北科大材料
材料科学基础(北京科技大学)02讲
x'1 x1 cos x2 sin x'r到r’变换的解析式是∶
x'1 cos
x'
2
sin
x'3 0
sin cos
0
0 x1
0
x2
1 x3
又可写成∶ r' Rr ，式中R是变换矩阵
点阵是由晶体的结构基元抽象出来的，可以由下式来 说明点阵和晶体结构的关系：
点阵 + 结构基元 = 晶体结构 结构基元可以是一个或多个原子（分子）构成。
1.3 对称性，空间变换（Symmetry，Space Translation）
任何物体（几何图形，晶体，函数）都可以在描述 它的变量空间对它的整体作适当的变换，如果这种变换 使物体本身重合（即它在变换后不变亦即转换成自己）， 这样的物体就是对称的，这样的变换就是对称性变换。
称F是对称物体，g是对称变换（操作）。 对一个物体可以有若干个对称操作，由两个或更多
个相继的相同或不同的对称操作构成的操作也是对称操 作。对给定的物体的对称操作的集合就是对称群 （Symmetry Group）。
在操作作用下，物体空间各点和全部位矢都相对一 组固定参考轴移动 ，称主动操作（Active Operation）。
对称性还可以有另外的一种说法：物体可以分割成 等同的部分。
概括地说对称性就是在描述物体变量的空间中物体 经过某种变换后的不变性。
1.3.1 对称变换(操作)（Symmetry Translation (Operation)） 对称变换实际上就是一种对称操作。从几何意义考
察物体的对称性就是考察变换前后物体是否自身重合， 如果重合了，这种变换就是一种对称操作。
北科大新材料造出“会唱歌”桌子
Ｉ ｌ 说如果将纳米杯超介质用于电脑芯片光信号的传输也将会有很大的开发潜力。 －ａ Ｉｓ ａ 新型水处理膜材料，用以解决饮用 水不足 日本 中央硝子 （ ｅｔ ｌ ｓ Ｃ ｎ ａＧ ａ ）与美国 ⅢＭ 共 同开发出了新型水处理膜材料，可用于解 ｒ ｌ ｓ 决全球范 围内的饮用水不足问题。 处理膜可高效脱碱并除去砷等水中的污染物质。 该材料是 由中央硝子及 ｍＭ 的研究人 员在 ｍＭ 的研究基地共 同开发的。 目前使用的水处理膜材料在使用氯杀菌时对氯的耐性不够。因此 ， 此次共 同开发的主要 目 标是， 开发耐氯性 出色以及为解决 目前全球共同存在的问题——除去水中所含的砷 ， 而在
的散射共振。 ”她与同事 Ｎ ｋｌ Ｍ／ｎ正对此专题展开研究。 ｉ ａ ｆ ｏｙ ｉ 人造 “ 超介质 ”比天然物质更有优势。它们与光发生剧烈的物理效应 。这种 “ 超介质” 具有很好的结构特性， 它们 比光波长要小。 超介质的这种特性能产生独特 、 有趣的光学效应 。 因此科学家们对这种物质非常的感兴趣 。
所 以又被称为稀土 巨磁致伸缩材料或稀土超磁致伸缩。 由于这种材料在 国防和民用高技术方 面的重要性和广泛 的应用潜力，被称 为 ２ 世纪战略性功能材料之一。 ｌ 稀土 巨磁致伸缩材料，已在换能器 、驱动器、滤波器 、震源等多个方面投入应用 ，尤其 在 国家大型水利工程、 电站建设的库区地质勘探及工程质量无损检测 。 民用方面，采用 水 在
该材料原理的磁致伸缩扬声器在大功率音响上的应用也 日渐显示优势 ， 这种音响可对抗恶劣 环境、制造水下音响。
高太阳能电池效率的纳米杯材料
科学家正在研究一种新型金属纳米颗粒材料， 与传统的光学材料相 比， 这种物质能更好 的捕获太阳光能量。 莱斯大学学者们对一种杯状纳米金材料产生 了浓厚兴趣， 这种纳米材料 能够 以一种更容易操控的方式使光线发生弯折 。 这种杯状物质犹如一个三维纳米天线。 这种 纳米金杯状物主要在两个方向上与光线发生相互作用：上下的轴向方 向以及左右的横 向方 向。横 向的作用方式更强烈。莱斯大学科学家 Ｎａｍ ａ ｓ ｏ ｉＨ ａ 说：“ 向的相互作用存在强烈 ｌ 横
北京科技大学材料力学性能平面应变断裂韧性试验报告材科09级
北京科技⼤学材料⼒学性能平⾯应变断裂韧性试验报告材科09级平⾯应变断裂韧性试验报告⼀、试验⽬的、任务与要求1.通过三点弯曲试验测定40Cr的平⾯应变断裂韧度；2.加深理解平⾯应变断裂韧度的应⽤及其前提条件。
⼆、试验原理断裂条件是：σ√aa=材料常数σ为正应⼒，2aa为试样或者构件中的裂纹长度。
线弹性断裂⼒学断裂判据：KK=YYYY√aa≥KK II IIY是裂纹形状因⼦。
平⾯应变断裂韧度KK II II是材料抵抗裂纹扩展能⼒的特征参量，它与裂纹的尺⼨及承受的应⼒⽆关。
它可以⽤于：●评价材料的适⽤性●作为材料的验收和质量控制标准●对构件的断裂安全性进⾏评价三、试验材料与试样本试验所⽤材料为40Cr钢，热处理⼯艺为：860℃淬⽕，220℃回⽕，屈服强度RR pp0.2= 1400MMMMaa1。
试样为三点弯曲试样SE(B)，名义跨距S=4W。
其标准⽐例和公差见图1：图1 弯曲试样SE(B)的标准⽐例和公差1屈服强度由单向拉伸试验得出，并⾮本试验所得。
四、试验仪器与设备1.WDW-200D万能拉伸试验机；2.⼯具显微镜，最⼩分度为0.001 mm；3.YYJ-4/10引伸计，能够准确指⽰裂纹嘴标距间的相对位移，且能稳妥地安在试样上；4.游标卡尺，精度为0.02 mm。
五、试验步骤1.试验之前按照国标要求预先制备好疲劳裂纹；2.测量试样厚度B：从疲劳裂纹顶端⾄试样的⽆缺⼝边，沿着预期的裂纹扩展线，在三个等间隔位置上测量厚度B，准确到0.025 mm或0.1%B，取较⼤者，取三次测量平均值；3.测量试样宽度W：在缺⼝附近⾄少三个位置上测量宽度W，准确到0.0025 mm或0.1%W，取较⼤者，计算平均值；4.在试样上粘贴引伸计卡装⼑⼝2；5.在试样上装载引伸计后，将试样装于试验机上，不断调整试样位置，使其处于载样台的正中，裂纹扩展⾯与加载压头要处于⼀个平⾯上，避免⼆者错位或形成明显不为0的夹⾓。
然后设置加载速率为0.3mm/min进⾏加载；6.试样断裂后，测量裂纹长度aa：在B/4、B/2、3B/4的位置上测量裂纹长度aa2、aa3、aa4，同时测量aa1与aa5。
北科大-材料低碳钢冲击试验
金属系列冲击试验报告一、试验目的1.通过测定低碳钢、T10钢和奥氏体不锈钢材料在不同温度下的冲击吸收功，观察比较金属韧脆转变特性；2.结合夏比冲击试验归纳总结降低金属韧性的致脆因素。
二、试验要求按照相关国标标准（GB/T229-2007金属夏比缺口冲击试验方法）要求完成试验测量工作。
三、试验原理由于冲击过程是一个相当复杂的瞬态过程，精确测定和计算冲击过程中的冲击力和试样变形是困难的。
为了避免研究冲击的复杂过程，研究冲击问题一般采用能量法。
能量法只需考虑冲击过程的起始和终止两个状态的动能、位能（包括变形能），况且冲击摆锤与冲击试样两者的质量相差悬殊，冲断试样后所带走的动能可忽略不计，同时亦可忽略冲击过程中的热能变化和机械振动所耗损的能量，因此，可依据能量守恒原理，认为冲断试样所吸收的冲击功，即为冲击摆锤试验前后所处位置的位能之差。
还由于冲击时试样材料变脆，材料的屈服极限σs 和强度极限σb 随冲击速度变化，因此工程上不用σs 和σb ，而用冲击功αk 衡量材料的抗冲能力。
图 1 冲击试验原理图试验时，把试样放在图1的B 处，将摆锤举至高度为H 的A 处自由落下，摆锤冲断试样后又升至高度为h 的C 处，其损失的位能)(2h H G A ku −=通常称为冲击吸收功，式中G 为摆锤重力，单位为牛顿（N ）；2ku A 为缺口深度为2mm 的U 形试样的冲击吸收功，单位为焦耳（J ）。
四、试样的制备及材料选择冲击试样的类型和尺寸不同，得出的试验结果不能直接换算和相互比较，GB/T229-2007对各种类型和尺寸的冲击试样都作了明确的规定。
本次试验采用金属材料夏比（U 型缺口）试样，其尺寸及公差要求如图2所示。
图2夏比U型缺口冲击试样图（a）标准试样（b）深U型和钥匙孔型试样在试样上制作切口的目的是为了使试样承受冲击载荷时在切口附近造成应力集中，使塑性变形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次冲断且使断裂发生在切口处。
北科大材料科学基础名词解释
1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ ”，θ ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12、不全位错柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
材料科学基础(北京科技大学)04讲
n() n() (m1 m2 ) (m3 m4 ) m1 E m4 n"()
1.4 晶系及布喇菲点阵
晶体点阵的初基单胞周期平移必须填满整个空间。为此，旋 转轴次(非真旋转轴次)只能是1、2、3、4和6五种。下面证明这一点。
t ' 2t cos t mt
①三斜晶系（Triclinic System） 除了1(E)或之外单胞再没有其它
的旋转对称性，在这种情况下，单 胞各个轴都不具有对称性，轴之间 也无任何固定关系，所以单胞的几 何形状没有特别的限制，点阵常数 1(i) 间的关系为
abc
②单斜晶系（Monoclinic System）
这种晶系的对称元素是二次旋转轴2(C2)或镜面m()。若把对
2 ③正交晶系（斜方晶系，Orthogonal System） 在这种晶系中的对称元素有两个或两
个以上的2(C2)或轴（即镜面）。前已说明， 若晶胞的一个棱是二次轴，则它一定和晶 胞的另外两个轴垂直，现在有两个放在单 胞两个轴上的二次轴，很显然，必要求三 个轴互相垂直。点阵常数间的关系为 ：
a b c; 900
称轴放在单胞的c方向，称第一种定向；若把对称轴放在单胞的b 方向，称第二种定向。
现按第一种定向来看二次旋转轴加到单胞上所带来的限制。
d 2a cos nc 式中n为整数
如果n=0，就等于/2，按单胞选轴的原则，所选的轴就是真实晶系
的a轴。
若n=1，则d=c。从原点O沿c轴引d长度到M点，M点应是阵点。由M向 a’端点引线并延伸相同距离到N点，N点也应是阵点。很容易看出ON 和c垂直。按单胞选轴原则，应选ON作真实晶系的a而不是开始选的 那个“a”轴，因而a和c垂直。
北科大材科基实验金属及合金凝固组织的观察和分析
金属及合金凝固组织的观察和分析张文北京科技大学材料学院铸锭组织分为三个区，最外层是细晶区，金属液体浇入铸模后，与温度较低模壁接触的液体会产生强烈的过冷，产生大量的晶核，并向液相内生长。
如果浇铸温度较低，铸锭尺寸不很大，整个液体会很快全部冷却到熔点一下，因此各处都能形核，造成全部等轴细晶粒的组织。
但在一般情况下，只有那些仍然靠近模壁的晶粒长成而形成细晶区。
柱状晶区，金属浇铸后，模壁被金属加热温度不断升高，由于结晶时潜热的释放吗，使模壁处的温度梯度降低。
细晶区前沿不易形核，随着液相温度逐渐降低，已生成的晶体向液体内生长。
等轴晶区，在凝固过程中，开始凝固的等轴激冷晶游离以及枝晶熔断而产生大量游离自由细晶体，它们随溶液对流漂移移到铸锭中心部分。
如果中心部分溶液有过冷，则这些游离细晶体作为籽晶最终长成中心的等轴晶区。
匀晶凝固过程是晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物包括多相混合物晶体和单相固溶体两种，其中由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
共晶凝固过程是从液相同时结晶处两个固相。
一般把成分在共晶成分左边并有共晶反应的合金称亚共晶合金，而在右边的称过共晶合金，合金成分偏离共晶成分但冷却时仍发生共晶反应的合金，在冷却过程中先结晶出固溶体晶体，然后在生成共晶。
包晶凝固过程是有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相发生反应生成另一种固相的恒温转变过程。
1 实验材料及方法1.1实验材料光学显微镜表格 1 铝锭成分表Table 1 Aluminum composition铝锭浇铸条件样品号模壁材料模壁厚度/mm模子温度/℃浇铸温度/℃1砂10室温6802钢105006803钢10室温7804钢10室温680Table 2 Alloy composition样品成分样品成分1-a25%Ni+75%Cu铸造3-a80%Sn + 20%Sb1-b25%Ni+75%Cu 退火3-b35%Sn + 65%Sb2-a70%Pb + 30%Sn4-a51%Bi + 32%Pb +17%Sn 2-b38.1%Pb + 61.9%Sn4-b58%Bi + 16%Pb +26%Sn 2-c20%Pb + 80%Sn4-c65%Bi + 10%Pb +25%Sn1.2实验方法1.用肉眼观察5种浇铸方法所获得的铝锭的横截面和纵截面；2.调节金相显微镜的放大倍数为100倍；3.在显微镜下分别观察1-a至4-c样品，并用手机拍照记录。
北京科技大学材料力学性能金属系列冲击试验报告材科09级
北京科技⼤学材料⼒学性能⾦属系列冲击试验报告材科09级⾦属系列冲击试验报告⼀、试验内容、⽬的与要求通过测定低碳钢、⼯业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，观察⽐较⾦属韧脆转变特性。
并结合夏⽐冲击试验归纳总结降低⾦属韧性的致脆因素。
⼆、试验材料与试样试验材料：低碳钢1、⼯业纯铁和T8钢；试样：本次试验采⽤GB/T229-1994⾦属夏⽐缺⼝冲击试验⽅法，试样为缺⼝深度为2mm 的标准夏⽐U型缺⼝冲击试样，试样的具体尺⼨及公差如图1所⽰：图1 缺⼝深度为2mm的标准夏⽐U型缺⼝冲击试样试样的制备应避免由于加⼯硬化或过热⽽影响⾦属的冲击性能；试样缺⼝底部应光滑，对于仲裁试验，缺⼝底部表⾯粗糙参数RR aa应不⼤于1.6µµµµ；试样标记的位置不应影响试样的⽀承和定位，并且应尽量远离缺⼝。
三、试验设备、器具与其他⽤品1本次试验中，低碳钢使⽤Q235钢1. 冲击试验机JB-300B，主要性能指标如下2：●最⼤冲击能量：300J●摆锤预扬⾓：150°●摆轴中⼼⾄打击中⼼的距离：750mm●冲击速度：5.2m/s●试样⽀座跨距：40mm●试样⽀座端圆弧半径：R1-1.5mm●冲击圆弧半径：30°●冲击⼑厚度：16mm2. ⼯具显微镜3. 杜⽡瓶（保温⽤）4. 温度计测温⽤的玻璃温度计最⼩分度值应不⼤于1℃；测温热电偶应符合II级热电偶要求；测温仪器（数字指⽰装置或电位差计）的误差应不超过±0.1%。
5. 介质本试验采⽤的介质有热⽔、液氮、⼄醇。
6. 夹具四、试验原理与步骤本试验的原理为：韧性是材料承受载荷作⽤导致发⽣断裂的过程中吸收能量的特性。
冲击试验是在⾼速载荷的作⽤下材料韧性的通⽤试验⽅法，试验测量结果为冲击吸收功。
采⽤系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转变温度。
试验步骤为：1.检查冲击试验机是否⼯作正常，本步骤由实验室教师完成；2.⼩组成员分⼯，每⼈领取⼀个试样，并确定⾃⼰试样的冲击温度3；3.根据试样冲击温度对试样进⾏降温、升温或保持室温：●若是⽔温样品，则在杜⽡瓶中加⼊⾜够的热⽔，⽤夹具将样品放⼊杜⽡瓶中浸没，连同夹具⼀起保温，保温时间不少于5min4；●若是低温样品，则向杜⽡瓶中加⼊液氮，⽤夹具将样品放⼊杜⽡瓶中浸没，连同夹具⼀起保温，在降温时要看是否低于测试温度，若没有，则再加⼊液氮来降温（此时温度计要拿出，否则会损坏温度计）。
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北科大材料
北科大材料工程專業，是一個結合材料科學和工程應用的學科，旨在培養學生全面掌握材料的結構、性能、製備技術以及應用，為國家的材料科學和工程技術發展培養高層次、應用型材料科學和工程專業人才。
首先，北科大材料工程專業具有優勢的師資隊伍。
該學科擁有一支專業素質高、教學經驗豐富的教師隊伍，其中既有來自國內知名高校的博士以上學位教師，也有具有工程實踐經驗的高級工程技術人員。
這些教師們在不同的研究領域有著深入的研究和豐富的教學經驗，能夠為學生提供全面的學習和研究指導。
其次，北科大材料工程專業的課程體系科學、完善。
該學科的課程體系包含了材料結構與性能、材料製備技術、材料應用等多個方面的內容。
在專業基礎課程的學習中，學生能夠全面了解和掌握材料的基本概念、基礎理論和基本知識，並在此基礎上進一步學習和研究先進的材料製備技術和應用技術。
除此之外，該學科還設有實習課程，使學生能夠在實際操作中學習材料的製備和應用技術，提高實際動手能力。
再者，北科大材料工程專業的實驗室設備齊全、先進。
該學科在實驗室建設上投入了大量的資金和精力，購置了一批先進的實驗設備，為學生提供了良好的實驗條件。
學生可以在實驗室中進行細觀結構的觀察和分析、材料性能的測試和研究，為學習和研究提供了有力的支持。
最後，北科大材料工程專業的就業前景廣闊。
材料工程是一個
應用性很強的學科，它涉及的領域很廣，包括航空航天、能源、電子、汽車、醫療器械等多個行業。
隨著科技的發展和產業的進步，對材料工程專業人才的需求不斷增加，畢業生就業率高，並且薪酬待遇也相對較高。
總結來說，北科大材料工程專業以其優勢的師資隊伍、科學完善的課程體系、齊全先進的實驗設備和廣闊的就業前景，為學生提供了優質的學習和研究環境，培養出了大量的高層次、應用型的材料科學和工程專業人才。