矢量，位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力方向之间的关系。
重点难点：晶体结构的周期性及表示方法、三种典型晶体结构、合金相结构及固溶体的形成规律、位错、柏氏矢量
第二章 固态扩散（建议4学时）
（一）教学内容
§2.1 概述
§2.2 菲克定律
§2.3 影响扩散的因素
（二）基本要求
正确理解菲克定律及其物理实质，并能够较好地应用菲克定律解决一些较简单的扩散问题，要求掌握扩散机理、扩散第一第二定律及应用、影响扩散的因素。
重点难点：扩散的宏观规律及微观机制、扩散第一第二定律及应用。
第三章 纯金属的结晶（建议10学时，其中实验4学时）
（一）教学内容
§3.1 金属结晶的基本规律
§3.2 金属结晶的热力学条件与结构条件
§3.3 形核
§3.4 晶核长大
（二）基本要求
明确结晶相变的热力学、动力学、能量及结构条件，了解过冷度在结晶过程中的意义；过冷度、临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度之间的区别；均匀形核与非均匀形核的成因及在生产中的应用；均匀形核时临界晶核半径和形核功的计算；界面的生长形态取决于液/固界面的结构及界面前沿液相中的温度梯度，明确晶体的长大条件与长大机制。能用结晶理论说明生产实际问题，如晶粒细化工艺、单晶体的制取原理及工艺、定向凝固技术等。
重点难点：结晶的条件、均匀形核、非均匀形核、晶核长大机制，晶粒大小的控制、铸锭的三晶区及缺陷
第四章 合金的相结构与结晶（建议16学时，其中实验4学时）
（一）教学内容
§4.1 合金的概念
§4.2 合金的相结构
§4.3 相图的基础知识
§4.4 二元匀晶相图与固溶体的结晶
§4.5 二元共晶相图
§4.6 二元包晶相图
§4.7 其他类型二元相图简介
§4.8 三元合金相图简介
（二）基本要求
弄清相、组织、组织组成物等基本概念；熟悉匀晶、共晶、共析、包晶等相图，并能应用他们分析相应合金的结晶过程，尤其是复杂二元合金相图的三相平衡反应，并利用相图计算相含量，分析任一合金平衡态的组织及推断不平衡态可能的组织变化；能利用相图与性能的关系，预测材料性能；理解成分过冷的形成及影响成分过冷的因素；成分过冷对组织形态的影响。
重点难点：固溶体、金属化合物、匀晶、共晶、包晶相图及结晶过程、不平衡结晶过程、杠杆定律
第五章 铁碳合金相图（建议6学时，其中实验2学时）
（一）教学内容
§5.1 Fe
C合金的组元与相结构
§5.2 Fe
Fe3C相图分析
§5.3 铁碳合金的平衡结晶过程分析
§5.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响
§5.5 钢中杂质元素及其影响
（二）基本要求
掌握Fe-C二元合金相图以及相关的基本概念，要求熟练掌握铁碳相图的组织转变产物、结晶过程分析、相图计算、碳和其它杂质元素的影响、钢锭组织。
重点难点：铁碳相图及其组织转变产物、相图计算。
第六章 金属与合金的塑性变形（建议6学时）
（一）教学内容
§6.1 概述
§6.2 单晶体的塑性变形
§6.3 多晶体的塑性变形
§6.4 合金的塑性变形
§6.5 塑性变形对金属组织和性能的影响
（二）基本要求
金属及合金的塑性变形包括单晶体、多晶体、合金的塑性变形及塑性变形对组织和性能的影响。要求掌握滑移、孪生、位错机制、多晶体及合金的塑性变形、晶粒大小的影响、塑性变形后组织和性能的变化。晶体塑性变形的基本方式、宏观规律及微观机
重点难点：滑移、孪生、晶体塑性变形的基本方式、宏观规律及微观机制。
五．教学方法及手段
教学已讲授为主，采用多媒体和板书相结合的方式，加强师生之间的互动。同时也组织学生对某些具体问题进行小组讨论然后再进行答疑。另外针对学生的作业情况也进行及时的辅导。
六．考核方式及考核方法
可配合多媒体进行教学，本课程为必修考试课程，考试采取笔试。总评成绩由笔试成绩和出勤纪录、作业、实验等平时成绩综合评定（其中笔试成绩占70％，平时成绩占30％）。
七．课内实验（上机）教学安排
序号 | 实验项目 | 学时 | 性质 | 类型 |
1 | 光学显微镜与微观组织分析 | 4 | 必做 | 综合 |
2 | 金属凝固原理与宏观组织分析 | 4 | 必做 | 综合 |
3 | 铁碳合金的平衡组织观察 | 2 | 必做 | 验证 |
（制定人：陈健 魏范松 审定人：芦笙）
《材料科学基础（A2）》课程教学大纲
一．课程基本信息
开课单位：材料科学与工程学院
课程编号： 06010103a
英文名称：Fundamental of Materials and Science (A2)
学时：总计48学时，其中理论授课38学时，实验（含上机）10学时
学分：3.0学分
面向对象：材料成型及控制工程
先修课程：材料科学基础（A1）
后续课程：
教材：《金属学及热处理》，崔忠圻主编，机械工业出版社，2007年8月第二版
主要教学参考书目或资料：
1.《材料科学基础教程》赵品、谢辅洲、孙文山主编，哈尔滨工业大学，2002，第二版。
2.《物理冶金学基础》J. D. Verhoeven著，卢光熙、赵子伟译，上海科学技术出版社，1980年第一版
3.Willim D.Callister J. Materials Science And Engineering;An Introduction5th Ed.USA, John Wiley & Sons ,1999
二．教学目的和任务
本课程为《材料科学基础A》课程的后半部分，即金属热处理部分，是材料成型及控制工程专业的一门重要专业基础课。本课程以物理、数学、物理化学、金属学等课为基础课，重点研究固态相变的规律性，研究金属或合金热处理组织与性能之间的关系，以及热处理理论在生产实践中的应用。为提高零部件的热处理质量，充分发挥现有材料的潜力，发展新材料和强化热处理工艺打下坚实的理论基础。
三．教学目标与要求
通过本课程学习，要求学生掌握金属材料中相变的基本规律，主要是钢中组织转变的基本规律，具有运用金属材料中相变的基本规律，分析和研究金属热处理工艺问题的能力；同时应掌握成分、组织与性能之间的关系，对金属材料具有一定的分析和研究能力，为提高机械产品质量，充分发挥现有材料的潜力，合理制定热处理工艺，发展新材料和新工艺奠定良好的理论基础。
四．教学内容、学时分配及其基本要求
第七章 形变金属的回复与再结晶（建议8学时，其中实验2学时）
（一）教学内容
§7.1 形变金属和合金在退火过程中的变化
§7.2 回复
§7.3 再结晶
§7.4 晶粒长大
§7.5 金属的热加工
（二）基本要求
金属及合金的回复与再结晶内容包括回复、再结晶、晶粒长大和热加工。要求掌握回复、再结晶、晶粒长大的机制、晶粒大小的控制、动态回复与动态再结晶。
重点难点：回复及机理，再结晶及再结晶后的晶粒长大过程。
第八章 钢的热处理原理（建议12学时）
（一）教学内容
§8.1 概述
介绍本课程研究对象和任务；本课程在近代工业生产中的地位，对发展热处理新工艺和研制新材料的作用；金属热处理发展概况及本课程的内容和学习要求。
§8.2 钢在加热时的转变
重点掌握奥氏体的组织结构和性能、奥氏体的形成机制以及奥氏体晶粒度概念、长大机制、影响因素和控制途径；了解连续加热时奥氏体的形成规律。
§8.3过冷奥氏体冷却转变图
掌握过冷奥氏体等温冷却转变图（TTT图）的建立、分析以及影响因素和过冷奥氏体连续冷却转变图（CCT图）的建立、分析。
§8.4 过冷奥氏体珠光体转变
重点掌握珠光体的组织形态、结构与性能以及珠光体的形成机制；重点掌握影响珠光体转变动力学因素和珠光体的机械性能；了解亚（过）共析钢珠光体的形成；钢中魏氏组织的形成；
§8.5 过冷奥氏体马氏体转变
重点掌握马氏体晶体结构以及新生马氏体的异常正方度、马氏体转变的主要特征、马氏体(板条马氏体和片状马氏体)的形态学；影响马氏转变的动力学因素；马氏体转变的热力学条件；Ms点的定义及其影响因素；马氏体的机械性能；奥氏体稳定化。
§8.6 过冷奥氏体贝氏体转变
掌握贝氏体转变的基本特征；贝氏体(B上和B下)的组织形态；了解贝氏体的转变机制和贝氏体的机械性能。
§8.6 钢在回火时的转变
重点掌握淬火钢回火时的组织转变规律，包括碳原子在马氏体内的偏聚、马氏体的分解-回火马氏体、残余奥氏体的转变及二次淬火、碳化物的转变及二次硬化；α相的回复与再结晶碳化物聚集球化；掌握淬火钢回火时机械性能的变化；回火脆性及防止方法。
（二）基本要求
钢的热处理原理内容包括钢在加热、冷却和回火时的转变。要求掌握奥氏体的形成，奥氏体向P、B和M的转变机制和特点，回火过程的各个阶段及组织性能。
重点难点：钢在加热、冷却和回火时的转变，CCT、TTT曲线判断组织产物及性能。
第九章 钢的热处理工艺（建议12学时，其中实验6学时）
（一）教学内容
§9.1 退火与正火
§9.2 淬火与回火
§9.3 其他类型热处理
（二）基本要求
要求掌握退火、正火、淬火、回火等各类工艺的名称、目的、工艺特点，获得的组织、性能及实际应用，了解缺陷的产生及防止，并根据CCT转变曲线合理选择热处理工艺。了解钢的渗碳、渗氮及表面淬火的基本内容。
重点难点：工艺用途及选择
第十章 材料概论（建议16学时，其中实验2学时）
（一）教学内容
§10.1 概述
§10.2 工业用钢
§10.3 铸铁
§10.4 有色金属及合金
（二）基本要求
要求掌握合金元素在钢中的作用，各类钢的成分，合金元素的作用、热处理、组织、性能、用途。掌握铁碳双重相图，了解铸铁组织的形成，白口、灰口、可锻、球墨铸铁及特殊性能铸铁。掌握有色金属及合金的强化原则，了解合金的组织性能及应用。
重点难点：合金元素的作用，材料热处理工艺的选用
五．教学方法及手段
教学已讲授为主，采用多媒体和板书相结合的方式，加强师生之间的互动。同时也组织学生对某些具体问题进行小组讨论然后再进行答疑。另外针对学生的作业情况也进行及时的辅导。
六．考核方式及考核方法
可配合多媒体进行教学，本课程为必修考试课程，考试采取笔试。总评成绩由笔试成绩和出勤纪录、作业、实验等平时成绩综合评定（其中笔试成绩占70％，平时成绩占30％）。
七．课内实验（上机）教学安排
序号 | 实验项目 | 学时 | 性质 | 类型 |
4 | 金属的塑性变形与再结晶 | 2 | 必做 | 验证 |
5 | 碳钢及合金钢的热处理操作、组织观察及硬度测定 | 6 | 必做 | 综合 |
6 | 铸铁的显微组织观察 | 2 | 必做 | 验证 |
（ 制定人：陈健 魏范松 审定人：芦笙）