一．课程基本信息
开课单位：材料科学与工程学院
课程编号：06010119a
英文名称：Fundamentals of materials science（B）
学时：总计72学时，其中理论授课62学时，实验10学时
学分：4.5学分
面向对象：金属材料工程本科专业
先修课程：物理化学，工程力学
后续课程：热处理原理与工艺，金属塑性加工学，金属液态成型原理与工艺
教材：《材料科学基础》 胡赓祥 蔡珣 戎咏华编著 上海交通大学出版社2006年7月第二版
主要教学参考书目或资料：
1.《材料科学基础》 潘金生 仝健民 田民波编著
清华大学出版社1998年6月第一版
2.《金属学原理》 余永宁编
冶金工业出版社2000年1月第一版
3.《Materials Science And Engineering; An Introduction》
Willim D.Callister J.5th Ed. USA,
John Wiley & Sons ,1999
二．教学目的和任务
《材料科学基础（B）》是金属材料工程专业的一门重要的专业基础课。
本课程主要包括晶体学基础、晶体缺陷、固体材料的结构和键合理论、形变与相图的基础理论，使学生掌握材料科学的基本理论和研究方法，初步具备应用所学理论解决实际问题的能力，并为学生后续专业课程的学习和从事材料研究打下理论基础。
三．教学目标与要求
本课程通过授课、讨论、作业和实验等教学环节，使学生掌握原子键合、晶体结构、二元相图、原子扩散、金属及合金的塑性变形和回复再结晶等材料科学的基本理论、基本知识；初步掌握晶体缺陷的概念及对材料性能的影响；了解金相显微镜的结构与功能，并能正确使用，受到必要的实验技能训练；了解材料科学领域的新知识、新理论和新方法。
四．教学内容、学时分配及其基本要求
绪论（2学时）
（一）教学内容
1．材料发展史；
2．材料科学与工程学科的形成与发展；
3．课程的性质及学习方法。
（二）基本要求
1．了解材料的使用对人类社会发展的影响；
2．了解材料科学与工程学科的形成与发展；
3．了解课程的性质及学习方法。
第一章 原子结构与键合（2学时）
（一）教学内容
1．原子结构；
2．原子间的键合。
（二）基本要求
1．掌握原子结构及核外电子的排布规律；
2．了解元素周期律；
3．掌握金属键、离子键、共价键和物理键的键合特点及与材料的联系。
固体结构（20学时，含讲授14学时，实验6学时）
（一）教学内容
1．晶体特征和空间点阵；
2．晶面指数和晶向指数；
3．三种典型的金属晶体结构；
4．晶体的原子堆垛方式和间隙；
5．合金的晶体结构；
6．晶体缺陷简介。
（二）基本要求
1．掌握几何晶体学的基本概念；
2．掌握七大晶系十四种空间点阵的分类；
3．掌握空间点阵与晶体结构的区别与联系；
4．熟练掌握晶面指数和晶向指数的标定方法；
5．熟练掌握三种典型的金属晶体结构特点；
6．掌握晶体的原子堆垛方式和间隙的大小及分布；
7．掌握合金相的基本概念；
8．掌握固溶体和金属化合物的结构和性能特点及影响因素；
9．了解晶体缺陷的分类、几何特点及对材料性能的影响；
10．了解金相显微镜的结构和功能；
11．掌握金相试样的制备方法。
二元相图（14学时，含讲授12学时，实验2学时）
（一）教学内容
1．相图的表示及测定方法；
2．相图文献的检索；
3．匀晶相图分析；
4．共晶相图分析；
5．包晶相图分析；
6．其它类型二元相图分析；
7．复杂二元相图的分析方法；
8．相图与性能的关系；
9．铁—碳合金相图分析。
（二）基本要求
1．掌握相图的表示方法；
2．了解相图的测定方法及相图文献的检索方法；
3．熟练掌握匀晶、共晶和包晶相图的分析方法及平衡和非平衡结晶过程；
4．掌握其它二元相图的分析方法；
5．掌握复杂二元相图的分析方法；
6．掌握相图与性能的关系；
7．熟练掌握铁—碳合金相图的分析方法及典型合金的平衡结晶过程分析；
8．掌握铁—碳合金平衡组织的形貌特征。
第四章 扩散（12学时）
（一）教学内容
1．Fick第一定律及其应用；
2．Fick第二定律及其应用；
3．Kirkendall效应、置换固溶体中的扩散及Darken公式；
4．扩散热力学分析；
5．扩散的微观机制；
6．影响扩散的因素；
7．反应扩散分析。
（二）基本要求
1．掌握Fick第一定律及其在稳态扩散过程中的应用；
2．掌握Fick第二定律及其在一维非稳态扩散过程中的应用；
3．熟练掌握Fick第二定律的误差函数解、高斯解并能灵活运用；
4．了解Fick第二定律的正弦解；
5．掌握Darken公式并能正确分析Kirkendall效应的产生原因；
6．理解扩散的热力学分析；
7．了解扩散的微观机制；
8．掌握影响扩散的因素；
9．掌握二元扩散偶中反应扩散的分析方法。
第五章 晶体的塑性变形（12学时）
（一）教学内容
1．金属的弹性变形理论；
2．单晶体的塑性变形；
3．多晶体的塑性变形；
4．合金的塑性变形；
5．塑性变形对材料组织和性能的影响。
（二）基本要求
1．理解金属弹性变形的本质及弹性
完整性；
2．掌握晶体滑移和孪生的特点；
3．了解滑移的位错机制；
4．理解晶界对晶体滑移的影响及细晶强化的机制；
5．掌握单相固溶体的塑性变形特点及固溶强化机制；
6．掌握多相合金的塑性变形特点及弥散强化机制；
7．掌握塑性变形对材料显微组织和性能的影响；
8．了解塑性变形对残余应力的影响。
第六章 回复与再结晶（10学时，含讲授8学时，实验2学时）
（一）教学内容
1．回复过程中组织和性能的变化；
2．回复机制；
3．回复动力学及应用；
4．再结晶过程中组织和性能的变化；
5．再结晶形核机制；
6．影响再结晶形核率的因素；
7．再结晶晶核的长大；
8．再结晶动力学；
9．再结晶温度及影响因素；
10．再结晶晶粒大小及其控制方法；
11．正常晶粒长大与退火孪晶；
12．反常晶粒长大。
13．再结晶图
（二）基本要求
1．掌握冷变形金属在回复和再结晶过程中组织和性能的变化规律；
2．理解回复和再结晶晶核的形核机制；
3．掌握回复动力学和再结晶动力学；
4．理解再结晶温度及其影响因素；
5．掌握再结晶晶粒大小的控制方法；
6．理解正常晶粒长大及其影响因素；
7．理解异常晶粒长大的原因；
8．了解再结晶图及退火孪晶产生原因。
五．教学方法及手段
由于本课程所涉及到的基本理论较为抽象，学生难于理解，除了安排较多的实验学时外，在课堂教学中应采用较多的图象、动画、录像等多媒体课件和适当的教具，以帮助学生理解。课后应有固定的答疑时间，每周2小时。
本课程所设立的实验为从事材料科学研究之基本实验，对学生深化基本理论的理解、培养学生动手能力和理论联系实际的作风有重要的作用。学生须在教师指导下独立地完成每次实验，撰写实验报告。每次实验的完成情况均须作详细记录，以作为学生实验成绩的依据。
本课程为专业基础课，涉及到大量的基础理论，为了使学生较好地理解所学理论，必须布置适当数量的课外作业或习题。习题的内容应覆盖该课程的重点和难点，每次课后的习题难度及数量应适中，一般应使学习优秀的同学在1-2小时内能够完成。
本课程由于习题数量较多，除了在课堂教学过程中应及时地对作业中的共性问题加以解答外，在理论教学结束后，应至少安排一次2学时的习题课，对本课程作业中存在的问题作重点解答。
六．考核方式及考核方法
考核方式：考试
考核方法：本课程总成绩由学生平时成绩、实验成绩和期末考试成绩三部分构成。
其中平时成绩占15%，实验成绩占15%，期末考试成绩占70%。
七．课内实验教学安排
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综合实验 | 6 | 必做 | 综合 |
2 | 铁碳合金平衡组织观察 | 2 | 必做 | 验证 |
3 | 金属的塑性变形与再结晶 | 2 | 必做 | 验证 |
（制定人：王海龙 审定人：徐玉松）