《材料性能学》课程大纲

《材料性能学》课程大纲

课程代码080403L课程名称中文名:材料性能学

英文名:PropertiesofMaterials课程类别专业课修读类别必修学

分3学

时48开课学期第5学期开课单位材料科学与工程学院材料科学系适用专业材料类(金属材料工程、材料连接、无机非金属材料科学、无机非金属材料工程、高分子材料、功能材料等)先修课程高等数学、大学物理、物理化学、材料力学、材料科学基础后续有关专业课程和教学环节

各专业材料学和工艺学类课程，专业技能训练，生产实习，毕业实习，毕业设计（论文）主讲教师／职称付华/教授，吴红亚/副教授，蒋晓军/讲师考核方式及各环节所占比例作业+课堂讨论+期末开卷考试+期末闭卷考试（10%）+（10%）+（40%）+（40%）教材及主要参考书（1）《材料性能学》，付华主编，北京大学出版社，2010年（2）《材料性能学》，王从曾主编，北京工业大学出版社，2002年（3）《材料的性能》，赵新兵主编，高等教育出版社，2006年（4）《无机材料物理性能》，宁青菊主编，化学工业出版社，2006年（5）《FoundationsofMaterialsScienceandEngineering》（英文版），WilliamsF.Smith主编，机械工业出版社，2006年

一、课程性质和目标本课程是材料类专业的一门专业基础必修课。课程内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分，解释金属材料、无机非金属材料及高分子材料的强度、塑性、韧性、疲劳、磨损、热学、磁学、电学等性能指标的物理意义、影响因素、测试方法和工程应用等。为研究材料性能与组织结构的关系奠定理论基础。通过本课程的学习，要求学生达到以下目标：知识目标：课程目标1：解释材料力学性能与物理性能的基本概念、性能指标、物理本质及工程应用。课程目标2：解释材料在不同力的作用下的变形和断裂失效过程，运用断裂力学理论进行断裂失效分析计算，分析材料失效类型和原因。能力目标：课程目标3：能使用现代工具进行文献资料查找和案例分析，具备良好的沟通表达能力。课程目标4：解释材料的性能与材料的成分、工艺与结构间的关系，能分析材料在不同使用条件和环境下的性能变化，理解材料使用性能对社会、健康、安全、环境和社会可持续发展的影响。

二、

本课程所支撑的毕业要求（1）本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系序号毕业要求指标点毕业要求指标点具体内容课程目标1毕业要求1-3能够针对材料的服役条件，运用自然科学、工程基础和专业知识，进行材料的物理、力学和化学性能分析及性能改进课程目标1、2、3、42毕业要求1-4能综合分析材料组成、结构、性能及应用之间关系，通过检测和问题分析，提出材料性能改进方案。课程目标1、2、3、4（2）本课程内容与毕业要求指标点的对应关系教学内容课程目标毕业要求指标点理论教学（一）绪论课程目标1，4毕业要求1-3、1-4（二）材料的弹性变形课程目标1，2，3，4毕业要求1-3、1-4

（三）材料的塑性变形课程目标1，2，3，4毕业要求1-3、1-4（四）材料的断裂与断裂韧性课程目标1，2，3，4毕业要求1-3、1-4（五）材料的扭转、弯曲、压缩性能课程目标1,2,3,4毕业要求1-3、1-4

（六）材料的硬度课程目标1，2,3,4毕业要求1-3、1-4（七）材料的冲击韧性及低温脆性课程目标1，2,3,4毕业要求1-3、1-4（八）材料的疲劳性能课程目标1，2，3,4毕业要求1-3、1-4（九）材料的磨损性能课程目标1，2，3,4毕业要求1-3、1-4（十）材料的高温力学性能课程目标1，2，3,4毕业要求1-3、1-4（十一）材料在环境介质作用下的腐蚀课程目标1，2，3,4毕业要求1-3、1-4（十二）材料的强韧化课程目标1，2，3,4毕业要求1-3、1-4（十三）材料的热学性能课程目标1，3,4毕业要求1-3、1-4（十四）材料的磁学性能课程目标1，3,4毕业要求1-3、1-4（十五）材料的电学性能课程目标1，3,4毕业要求1-3、1-4（十六）材料的光学性能课程目标1，3,4毕业要求1-3、1-4

三、

教学基本内容（48学时）1.

绪论（2学时）（1）基本要求理解本课程的意义及在材料研究中的地位；理解本课程的教学内容，解释材料研究的核心问题及材料的成分、结构、制备与性能的关系；理解本课程教学特点与学习方法，强化发散性思维方式，提高综合分析问题能力；理解本课程的发展历史及相关教材及参考书的特点。（2）本章教学内容本课程的大纲；课程性质、目标、教学内容与培养目标和毕业要求的关系、教学与学习方法、教学进程、考核形式与基本要求，预期达成学习效果。材料性能的分类（3）重点和难点重点：课程教学与学习方法。难点：材料的成分、结构、制备与性能的关系。2.

材料的弹性变形（6课时）（1）基本要求解释金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用；解释陶瓷材料的弹性变形特点；解释高分子材料的弹性变形特点。（2）教学内容：金属材料、无机材料和高分子材料弹性变形及其性能指标的物理意义、影响因素及工程应用；非理想弹性变形的基本概念及种类。（3）重点和难点重点：金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用难点：高分子材料的弹性变形特点3.

材料的塑性变形（6课时）（1）基本要求解释无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理；理解冷变形金属的回复与再结晶；解释屈服强度的物理意义、影响因素及工程应用；解释应变硬化、抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用。（2）教学内容材料的塑性指标，塑性与强度的关系；无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点；屈服强度、抗拉强度、应变硬化和塑性的物理意义、影响因素及工程应用。（3）重点和难点重点：屈服强度、抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用难点：无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点4.

材料的断裂与断裂韧性（6课时）（1）基本要求运用材料断裂的类型及Griffith断裂理论及断口特征；解释线弹性条件下的断裂韧性理论，KⅠc的意义、测试方法及应用；理解弹塑性条件下的断裂韧性理论；解释影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用。（2）教学内容无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料断裂的类型及Griffith断裂理论及断口特征；线弹性条件下的断裂韧性理论，KⅠc的意义、测试方法及应用；弹塑性条件下的断裂韧性理论；影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用。（3）重点和难点重点：线弹性条件下的断裂韧性理论，KⅠc的意义、测试方法及应用难点：影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用材料的扭转、弯曲、压缩性能（1课时）（1）基本要求解释应力状态软性系数的基本概念；解释扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特点；解释扭转、弯曲、压缩试验条件下的力学性能指标的特点及工程应用。（2）教学内容扭转、弯曲、压缩条件下的力学性能指标的特点及工程应用。（3）重点和难点重点：扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特点难点：扭转、弯曲、压缩试验条件下的力学性能指标的特点及工程应用材料的硬度（2课时）（1）基本要求解释布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理；运用不同材料布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用。（2）教学内容布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的特点及选用。（3）重点和难点重点：不同材料布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用难点：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理材料的冲击韧性及低温脆性（1课时）（1）基本要求解释冲击弯曲试验与冲击韧性的意义；解释低温脆性的表示方法。（2）教学内容冲击弯曲试验与冲击韧性的意义；低温脆性的表示方法。（3）重点和难点重点：冲击弯曲试验与冲击韧性的意义难点：低温脆性的表示方法材料的疲劳性能（3学时）（1）基本要求解释疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；解释疲劳抗力指标σ-1、ΔKth的意义及影响因素；理解疲劳裂纹萌生及扩展机理；解释影响材料疲劳强度的因素。（2）教学内容疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；疲劳抗力指标σ-1、ΔKth的意义及影响因素；疲劳裂纹萌生及扩展机理，影响材料疲劳强度的因素。

（3）重点和难点重点：疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征难点：疲劳抗力指标σ-1、ΔKth的意义及影响因素材料的磨损性能（2学时）（1）基本要求解释摩擦磨损的概念及类型；理解磨损过程，解释耐磨性及测量方法。（2）教学内容摩擦磨损的概念及类型；耐磨性及测量方法。（3）重点和难点重点：摩擦磨损的概念及类型难点：耐磨性及测量方法材料的高温力学性能（1学时）（1）基本要求解释蠕变的基本概念，蠕变极限、持久强度的表示方法；理解影响蠕变性能的因素。（2）教学内容蠕变，蠕变极限、持久强度，影响蠕变性能的因素。（3）重点和难点重点：蠕变极限、持久强度的表示方法难点：影响蠕变性能的因素材料在环境介质作用下的腐蚀（1学时）（1）基本要求解释材料腐蚀的基本概念，解释金属材料的应力腐蚀的特点；理解氢脆产生的原因。（2）教学内容应力腐蚀、氢脆的特点。（3）重点和难点重点：金属材料的应力腐蚀的特点难点：氢脆的特点材料的强韧化（1学时）（1）基本要求按专业解释材料强化与韧化基本原理，材料强韧化常用方法及复合改性。（2）教学内容金属材料、无机材料和高分子材料的强化与韧化基本原理，材料强韧化常用方法及复合改性。

（3）重点和难点重点：材料强韧化常用方法难点：材料强化与韧化基本原理材料的热学性能（6学时）（1）基本要求解释热容物理意义、本质及应用；解释热膨胀物理意义、本质及应用；解释热传导的物理意义、本质及应用；解释热稳定性的概念及表达。（2）教学内容热容、热膨胀、热传导的物理意义、本质及应用。（3）重点和难点重点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理意义难点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理本质及应用材料的磁学性能（4学时）（1）基本要求解释磁性及其物理本质；解释产生抗磁性与顺磁性的物理本质及影响因素；解释铁磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学中的应用。

（2）教学内容磁性及其物理本质，抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学中的应用。（3）重点和难点重点：磁性及其物理本质难点：抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质材料的电学性能（4学时）（1）基本要求解释导电性的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用；解释热电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用；理解介电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用。

（2）教学内容导电性、热电性能、介电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用。（3）重点和难点重点：导电性、热电性能的物理本质、影响因素难点：介电性能的物理本质、影响因素材料的光学性质（2学时）（1）基本要求解释光的物理本质及其与材料的作用；解释材料的透光性；解释光与着色原理。

（2）教学内容光的物理本质及其与材料的作用，材料的透光性，着色原理。（3）重点和难点重点：光的物理本质及其与材料的作用难点：着色原理

四、达成课程目标的途径和措施1.

本课程的教学方法本课程涉及到的教学方法有“讲授法”、“案例教学法”、“多媒体视频法”、“学生授课法”“课堂讨论法”“学生作业讲解”等，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。绪论、第一章至第三章以及第十二至第十五章部分授课以“讲授法”为主，并与课堂学生讨论等互动方式配合使用。解释每一章讲授结束后，均布置课后习题，覆盖所讲内容的难点和重点。学生完成作业并自己讲解作业，进行难点问题讨论。第四章至第十一章部分授课以“学生授课法”、“课堂讨论法”为主，要求学生课前预习自学，并下载文献视频制作讲稿PPT文件，课上以学生讲解和课堂讨论为主，增强学生学习自主性，提高学生对所学理论知识的理解。要求学生结合自己的专业方向和兴趣，自选文献案例，进行对材料性能影响的各种因素的综合分析，作为开卷考试部分的素材资料。2.

教学手段本课程采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，将动画视频、录像及图片穿插到教学内容中，使学生“身临其境”地学习，达到课程目标要求。“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。3.

课外阅读要求推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文献）等多种手段获取信息，进行课前学习、课后复习和课外阅读，既能加深对教学内容的理解，又能拓展专业视野，紧跟行业发展前沿。4.多环节训练（1）作业（课堂讲解）（2）课堂讨论（3）期末考试五、课程综合记分方法课程考核由作业（课堂讲解/案例选题/讨论）、期末考试三部分组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。各考核环节及所占比重见下表：考核环节比重（%）作业（课堂讲解）10课堂讨论10期末考试80总计100

（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）评分标准：作业：每次作业按百分制评分，总评后折算成10分。作业（课堂讲解）的评分标准观测点85~100分75~84分60~74分＜60分完成进度严格按照作业要求并及时完成基本按照作业要求并及时完成不能按照作业要求，未及时完成不能按照作业要求，未及时完成作业质量概念清晰，计算完全正确，分析合理，结论有效概念基本清晰，计算基本正确，分析基本合理，结论基本有效概念不清晰，计算部分错误，分析不合理概念错误，计算错误，未给出分析课后题讲解/讨论思路清晰，表达准确，积极发言进行沟通交流，仪态大方。思路较清晰，表达基本准确，概念基本清楚，发言比较积极，仪态较大方。表达不清晰，概念有错误，发言交流比较被动。讲解错误，不能进行有效沟通，举止不得体。课堂讨论：每次课堂讨论按百分制评分，总评后折算成10分。课堂讨论的评分标准观测点85~100分75~84分60~74分＜60分完成进度严格按照要求并及时完成基本按照要求并及时完成不能按照要求，未及时完成不能按照要求，未及时完成案例选题案例符合选题，相关度高，内容充实案例比较符合选题，相关度较高，内容较充实案例比较符合选题，相关度不高，内容不充实案例不符合选题，相关度不高，内容不充实课堂讲解思路清晰，表达准确，仪态大方。思路较清晰，表达基本准确，概念基本清楚，仪态较大方。表达不清晰，概念有错误，仪态不大方。讲解错误，不能进行有效沟通，举止不得体。3）

期末考试：期末考试成绩是通过考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程知识点。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分，总评后折算成80分。为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设计。试卷蓝图设计课程目标

对应试题把握能力层次目标分值百分比（%）了解理解应用1一///10-155-1015-2515-252二5-105-105-1015-3015-30三

5-1010-1515-2515-253四////////25-3525-3525-35

100

六、

评估方法本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。课程目标1评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1.解释材料力学性能与物理性能的基本概念、性能指标、物理本质。解释材料力学性能（强度、塑性、冲击韧性等）与物理性能（热、磁、光、点）的基本概念、性能指标（杨氏模量、弹性极限、屈服强度、硬度等）和物理本质。作业一（课后题讲解/讨论）

期末考试第一题填空题1，2，3，4，5，7，8，9，13，15，172.解释材料力学性能与物理性能的工程应用。利用所学材料的力学性能及物理性能的知识，进行案例分析。期末考试

课程目标2

评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1、解释解释材料在不同力的作用下变形和断裂失效过程。解释材料在不同力（拉伸、压缩、变动载荷等）的作用下的弹性变形、塑性变形和断裂机理分析及性能指标的意义。作业二（课后题讲解/讨论）

期末考试第二题简答题12、分析材料失效类型。根据材料断裂后的宏观与微观断裂特征，分析材料断裂类型和失效原因。期末考试第二题简答题23、运用断裂力学理论进行断裂失效分析计算解释。根据所学知识，进行计算作为选材依据会判断安全性。作业（课后题讲解/讨论）作业完成情况期末考试第三题课程目标3评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化