《材料科学基础I》实验教学大纲

《材料科学基础I》实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223501课程名称：材料科学基础I/FundamentalsofMaterialsScienceI课程类别：专业必修课程学分：2.5总学时：40理论学时：32实验/实践学时：8适用专业金属材料工程适用对象：本科先修课程：物理化学、机械制造基础教学环境：多媒体教室/实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介《材料科学基础I》是金属材料工程专业一门重要的专业基础课。本课程的作用是阐明金属与合金的化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律，系统介绍材料科学，重点是金属学的基本原理和基本知识。通过本课程的学习，使之掌握材料结构的基本知识、金属与合金的晶体结构、高分子材料结构基本知识，具备基本的金相分析能力，为今后从事金属与合金的研究与应用奠定必要的理论基础。结合国家生产建设需求，激发学生建功立业的热情、工匠精神和工程师素养。三、课程教学目标1.通过实验器材完成面心立方、体心立方和密排六方三种典型晶体结构的堆垛，掌握三种典型晶体结构的原子模型堆垛方法，培养学生理论联系实际的思维方法。2.通过金相试样的制备方法和金相显微镜的正确使用方法，锻炼学生的动手操作能力。掌握光学显微镜的结构及工作原理，培养学生运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析的能力。3.通过对不同试样进行金相观察，掌握金相显微镜和金相组织观察的正确方法，并能把观察到的组织特征与材料的成分和性能特点联系起来，进一步掌握金属材料化学成分、结构、组织与性能间的关系及其变化规律。锻炼学生的动手操作能力以及分析问题和解决问题的能力。4.通过实验教学的训练，促进对材料科学基础理论知识的认识和理解。具备利用所学知识对金属材料工程专业科研方案的初步设计能力。四、实验项目及学时安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1金相试样的制备与显微镜的使用2综合性必做12晶体结构原子模型的堆垛与分析2综合性必做23二元合金组织观察2综合性必做14铁碳合金相图及平衡组织分析2综合性必做1五、实验内容实验一金相试样的制备与显微镜的使用实验目的：1.学习金相制备的方法和技巧，2.观察制备试样的显微组织，并画出其组织示意图。3.培养学生工匠精神和工程师素养。实验设备：砂纸、玻璃板、金相试样抛光机，试样，腐蚀剂实验内容及步骤：1.了解金相试样的制备方法及过程，按照金相试样制备程序制备出一块在金相显微镜下观察无磨痕、组织清晰的金相试样。2.学习金相显微镜的原理、构造和使用注意事项，了解显微镜各部件的位置、作用，熟悉显微镜的操作规程，正确选用物镜和目镜、进行光阑调节，调焦等操作。3.用金相显微镜观察制备的45钢或T12钢试样，画下组织图，标明材料名称、热处理工艺、组织、放大倍数、腐蚀剂等项。实验二晶体结构原子模型的堆垛与分析实验目的：1.熟悉三种常见晶体结构晶面原子排列规律，晶向原子排列规律，2.了解原子排列面密度、线密度的计算。3.掌握面心立方和密排六方晶体原子密排面空间堆垛规律，八面体和四面体的形状和位置。4.培养学生的辩证思维能力，充分理解实践和理论的有机结合。实验设备：金刚球堆垛模型，原子模型，塑料盒实验内容及步骤：1.仔细观察晶胞模型，熟悉三种典型金属晶体结构空间原子的排列方法。2.用塑料小球堆垛出三种典型晶体结构中常用晶面上原子的排列方式。3.分析所堆晶面上原子分布特征，画出原子分布，计算晶面密度。4.确定面心立方和体心立方晶体密排面和密排方向，并进行标注。5.在密排面上，用小球堆垛出体心立方、面心立方和密排六方晶体结构。6.借助晶体结构模型，分析体心立方、面心立方间隙位置。实验三二元合金组织观察实验目的：1.熟悉本实验所要观察的合金系相图，2.观察二元合金平衡相显微组织特征。3.培养学生的科研能力与工程师素养。实验设备：金相显微镜，各种标准试样。实验内容及步骤：1.熟悉本实验所要观察的合金系相图。2.分析不同成分合金的平衡凝固过程及冷至室温应具有的组织。3.观察合金的组织特征，绘出示意图，注明各组成物。4.分析组织与成分的变化规律。分析固溶体合金枝晶偏析形成原因。实验四铁碳合金相图及平衡组织分析实验目的：1.掌握Fe-Fe3C相图。2.分析不同含碳量的铁碳合金的凝固过程，室温组织及其形貌特征。3.培养动手能力，并结合我国的钢铁发展史以及钢铁史上的伟大人物和重大事件，激发学生的爱国热情，增强学生的民族自豪感和社会责任心。实验设备：金相显微镜、金相试样一套实验内容及步骤：1.对所给试样进行细致观察，研究每一个试样的组织特征，并根据铁碳相图分析其组织形成过程。2.根据观察的组织特征，绘出每个试样显微组织的示意图。3.分析铁碳合金的组织、性能与含碳量的关系。4.选择一个试样用杠杆定律计算组织及相的相对含量。六、实验报告格式实验名称（一）实验目的（二）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核方式（一）实验成绩的构成实验成绩占本门课程总成绩20%，参考实验考勤、实验操作及实验报告成绩综合给定。（二）评分标准1.实验成绩以百分制或五级制（优、良、中、及格、不及格）填报，按比例记入该课程成绩中。2.多个实验项目的最后填报平均成绩。3.按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。4.实验评分应包括三个方面：（1）实验预习及实验纪律占20%：（2）实验操作占40%：（3）实验报告40%；评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级。优：90分以上，良：80-89分，中：70-79分，及格：60-69分，不及格：59分以下，也可以以百分制给出多个实验的综合成绩。实验成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（＜60分）实验预习及实验纪律（20%）实验前能够按照实验要求，提前预习，掌握实验内容，掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，较好的掌握实验内容、掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，了解实验内容、实验安全操作规程，较遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，基本了解实验内容、实验安全操作规程，较遵守实验纪律实验前未能按照实验要求，未提前预习，不了解实验内容、未能掌握实验安全操作规程实验操作（40%）能够根据实验目的，独立设计优化实验步骤，独立或合作完成实验操作，且操作规范；准确记录实验现象，并对实验现象进行综合的分析讨论，得出合理的实验结果能够根据实验目的，独立设计实验步骤，独立或合作完成实验操作，操作较为规范；记录实验现象较为准确，并对实验现象进行综合的分析讨论，得出较为合理的实验结果能够根据实验目的，设计实验步骤，独立或合作完成实验操作，操作基本规范；记录实验现象，并对实验现象进行分析讨论，得出实验结果能够根据实验目的，设计出基本的实验步骤，基本能完成实验操作，操作基本规范；记录实验现象，并对实验现象进行初步分析讨论，得出实验结果不能根据实验目的，设计出相应的实验步骤，不能完成实验操作或操作不规范；不能记录实验现象，不能对实验现象进行分析讨论，不能得出实验结果实验报告（40%）实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论，提出自己的见解。实验报告能够独立完成，内容完整，数据较为合理，数据处理正确，图表基本规范。能够较好的完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。实验报告能够独立完成，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中提出的问题，能对实验中遇到的问题进行讨论。实验报告基本能够独立完成，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。实验报告不能独立完成，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。八、教学资源实验指导书：贾利晓闫红彦主编.材料科学基础实验指导书，2022参