《材料實(shí)驗(yàn)學(xué)》課程教學(xué)大綱

《材料實(shí)驗(yàn)學(xué)》教學(xué)大綱課程編碼：432003一、課程介紹材料實(shí)驗(yàn)學(xué)是材料專業(yè)的必修課。其主要任務(wù)是配合《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的理論學(xué)習(xí)，理論聯(lián)系實(shí)際，從材料的研究與應(yīng)用角度出發(fā)，闡明材料實(shí)驗(yàn)的基本理論、方法與過程，用以正確理解掌握材料的成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。它是《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的重要環(huán)節(jié)；其目的是加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生對金屬組織的宏觀分析的能力，掌握材料實(shí)驗(yàn)常規(guī)儀器的基本功能和操作方法。從實(shí)驗(yàn)過程中提高學(xué)生創(chuàng)新思維和解決問題的能力。使學(xué)生了解和掌握這些實(shí)驗(yàn)技能和方法，了解與掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本功能和使用特點(diǎn)，以便在實(shí)際工作中自如運(yùn)用，培養(yǎng)適應(yīng)未來社會(huì)與科技發(fā)展、較強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的高級專門人才。本課程所講述的內(nèi)容有金相顯微分析、宏觀分析、金屬材料的組織觀察及分析、材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)、金屬材料及熱處理實(shí)驗(yàn)、材料實(shí)驗(yàn)學(xué)在材料領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用共6章。教學(xué)部分共包含理論4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。Introduction‘MaterialExperiment’iscompulsoryforstudentsmajoringinmaterials.MaterialExperimentismeanttocombinethetheoryofthecourseFoundationsofMaterialSciencewithitspracticeandfromtheperspectiveofmaterialresearchandapplicationprovidesstudentswithlaboratoryexperimentalprinciples,methodsandprocessesinordertogainthoroughunderstandingofmaterialcomposition,processingtechniques,andtherelationshipofmaterialstructuresandphysicalproperties.MaterialsexperimentisanimportantpartofthecourseFoundationsofMaterialScience;itsmainobjectivesaretoenhancestudents'understandingoftheory,developtheiranalysisskillsofmaterialmacrostructureandmasteryoftheoperationandfunctionofmateriallaboratoryinstruments.Fromexperimentalprocesses,studentswillimproveinnovativethinkingandproblemsolvingability.MaterialExperimentenablesstudentstounderstandandmastertheexperimentaltechniquesandmethods,tobeawareofandmasterthebasicfunctionsandtheoperationsoftheexperimentalinstrumentsinordertoapplytheminworkpractices,andtodevelopintohighlyskilledexpertswhopossessstrongpracticalandinnovativeabilitiesandcanadaptwelltothefuturedevelopmentofscienceandtechnology.Thiscourseconsists6chapters,includingmetallographicmicroanalysis,macroscopicanalysis,structureobservationandanalysisofmetalmaterials,materialmechanicalpropertyexperiments,metallicmaterialsandheattreatments,andapplicationsofmaterialexperimentsinthefieldofmaterialscience.Theteachingpartincludestheoryof4hoursandexperimentsof16hours.課程基本信息課程名稱材料實(shí)驗(yàn)學(xué)課程編碼432003英文名稱MaterialExperiment課程學(xué)時(shí)20課程學(xué)分1課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)必修課開課學(xué)期第4學(xué)期課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16適用專業(yè)材料科學(xué)與工程、材料成型于與控制工程、無機(jī)非金屬材料工程開課單位金屬材料工程系選用教材《材料實(shí)驗(yàn)學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》.吉林大學(xué)，校內(nèi)講義.王淵博主編（2018修訂版）主要參考書1.《金屬學(xué)及熱處理》.機(jī)械工業(yè)出版.王健安主編2.《熱處理手冊》，機(jī)械工業(yè)出版.樊東黎、王廣生主編二、教學(xué)大綱1、課程目標(biāo)（Courseobjectives,CO）CO1.通過觀察金屬的金相組織結(jié)構(gòu)，測定金屬材料的拉伸強(qiáng)度和布氏、洛氏硬度等，加深學(xué)生對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》理論知識的理解，使學(xué)生能夠針對具體的金屬材料對象，建立數(shù)據(jù)模型并求解。（支撐GA1.2）CO2.根據(jù)相關(guān)金屬熱分析實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟練掌握鐵碳金屬相圖，加深對金屬相變的理解，使學(xué)生能夠能夠能基于相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法，正確表達(dá)金屬材料復(fù)雜工程問題。（支撐GA2.2）CO3.在金相觀察等實(shí)驗(yàn)過程中，使學(xué)生了解和掌握這些實(shí)驗(yàn)技能和方法，了解與掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本功能和使用特點(diǎn)，了解金屬材料工程領(lǐng)域常用的現(xiàn)代儀器，信息技術(shù)工具，工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。（支撐GA5.1）CO4.實(shí)驗(yàn)以小組為單位，在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的相關(guān)能力，使學(xué)生能夠在團(tuán)隊(duì)合作里，與不同領(lǐng)域的的人員進(jìn)行有效溝通，合作共事。（支撐GA9.1）CO5.通過實(shí)驗(yàn)前的知識講解，使學(xué)生了解金屬材料面臨的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約成本等意識，并掌握材料工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，了解金屬材料工程及產(chǎn)品全周期全流程的成本構(gòu)成，理解其中涉及的工程管理、經(jīng)濟(jì)決策與產(chǎn)品營銷的問題（支撐GA11.1）。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系表（如果支撐的指標(biāo)點(diǎn)前面有更低級指標(biāo)點(diǎn)可以被課程目標(biāo)覆蓋的話，寫在第一列里）可覆蓋的指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求支撐的指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐理由123451.2GA1.2能夠針對具體的無機(jī)非金屬材料對象，建立數(shù)據(jù)模型并求解?！淌箤W(xué)生掌握金屬材料強(qiáng)度硬度等基礎(chǔ)性能知識以及相關(guān)測定方法，并能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。2.2GA2.2能基于相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法，正確表達(dá)無機(jī)非金屬材料復(fù)雜工程問題?！掏ㄟ^對金屬材料煅燒以及拉伸，并相關(guān)觀察性能變化和組織改變，使學(xué)生能過加深對理論知識的理解，并簡單分析簡單的工程事故原因。5.1GA5.1了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常用的現(xiàn)代儀器，信息技術(shù)工具，工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性?！掏ㄟ^金相觀察，拉伸測試等試驗(yàn)，使學(xué)生能夠熟練使用相關(guān)儀器。9.1GA9.1能夠在多學(xué)科背景下與不同領(lǐng)域的知識和人員進(jìn)行有效溝通，合作共事?！掏ㄟ^學(xué)習(xí)金屬相關(guān)知識，并能完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。是本專業(yè)學(xué)生具有一定跨專業(yè)交流的能力。11.1GA11.1掌握材料工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，了解無機(jī)非金屬材料工程及產(chǎn)品全周期全流程的成本構(gòu)成，理解其中涉及的工程管理、經(jīng)濟(jì)決策與產(chǎn)品營銷的問題?！虒W(xué)生了解金屬材料損耗，報(bào)廢等相關(guān)原因，使學(xué)生在今后工作實(shí)踐中，將其納入成本計(jì)算相關(guān)范疇。1、教學(xué)目的《材料實(shí)驗(yàn)學(xué)》是材料科學(xué)與工程學(xué)專業(yè)本科生的學(xué)科基礎(chǔ)課程。材料實(shí)驗(yàn)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。獨(dú)立開設(shè)此課程旨在加深學(xué)生對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容的理解，拓展學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新的視野，掌握材料的基本實(shí)驗(yàn)研究方法，熟練掌握材料實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用與操作，從實(shí)驗(yàn)過程中提高學(xué)生創(chuàng)新思維和解決問題的能力。2、教學(xué)要求授課教師要積極備課，多與學(xué)生互動(dòng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一定要有預(yù)作實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真準(zhǔn)備、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程中，對課程所涉及的內(nèi)容要運(yùn)作自如,不能死板照課件講。所有授課、實(shí)驗(yàn)都采用多媒體教學(xué)，做到授課內(nèi)容與大綱相符，實(shí)驗(yàn)過程中充分利用多媒體動(dòng)畫教學(xué)課件，結(jié)合典型實(shí)用案例和相關(guān)軟件，穿插提問，了解預(yù)習(xí)情況。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的積極性，充分發(fā)揮大學(xué)生實(shí)踐的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。學(xué)生成績有詳細(xì)的評分標(biāo)準(zhǔn)，做到真實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、公平、公正、公開。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的科學(xué)素養(yǎng)?；趯Ρ确治鰧?shí)驗(yàn)結(jié)，努力獲取更為精確數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的精神，引導(dǎo)學(xué)生思考有關(guān)材料本身的內(nèi)在因素，提升邏輯思維能力，培養(yǎng)基本的科學(xué)素養(yǎng)。通過公開的評分標(biāo)準(zhǔn)和公平的成績評定過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)科學(xué)素養(yǎng)。3、預(yù)備知識或先修課程要求本課程需要大學(xué)物理、普通化學(xué)、物理化學(xué)、材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)。4、教學(xué)方式課程由教學(xué)與實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)；全部采用多媒體動(dòng)畫教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)。理論授課4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作16學(xué)時(shí)。5、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備1）硬件環(huán)境：實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺具備齊全的多媒體教學(xué)設(shè)備；蔡司智能研究級顯微鏡、數(shù)碼顯微硬度計(jì)、微機(jī)自動(dòng)控制拉伸試驗(yàn)機(jī)等。2）軟件環(huán)境：金相顯微鏡的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)、顯微鏡觀察互動(dòng)用局域網(wǎng)等軟件。6、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第1章金屬顯微分析（0.5學(xué)時(shí)）1.1金屬顯微樣品的制備1.2光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造與操作1.3顯微攝影及暗室技術(shù)1.4顯微鏡數(shù)字圖像采集系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)：金屬組織顯示教學(xué)難點(diǎn)：金相顯微鏡觀察是重點(diǎn)難點(diǎn)思考題：金相試樣的取樣原則金相組織的顯示原理第2章宏觀分析（1學(xué)時(shí)）2.1宏觀分析方法2.2鑄鋼的低倍組織2.3非金屬夾雜物分析 2.4斷口分析教學(xué)重點(diǎn);宏觀分析方法教學(xué)難點(diǎn)：宏觀缺陷的形成原因思考題：簡述宏觀組織的特點(diǎn)及分析方法鋼的低倍缺陷的特征及形成原因第3章金屬材料組織的觀察及分析（1學(xué)時(shí)）3.1二元合金組織觀察3.2鐵碳合金平衡組織觀察及分析3.3三元合金組織觀察3.4金屬塑型變形與再結(jié)晶量對力學(xué)性能的影響教學(xué)重點(diǎn)：鐵碳合金平衡組織觀察教學(xué)難點(diǎn)：鐵碳相圖、鐵碳合金平衡組織分析與應(yīng)用思考題：鐵碳合金組織在非平衡條件下會(huì)有哪些不同？鐵碳合金平衡組織有幾種滲碳體？它們的形態(tài)有什么不同？描述它們的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布對力學(xué)性能的影響？室溫下基本相和組織組織物的基本特征是什么？滑移帶為什么在光學(xué)顯微鏡上能看到？從制樣方法和組織形貌上來解釋滑移帶與孿晶的區(qū)別。試從相組成及形態(tài)特點(diǎn)來分析低、中、高碳鋼平衡組織的性能。第4章材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)（0.5學(xué)時(shí)）4.1材料的硬度4.2材料的拉伸試驗(yàn)4.3材料的沖擊實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)：布氏、洛氏硬度教學(xué)難點(diǎn)：布氏、洛氏硬度獨(dú)立操作思考題：布氏、洛氏硬度及相關(guān)附件的原理1、為什么測量硬度是要設(shè)置一定的試驗(yàn)力保持時(shí)間？2、金屬布氏、洛氏、維氏硬度三種硬度試驗(yàn)方法獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑有何不同？3、為什么測量壓痕直徑時(shí)應(yīng)在相互垂直的兩個(gè)方向測量，取其平均值呢？4、低碳鋼和鑄鐵兩種材料斷口有什么不同?它們的力學(xué)性能有何不同?（比較強(qiáng)度和塑性）

5、比較低碳鋼與灰鑄鐵的沖擊破壞特點(diǎn)。第5章金屬材料及熱處理實(shí)驗(yàn)（0.5學(xué)時(shí)）5.1碳鋼及合金鋼的熱處理5.2熱處理后的顯微組織觀察分析5.3鑄鐵與有色金屬顯微組織觀察教學(xué)重點(diǎn)：金相觀察熱處理后的組織教學(xué)難點(diǎn)：金相組織與熱處理的關(guān)系思考題：1.馬氏體與下貝氏體的組織如何區(qū)分？2.中碳鋼在不同回火溫度得到何種組織及組織特征?3.分析T10鋼780℃加熱和930℃加熱冷卻后組織、性能差別，并說明原因？4.分析熱處理連續(xù)冷卻得到的索氏體、屈氏體、馬氏體與回火索氏體、回火屈氏體、回火馬氏體在形態(tài)和性能上的不同。第6章材料實(shí)驗(yàn)學(xué)在材料領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用（0.5學(xué)時(shí)）教學(xué)重點(diǎn)：講解材料實(shí)驗(yàn)學(xué)在材料領(lǐng)域中實(shí)際應(yīng)用案例教學(xué)難點(diǎn)：如何用所學(xué)的知識去掌握與解決實(shí)際問題課程內(nèi)容及教學(xué)方式對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系序號課程內(nèi)容教學(xué)方式支持課程目標(biāo)1實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告通過實(shí)驗(yàn)手冊的形式，將實(shí)驗(yàn)要求、目的、相關(guān)原理等打印成冊，使學(xué)生自行預(yù)習(xí)，并做出相關(guān)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，通過老師點(diǎn)評進(jìn)行考察CO12實(shí)驗(yàn)過程先由老師講解實(shí)驗(yàn)要求與安全注意事項(xiàng)，介紹實(shí)驗(yàn)相關(guān)背景知識。部分實(shí)驗(yàn)須預(yù)先進(jìn)行分組，并在老師監(jiān)督下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評。CO13儀器使用由老師介紹儀器使用原理及方法，并進(jìn)行示范操作，選擇一名同學(xué)進(jìn)行示范講解。部分實(shí)驗(yàn)須預(yù)先進(jìn)行分組，并在老師監(jiān)督下，學(xué)生進(jìn)行自行操作。老師根據(jù)儀器操作表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評。CO2、CO44數(shù)據(jù)分析學(xué)生將獲得數(shù)據(jù)與老師進(jìn)行簡單匯報(bào)，并在課后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，在下次課前交給老師點(diǎn)評、評分。CO15報(bào)告撰寫學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相關(guān)處理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和實(shí)驗(yàn)后的思考題，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。CO1、CO46工作態(tài)度使學(xué)生遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度，并認(rèn)真完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。CO37綜合素養(yǎng)教師先講解實(shí)驗(yàn)原理、操作方法、要求與注意事項(xiàng)，隨后學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行動(dòng)手操作，每個(gè)學(xué)生都在團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)一部分工作，并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。CO57、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配、實(shí)驗(yàn)小組序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)分配分組人數(shù)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)教學(xué)要求1顯微分析對所觀察的樣品進(jìn)行攝影；2、觀察10鋼顯微組織，畫顯微組織示意圖；3、制備金相試樣：每人制備一塊合格的材料顯微試樣。綜合性21逸夫機(jī)械材料館依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評價(jià)2宏觀組織檢驗(yàn)與斷口分析試樣制備；2、宏觀分析的酸蝕檢驗(yàn)的原理：酸蝕檢驗(yàn)屬于電化學(xué)腐蝕；3、斷口的形貌特征；4、裂紋源位置及擴(kuò)張方向的判定。綜合性413金屬塑型變形與再結(jié)晶1、純鋁片進(jìn)行拉伸并退火，然后進(jìn)行浸蝕，并測定晶粒大??；2、討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。綜合性424鐵碳合金平衡組織觀察及硬度的測試1、觀察分析典型鐵碳合金的平衡組織及形態(tài)特征，