沈陽(yáng)理工大學(xué)-大創(chuàng)版-材料性能學(xué)

1、材料性能學(xué)教學(xué)大綱代碼課程：050231004課程英文名稱(chēng)：Mechanical and Physical Properties of Materials課程總學(xué)時(shí)：48 講課： 48 實(shí)驗(yàn)： 0 上機(jī)： 0適用專(zhuān)業(yè)：金屬材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)大綱編寫(xiě)（修訂）時(shí)間：2012.7一、大綱使用說(shuō)明（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)1. 課程的地位材料性能學(xué)是金屬材料工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、必修課，是從事材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人員的必備基礎(chǔ)知識(shí)。本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生將材料工程理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有合理選材、用材和開(kāi)發(fā)新型材料的基本素質(zhì)。2. 教學(xué)目標(biāo)進(jìn)一步掌握材料各種主要性能的基本概念、物理本質(zhì)、變化規(guī)律及性

2、能指標(biāo)的工程意義，了解影響材料性能的主要因素，掌握材料性能與其組成、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，了解提高材料性能、發(fā)掘材料性能潛力的途徑，初步掌握各種材料性能檢測(cè)的基本原理、儀器設(shè)備和方法。（二）知識(shí)、能力及技能方面的基本要求1. 知識(shí)的基本要求掌握材料彈性和塑性變形的基本規(guī)律和物理機(jī)制。掌握材料斷裂的基本理論、特征以及斷裂韌性、沖擊韌性和低溫脆性等性能。掌握材料單向靜拉伸力學(xué)性能和硬度的力學(xué)性能基本理論，了解扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮條件下的性能。掌握材料的疲勞基本理論、疲勞性能指標(biāo)、疲勞斷裂特征及影響因素；了解疲勞斷裂的微觀(guān)機(jī)理。了解材料的環(huán)境因素（高溫、腐蝕介質(zhì)）作用下的力學(xué)性能及其影響因素。掌握材料的磨損特

3、征及性能。掌握材料強(qiáng)韌化的機(jī)理和途徑。掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)等特性，了解熱穩(wěn)定性。掌握材料的順磁性、抗磁性和鐵磁性等磁學(xué)性能、物理機(jī)制及其影響因素。掌握材料的電學(xué)性能、物理機(jī)制及其影響因素。掌握材料光與材料的作用及材料的透光性；了解光學(xué)材料。2. 能力方面的基本要求具有運(yùn)用材料性能學(xué)的理論和方法對(duì)材料進(jìn)行選擇、分析和評(píng)價(jià)的能力。具有綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)初步提出改進(jìn)或優(yōu)化材料性能的能力。3. 技能方面的基本要求掌握材料常規(guī)力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和設(shè)備使用的技能；掌握斷口分析方法；了解物理性能檢測(cè)方法。（三）實(shí)施說(shuō)明本教學(xué)大綱依據(jù)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃制定。1. 理論教學(xué)環(huán)節(jié)本課程以課堂講授為主，多媒

4、體輔助教學(xué)。理論教學(xué)將系統(tǒng)全面介紹材料性能的基礎(chǔ)知識(shí)， 以各種性能的 “基本概念物理本質(zhì)工程意義影響因素指標(biāo)測(cè)試評(píng)價(jià)方法應(yīng)用” 為主線(xiàn)， 貫穿本課程始終。教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容包括常規(guī)力學(xué)性能部分（靜態(tài)拉伸、沖擊、硬度和疲勞）、材料的斷裂和電學(xué)、磁學(xué)性能部分。將各種材料性能的實(shí)際應(yīng)用納入教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例對(duì)力學(xué)性能和物理性能的分析，提高學(xué)生對(duì)材料性能實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)識(shí)和適應(yīng)能力；使學(xué)生更好把握選材用材的方法。在教學(xué)方法上，處理好重點(diǎn)與難點(diǎn)。啟發(fā)式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“課堂講授答疑”教學(xué)互動(dòng)。通過(guò)教授實(shí)例、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)合，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。2. 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)根據(jù)知識(shí)、能力、技能方面的基本要求，安排材料性能

5、學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)（單獨(dú)設(shè)課），鞏固學(xué)生對(duì)各種材料性能的分析方法和測(cè)試方法的理解。（四）對(duì)先修課的要求在學(xué)習(xí)本課程之前必須完成：大學(xué)物理、工程力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、工程材料學(xué)、金屬工藝學(xué)、材料工程基礎(chǔ)等課程的學(xué)習(xí)。（五）對(duì)習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要求1. 習(xí)題要求：在每部分內(nèi)容結(jié)束后，根據(jù)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，適量、適當(dāng)?shù)牧粲辛?xí)題，以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的掌握程度。2. 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要求：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單獨(dú)設(shè)課，另作要求。（六）課程考核方式1 考核方式：考查2考核目標(biāo)：在考核學(xué)生對(duì)基本知識(shí)、基本性能測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考核學(xué)生的分析能力、解決問(wèn)題的能力。3成績(jī)構(gòu)成：本課程的總成績(jī)主要由兩部分組成：平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)情況、

6、出勤情況等）占 30%，期末考核成績(jī)占70%。（七）主要參考書(shū)目:1材料性能學(xué)付華、張光磊編，北京大學(xué)出版社2010.92材料性能學(xué)張帆、周偉敏編，上海交通大學(xué)出版社2009.13工程材料力學(xué)性能，束德林主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008.14材料性能學(xué)王叢曾主編，北京工業(yè)大學(xué)出版社2001二、中文摘要本課程的內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分：材料的力學(xué)性能和物理性能。在力學(xué)性能部分中，以材料的形變和斷裂理論為基礎(chǔ)，著重介紹金屬材料在各種載荷及服役條件下發(fā)生形變和斷裂規(guī)律及其力學(xué)性能；在物理性能部分著重介紹材料熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能。簡(jiǎn)介高分子、陶瓷、復(fù)合材料基本力學(xué)性能。三、課程學(xué)時(shí)總體分配表序號(hào)章節(jié)名

7、稱(chēng)學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1緒論222材料的變形662.1材料彈性變形機(jī)理2.2彈性變形力學(xué)性能指標(biāo)2.3非理想彈性變形2.4材料塑性變形機(jī)理:2.5塑性變形的力學(xué)性能指標(biāo)3材料的斷裂與斷裂韌性443.1材料斷裂特征及機(jī)理3.2斷裂韌性及應(yīng)用4材料在其它靜載下的力學(xué)性能444.1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)、扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮、 缺口試樣靜載力學(xué)性能4.2硬度5材料的沖擊韌性及低溫脆性446材料的疲勞性能666.1金屬疲勞特點(diǎn)、疲勞曲線(xiàn)與疲勞力學(xué)性能226.2疲勞過(guò)程及機(jī)理和影響疲勞強(qiáng)度的主要 因素447材料磨損性能228材料在小同劃、境卜的力學(xué)性能229材料的強(qiáng)韌化449.1金屬材料的強(qiáng)韌化339.2非金屬材料的

8、強(qiáng)韌化1110材料的熱學(xué)性能4410.1晶體點(diǎn)陣振動(dòng)、熱容、2210.2熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性2211材料的磁學(xué)性能4411.1基本磁學(xué)性能、抗磁性、順磁性2211.2鐵磁性、影響因素、磁性材料2212材料的電學(xué)性能4412.1導(dǎo)電性、導(dǎo)電機(jī)理、超導(dǎo)2212.2熱電性、半導(dǎo)體敏感效應(yīng)、介質(zhì)極化與介 電性能2213材料的光學(xué)性能22四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分緒論總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:2 講課:2 實(shí)驗(yàn)：0上機(jī):0 具體內(nèi)容：1）材料的性能與性能學(xué)2）本課程的目的、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法第 2 部分 材料的變形總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:6 講課 :6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容:1）掌握材料彈性

9、變形機(jī)理和力學(xué)性能指標(biāo)2）了解非理想彈性變形：滯彈性、粘彈性、偽彈性、包申格效應(yīng)、內(nèi)耗3）掌握材料塑性變形機(jī)理和單向拉伸條件下的力學(xué)性能指標(biāo)重 點(diǎn)：材料單向拉伸條件下的力學(xué)性能指標(biāo)難點(diǎn)：彈性與塑性變形機(jī)理、非理想彈性變形習(xí)題：1 ）彈性變形機(jī)理2 ） 非理想彈性變形3 ）塑性變形機(jī)理和性能指標(biāo)第 3 部分材料的斷裂總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:4 講課 :4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1） 掌握材料斷裂的基本特征和機(jī)理；2） 掌握斷口分析方法3） 掌握線(xiàn)彈性條件下斷裂韌性及其影響因素；4） 了解彈塑性條件下的斷裂韌性及斷裂韌性的工程應(yīng)用。重 點(diǎn)：材料斷裂特征和機(jī)理、斷口分析、線(xiàn)彈性條件的斷裂

10、韌性難點(diǎn)：斷口分析方法、斷裂力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題：1 ）斷裂的宏微觀(guān)特征2） 線(xiàn)彈性條件下的斷裂韌性第 4 部分 材料在其它靜載下的力學(xué)性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:4 講課 :4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）了解應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2）掌握扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能3）掌握缺口試樣靜載力學(xué)性能4） 掌握布氏、洛氏和維式硬度特點(diǎn)、原理及測(cè)試方法；了解其它種類(lèi)硬度。重點(diǎn)：硬度的測(cè)試原理和方法難 點(diǎn)：缺口效應(yīng)習(xí) 題： 1 ）比較單向拉伸、壓縮、彎曲、及扭轉(zhuǎn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍2 ）比較光滑試樣與缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)3 ）不同材料不同厚度硬度試驗(yàn)方法選擇第 5 部分 材料的沖擊韌性及低溫脆性總

11、學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:4 講課 :4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1 ）掌握沖擊彎曲試驗(yàn)及沖擊韌性2 ）掌握金屬材料的低溫脆性重 點(diǎn)：沖擊韌性難點(diǎn)：低溫脆性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度習(xí)題：低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素第 6 部分 材料的疲勞性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）6 講課 :6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）掌握金屬疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)2）掌握疲勞破壞的機(jī)理疲勞抗力指標(biāo)3）掌握疲勞裂紋擴(kuò)展速率及疲勞門(mén)檻值4）掌握影響材料及構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的因素5）了解材料的低周疲勞重 點(diǎn)：疲勞斷口的宏觀(guān)、微觀(guān)特征、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門(mén)檻值。難點(diǎn)：疲勞斷裂機(jī)理習(xí)題：1 ）金屬疲勞斷裂特點(diǎn)和疲勞斷口特征及形成過(guò)程

12、4 ）疲勞壽命的計(jì)算第 7 部分 材料磨損性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:2 講課 :2 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）明確磨損的概念及類(lèi)型2）掌握磨損試驗(yàn)方法3）掌握材料耐磨性及提高耐磨性的途徑重 點(diǎn):磨損基本類(lèi)型的分析難 點(diǎn):磨損機(jī)理、材料耐磨性及提高耐磨性的途徑習(xí) 題:試述粘著磨損、磨粒磨損、沖擊磨損等產(chǎn)生條件、機(jī)理及其防止措施第 8 部分 材料在不同環(huán)境下的力學(xué)性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）:2 講課 :2 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）了解高溫蠕變機(jī)理、高溫力學(xué)性能指標(biāo)及其影響因素2）了解金屬應(yīng)力腐蝕特點(diǎn)、性能指標(biāo)及防止措施重 點(diǎn)：金屬高溫力學(xué)性能指標(biāo)難點(diǎn)：高溫蠕變機(jī)理和應(yīng)力

13、腐蝕習(xí)題：5 ）金屬高溫力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)6 ）高溫蠕變與常溫下金屬塑性變形的比較第 9 部分 材料的強(qiáng)韌化總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）4 講課 4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）掌握金屬材料強(qiáng)化和韌化原理及工藝2）了解陶瓷和高分子材料的強(qiáng)韌化重點(diǎn)：金屬材料的強(qiáng)韌化難點(diǎn)：材料強(qiáng)韌化原理習(xí) 題：金屬材料強(qiáng)韌化原理與途徑第 10 部分 材料的熱學(xué)性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）4 講課 4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)的機(jī)理、性能指標(biāo)和影響因素2）了解熱穩(wěn)定性重點(diǎn)：材料的熱傳導(dǎo)規(guī)律難點(diǎn)：熱學(xué)性能的物理機(jī)制習(xí) 題：1）材料熱容理論2）熱傳導(dǎo)理論的應(yīng)用第 11 部分 材料的磁學(xué)性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）4 講課 4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）掌握材料的抗磁性、順磁性、鐵磁性產(chǎn)生機(jī)理和影響因素2）了解磁性材料重點(diǎn)：材料的鐵磁性難點(diǎn)：磁性的物理機(jī)制習(xí) 題：1）比較抗磁性、順磁性和鐵磁性的異同第 12 部分 材料的電學(xué)性能總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí)）4 講課 4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0具體內(nèi)容：1）掌握材料的導(dǎo)電機(jī)理、超導(dǎo)電性和影響因素2）掌