材料性能学全套课程教学课件
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• 考核方式：期末考试50％；课堂论文成绩35％；考 勤＋作业15％
绪论
• 信息、能源和材料是现代社会发展的三大支柱，而信息技术 和新能源产业的提高和发展都离不开各种新材料作为支撑和 基础。
• 材料科学与技术的发展水平已经成为衡量一个国家国防力量、 经济发展水平和综合实力的重要指标之一，是21世纪优先发 展的重要领域。
• 长期以来，材料科学研究一直受到国家、地区、高校和研究 机构等不同层面上的广泛重视，一些发达国家更是投入大量 的人力、物力和财力抢占21世纪材料科学发展的制高点。
• 从2008年开始，我校在新的发展规划中，又将建设“新材料 研究平台”做为4个重点建设平台项目之一。
• 联合和交叉研究是当前发展新材料，取得重大 创新成果的重要手段。
• 材料科学领域涵盖：金属材料、无机非金属材料、高 分子材料、复合材料、纳米材料，工程材料等各种材 料在制备、加工、处理、服役和使用过程中的组织、 性能演变与失效，以及材料微结构表征和性能测试技 术等内容。
• 材料研究如何由实验室向产业化过渡也是材料科学发 展中的另一个重要问题。
• 另外，材料学科的许多开拓性的发展和原始性创新都 与实验技术及仪器装备的发展紧密相关。（性能测试、 结构表征等）
• 其他学科如，物理、化学、机械、生物、医学、 电子等借助其学科基础和优势，近年来不断向 材料科学延伸与渗透
• 通过不断的交叉进一步推动了材料科学的发展， 建立了电子半导体材料、纳米材料和器件、生 物材料和先进工程材料等新的交叉学科。
• 这种不同学科的交叉已经成为新材料的发现、 发展和创新的重要源泉。
其载体和桥梁就是具体的材料 • 学习过程中把这两部分有机地结合起来，有利于学生掌握
材料各种性能研究领域的整体，促进积极思维和创造精神
课堂讲授部分主要内容
• 材料的力学性能：材料在静载条件下的 力学性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳 性能、磨损性能，以及高温力学性能等；
• 材料的物理性能：材料的热学性能、磁 学性能、电学性能、光学性能、压电及 铁电性能等；
课程主要内容
• 专业指定选修课 • 课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强 • 主要讲授材料各种性能的基本概念、物理(化学)本质、影响
材料性能的因素及性能指标的测试原理与工程应用等 • 材料性能涉及到材料科学和工程两部分内容 • 性能的物理本质部分告诉我们“为什么” • 工艺、结构、性能及其测试分析技术告诉我们“如何做”，
• 材料科学与工程学科的核心是研究材料科学与 工程学科四面体的四要素之间关系：
– 材料合成和过程—→成分结构—→性能—→服役应 用等之间的关系
– 具有多学科交叉特征。
服役应用
成分结构
性能
制备与合成
• 除了材料专业研究者在材料科学规律、制备工 艺技术、计算模拟和实验技术等四大方面对材 料科学与工程学科四面体的四个要素进行全面 的研究以外
• 目前，国内外许多有条件的高校和实验室都把实验技 术及仪器水平提高当作占领材料学科发展制高点的首 要问题来解决。
• 纵观国内外材料学科水平最高和发展最快的地方无不 与其拥有一流的仪器设备和硬件设施有关。
教学目的与要求
• 本课程是“材料科学与工程”一级学科的专业课 程之一（其它有材料物理学、材料分析测试）
第三章 材料在其它静载荷下的力学性能
• 应力状态软性系数 • 扭转的力学性能 • 弯曲的力学性能 • 压缩的力学性能 • 缺口试样的力学性能。缺口处的应力分布及三向应力；缺口形式；
缺口敏感度；影响因素 • 布氏硬度：测量原理、特点 • 洛氏硬度：测量原理、特点 • 维氏硬度：测量原理、特点
– 《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001年 – 《材料物理导论》熊兆贤编著，科学出版社，2001年
具体教学内容
Βιβλιοθήκη Baidu• 第一章 绪言
• “材料性能学”课程的学习意义、学习任务、学习方法、主要内容等
• 第二章 材料单向静拉伸的力学性能
• 应力－应变曲线 • 拉伸性能指标。材料的强度：屈服强度、抗拉强度；材料的塑性：延伸率、短面收缩等。 • 弹性变形。弹性的本质：双原子模型、Hooke定律；弹性模量；影响弹性模量的因素； • 非理想弹性与内耗。理想弹性材料；滞弹性材料；内耗的定义；内耗的产生机理：点阵中
材料性能学
An Introduction to Materials Properties
课程介绍
课程性质
• 专业（指定）选修课 • 学时数：54 • 学分数：3 • 授课方式：
– 课堂授课（为主） – 实验（电镜断口观察） – 课堂讨论（每一位学生选择一个专题，写一篇综述论文，
并且在课堂上讲解和讨论，并作为平时成绩之一）
• 目的在于使学生了解材料常见力学性能和物理性 能的本质及其变化规律
• 初步熟悉有关力学性能和物理性能的测试方法和 在材料科学研究中的运用
• 掌握材料韧性、脆性、疲劳性能、热性、电性、 磁性、弹性、内耗等的本质、基本变化规律、以 及与组织结构的关系
• 掌握测试的基本原理和分析方法 • 了解在材料研究及实际工业生产中的运用
原子有序排列引起的内耗、晶界内耗、与位错有关的内耗等；内耗的测量；内耗的应用 • 塑性变形。塑性变形机理：金属材料的塑性变形（滑移、孪生）、多晶体材料的塑性变形
的特点、陶瓷材料的塑性变形、高分子材料的塑性变形；屈服现象及其本质：物理屈服现 象、屈服现象的本质、影响屈服强度的因素；应变硬化（学生自学）；超塑性 • 材料断裂与断口分析（多媒体讲座和电镜实验观察）。断裂分析的意义；断裂的分类；断 口分析法；韧性（延性）断裂：定义、特点、典型材料、韧性断裂的宏观特征、韧性断口 的微观特征；脆性（包括：解理和沿晶）断裂：定义、特点、主要材料、脆性断裂的宏观 特征、解理断裂的微观特征、沿晶断裂的微观特征、疲劳断裂、焊接断口。
• 材料的腐蚀及老化性能，等
教材与参考书
• 教 材：
– 《材料性能学》王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社， 2001年
• 参考书：
– 《材料物理性能》，吴其胜主编，蔡安兰杨亚群副主编，华东理 工大学出版社，2006年。
– 《工程材料力学性能》刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业 大学出版社，2001年
绪论
• 信息、能源和材料是现代社会发展的三大支柱，而信息技术 和新能源产业的提高和发展都离不开各种新材料作为支撑和 基础。
• 材料科学与技术的发展水平已经成为衡量一个国家国防力量、 经济发展水平和综合实力的重要指标之一，是21世纪优先发 展的重要领域。
• 长期以来，材料科学研究一直受到国家、地区、高校和研究 机构等不同层面上的广泛重视，一些发达国家更是投入大量 的人力、物力和财力抢占21世纪材料科学发展的制高点。
• 从2008年开始，我校在新的发展规划中，又将建设“新材料 研究平台”做为4个重点建设平台项目之一。
• 联合和交叉研究是当前发展新材料，取得重大 创新成果的重要手段。
• 材料科学领域涵盖：金属材料、无机非金属材料、高 分子材料、复合材料、纳米材料，工程材料等各种材 料在制备、加工、处理、服役和使用过程中的组织、 性能演变与失效，以及材料微结构表征和性能测试技 术等内容。
• 材料研究如何由实验室向产业化过渡也是材料科学发 展中的另一个重要问题。
• 另外，材料学科的许多开拓性的发展和原始性创新都 与实验技术及仪器装备的发展紧密相关。（性能测试、 结构表征等）
• 其他学科如，物理、化学、机械、生物、医学、 电子等借助其学科基础和优势，近年来不断向 材料科学延伸与渗透
• 通过不断的交叉进一步推动了材料科学的发展， 建立了电子半导体材料、纳米材料和器件、生 物材料和先进工程材料等新的交叉学科。
• 这种不同学科的交叉已经成为新材料的发现、 发展和创新的重要源泉。
其载体和桥梁就是具体的材料 • 学习过程中把这两部分有机地结合起来，有利于学生掌握
材料各种性能研究领域的整体，促进积极思维和创造精神
课堂讲授部分主要内容
• 材料的力学性能：材料在静载条件下的 力学性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳 性能、磨损性能，以及高温力学性能等；
• 材料的物理性能：材料的热学性能、磁 学性能、电学性能、光学性能、压电及 铁电性能等；
课程主要内容
• 专业指定选修课 • 课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强 • 主要讲授材料各种性能的基本概念、物理(化学)本质、影响
材料性能的因素及性能指标的测试原理与工程应用等 • 材料性能涉及到材料科学和工程两部分内容 • 性能的物理本质部分告诉我们“为什么” • 工艺、结构、性能及其测试分析技术告诉我们“如何做”，
• 材料科学与工程学科的核心是研究材料科学与 工程学科四面体的四要素之间关系：
– 材料合成和过程—→成分结构—→性能—→服役应 用等之间的关系
– 具有多学科交叉特征。
服役应用
成分结构
性能
制备与合成
• 除了材料专业研究者在材料科学规律、制备工 艺技术、计算模拟和实验技术等四大方面对材 料科学与工程学科四面体的四个要素进行全面 的研究以外
• 目前，国内外许多有条件的高校和实验室都把实验技 术及仪器水平提高当作占领材料学科发展制高点的首 要问题来解决。
• 纵观国内外材料学科水平最高和发展最快的地方无不 与其拥有一流的仪器设备和硬件设施有关。
教学目的与要求
• 本课程是“材料科学与工程”一级学科的专业课 程之一（其它有材料物理学、材料分析测试）
第三章 材料在其它静载荷下的力学性能
• 应力状态软性系数 • 扭转的力学性能 • 弯曲的力学性能 • 压缩的力学性能 • 缺口试样的力学性能。缺口处的应力分布及三向应力；缺口形式；
缺口敏感度；影响因素 • 布氏硬度：测量原理、特点 • 洛氏硬度：测量原理、特点 • 维氏硬度：测量原理、特点
– 《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001年 – 《材料物理导论》熊兆贤编著，科学出版社，2001年
具体教学内容
Βιβλιοθήκη Baidu• 第一章 绪言
• “材料性能学”课程的学习意义、学习任务、学习方法、主要内容等
• 第二章 材料单向静拉伸的力学性能
• 应力－应变曲线 • 拉伸性能指标。材料的强度：屈服强度、抗拉强度；材料的塑性：延伸率、短面收缩等。 • 弹性变形。弹性的本质：双原子模型、Hooke定律；弹性模量；影响弹性模量的因素； • 非理想弹性与内耗。理想弹性材料；滞弹性材料；内耗的定义；内耗的产生机理：点阵中
材料性能学
An Introduction to Materials Properties
课程介绍
课程性质
• 专业（指定）选修课 • 学时数：54 • 学分数：3 • 授课方式：
– 课堂授课（为主） – 实验（电镜断口观察） – 课堂讨论（每一位学生选择一个专题，写一篇综述论文，
并且在课堂上讲解和讨论，并作为平时成绩之一）
• 目的在于使学生了解材料常见力学性能和物理性 能的本质及其变化规律
• 初步熟悉有关力学性能和物理性能的测试方法和 在材料科学研究中的运用
• 掌握材料韧性、脆性、疲劳性能、热性、电性、 磁性、弹性、内耗等的本质、基本变化规律、以 及与组织结构的关系
• 掌握测试的基本原理和分析方法 • 了解在材料研究及实际工业生产中的运用
原子有序排列引起的内耗、晶界内耗、与位错有关的内耗等；内耗的测量；内耗的应用 • 塑性变形。塑性变形机理：金属材料的塑性变形（滑移、孪生）、多晶体材料的塑性变形
的特点、陶瓷材料的塑性变形、高分子材料的塑性变形；屈服现象及其本质：物理屈服现 象、屈服现象的本质、影响屈服强度的因素；应变硬化（学生自学）；超塑性 • 材料断裂与断口分析（多媒体讲座和电镜实验观察）。断裂分析的意义；断裂的分类；断 口分析法；韧性（延性）断裂：定义、特点、典型材料、韧性断裂的宏观特征、韧性断口 的微观特征；脆性（包括：解理和沿晶）断裂：定义、特点、主要材料、脆性断裂的宏观 特征、解理断裂的微观特征、沿晶断裂的微观特征、疲劳断裂、焊接断口。
• 材料的腐蚀及老化性能，等
教材与参考书
• 教 材：
– 《材料性能学》王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社， 2001年
• 参考书：
– 《材料物理性能》，吴其胜主编，蔡安兰杨亚群副主编，华东理 工大学出版社，2006年。
– 《工程材料力学性能》刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业 大学出版社，2001年