沈陽理工大學-大創(chuàng)版-材料性能學

1、材料性能學教學大綱代碼課程：050231004課程英文名稱：Mechanical and Physical Properties of Materials課程總學時：48 講課： 48 實驗： 0 上機： 0適用專業(yè)：金屬材料類專業(yè)大綱編寫（修訂）時間：2012.7一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學目標1. 課程的地位材料性能學是金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)基礎課、必修課，是從事材料科學與工程專業(yè)人員的必備基礎知識。本課程的目的是培養(yǎng)學生將材料工程理論與實踐相結合的能力，培養(yǎng)學生具有合理選材、用材和開發(fā)新型材料的基本素質。2. 教學目標進一步掌握材料各種主要性能的基本概念、物理本質、變化規(guī)律及性

2、能指標的工程意義，了解影響材料性能的主要因素，掌握材料性能與其組成、結構之間的關系，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的基本原理、儀器設備和方法。（二）知識、能力及技能方面的基本要求1. 知識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性能和硬度的力學性能基本理論，了解扭轉、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、疲勞斷裂特征及影響因素；了解疲勞斷裂的微觀機理。了解材料的環(huán)境因素（高溫、腐蝕介質）作用下的力學性能及其影響因素。掌握材料的磨損特

3、征及性能。掌握材料強韌化的機理和途徑。掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導等特性，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性能、物理機制及其影響因素。掌握材料的電學性能、物理機制及其影響因素。掌握材料光與材料的作用及材料的透光性；了解光學材料。2. 能力方面的基本要求具有運用材料性能學的理論和方法對材料進行選擇、分析和評價的能力。具有綜合運用專業(yè)知識初步提出改進或優(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)力學性能的實驗測試和設備使用的技能；掌握斷口分析方法；了解物理性能檢測方法。（三）實施說明本教學大綱依據(jù)專業(yè)指導性教學計劃制定。1. 理論教學環(huán)節(jié)本課程以課堂講授為主，多媒

4、體輔助教學。理論教學將系統(tǒng)全面介紹材料性能的基礎知識， 以各種性能的 “基本概念物理本質工程意義影響因素指標測試評價方法應用” 為主線， 貫穿本課程始終。教學重點內容包括常規(guī)力學性能部分（靜態(tài)拉伸、沖擊、硬度和疲勞）、材料的斷裂和電學、磁學性能部分。將各種材料性能的實際應用納入教學內容，結合應用實例對力學性能和物理性能的分析，提高學生對材料性能實際應用的認識和適應能力；使學生更好把握選材用材的方法。在教學方法上，處理好重點與難點。啟發(fā)式教學，實現(xiàn)“課堂講授答疑”教學互動。通過教授實例、作業(yè)和實驗結合，重點強化學生運用知識的能力。2. 實踐教學環(huán)節(jié)根據(jù)知識、能力、技能方面的基本要求，安排材料性能

5、學綜合實驗（單獨設課），鞏固學生對各種材料性能的分析方法和測試方法的理解。（四）對先修課的要求在學習本課程之前必須完成：大學物理、工程力學、材料科學基礎、工程材料學、金屬工藝學、材料工程基礎等課程的學習。（五）對習題課、實驗環(huán)節(jié)的要求1. 習題要求：在每部分內容結束后，根據(jù)教學的重點和難點，適量、適當?shù)牧粲辛曨}，以檢驗學生對所學內容的掌握程度。2. 實驗環(huán)節(jié)的要求：實驗內容單獨設課，另作要求。（六）課程考核方式1 考核方式：考查2考核目標：在考核學生對基本知識、基本性能測試方法的基礎上，重點考核學生的分析能力、解決問題的能力。3成績構成：本課程的總成績主要由兩部分組成：平時成績（包括作業(yè)情況、

6、出勤情況等）占 30%，期末考核成績占70%。（七）主要參考書目:1材料性能學付華、張光磊編，北京大學出版社2010.92材料性能學張帆、周偉敏編，上海交通大學出版社2009.13工程材料力學性能，束德林主編，機械工業(yè)出版社，2008.14材料性能學王叢曾主編，北京工業(yè)大學出版社2001二、中文摘要本課程的內容主要分為兩個部分：材料的力學性能和物理性能。在力學性能部分中，以材料的形變和斷裂理論為基礎，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)律及其力學性能；在物理性能部分著重介紹材料熱學、光學、電學和磁學性能。簡介高分子、陶瓷、復合材料基本力學性能。三、課程學時總體分配表序號章節(jié)名

7、稱學時講課實驗上機1緒論222材料的變形662.1材料彈性變形機理2.2彈性變形力學性能指標2.3非理想彈性變形2.4材料塑性變形機理:2.5塑性變形的力學性能指標3材料的斷裂與斷裂韌性443.1材料斷裂特征及機理3.2斷裂韌性及應用4材料在其它靜載下的力學性能444.1應力狀態(tài)軟性系數(shù)、扭轉、彎曲與壓縮、 缺口試樣靜載力學性能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、疲勞曲線與疲勞力學性能226.2疲勞過程及機理和影響疲勞強度的主要 因素447材料磨損性能228材料在小同劃、境卜的力學性能229材料的強韌化449.1金屬材料的強韌化339.2非金屬材料的

8、強韌化1110材料的熱學性能4410.1晶體點陣振動、熱容、2210.2熱膨脹、熱傳導、熱穩(wěn)定性2211材料的磁學性能4411.1基本磁學性能、抗磁性、順磁性2211.2鐵磁性、影響因素、磁性材料2212材料的電學性能4412.1導電性、導電機理、超導2212.2熱電性、半導體敏感效應、介質極化與介 電性能2213材料的光學性能22四、教學內容及基本要求第1部分緒論總學時（單位：學時）:2 講課:2 實驗：0上機:0 具體內容：1）材料的性能與性能學2）本課程的目的、內容和學習方法第 2 部分 材料的變形總學時 （ 單位：學時）:6 講課 :6 實驗 :0 上機 :0具體內容:1）掌握材料彈性

9、變形機理和力學性能指標2）了解非理想彈性變形：滯彈性、粘彈性、偽彈性、包申格效應、內耗3）掌握材料塑性變形機理和單向拉伸條件下的力學性能指標重 點：材料單向拉伸條件下的力學性能指標難點：彈性與塑性變形機理、非理想彈性變形習題：1 ）彈性變形機理2 ） 非理想彈性變形3 ）塑性變形機理和性能指標第 3 部分材料的斷裂總學時 （ 單位：學時）:4 講課 :4 實驗 :0 上機 :0具體內容：1） 掌握材料斷裂的基本特征和機理；2） 掌握斷口分析方法3） 掌握線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用。重 點：材料斷裂特征和機理、斷口分析、線彈性條件的斷裂

10、韌性難點：斷口分析方法、斷裂力學基礎習題：1 ）斷裂的宏微觀特征2） 線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性能總學時 （ 單位：學時）:4 講課 :4 實驗 :0 上機 :0具體內容：1）了解應力狀態(tài)軟性系數(shù)2）掌握扭轉、彎曲與壓縮的力學性能3）掌握缺口試樣靜載力學性能4） 掌握布氏、洛氏和維式硬度特點、原理及測試方法；了解其它種類硬度。重點：硬度的測試原理和方法難 點：缺口效應習 題： 1 ）比較單向拉伸、壓縮、彎曲、及扭轉的特點和應用范圍2 ）比較光滑試樣與缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸實驗特點3 ）不同材料不同厚度硬度試驗方法選擇第 5 部分 材料的沖擊韌性及低溫脆性總

11、學時 （ 單位：學時）:4 講課 :4 實驗 :0 上機 :0具體內容：1 ）掌握沖擊彎曲試驗及沖擊韌性2 ）掌握金屬材料的低溫脆性重 點：沖擊韌性難點：低溫脆性及韌脆轉變溫度習題：低溫脆性的物理本質及其影響因素第 6 部分 材料的疲勞性能總學時 （ 單位：學時）6 講課 :6 實驗 :0 上機 :0具體內容：1）掌握金屬疲勞現(xiàn)象及特點2）掌握疲勞破壞的機理疲勞抗力指標3）掌握疲勞裂紋擴展速率及疲勞門檻值4）掌握影響材料及構件疲勞強度的因素5）了解材料的低周疲勞重 點：疲勞斷口的宏觀、微觀特征、疲勞裂紋擴展速率及擴展門檻值。難點：疲勞斷裂機理習題：1 ）金屬疲勞斷裂特點和疲勞斷口特征及形成過程

12、4 ）疲勞壽命的計算第 7 部分 材料磨損性能總學時 （ 單位：學時）:2 講課 :2 實驗 :0 上機 :0具體內容：1）明確磨損的概念及類型2）掌握磨損試驗方法3）掌握材料耐磨性及提高耐磨性的途徑重 點:磨損基本類型的分析難 點:磨損機理、材料耐磨性及提高耐磨性的途徑習 題:試述粘著磨損、磨粒磨損、沖擊磨損等產(chǎn)生條件、機理及其防止措施第 8 部分 材料在不同環(huán)境下的力學性能總學時 （ 單位：學時）:2 講課 :2 實驗 :0 上機 :0具體內容：1）了解高溫蠕變機理、高溫力學性能指標及其影響因素2）了解金屬應力腐蝕特點、性能指標及防止措施重 點：金屬高溫力學性能指標難點：高溫蠕變機理和應力

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