西安交通大学：材料科学与工程专业《晶体缺陷与金属强度》课程教学大纲

西安交通大学晶体缺陷与金属强度教学大纲一、课程基本信息晶体缺陷与金属强度课程名称Crystal Defects and Strength of Metals课程编号MATL500402241.5总学时课程学分理论：24实验：0上机：0课外：0学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程课程类型口专业大类基础课口学科门类基础课口专业核心课专业选修课口集中实践□1-1□1-2□2-1□2-2□3-1□3-2开课学期4-1□4-25-1□5-2先修课程高等数学、材料科学基础教材、参考使用教材：书及其他文先哲等．晶体缺陷与金属强度．长沙：中南工业大学出版社，资料1996.参考教材：[1]石德珂．材料科学基础。北京：机械工业出版社,2003[2]石德珂，位错与材料强度.西安：西安交通大学出版社，1988.[3] D. Hull and D.J. Bacon. Introduction to Dislocations: ElsevierLtd. 5th Ed., 2011.[4] J.P. Hirth, J. Lothe. Theory of Dislocations. Wiley, 1982[5] A.Argon.Strengthening Mechanisms in Crystal PlasticityOxfordUniversityPress,2007二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求本课程以金属材料的力学性能指标一一强度为核心，为学生讲授金属材料强度与晶体缺陷之间的内在关联及其理论模型。主要培养学生将金属材料的强化理

西安交通大学晶体缺陷与金属强度教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 晶体缺陷与金属强度 Crystal Defects and Strength of Metals 课程编号 MATL500402 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 高等数学、材料科学基础 教材、参考 书 及 其 他 资料 使用教材： 文先哲等. 晶体缺陷与金属强度. 长沙：中南工业大学出版社， 1996. 参考教材： [1] 石徳珂. 材料科学基础. 北京：机械工业出版社, 2003. [2] 石徳珂. 位错与材料强度. 西安：西安交通大学出版社, 1988. [3] D. Hull and D.J. Bacon. Introduction to Dislocations. Elsevier Ltd. 5th Ed., 2011. [4] J.P. Hirth, J. Lothe. Theory of Dislocations. Wiley, 1982. [5] A. Argon. Strengthening Mechanisms in Crystal Plasticity. Oxford University Press, 2007. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程以金属材料的力学性能指标——强度为核心，为学生讲授金属材料强 度与晶体缺陷之间的内在关联及其理论模型。主要培养学生将金属材料的强化理

论应用于工艺实践，指导材料成分、制备加工工艺和微观组织结构的设计与优化。课程教学中既要给学生讲授金属强化的原理和理论，又要强调基于强化理论研发的各种高性能金属材料，让学生体会到金属材料因为其微观组织结构不同相应的强化原理也有所差异，培养学生具体问题具体分析的思维方式与能力。让学生了解材料成分-工艺-组织一性能-应用等五个维度的关联性，让学生体会学科技术和知识理论是不断发展和完善的，使学生树立自主学习和终身学习的意识。要求学生撰写一份自学报告，培养学生自主学习和终身学习能力。要求学生掌握金属材料中基本的缺陷类型及其特性、强化的类型与基本原理；以工程应用中铜、镍、铝合金、钛合金、钼合金等典型的金属结构材料为例，熟悉各种强化原理的具体应用及其发展；在此基础上深入理解材料组织结构与力学性能之间的关系；使学生了解金属材料强韧化设计的基本理论和组织结构优化的基本原则。开展课堂讨论，学生就教师的提问或者布置的专题进行讨论和交流，锻炼学生沟通交流能力。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1掌握金属材料缺陷的类型与缺陷性质以及强化机制等专业知识2复杂工程问题分析能力能够运用材料的强化理论对材料研发与应用中的实际工程问题进行分析，能够基于强化原理提出满足特定需求的金属材料组织结构，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化和环境等因素。支撑毕业要求指标点6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。3材料设计与创新能力根据金属材料服役条件，选择合适的材料体系，运用强化原理优化控制材料的微观组织结构，熟悉材料开发、生产与应用、回收全过程中的社会、健康、安全、法律和文化问题，自觉遵守材料领域的工程职业道德和规范，履行责任。支撑毕业要求指标点7-2：能够正确评价材料生产和使用周期对环境、社会可持续发展的影响，在设计解决方案的过程中能正确处理二者的关系

论应用于工艺实践，指导材料成分、制备加工工艺和微观组织结构的设计与优化。 课程教学中既要给学生讲授金属强化的原理和理论，又要强调基于强化理论 研发的各种高性能金属材料，让学生体会到金属材料因为其微观组织结构不同相 应的强化原理也有所差异，培养学生具体问题具体分析的思维方式与能力。让学 生了解材料成分-工艺-组织-性能-应用等五个维度的关联性，让学生体会学科技 术和知识理论是不断发展和完善的，使学生树立自主学习和终身学习的意识。要 求学生撰写一份自学报告，培养学生自主学习和终身学习能力。 要求学生掌握金属材料中基本的缺陷类型及其特性、强化的类型与基本原理； 以工程应用中铜、镍、铝合金、钛合金、钼合金等典型的金属结构材料为例，熟 悉各种强化原理的具体应用及其发展；在此基础上深入理解材料组织结构与力学 性能之间的关系；使学生了解金属材料强韧化设计的基本理论和组织结构优化的 基本原则。开展课堂讨论，学生就教师的提问或者布置的专题进行讨论和交流， 锻炼学生沟通交流能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 掌握金属材料缺陷的类型与缺陷性质以及强化机制等专业知识 2 复杂工程问题分析能力 能够运用材料的强化理论对材料研发与应用中的实际工程问题进行分析，能 够基于强化原理提出满足特定需求的金属材料组织结构，并能考虑社会、健康、 安全、法律、文化和环境等因素。 支撑毕业要求指标点6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正 确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以 及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。 3 材料设计与创新能力 根据金属材料服役条件，选择合适的材料体系，运用强化原理优化控制材料 的微观组织结构，熟悉材料开发、生产与应用、回收全过程中的社会、健康、安 全、法律和文化问题，自觉遵守材料领域的工程职业道德和规范，履行责任。 支撑毕业要求指标点7-2：能够正确评价材料生产和使用周期对环境、社会 可持续发展的影响，在设计解决方案的过程中能正确处理二者的关系

课程目标与专业毕业要求的关联关系使业要求45678910111223课程目标课程目M标1M课程目标2注：1,2,3·12对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介序号知识点参考学时章节名称第一章金属与合金的微观结构派纳(P-N)力、14学时缺陷的性质1.1晶体结构与点阵阻力1.2晶体缺陷的类型与基本特性（点、线、面、体缺陷）第二章点缺陷与金属强度固溶强化原理与24学时2.1点-线缺陷交互作用与固溶强化模型，溶质原子晶界偏聚2.2点-面缺陷交互作用与晶界偏聚第三章线缺陷与金属强度林位错强化机制36 学时3.1位错间交互作用与加工硬化与模型、位错源截3.2位错源耗竭强化断/耗竭强化机制、位错乏机制3.3位错乏强化第四章面缺陷与金属材料的强化界面强化的微观46 学时4.1线-面缺陷交互作用与微观结构机制与理论模型演化4.2晶界强化4.3李晶界强化4.4异相界面强化第五章体缺陷与金属强度位错与第二相颗4学时5.1线-体缺陷交互作用粒交互作用的分类与机制5.2可切过第二相粒子强化5.3不可切过第二相粒子强化四、教学安排详表

课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考学时 1 第一章 金属与合金的微观结构 1.1 晶体结构与点阵阻力 1.2 晶体缺陷的类型与基本特性 （点、线、面、体缺陷） 派纳(P-N)力、 缺陷的性质 4 学时 2 第二章点缺陷与金属强度 2.1 点-线缺陷交互作用与固溶强化 2.2 点-面缺陷交互作用与晶界偏聚 固溶强化原理与 模型，溶质原子晶 界偏聚 4 学时 3 第三章线缺陷与金属强度 3.1 位错间交互作用与加工硬化 3.2 位错源耗竭强化 3.3 位错匮乏强化 林位错强化机制 与模型、位错源截 断 / 耗 竭 强 化 机 制、位错匮乏机制 6 学时 4 第四章面缺陷与金属材料的强化 4.1 线-面缺陷交互作用与微观结构 演化 4.2 晶界强化 4.3 孪晶界强化 4.4 异相界面强化 界面强化的微观 机制与理论模型 6 学时 第五章体缺陷与金属强度 5.1 线-体缺陷交互作用 5.2 可切过第二相粒子强化 5.3 不可切过第二相粒子强化 位错与第二相颗 粒交互作用的分 类与机制 4 学时 四、教学安排详表

学时教学教学要求章节顺序教学内容对课程目标的支撑关系分配方式（知识要求及能力要求）掌握晶体缺陷的类型与基本性讲授晶体缺陷的类型、各类缺课程目标1质：了解金属材料对当今社会经济建第一章4学时投课陷的结构特征与基本性质设的重要作用：增加学生对专业的认同感。讲授溶质原子/团簇与位错的熟悉固溶强化的基本理论，用于课程目标1第二章4学时投课交互作用，溶质晶界偏聚行为分析合金材料的固溶强化现象课程目标2讲授位错之间的交互作用机掌握FCC粗晶材料中位错强化的课程目标1投课第三章制随材料特征尺寸的演化行6学时课程目标3基本理论，了解微纳尺度单晶材为料中的位错强化机制讲授纳米结构材料中位错界掌握界面强化的基本理论模型，面的交互作用诱发的结构演课程目标1授课，用于材料界面强化的计算，了解第四章化，晶界/李晶界强化与叠层6学时课程目标3讨论典型FCC金属中的李晶界的性质材料中异质界面强化以及相和叠层材料中异质界面的特性关模型讲授位错与第二相颗粒交互熟悉第二相强化的基本理论模授课，课程目标2第五章作用的分类、机制以及理论模4学时型，用于计算铝合金、钛合金等讨论课程目标3型重要工程结构材料的强度

章节顺序 教学内容 学时 分配 教学 方式 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的支撑关系 第一章 讲授晶体缺陷的类型、各类缺 陷的结构特征与基本性质 4学时 授课 掌握晶体缺陷的类型与基本性 质；了解金属材料对当今社会经济建 设的重要作用；增加学生对专业的认 同感。 课程目标 1 第二章 讲授溶质原子/团簇与位错的 交互作用，溶质晶界偏聚行为 4学时 授课 熟悉固溶强化的基本理论，用于 分析合金材料的固溶强化现象 课程目标 1 课程目标 2 第三章 讲授位错之间的交互作用机 制随材料特征尺寸的演化行 为 6学时 授课 掌握 FCC 粗晶材料中位错强化的 基本理论，了解微纳尺度单晶材 料中的位错强化机制 课程目标 1 课程目标 3 第四章 讲授纳米结构材料中位错界 面的交互作用诱发的结构演 化，晶界/孪晶界强化与叠层 材料中异质界面强化以及相 关模型 6学时 授课， 讨论 掌握界面强化的基本理论模型， 用于材料界面强化的计算，了解 典型 FCC 金属中的孪晶界的性质 和叠层材料中异质界面的特性 课程目标 1 课程目标 3 第五章 讲授位错与第二相颗粒交互 作用的分类、机制以及理论模 型 4学时 授课， 讨论 熟悉第二相强化的基本理论模 型，用于计算铝合金、钛合金等 重要工程结构材料的强度 课程目标 2 课程目标 3

五、考核方式及成绩构成5.1考核成绩构成平时：40%，（包含：平时作业，课堂讨论）期末：60%5.2课程目标的考核环节与评分标准1课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总课堂讨论主要培养学生沟通交流能力，对应于课程目标3。自学报告主要培养学生终身学习的意识和能力，对应课程目标4。另外，在期末考试试题（满分100分），其中有20分的题目考核学生对复杂工程问题的分析能力，另有20分考察学生设计开发与解决方案的能力。具体如表5-1所示。表5-1课程各教学环节与课程目标达成计算的比例考核与评价方式课堂讨论（100分）课程考试*（100分）60%课程目标1（专业知识）50%20%课程目标2（6-2)20%课程目标3(7-2)50%注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。2）*期末考试试题有20分题目对应课程目标1,另有20分题目对应课程目标2，其余60分用于考核学生本课程专业知识掌握情况。2课堂讨论评分标准主讲教师通过选择专题组织课堂讨论或者其他形式的讨论，主要培养学生与同学、同伴和同行的沟通交流能力。表 5-2 课堂讨论考核与评分标准评价标准优秀良好及格不及格85-10075-8460-740-59能够比较清楚表述不清楚，能够准确清晰表达自己能够清楚表述自己的的观点，基本概念正确，观点，基本概念正确，表达自己的观在课堂无法与逻辑性强，深入讨论话老师和同学交能够在一定程度上深点，与同学进行题，并同学之间有效讨入讨论话题，交流有一般的讨论和流和讨论。论或者辩论，概念正确，逻辑，有一定的说服交流，逻辑基本力。有说服力。清楚

五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 40 %，（包含：平时作业，课堂讨论） 期末： 60 % 5.2 课程目标的考核环节与评分标准 1 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课堂讨论主要培养学生沟通交流能力，对应于课程目标3。自学报告主要培养学 生终身学习的意识和能力，对应课程目标4。另外，在期末考试试题（满分100分）， 其中有20分的题目考核学生对复杂工程问题的分析能力，另有20分考察学生设计开 发与解决方案的能力。具体如表5-1所示。 表 5-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 考核与评价方式 课堂讨论（100 分） 课程考试*（100 分） 课程目标 1 (专业知识) 60% 课程目标 2 (6-2) 50% 20% 课程目标 3 (7-2) 50% 20% 注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。2）*期末考试试题有 20 分题目对应课程目标 1,另有 20 分题目对应课程目标 2，其余 60 分用于考核学生本课 程专业知识掌握情况。 2 课堂讨论评分标准 主讲教师通过选择专题组织课堂讨论或者其他形式的讨论，主要培养学生与同 学、同伴和同行的沟通交流能力。 表 5-2 课堂讨论考核与评分标准 评价标准 优秀 85-100 良好 75-84 及格 60-74 不及格 0-59 能够准确清晰表达自己 的观点，基本概念正确， 逻辑性强，深入讨论话 题，并同学之间有效讨 论或者辩论，概念正确， 有说服力。 能够清楚表述自己的 观点，基本概念正确， 能够在一定程度上深 入讨论话题，交流有 逻辑，有一定的说服 力。 能够比较清楚 表达自己的观 点，与同学进行 一般的讨论和 交流，逻辑基本 清楚。 表述不清楚， 在课堂无法与 老师和同学交 流和讨论