材料基础

材料基础（共12篇）

材料基础 篇1

冲击没有精确而无争议的定义, 一般认为, 快速加载具有冲击的特征。面对千差万别的工况条件, 人们企图用韧性这个指标来表示材料或构件在意外状况下的承载能力和突然变载情况下的行为表现。故普遍认为, 韧性是指材料在快速载荷作用下抵抗断裂和抵抗其内部裂纹扩展的能力。韧性作为材料的使用性能, 在很多重要的场合是绝对不可或缺的, 从材料科学的综合知识的角度, 可把韧性分为工程韧性和试验韧性两种。工程韧性是指具体构件在承受冲击 (这里冲击包括载荷在较短的时间内显著的变动、载荷在构件上短时间内不均匀的作用情况) 载荷时所表现出来的行为或特征。而试验韧性是用一系列的标准试样或试验方法测定的韧性数据 (又包括静力韧性、一次冲击韧性、多次冲击韧性、动态撕裂韧性、断裂韧性等) 。

韧性是材料特别重要的性能指标。冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下, 吸收塑性变形功和断裂功的能力, 常用标准试样的冲击吸收功AK表示。通常表示的韧性有两种特别的含义:一种是用标准试样按标准试验方法测定得到的试样在冲击断裂前 (准确地讲应该是冲击断裂过程中) 吸收的断裂功。根据试样缺口的形状分别叫做AKV或者AKU。

另一种广泛使用的材料韧性数据是用断裂韧性方法测定的断裂韧性, 该理论建立在Grriffith脆性材料理论基础上。首先假定材料中含有缺陷——裂纹, 根据实际工件中裂纹发展的情况, 把裂纹分为张开型、滑开型和撕裂型三种, 相应地叫做Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。并分别规定了不同的试验条件, 人为地在试样上加工微裂纹, 然后施加一定的载荷, 确定试样中裂纹扩展的有关参数。在试样加工过程中使试样承受的应力状态达到平面应变状态, 确定对应的裂纹扩展抗力。

(1) 张开型 (Ⅰ型) 裂纹扩展拉应力垂直作用于裂纹面, 裂纹沿作用力方向张开, 沿裂纹面扩展。

(2) 滑开型 (Ⅱ型) 裂纹扩展切应力平行作用于裂纹面, 并且与裂纹前沿线垂直, 裂纹沿裂纹面平行滑开扩展。

(3) 撕裂型 (Ⅲ型) 裂纹扩展切应力平行作用于裂纹面, 并且与裂纹线平行扩展。

除面心立方金属外, 体心立方及密排六方金属及合金, 随温度下降可能发生有韧性向脆性转变, 其标志是在一定的温度下冲击值或断面收缩率急剧下降, 这种现象叫冷脆。大体上面心立方过渡金属拉伸时变脆的温度约在0.1Tm以下 (Tm=熔点K) , 金属间化合物大约在0.5Tm以下。大多数金属化合物变脆温度大约正是它们屈服强度急剧升高的温度。

由于材料的冷脆是一种低能量断裂, 大多为解理断裂, 有时为准解理断裂或者沿晶断裂。冷脆断裂的最大特征是断裂功极低, 事发突然, 后果为灾难性的。

冷脆事故有:桥梁折断、大型储油罐爆裂、海上采油平台翻折、焊接万吨级巨轮断为两截等不计其数。

1 冷脆的本质

1.1 冷脆的力学本质

冷脆实际是发生在温度低于Tk时, σf<σs, 此时材料没有发生塑性切变而发生正向分离。它实际上是塑性切变强度高于正断强度, 材料在塑性切变之前就发生了正断。从力学角度来看, 是否发生脆断就是看塑断强度和正断强度谁大谁小的问题。值得指出的是正断强度和塑断强度两者中的塑断强度在塑性变形过程中是不断变化的, 产生变化的原因有形变强化, 也有应力强化。形变强化总是在塑变时增加, 而应力强化则不尽相同, 有平面应力变为平面应变时有效屈服强度增加, 而有平面应变变为平面应力时, 有效屈服强度降低。由于这种可降可升的原因, 有时使冷脆断裂时起时停, 这种现象不止发生在宏观, 有时微观也是如此。塑变强度的改变在冷脆断裂过程中有时控制着冷脆断裂的起与止。

1.2 冷脆的物理本质

无论是微孔断裂还是冷脆解理断裂, 都有个微裂纹生成的过程。微裂纹的生成都与障碍物前的位错塞积群有关。常见的障碍物有晶界、孪晶界、夹杂物、第二相等。通过研究发现, 冷脆的物理实质是温度降低时, 屈服强度提高造成的。冷脆问题是由温度对屈服强度影响造成的, 更进一步研究得知, 冷脆是温度对屈服强度中的σi造成影响而引发的, 即派—纳力引发冷脆。由Hall-Petch公式:

σ=σi+Ksd1/2 (1)

上式右边的d为晶粒尺寸, d不会因温度发生剧变。由实验证实, σs与-d1/2之间呈线性关系, 在温度降低时, Hall-Petch公式中的Ks不变, 而σi在变化。由公式:

σ=σi, +σi, , (2)

可知:σi, 与温度无关, σi, , 与温度有关。σi, , 与温度的关系是:温度由室温降到-193℃时, σi, , 增加12倍。σi, , 由两部分构成, 一方面是由于位错被钉扎, 这种钉扎是温度敏感的。温度降低时, 温度对位错运动的阻力作用失去。另一方面是派—纳力温度敏感, 温度降低这种阻力升高。Retch认为, σi, , 主要是派—纳力, 位错钉扎在Ks。

2 冷脆的评定方法

2.1 能量准则法

以AK值 (或ak) 降至某一特定数值时的温度作为Tk。按这种方法确定Tk, 一般要作低温下的系列冲击试验, 测定冲击功随温度的变化曲线。也有取0.4ak最大所对应的温度记为ETT40, 0.5ak对应温度国标中记为ETT50。

2.2 断口形貌准则法

按特定断口相融貌 (纤维区与结晶状区相对面积) 对应的温度确定Tk。按断口形貌评定冷脆温度, 在近几年来得到了广泛的应用, 因为它反应了裂纹扩展变化特征, 而且可以定性地评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。实验发现50%FATT与KIC开始急速增加的温度有较好的对应关系。该方法的不足之处是评定各区所占的比例, 要受人为的因素影响, 通常测量断口面积, 它在断裂过程中面积收缩较小。

2.3 落锤试验法

落锤试验法是目前应用较多的一种测试材料动态性能的方法, 尤其是对于一些厚钢板构件, 采用标准的缺口冲击试样, 其应力与应变均与实际服役条件不同, 需要采用更厚、更宽的试样, 这时冲断试样的冲击功也需要加大, 摆锤冲击试验机不能满足要求, 故需要采用落锤试验法。落锤试验国家标准为:GB6803-86。

2.4 撕裂试验法

撕裂试验法有GB5482-93金属材料动态撕裂试验方法。GB8363-87铁素体钢落锤撕裂试验法。这两个试验方法参见具体的国家标准。

3 影响冷脆转变温度的因素

3.1 材料方面的因素

3.1.1 金属的晶体结构的影响

材料的晶体结构越复杂, 对称性越差, 位错运动的派—纳力就越高, 位错滑移就越困难。尤其是它们的派—纳力随温度降低而显著增加, 对屈服强度影响更大, 故此类材料的冷脆倾向更明显。体心立方、密排六方金属有解理断裂和缩孔断裂两种形式, 故有冷脆。面心立方金属及其合金, 如铜、铝和奥氏体不锈钢的派—纳力很小, 对位错运动基本上没影响, 这些金属在很低温度下也不会发生解理断裂, 故没有明显冷脆转变。但近年来也发现了某些面心立方金属存在冷脆。

3.1.2 金属的强度等级的影响

金属的强度等级越低, 冷脆转变温度越明显。中、低强度钢冷脆转变较明显, 而高强度的4340钢却没有明显的冷脆转变温度。中、低和高强度钢它们的上阶能依次降低, 这是由于处于上阶能温区, 发生的都为韧性微孔断裂。断裂功主要为缺口顶端塑性区扫过韧带所吸收能量塑性区尺寸与σs2成反比。所以低、中、高强度钢在低温时都发生解理或解理断裂, 断裂功差异不是很大。高强度钢高阶能太低, 显得冷脆倾向不明显。

3.1.3 合金元素及杂质的影响

具有明显冷脆的α-Fe, 若提高其纯度, 在液氢温度 (4.2K) 时, 仍旧有很高的塑性, 这就说明了冷脆是由杂质因素的影响造成的。杂质大幅度降低解理断裂强度, 使解理断裂强度曲线与屈服强度曲线之间交叉。又如纯金属铬没有冷脆倾向, 而含有0.2%N的Cr冷脆转变温度推到室温。

由于杂质的存在, 使钢有冷脆倾向。置换型合金元素, 间隙型的合金元素均使钢的屈服强度升高, 使σf与σs曲线交点移向高温, 冷脆转变温度升高。

由于面心立方金属晶体的八面体空隙半径r八=0.414r原子, 而体心立方金属晶体的八面体空隙半径r八=0.15r原子。使面心立方金属包容杂质和间隙型合金元素能力较大, 对正向断裂强度影响不大, 故面心立方金属一般情况下显现不出冷脆倾向性, 而体心立方金属则不然。

一些具有扩大γ相区的元素, 即使奥氏体稳定的元素, 如Mn、Ni、Co、Cu等元素, 它们使A3点 (γ-Fe≒α-Fe的转变点) 下降, A4 (δ-Fe≒γ-Fe的转变点) 上升, 当锰加入到一定量后, 可使A3点降到室温以下, 使α相区完全消失, 从而降低奥氏体分解温度, 细化了铁素体晶粒, 并使珠光体片变细, 消除了晶界上的粗大片状碳化物, 提高了钢的强度和韧性。加入少量的强碳化形成元素铌、钛或钒, 可在钢中形成稳定的合金碳化物或碳氮化合物, 阻碍钢热轧是奥氏体晶粒的长大, 有利于获得细小的铁素体晶粒;另外, 热轧时部分固溶在奥氏体内, 而冷却时弥散析出, 可起到一定的析出硬化作用, 从而提高钢的强度和韧性。

3.1.4 晶体尺寸的影响

晶体尺寸对冷脆的影响是通过晶体尺寸d对屈服强度和解理断裂强度影响的差别, 导致对冷脆转变温度的影响。解理断裂强度由柯垂尔理论:

σf= (4Er/d) 1/2=Kd1/2 (3)

而屈服强度由Hall-Petch公式:

σs=σi+Ksd1/2 (4)

两公式中与d1/2有关的系数为K与Ks。K值大而Ks值小。当d下降时, σf与σs均增加, 但σf增加快, 使得冷脆转变温度Tk移向低温。

从物理角度来看。在室温下晶界强度高于晶内强度。晶粒尺寸降低, 晶界数量加大。杂质一般偏于汇集晶界。杂质移到晶界使晶内解理面强度升高, 杂质对解理面原子键间的隔离作用减小, 使解理断裂强度升高。而杂质向晶界移去。使杂质对位错运动阻力减小, 屈服强度降低。这就是晶界的物理作用。总之, 晶粒细化, 即提高解理断裂强度, 又提高屈服强度, 这往往可以提高材料的强度, 损坏韧性和塑性。

3.2 影响冷脆转变的外部因素

3.2.1 形变速度的影响

提高形变速度有类似降温的作用, 即使断裂抗力σf变化不大, 而使σs升高较快, 使脆性转变温度提高。

3.2.2 试样尺寸及取样部位的影响

试样尺寸增大, 则韧性下降, 断口中纤维区比例减小, 冷脆转变温度提高。

工程中使用的金属材料, 大多是轧制生产的, 由于轧制时产生流线组织, 会使扎材产生各向异性, 尤其是冲击值表现更为明显。所以, 取样部位和方向不同, 缺口取向不同, 冲击韧性也会不同。

3.2.3 应力状态及缺口形式的影响

应力状态越硬, 则材料的塑性、韧性越低, 冷脆转变温度也越高, 当试样上存在缺口时, 缺口越尖锐, 应力越集中, 应力状态越硬。冷脆转变温度也越高。

由于缺口效应使冷脆转变温度提高, 因而可以用冷脆转化温度的变化来表示缺口敏感性。

3.3 处理方式对冷脆转变的影响

3.3.1 变形及时效

形变强化一般不改变材料的正断强度σf, 而形变强化使σs大幅度升高, 这样就使得σf与σs两曲线的交点向右移, Tk升高。

应变时效是在形变强化的基础上, 又产生时效强化, 使σs进一步升高。时效又会使σf下降, 这样就使得σf与σs两曲线的交点会在形变强化的基础上进一步向右移, Tk进一步升高。

3.3.2 净化材料

材料清洁化是提高材料品质的重要方法。在材料的诸多力学性能上, 材料的清洁度登上了舞台, 材料的冷脆倾向性也不例外。

提高材料的清洁度会使冷脆转变温度降低以致于使冷脆倾向消失。

3.3.3 中子照射

随着核技术的广泛应用, 中子照射引起材料机械性能的多方变化, 冷脆转变温度也不例外。中子照射使冷脆转变温度Tk升高, 使Ak降低。

辐照导致钢沿晶断裂的发生, 辐照危害取决于中子剂量、中子光谱、辐照温度和钢成分及组织。Tk低的钢、细晶粒钢和位错密度高的钢, 抗中子辐照危害能力强, 对Tk影响不十分严重。

摘要：韧性是材料的重要力学性能, 是判断材料性能好坏的重要依据。韧性影响到机器零件的服役性能。零件韧性达不到设计要求, 往往会造成灾难性的后果。韧性及冲击韧性在材料力学性能中占有重要的地位。该文根据材料力学性能的特点, 并结合在实际中的一些体会, 对材料的韧性及冲击韧性的相关知识作一阐述。

关键词：冲击韧性,冲击吸收功,冷脆转变

参考文献

[1]那顺桑, 姚青芳.金属强韧化原理与应用[M].北京:化工出版社, 2006:44.

[2]黄明志, 石徳珂, 金志浩.金属力学性能[M].西安:西安交通大学出版社, 1986:104.

[3]孙茂才.金属力学性能[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2003:131-148.

材料基础 篇2

《连铸理论与实践操作》

沙钢集团安阳永兴技术质量处 编制

第一章 连铸钢水的准备

1、连铸对钢水质量的基本要求是什么？

(1)钢水温度：连铸钢水的要求是：低过热度、稳定、均匀；(2)钢水纯净度高；(3)钢水的成分稳定；(4)钢水的可浇性好。

2、对连铸钢水浇注温度的要求有哪些？

浇注温度偏低，会使1）钢水发粘，夹杂物不易上浮；2）结晶器表面钢水凝壳，导致铸坯表面缺陷；3）水口冻结，浇注中断。

浇注温度太高，会使1）耐火材料严重冲蚀，钢中夹杂物增多；2）钢水从空气中吸氧和氮；3）出结晶器坯壳薄容易拉漏；4）会使铸坯柱状晶发达，中心偏析加重。

3、浇注温度如何确定？

连铸浇注温度是指中间包钢水温度。钢水浇注温度包括两部分：一是钢水凝固温度（也叫液相线温度），因钢种不同而异。二是钢水过热度，即超过凝固温度的值。以TC代表浇注温度，TL代表液相线温度，ΔT代表钢水过热度，则：

TC=TL+ΔT

4、液相线温度如何计算？

计算TL有不同的公式，常用的公式如下：

TL=1538℃-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%] 如Q235钢（原A3钢）合金化后钢包钢水成分为：C0.15%、Si0.25%、Mn0.45%、P0.025%、S0.025%。将各成分代入公式得：

TL=1538℃-[88×0.15+8×0.25+5×0.45+30×0.025+25×0.025]= 1518℃

也就是说，钢水开始凝固温度为1518℃。对于C=0.10～0.20%钢，钢水凝固温度一般波动在1510～1520℃。

5、出钢温度如何确定？

当中间包钢水目标温度确定之后，如何确定炼钢炉的出钢温度呢？出钢温度可表示为： Ｔ出＝ＴＣ＋ΔT１＋ΔT２＋ΔT３＋ΔT４ ΔT１为出钢温度损失；

ΔT２为吹氩搅拌（或其他炉外处理）钢水温降； ΔT３为钢包运输、静臵时间的钢水温降； ΔT４为浇注过程中钢水温降。

6、减少钢包过程温降的措施有哪些？

(1)钢包加砌绝热层，减少包衬散热损失；(2)钢包高温烘烤；(3)红包出钢；

(4)钢包表面加碳化稻壳或保温材料，减少热损失；(5)钢包加盖。

采用上述措施，可以减少钢包过程温降，有利于连铸钢水温度的稳定性。

7、连铸钢水为什么要进行吹氩气搅拌？

⑴ 均匀钢水温度;⑵ 均匀钢水成分；;⑶ 促使夹杂物碰撞上浮.吹氩时，吹气压力和流量的控制应以不使钢水裸露翻腾为原则，否则钢水二次氧化严重，而且会使钢中氮和夹杂物含量有所增加。

8、连铸钢水常规成分控制有哪些要求？

碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉连浇时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02%。

硅（Si）、锰（Mn）含量控制：硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的范围内（波动值Si±0.05%、Mn±0.10%），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。

其次要求适当提高Mn/Si比。Mn/Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢水的流动性。因此，应在钢种成分允许的范围内适当增加Mn/Si比，使生成的脱氧产物（MnO〃SiO2）为液态。

12、什么叫钢水炉外精炼？

炉外精炼是把转炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中（主要是钢包）进行精炼的过程。也叫“二次炼钢”或钢包精炼。炉外精炼把传统的炼钢分为两步。（1）初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化。（2）精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。

13、炉外精炼工艺特点和冶金作用是什么？

各种炉外精炼方法的工艺各异，共同特点是：（1）有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体。（2）采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水。（3）为补偿精炼过程中的钢水温降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。

炉外精炼主要是在钢包内完成的。总的来说，有以下冶金作用： ——钢水温度和成分均匀化。

——微调成分使成品钢的化学成分控制在很窄的范围之内。——把钢中硫含量降到非常低（如S小于0.005%）。——降低钢中的氢氮含量（如H小于2ppm）。——改变钢中夹杂物形态和组成。——去除有害元素。——调整温度。

第二章 连续铸钢工艺

1、弧形连铸机有哪此特点？（本公司连铸机类型）

弧形连铸机高度仅为立式连铸机高度的三分之一，建设费用低，钢水静压力小，铸坯在辊间的鼓肚小，铸坯质量好；加长机身也比较容易，故可高速浇注，生产率高。弧形连铸机的缺点是：因铸坯弯曲矫直，容易引起内部裂纹；铸坯内夹杂物分布不均匀，内弧侧存在夹杂物的集聚；设备较为复杂，维修也较困难。

我公司采用的连铸机机型是弧形连铸机。

2、什么叫负滑脱？

当结晶器下振的速度大于拉坯速度时，铸坯对结晶器的相对运动为向上，即逆着拉坯方向的运动，这种运动称负滑脱或称负滑动。

3、中间包的作用是什么？

（1）降低钢水静压力，保持中间包稳定的钢水液面，平衡地将钢水注入结晶器；（2）促使钢水中的夹杂物进一步上浮，以净化钢液；

（3）分流钢水。对多流连铸机，通过中间包将钢水分配到各个结晶器；（4）贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时不减拉速，为多炉连浇创造条件； 可见，中间包的作用主要是减压、稳流、去夹杂、贮存和分流钢水。

4、敞开浇注和长水口浇注对中间包钢水流动有何影响？

中间包保持正常液位，钢包注流为敞开浇注，中间包钢水流动特点是：1）注流冲击区的紊流引起钢水表面波浪运动，容易造成卷渣。2）沿钢渣界面有剪切力作用，把渣子卷入内部。

中间包保持正常液位，采用长水口浇注，中间包钢水流动特点是：1）钢渣界面流动剪切力减轻。2）减轻了注流引起的紊流和波浪运动。如果中间包加挡墙和坝联合使用，则卷渣有明显的减少。

不管中间包结构如何，引起中间包卷渣的流动是：注流冲击区紊流、钢渣界面的表面波和旋涡流动。因此，采用长水口浇注、深熔池中间包、加挡墙和坝等是防止卷渣的有效措施。

5、中间包覆盖剂的作用是什么？

中间包覆盖剂的功能是：1）绝热保温防止散热；2）吸收上浮的夹杂物（如Al2O3、钙铝酸盐）；3）隔绝空气，防止空气中的氧进入钢水，杜绝二次氧化。

6、什么叫钢水的二次氧化？

广义上讲，把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物，使钢水重新被污染的过程叫二次氧化，留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。

钢水经过炉外精炼后得到了温度和成分合格的钢水，有的钢种经过RH真空处理后，钢水中总氧含量可达10～20ppm，可以说钢水是非常干净了。但是钢水从钢包→中间包→结晶器传递过程中，钢水与空气、钢水与包衬、钢水与炉渣、钢水与水口之间会发生物理和化学作用，洁净的钢水又重新被污染。

7、连铸过程中钢水二次氧化有哪些来源？

连铸过程中钢水二次氧化的来源有：

（1）钢包注流和中间包注流与空气的相互作用：

（2）中间包钢水表面和结晶器钢水表面与空气的相互作用；（3）钢水与中间包衬耐火材料的相互作用；（4）钢水与浸入式水口相互作用；

（5）钢水与中间包、结晶器保护渣相互作用。

这些作用使钢水中的铝、硅、锰等元素发生氧化，生成的氧化产物是连铸坯中大颗粒夹杂的主要来源。

8、对连铸中间包作用是什么？

钢水的储存器，控制注入结晶器的钢水量；钢水的分配器，中间包底装多个水口，实行多流浇铸；钢水的缓冲器，使钢水压力稳定，钢流平稳；钢水清洁器，使钢水在中间包内停留一段时间（如5～10min），有利于钢水中夹杂物和混入的渣滴上浮；可以实行多炉连浇，为更换钢包创造条件。

中间包容量一般为钢包容量的20～40%。为提高钢的质量，目前中间包在向大容积、深熔池方向发展。

9、结晶器的振动参数有哪些？

结晶器的主要振动参数是振幅和频率。

10、对结晶器倒锥度的要求是什么？

倒锥度过小，可使坯壳过早脱离铜壁产生气隙，降低冷却效果，或使出结晶器的坯壳厚度不够，产生拉漏事故；倒锥度过大，容易导致坯壳与结晶器铜壁之间的挤压力过大，加速了铜壁的磨损。

11、连铸结晶器的作用是什么？

结晶器是连铸机的关键部件。它的作用是：

（1）在尽可能高的拉速下，保证出结晶器坯壳厚度，防止拉漏。（2）铸坯周边厚度要均匀。

钢水在结晶器中的凝固行为对铸坯表面质量和铸机的正常生产有重大影响。故对结晶器有以下要求：

（1）为使钢水迅速凝固，结晶器壁应有良好的导热性和水冷条件。

（2）为使凝固的初生坯壳与结晶器内壁不粘结，磨擦力小，在浇注过程中结晶器应作上下往复运动并加润滑剂。

（3）为使钢坯形状正确，避免因结晶器变形而影响拉坯，结晶器应有足够的刚性。（4）结晶器的结构要简单，重量要轻。

结晶器是由导热性非常好的铜和铜合金做内衬，外面套有夹套通水冷却。它本身结构分为铜内壁、外套和水槽3部分。

12、结晶器保护渣的作用是什么？ ⑴ 绝热保温防止散热；

⑵ 隔开空气，防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化，影响钢的质量； ⑶ 吸收溶解上浮的夹杂物，净化钢液；

⑷ 在结晶器壁与凝固壳之间形成一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止结晶器壁与凝固壳的粘结；

⑸ 充填坯壳与结晶器壁之间的气隙，改善结晶器传热。

13、结晶器保护渣粉形成所谓“三层结构”？

要发挥保护渣5个方面的功能，就必须使添加到结晶器上的渣粉形成“三层结构”，即粉渣层—烧结层—液渣层。

14、向结晶器加保护渣操作应注意哪些问题？

向结晶器加保护渣应注意：

（1）保护渣不得加到结晶器角部处；（2）保护渣加入应少加、勤加、均匀；（3）液面波动时，尽可能不加入保护渣；

（4）保持黑面操作，保持正常浇注过程中保护渣的三层结构；

15、连铸二次冷却的作用是什么？

从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳（8～15mm），而中心仍然是高温钢水，边运行边凝固，结果形成一个很长的液相穴。为使铸坯继续凝固，从结晶器出口到拉矫机长度内设臵一个喷水冷却区。在二次冷却区设有喷水系统和按弧形排列的一系列夹辊，起支承铸坯和导向作用，使铸坯沿一定弧形轨道运行时。

对二次冷却的要求是：将雾化的水直接喷射到高温铸坯的表面上，加速了热量的传递，使铸坯迅速凝固；铸坯表面纵向和横向温度的分布要尽可能均匀，防止温度突然的变化；铸坯一边走，一边凝固，到达铸机最后一对夹辊之前应完全凝固。在连铸机下部由于钢水静压力大，在二次冷却区必须防止铸坯鼓肚变形。

16、什么叫做二次冷却区的冷却强度？

二次冷却区的冷却强度，一般用比水量来表示。比水量的定义是：在单位时间内消耗的冷却水量与通过二次冷却区的铸坯重量的比值，单位为升/公斤钢。

二次冷却区各段水量分配原则：既要使铸坯散热快，又要防止铸坯内外有过大的温度差而引起热应力，使铸坯产生裂纹。因此，水量应从铸机上部到下部逐渐减少。

17、对二次冷却区喷水系统的要求是什么？

二次冷却区喷水装臵是由总管、支管和喷嘴等组成。

在二冷区采用喷嘴喷水能使水充分雾化，并具有较高的喷射速度，均匀地喷射到铸坯上。喷嘴虽小，但用量大，故要求结构简单，加工制造容易，便于装卸，成本低。

喷嘴的布臵应以实现铸坯均匀冷却为原则。

18、连铸二次冷却区喷嘴有哪些要求？

（1）能把水雾化成细的水滴，又有较高的喷射速度，打到高温铸坯上易于蒸发。（2）到达铸坯表面的水滴，覆盖面要大且均匀。（3）在铸坯内弧表面积累的水要少。

19、浇注过程水口堵塞原因是什么？

水口堵塞有两个方面的原因：一是水口冻死。这是钢水温度低、水口未烘烤好，钢水冷凝所致。适当提高钢水温度，加强中间包的烘烤就可解决。二是水口内壁有附着的沉积物造成水口狭窄乃至堵塞，浇铝镇静钢时尤为严重。20、防止水口堵塞有哪些措施？

在连铸生产中，为防止中间包水口堵塞，采用以下方法：（1）加强钢水保护，减少钢水的二次氧化。

（2）钢水进行钙处理：Al2O3夹杂在钢水中呈固态、串簇状，是水口堵塞的根源。用变性处理把串簇状的固体Al2O3转变成球形呈液态的铝酸钙就可防止堵水口。

21、连铸过程中大包钢水短时供不上，应如何操作避免断流？

⑴ 根据实际情况，定径水口浇注时，若温度允许，应适当降低中包液面，控制拉速降低； ⑵ 若大包浇完，中包已近拉尽，应暂停浇注。按快速换包操作，准备处理结晶器内铸坯，从大包停浇到再次可能接续上钢，时间应不大于5 min，否则拉出铸坯重新准备新中包开浇。

22、如何提高快速更换中间包成功率？

（1）准确控制好停浇时间；（2）快速换包时，严格控制好停浇到再次开浇时间，一般不超过8min;(3)停浇时关闭二冷水、结晶器内铸坯加连接件外，（4）控制好铸坯在结晶器内存在的深度，铸坯上端面应距结晶器下口150mm左右为宜，过高时将会使更换失败。

23、快速二次穿引锭应具备什么条件？

⑴ 结晶器拉矫机内无冻坯； ⑵ 摆槽、塞棒、水口完好无损； ⑶ 机械、水路、电器设备正常。

24、如何防止铸坯与结晶器壁粘连？

防止铸坯与结晶器壁粘连的措施有：

⑴ 结晶器内壁应光洁，各参数尺寸应符合要求； ⑵ 钢水温度不可过低，流动性要好； ⑶ 结晶器壁润滑良好，液面稳定。

第三章 生产事故及预防

1、连铸漏钢事故分为哪几类？其产生的主要原因有哪些？ ⑴ 开浇漏钢：开浇起步不好而造成漏钢。

⑵ 悬挂漏钢：结晶器角缝大，角垫板凹陷或铜板划伤，致使在结晶器中拉坯阻力增大，极易发生起步悬挂漏钢。

⑶ 裂纹漏钢：在结晶器坯壳产生严重纵裂、角裂或脱方，出结晶器后造成漏钢。

⑷ 夹渣漏钢：由于结晶器渣块或异物裹入凝固壳局部区域，使坯壳厚度太薄而造成漏钢。⑸ 切断漏钢：当拉速过快，二次冷却水太弱，使液相穴过长，铸坯切割后，中心液体流出。⑹ 粘结漏钢：铸坯粘结在结晶器壁而拉断造成的漏钢。

2、开浇时发生漏钢的原因有哪些？如何防止？

开浇时发生漏钢的原因主要有以下几点： ⑴ 结晶器内冷料放的不好，引锭头没有塞实。⑵ 起步早，起步拉速快，或拉速增长太快。

为防止开浇漏钢，开浇前应做好充分的准备和检查，重点应注意以下几点： ⑴ 检查引锭头密实和冷料堆放情况； ⑵ 检查水口与结晶器对中情况；

⑶ 检查结晶器铜板有无冷钢，锥度是否合适； ⑷ 检查二冷喷嘴是否畅通完好；

⑸ 了解钢水的流动性、钢水温度状态，中间包和水口是烘烤状态，保护渣的质量。⑹ 要根据铸坯断面决定注流大小和钢水在结晶器停留时间。

⑺ 起步拉速一般保持为0.5m/min，增速要慢（0.15 m/min），防止结晶器液面波动过大。

3、浇注过程中发生漏钢的原因有哪些？

⑴ 设备因素：结晶器严重破损而失去锥度，铸坯脱方严重；结晶器与二次冷却段对弧不准；铸流与结晶器不对中等。此外，结晶器铜管变形、内壁划伤严重，液膜润滑中断等，也会造成坯壳悬挂而撕裂。

⑵ 工艺操作因素：如拉速过快，注温过高，水口不对中、注流偏斜，结晶器液面波动太大，注流下渣，出结晶器冷却强度不足等。

⑶ 操作因素：如液面波动太大时，结晶器中未熔渣块卷入凝固壳，中间包水口内堵塞物随钢流落到结晶器液相穴，被凝固前沿捕捉而导致漏钢；操作不当等等。

4、什么叫粘结漏钢，它是如何发生的？

粘结漏钢是连铸生产过程中的主要漏钢形式，所谓粘结的引起是由于结晶器液位波动，弯月面的凝固壳与铜板之间没有液渣，严重时发生粘结。当拉坯时磨擦阻力增大，粘结处被拉断，并向下和两边扩大，形成V型破裂线，到达出结晶器口就发生漏钢。

发生粘结漏钢的原因是：1）形成的渣圈堵塞了液渣进入铜管内壁与坯壳间的通道； 2）结晶器保护渣Al2O3含量高、粘度大、液面结壳等，使渣子流动性差，不易流入坯壳与铜板 之间形成润滑渣膜。3）异常情况下的高拉速。如液面波动时的高拉速，钢水温度较低时的高拉速。4）结晶器液面波动过大，如浸入式水口堵塞，水口偏流严重，更换钢包时水口凝结等会引起液面波动。

5、结晶器冷却水发生报警如何处理？

结晶器冷却水报警系统是结晶器正常使用的保证系统。它规定了结晶器满足浇注的最低水量和水压等参数。冷却水发生报警后，继续使用，将导致铸坯漏钢，甚至烧毁结晶器。所以结晶器冷却水发生报警时，应立即中断该流的浇注，将铸坯迅速拉出结晶器，待处理好后方可再次投入浇注。

6、中间包水口关不住应怎样紧急处理？

在实际生产中，有时会遇到中间包水口失控关不住现象，这时可采取以下紧急处理办法： ⑴ 塞棒保护浇注时，遇中间包水口关不住，应迅速用备好的堵锥堵眼，如此法无效，马上通知大包工在该流的浇注上方插入大堵锥，在水口上方堵眼。

⑵ 定径水口浇注时，遇中间包水口关不住应迅速摆入摆槽，然后用堵眼锥堵眼，如此办法无效，通知大包工在该上方插入大堵锥，在水口上方堵眼。

⑶ 若以上两种办法失败，应迅速关闭大包水口，中间包车移开浇注位，整机停浇。⑷ 出现水口关不住事故时，应注意堵眼后关闭二冷水，铸坯按原拉速拉出。

7、拉脱以后怎样恢复拉钢？

拉脱以后恢复拉钢的前提条件是能快速处理结晶器的冻坯，因此拉脱以后，结晶器应继续保持振动，并在结晶器四壁滴适量的结晶器润滑油，以快速脱除结晶器内的冻坯，冻坯处理完毕，检查结晶器内壁及二冷室设备没有问题，可以二次送引锭开浇。

8、如何防止结晶器密封圈漏水？

根据生产实际，防止结晶器密封圈漏水可采取以下办法： ⑴ 浇钢工操作时，结晶器液面不可控制过高； ⑵ 加强结晶器管理，密封圈定期更换。

9、处理结晶器冻坯应注意什么？

处理结晶器冻坯时最重要的一点就是要避免结晶器铜管损坏。因此，在处理结晶器冻坯时，应首先清理干净结晶器上、下口的残钢，然后用专门工具将冻坯自下而上顶出，切忌自上而下处理，以免损坏铜管锥度。

10、拉矫机等设备暂时出现故障，怎样操作？

当拉矫机等设备暂时出现故障时，按以下步骤进行操作： ⑴摆入摆槽或关闭水口，拉速回零； ⑵关闭二冷水；

⑶视故障处理时间（5分钟以内）恢复浇注或（大于5分钟）铸坯拉出。

第四章 连铸坯质量及控制

1、连铸坯质量的含义是什么？

最终产品质量决定于所供给的铸坯质量。从广义来说，所谓连铸坯质量是指得到合格产品所允许的铸坯缺陷的严重程度。它的含义是：

——铸坯纯净度（夹杂物数量、形态、分布、气体等）。——铸坯表面缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）。——铸坯内部缺陷（裂纹、偏析、夹杂等）。

2、提高连铸钢种的纯净度有哪些措施？

纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。要根据钢种和产品质量，把钢中夹杂物降到所要求的水平，应从以下五方面着手：

——尽可能降低钢中[O]含量； ——防止钢水与空气作用；

——减少钢水与耐火材料的相互作用； ——减少渣子卷入钢水内；

——改善钢水流动性促进钢水中夹杂物上浮。

3、提高连铸坯表面质量有哪些措施？

为保证表面质量，在操作上必须注意以下几点：

（1）结晶器液面的稳定性：钢液面波动会引起坯壳生长的不均匀，渣子也会被卷入坯壳。（2）结晶器振动：铸坯表面薄弱点是弯月面坯壳形成的“振动痕迹”。振痕对表面质量的危害是：①振痕波谷处是横裂纹的发源地，②波谷处是气泡、渣粒聚集区。为此，采用高频率小振幅的结晶器振动机构，可以减少振痕深度。

（3）初生坯壳的均匀性：结晶器弯月面初生坯壳不均匀会导致铸坯产生纵裂和凹陷，以致造成拉漏。坯壳生长的均匀性决定于钢成分、结晶器冷却、钢液面稳定性和保护渣润滑性能。

（4）结晶器钢液流动：结晶器由注流引起的强制流动，不应把液面上的渣子卷入内部。浸入式水口插入深度小于50mm，液面上渣粉会卷入凝固壳，形成皮下夹渣；浸入式水口插入深度＞170mm，皮下夹渣也会增多。因此，浸入水口插入深度和出口倾角是非常重要的参数。

（5）保护渣性能：应有良好的吸收夹杂物能力和渣膜润滑能力。

4、提高连铸坯内部质量应采取哪些措施？

铸坯内部质量是指低倍结构、成分偏析、中心疏松、中心偏析和裂纹等。铸坯经过热加工后，有的缺陷可以消失、有的变形、有的则原封不动的留下来，对产品性能带来不同程度的危害。

铸坯内部缺陷的产生，涉及到铸坯凝固传热、传质和应力的作用，生成机理是极其复杂的。但总的来说，铸坯内部缺陷是受二次冷却区铸坯凝固过程控制的。改善铸坯内部质量的措施有：

（1）控制铸坯结构：首要的是要扩大铸坯中心等轴晶区，抑制柱状晶生长。这样可减轻中心偏析和中心疏松。为此采用钢水低过热度浇注、电磁搅拌等技术都是有效的扩大等轴晶区 的办法。

（2）合理的二次冷却制度：在二次冷却区铸坯表面温度分布均匀，在矫直点表面温度大于900℃，尽可能不带液芯矫直。为此采用计算机控制二次冷却水量分布、气—水喷雾冷却等。

（3）控制二次冷却区铸坯受力与变形：在二次冷却区凝固壳的受力与变形是产生裂纹的根源。为此采用多点弯曲矫直、对弧准确、辊缝对中、压缩浇铸技术等。

（4）控制液相穴钢水流动，以促进夹杂物上浮和改善其分布。如结晶器采用电磁搅拌技术、改进浸入式水口设计等。

5、连铸坯缺陷有哪几种类型？

连铸坯缺陷可分为以下三类：

⑴表面缺陷：包括表面纵裂纹、表面横裂纹、皮下夹渣、皮下气孔、表面凹陷等； ⑵内部缺陷：包括中间裂纹、皮下裂纹、压下裂纹、夹杂、中心裂纹和偏析等； ⑶形状缺陷：方坯菱变（脱方）和板坯鼓肚。

6、连铸坯防止纵裂措施有哪些？

⑴水口与结晶器要对中，以防止钢流冲刷坯壳；

⑵结晶器液面波动稳定在≤±10mm。液面波动由±5mm增加到±20mm，纵裂指数由0增加到2.0；

⑶合适的浸入式水口插入深度。⑷ 合适的结晶器锥度。

⑸ 结晶器与二次冷却区上部对弧要准。⑹ 合适的保护渣性能。

⑺合适的钢水过热度：钢水过热度提高10℃，在结晶器内高温钢水流动会吃掉凝固壳2mm；

7、连铸坯防止表面横裂的措施有哪些？

⑴ 结晶器采用高频率（200-400次/min）、小振幅（2～4mm）是减少振痕深度的有效办法； 振痕与横裂纹共生，要减少横裂纹就要减少振痕深度。振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深。振痕深处树枝晶粒粗大，溶质元素富集，当铸坯受到应力作用就成为裂纹的发源地。

⑵ 二冷区采用弱冷，矫直时铸坯表面温度（900℃～1050℃）高于质点沉淀温度或高于γ→α转变温度，以避开低延性区；

⑶ 降低钢中S、O、N含量，或加入Ti、Zr、Ca以抑制C-N化合物和硫化物在晶界析出，或使C-N化合物质点变粗，以改善奥氏体晶粒热延性；

⑷ 减少结晶器液面波动，采用低表面张力、润滑性能良好的保护渣；

⑸ 细化奥氏体晶粒。横裂纹常沿着铸坯表皮层下的粗大奥氏体晶界分布，可以通过二冷使奥氏体晶粒细化，以减少对裂纹的敏感性。

8、连铸坯角部纵裂纹形成原因及防止措施有哪些？

角部纵裂纹可能位于宽面与窄面交界棱边附近，有的离棱边10～15mm，有的刚好位于棱边上，严重时会造成漏钢。形成的原因：对于方坯：可能是沿结晶器高度水缝厚度不均匀，造成结晶器角部冷却不良；结晶器锥度太小，结晶器圆角半径太小。对于板坯，可能是由于：窄面支撑不当造成窄面鼓肚。窄面有6～12mm的鼓肚伴随有角部纵裂导致漏钢。（2）锥度不合适。（3）窄面冷却水不足。

改进方法：对于方坯 ⑴控制好结晶器几何形状防止变形。⑵合适的圆角半径。⑶装配结晶器时，保持冷却水缝厚度一致，使冷却均匀。⑶合适的冷却水量。⑷水口与结晶器对中，不要偏流。

9、连铸坯角部横裂纹形成原因及防止措施有哪些？

这是一种位于铸坯角部的细小横裂纹。其产生的原因可能是：⑴ 结晶器锥度太大。⑵结晶器表面划伤。⑶结晶器出口与零段对弧不准。

改进方法：调整结晶器锥度，严格对弧，调整二次冷却使矫直时铸坯角部温度不能小800℃。

10、连铸坯的皮下气泡是如何形成的？

在位于铸坯表皮以下，有直径和长度各在1毫米和10毫米以上的向柱状晶方向生长的大气泡。这些气泡如裸露在外面的叫表面气泡，没有裸露的叫皮下气泡，比气泡小呈密集的小孔叫皮下针孔。

钢水脱氧不足是产生气泡的主要原因，如采用强化脱氧，以降低钢中氧含量，会使钢水中的铝含量达到0.01～0.015﹪，从而使气泡消除。另外，钢水中的气体含量（尤其是氢）也是生成气泡的一个重要原因。因此加入钢水中的一切材料应干燥，钢包、中间包应按标准烘烤，注流采用保护浇注，这些措施对减少气泡的效果是明显的。

12、连铸坯内部裂纹有哪几种？

（1）矫直裂纹；（2）压下裂纹；（3）中间裂纹；（4）角部裂纹；（5）皮下裂纹；（6）中心裂纹；（7）星状裂纹（8）对角线裂纹

13、什么叫连铸坯中心疏松？

如将连铸坯沿中心线剖开，就会发现其中心附近有许多细小的空隙，我们把这些小孔隙叫中心疏松。

中心疏松的产生可以看成是铸坯两面的柱状晶向中心生长，碰到一起造成了“搭桥”，阻止了桥上面的钢水向桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢水全部凝固后，就留下了许多小孔隙。采用扩大铸坯等轴晶的各种措施，均可减轻中心疏松。

14、什么叫连铸坯中心偏析？

所谓偏析是指铸坯中化学成分的差异。在铸坯横断面试样上，每隔一定距离，从表面向中心取样进行化学分析，发现中心的碳、硫、磷等元素的含量高于其他部位。这种现象叫中心偏 析。中心偏析是和中心疏松、缩孔密切相关的。

15、连铸坯中非金属夹杂物有哪些类型？

连铸坯中非金属夹杂物，按其生成方式可分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂，主要是指出钢时，加入的铁合金的脱氧产物和浇注过程中钢水和空气的二次氧化产物。外来夹杂，主要是指冶炼和浇注过程中带入的夹杂物。

16、怎样减少连铸坯中的非金属夹杂物？

为减少铸坯中的夹杂物，最根本的途径，一是尽量减少外来夹杂物对钢水的污染，二是设法促使已存在于钢水中的夹杂物排出，以净化钢液。

因此，必须在出炉到钢水进入结晶器之前，采取下列措施：控制好出钢时的脱氧操作；出钢时采用挡渣操作，防止钢包下渣；采用保护浇注，防止二次氧化；采用钢包处理或炉外精炼新技术；使用大容量深熔池的中间包，促使夹杂物上浮；采用性能适宜的保护渣；采用形状适宜的浸入式水口；采用高质量的耐火材料；对钢包、中间包要清扫干净等。只有这样，才能减少连铸坯中的非金属夹杂物。

17、什么是铸坯鼓肚？

铸坯鼓肚是指铸坯表面的凝壳由于受到内部钢水静压力的作用而发生凸起变形的现象。它多发生于板坯宽面，是板坯连铸坯常见的形状缺陷之一。伴随铸坯的鼓肚，铸坯多出现表面纵裂、角部纵裂以及内部裂纹缺陷。

18、控制连铸坯菱形变形的措施有哪些？

⑴换新铜管时，要保证铜管与水套的良好对中，要检查水口定位销钉是否脱落。⑵完善结晶器使用管理制度，对每支铜管的使用情况，认真做好记录。换下的结晶器保证每支铜管的倒锥度都要测量，发现倒锥度小于0.3%/m，必须更换结晶器。

⑶稳定结晶器液面，使液面距上口100-120mm，液面不可过高。且铜管内腔发生严重变形的，不论使用多长时间，都要更换新结晶器。

⑷浇注时浸入式水口保证良好对中，发现哪流铸坯出现脱方，通过降低浇注温度，并适当降低拉速，可控制铸坯脱方程度。

19、钢水凝固过程中的收缩包括哪些？

钢水由液态转变为固态，随着温度下降，收缩可分为：

⑴ 液态收缩：由浇注温度降到液相线温度的收缩。对于低碳钢一般为1%； ⑵ 凝固收缩：液体完全变为固体的体积收缩。对于钢一般为3～4%。

⑶ 固态收缩：从固相线温度冷却到室温的收缩。一般为7～8%。固态收缩表现为整个钢坯的线收缩，它与钢冷却过程的相变有关。20、钢水凝固放出的热量包括哪几部分？

钢水从浇注温度冷却到室温放出的热量包括三部分： ⑴ 钢水过热：钢水从浇注温度冷却到凝固温度放出的热量。

材料基础 篇3

[关键词]材料科学与工程专业材料科学基础教学

“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科，是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录，材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此，各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来，就依据教育部的要求，将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识，在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础，培养学生科学的思维能力”为宗旨，开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机，进一步优化教学内容，探索新的教学模式和教学手段，进一步提高教学质量。

一、课程发展历史、性质与定位

材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的，可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比，对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶，开始采用金相显微镜研究钢铁，相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代，原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论，X射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代，金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代，世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立，其代表作分别为wG金格瑞的《陶瓷导论》(Introduction to Ceramics)和PJ Flory的《高分子化学与物理》(Polymer chemistry and physics)。前者，wG金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中，成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而PJ Flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征，阐述了高分子材料的结构及性能。到今天，三大材料的研究相互渗透，研究方法相互借鉴，产生了21世纪的材料科学。

“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉，纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等)，并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。

二、教学内容的优化和选择

现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展，使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下，2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生，确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修，72学时，4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合，构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式，在教学内容上力求共性教学，突出个性特点。为此。从选择教材着手，优化教学内容，强化基础教学，着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。

目前， “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容，增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容，往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时，对该课程的所有内容进行了全新的组合，将它们有机地融入整个教材体系中，形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限，这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性，避免学生掌握了各材料的个性，却忽视了各材料的共性，从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的，搭建一个合理材料科学与工程的知识平台，根据整个学科的培养方案和教学计划，我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材，从教学目标出发，该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论，便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点，在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上，在保持课程自身体系的完整性的条件下，兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系，对该教材的内容进行了“扬弃”，将课程教学内容分为三大模块：

1材料的结构。①微观结构：原子的排列方式、高分子链结构；②结构的完整性：晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构；③结构的不完整性：晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。

2固体中原子及分子的运动。①扩散：菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素；②高分子的分子运动：分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。

3材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶：单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶；②相图。单元系相图：凝固、形核和晶体长大；二元系相图：匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析；三元系相图：相图基础、三元匀晶和共晶相图。

为了在上述教学内容中力求共性教学，以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩，力求突出共性的内容。例如，相平衡与相图的内容，选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容，而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造

方面的内容。

通过多年的教学实践，上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定，又使学生学以致用，达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。

三、教学内容组织方式与目的

本课程教学内容的特点是“三多一少”，即叙述性的原理、规律多，需要记忆的概念、定义多，课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象，学生感到难学。具体表现在：不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以，我们在教学内容的组织上做了一些探索：

1突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时，综合多种中文教材、英文教材等，力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点，在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材，提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。

2探索课堂教学，有所为，有所不为。课堂讲重点、难点，讲思路，留给学生充分的思考时间和空间，以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容，尽量举出其应用实例，结合学科前沿知识，使学生知道该原理的用处，听课时不感到抽象、空洞，达到了理论联系实际的目的。而且，对重点和难点内容务必做到举一反三，确保学生能够掌握，以达到以点带面，进而掌握所学知识的目的。

3注重教学内容的连贯性，连通性，提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中，提倡预习，并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生，使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节，采用课堂讨论、换位讲授等方法，调动课堂气氛，使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点，从而提高他们通晓所学知识点的能力，达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如，在相图的学习中，尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础，一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎，另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。

4充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法，并辅之以动画，实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容，形象、生动地展示在学生面前，既直观又富动感，可明显提高教学效果。

四、教学方法与教学手段

“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强，学生在学习时容易感到枯燥难学。因此，在课堂上应常采用启发式教育，常用提问、问答或引而不发方法，调动学生的积极思维能力。在讲授时使用PPT演示文稿，尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等，应结合动画生动地用图像演示给学生，以加深他们对课程内容的理解，提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图，组织学生进行课堂讨论(seminar)，并以学生发言为主，让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容，如扩散第一、第二定律，应多采用板书推导，加强逻辑性学习。另外，为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握，将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中，并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前，弥补传统教学在时间和空间等方面的不足，以提高教学效果。在课外，还可建立QQ空间，在群聊中解决课堂中来不及解决的问题，通过师生交流，提高学生探索性自学能力和学习的积极性。

在“宽口径，大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学， “材料科学基础”作为专业必修的主干课程，突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发，合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法，使其与教学内容相互协调，是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后， “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时代发展、符合教育规律为中心开展课程建设，不断探索和实践，为成功培养宽专业人才奠定基础。

参考文献：

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[3]刘智恩，材料科学基础[M]，西安：西北工业大学出版社,2003。

[4]Donald R，Askeland，材料科学与工程[上下册)[M]台北：晓园出版社，1989。

[5]William D Callister，Fundamentals of materials science andengineering[M]，北京：化学工业出版社,2004。

[6]胡赓祥等，材料科学基础[M]，上海：上海交通大学出版社，2006。

[7]杨雄，材料科学基础－教学大纲和教材的改革与建设[J]，科教文汇,2008，(7)。

[8]董兵海等，材料科学基础课程教学模式探讨[J]，新课程研究(职业教育)，2008，(135)：18—20。

[9]齐义辉，韩萍，材料科学基础课程的教学改革与实践[J]，辽宁工学院学报,2007，9(2)：138—139。

[10]崔占全等，材料科学基础的教学改革与实践[J]，教学研究,2007,30(1)：53-57。

[11]靳正国等-大材料专业“材料科学基础”课程教改的认识与实践[J]，高等工程教育研究,2005(增刊)：31—35。

基于材料科学基础的教学优化 篇4

1.明确课程学习目的

材料科学基础课程教学为材料加工成型、 材料测试等后续课程提供专业理论基础。 明确本课程学习目的, 打下扎实的专业理论基础, 将对本课程及其他相关专业课程的学习效果产生积极的促进作用。

教学效率直接影响课程教学效果。 在强调课程重要性的基础上, 还应该增强课程教学的生动性与丰富性, 提高学生深入学习研究的主动性与积极性, 促进学生专业素养与认知情趣的有益结合, 从而发挥学习热情与主观能动性, 提高课程教学效率。

2.选择针对性的教学内容

材料科学基础通过研究材料成分、结构、组织与性能之间的内在联系和相互变化的规律, 为材料科学与工程领域提供相应的理论基础与生产实际指导, 因此, 本课程教学围绕材料四要素这条主线展开。 面对材料领域的广泛应用和繁杂的概念理论, 有针对性地选择教材和教学内容显得尤为重要。 根据专业特点教学分清主次, 教学内容有所侧重。 例如专业是金属材料科学方向, 教学中应该着重介绍金属学部分, 比较深入地介绍金属材料的晶体结构[3]、凝固结晶、塑性变形等方面的知识。 通过查阅资料并结合本专业人才培养目标, 精心选择教材, 满足了本专业应用型技术人才的培养需要。

科技发展与材料理论更新相辅相成, 在基础理论框架中, 应加强学科前沿知识[4]的引入。 新材料的研究、新工艺的发展等教学内容的引入, 不但能保持理论的科学性, 而且能极大地丰富教学内容。 例如纳米材料、3D打印技术等前沿科技的发展与应用, 可以让学生逐步了解专业领域的最新进展, 更能激发学生求知探索的兴趣, 寓学于乐, 提高教学质量和专业素养。

3.优化教学方法

材料科学基础课程内容繁多, 理论性强, 学习内容包括基本概念的记忆、基础理论的理解、基本工艺方法及其应用等各个方面, 教学工作有一定的难度。 通过优化教学方法, 建立逐层递进的专业知识体系, 由浅入深、 形象生动地叙述概念理论, 培养学生积极探索和实践应用的能力, 取得令人满意的教学效果。

3.1构筑逐层递进的知识体系

课程教学内容围绕材料、结构、组织与性能之间的相互关系及变化规律这条主线展开。 在教学过程中构筑以材料成分归属 (金属或非金属) 为起点的基本框架, 介绍其由来、特点、性能等背景知识, 将学生带入到专业领域的视野中。 有意识地结合实物 (如手机或笔记本外壳等) 引导学生注意和思考诸如产品是什么材料的、有什么特性等问题, 慢慢培养专业思维和素养。

不同种类 (或者种类相同但成分不同) 的材料具有不同的结构, 还能形成不同的组织, 使得材料性能大不相同。 讨论材料的特性需要逐层递进地研究和分析从理论条件下材料的晶体结构到实际条件下材料的结构和组织变化, 再结合生产加工条件, 一步步研究其性能的变化规律。 在这个知识架构中, 既要培养学生逐层理解剖析的能力, 又要强调各层知识的关联性, 使其思考问题较为全面而又深刻。

3.2生动地叙述概念理论

作为一门专业基础课, 繁杂抽象的概念理论成为教学工作中的一个难点。 因此, 在教学过程中要避免平铺直叙, 多用图文结合、多媒体演示、视频录像等手段, 形象而生动地讲解基本概念理论, 强化教学效果。

在教学内容中, 晶体结构部分知识抽象, 可以通过书写板书写下概念加深学生的记忆, 绘制模型示意图帮助学生理解结构, 采用多媒体动画演示形象展示晶体结构及缺陷, 让学生深刻记忆和理解这些内容。 在合金相图中的曲线和组织变化中的金相组织照片都能帮助学生建立微观结构的立体描述[5], 并形象地理解材料结构和组织状态的改变, 总结性能的变化规律。

形象生动的教学方法使学生克服学习障碍, 激发学习兴趣, 引导学生主动发现问题, 积极思考, 让教与学都变成一件有意义的事。

4.理论联系实际

材料科学基础课程教学内容很大一部分来自生产实际的规律总结及试验现象整理和数据分析, 实践性强。 抽象的理论教学离不开实际, 可以从实物产品的材料、外观和特性入手, 结合生产工艺过程的图片或视频录像, 让学生慢慢熟悉各类加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺, 引导学生将基本理论知识理解运用到生产实践中。 在总结生产规律的基础上进行试验分析 (如研究状态、温度等现象变化, 强度、硬度等变化曲线, 以及金相试验观察到的组织转变照片等) , 从宏观到微观充分反映材料四要素的基础理论及内在联系。 在教学过程中可以设立开放式课堂, 分组讨论试验现象, 让学生测量性能数据并绘制表格曲线, 要求学生认真完成金相试样制备并进行金相组织观察和记录。 结合理论基础进行分析和总结, 完成试验报告。 强调实验教学的重要性, 将其作为成绩考核的重要方面, 强化教学效果。

科技在不断进步, 新材料、新工艺不断涌现, 生产设备和工艺不断改进更新, 科学发展需要理论指导实践和应用创新发展。教学过程中联系实际, 插入先进制造设备的图片和先进生产工艺的视频录像, 多与学生探讨前沿科学的热点问题。比如可以让学生分组完成拟定题目的资料搜集整理并按组作报告完成工作介绍, 还可以在) 此基础上设计研究性课题或实践创新项目, 要求学生自由查阅资料和设计方案, 整理分析后完成设计, 纳入成绩评定或者奖励考核。 这样不仅可以调动学生了解专业动向的积极性, 学习更加认真, 还可以开阔学生的视野, 提高学生的应用和创新能力。

5.结语

材料科学基础课程内容丰富, 专业性强, 需要耐心记忆和理解材料的基本概念理论, 认真分析总结材料的组织转变与性能变化规律。 材料科学理论不断丰富, 应用不断深入, 需要积极关注前沿科技, 不断补充和完善基础理论知识。 因此, 材料科学基础课程改革是一项长期而艰巨的工程, 必须不断改革优化, 与时俱进, 勇于实践, 在理论和实践教学效果上不断获得突破。 只有这样才能达到培养理论基础扎实、 实践能力强和创新能力高的应用型技术人才的培养目的。

参考文献

[1]胡庚祥, 蔡珣, 戎咏华.材料科学基础, 第2版[M].上海:上海交通大学出版社, 2000:8-10.

[2]石德珂.材料科学基础, 第2版[M].北京:机械工业出版社, 2007:7-10.

[3]崔忠圻, 覃耀春.金属学与热处理, 第2版[M].北京:机械工业出版社, 2007:4-13.

[4]孙青竹, 王海波.材料科学基础课程教学改革与实践[J].中国冶金教育, 2012, 05:21-23.

基础汇报材料 篇5

施工单位：中国核工业中原建设有限公司

地 下 室 结 构 工 程 施 工 汇 报

二0一一年 九月五日

各位领导、专家你们好！

首先感谢各位领导、专家在百忙之中，来我工地对河南旷亚置业有限公司综合楼B区基础结构分部工程进行验收。该工程由河南旷亚置业有限公司兴建。河南华创建筑设计有限公司设计、由河南新恒丰建设监理有限公司监理、沈丘县质量监督站监督，中国核工业中原建设有限公司承建，建筑面积为19714㎡，框架21层。基础筏板采用外砌砖胎膜、地梁采用木模板。基础采用梁式筏板基础，地基采用CFG桩复合地基，筏板基础底标高-5.90m。220㎜厚2：8石砂褥垫层，基础垫层C15，基础筏板、地梁砼为C40、基础柱、剪力墙为C50。

为搞好河南旷亚置业有限公司综合楼B区基础、地下室工程的施工，我项目部认真编制施工组织设计，及各道工序的施工方案，并报监理单位审批后施工。我项目部建立三级管理制度，现场质检员跟踪检查，认真执行“三检”制度，做好隐蔽工程验收。

本工程于10年12月12日进行定位放线土方开挖，我项目部认真做好工程测量定位工作，严格控制好基底标高，并经监理及监督单位复验合格后进行下道工序施工。在基础工程施工过程中首先从原材料质量抓起，施工进场材料都在监理见证下进行取样、送检、试验合格后方可施工。

每个分项工程检验批，在自检合格的基础上，填报工程质量报验单。报监理工程师、复核、验收，合格后进行下道工序的施工。从模板的支设、钢筋加工绑扎，以及砼工程的施工，认真做好检查与验收工作，同时监理人员在施工中提出很多合理化建议，对促进工程质量提高有很大的帮助。

模板工程：首先是模板的支设，对模板应具有足够的刚度和稳定性。有效控制好模板的标高，及截面尺寸。

钢筋工程：对钢筋原材料的检查，钢筋的规格、尺寸是否符合设计及规范的要求，原材料的复试合格后方可加工、安装。并进行隐蔽工程的验收。

砼工程：本工程采用的是沈丘博大商砼有限公司的混凝土,混凝土泵车输送。在砼施工过程中，现场监理工程师进行旁站，砼的两块试块抽取，由现场监理工程师随机抽取，28天试块报告全部合格。该基础工程施工于11年7月14日完成，11年7月19日下午由监理部和我项目部对该工程轴线、标高、几何尺寸、墙体、砼外观、构造柱位移进行实测，实测60点，合格点为56点，合格率为93.3%，观感经目测，符合要求。

1．地基与基础分部工程各分项工程质量符合要求，均验收合格； 2．地基与基础分部工程质量控制资料和工程管理资料真实、齐全； 3．现场检查观感质量良好，所发现的缺陷已经处理并达到要求。综上所述，我单位根据评估依据，通过对资料、观感的检查认为：本工程地基与基础分部工程质量符合设计及建筑工程施工验收规范要求规定，达到合格标准。评定为合格。

总之，在我项目部人员和监理部人员的共同努力下，顺利完成了河南旷亚置业有限公司综合楼B区地基与基础分部施工任务。

工程中有不足之处，恳请诸位专家批评指正，以便我项目部在今后的施工中加以改进。

谢谢！

中国核工业中原建设有限公司

二0一一年九月五日

沈邱旷亚国际大厦工程B区-3.8m以下基础筏板、地梁、剪力墙结构分部工程质

量评估报告

一．工程基本情况：

（一）工程概况

沈邱旷亚国际大厦工程由河南旷亚置业有限公司兴建，河南华创建筑设计有限公司设计，沈邱县质量监督站监督，中国核工业中原建设有限公司承建。沈邱旷亚国际大厦区建筑面积为19714㎡（地下室为915㎡），地上20层，地下一层；地基采用CFG桩复合地基，基础为梁式筏板基础，220mm厚2:8沙石褥垫层，基础垫层砼为C15，筏板、地梁砼为C40，基础柱、剪力墙砼为C50。

（二）施工单位基本情况

总包单位：中国核工业中原建设有限公司

承包单位在现场项目经理部全面负责沈邱旷亚国际大厦工程的施工任务，各管理层人员配备齐全，资格符合要求。施工人员岗位证书齐全，符合要求。施工各类设备规格、型号、数量满足施工要求。工程原材料、构配件、设备能按使用计划落实。

（三）主要采取的施工方法

1．混凝土使用商品混凝土，混凝土泵车输送。2．基础筏板采用外砌砖胎膜、地梁采用木模板。3．钢筋接头：基础地梁采用搭接焊。

（四）基础结构的质量状况

基础结构为梁式筏板基础在施工过程中按工序进行巡检、抽检和工序验收检查。总体质量状况较好。其中：钢筋工程、模板工程、混凝土工程等分项工程，除钢筋、模板分项工程合格外，其余待复试报告全部出来以后再做判定。

（五）监理评估依据：

1．建设工程施工图纸及有关变更内容 2．《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001 3．《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 4．《河南省建设工程质量管理条例》 5．《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ257—2003、6．《工程施工合同》 7．《委托监理合同》等

（六）监理工作实施概述：

依据建设工程委托监理合同的要求，本项目监理部于2010年11月1日开始实施本工程监理业务。监理部严格按照国家的有关法律、法规，本着“公平、公正、科学、独立”的原则开展监理工作，努力实现“高质量、严管理、业主满意”的质量目标和“诚信服务、科学管理”的质量方针，根据监理合同的约定及赋予的监理权限，对工程的进度、质量进行了有效控制并组织协调工作，重点突出了质量控制，并对施工单位的施工组织设计，人员资质，质保体系和施工技术资料实施了审核。把好事先、事中和事后各关，采取旁站、巡视、平行检查相结合的模式进行监理，严格执行进场材料报验，工程施工关键部位和关键工序旁站和见证取样制度并做相应记录。监理人员严格按照工程监理程序，工程施工图纸及有关变更内容，相关规范，标准图集及国家强制性标准进行分项工程、检验批、隐蔽工程验收各环节的监理签认，监理签认及时准确，资料严格整理归档。在工程施工过程中，监理人员通过巡视检查，实测实量，平行监测，旁站等各种检查手段，对工程实体质量进行监控。加强过程控制，对施工单位报验的检验批进行了全数检查。

（七）对工程质量综合评估意见：

1．基础分部工程各分项工程质量符合要求，均验收合格； 2．基础分部工程质量控制资料和工程管理资料真实、齐全； 3．现场检查观感质量良好，所发现的缺陷已经处理并达到要求。

综上所述，我单位根据评估依据，通过对资料、观感的检查认为：本工程基-3.8m以下基础筏板、地梁、剪力墙工程质量符合设计及建筑工程施工验收规范要求规定，达到合格标准。暂定为合格。

河南新恒丰建设监理有限公司 沈邱旷亚国际大厦项目监理部

2011年5月19日

河南旷亚置业有限公司综合楼A区

施工单位：中国核工业中原建设有限公司

基 础 结 构 工 程 施 工 汇 报

二0一一年二月二十一日 各位领导、专家你们好！

首先感谢各位领导、专家在百忙之中，来我工地对河南旷亚置业有限公司综合楼A区的基础工程进行验收。该工程由南旷亚置业有限公司兴建。河南华创建筑设计有限公司设计、由河南新恒丰建设监理有限公司监理、沈丘县质量监督站监督，中国核工业中原建设有限公司承建，建筑面积为9960㎡，框架六层。基础采用柱基独立基础，基础边长53.20 m，基础边宽32.451 m，筏板基础底标高-3.05m。基础垫层C10，基础承台为C30、地下梁柱为C40。

为搞好河南旷亚置业有限公司综合楼A区基础工程的施工，我项目部认真编制施工组织设计，及各道工序的施工方案，并报监理单位审批后施工。我项目部建立三级管理制度，现场质检员跟踪检查，认真执行“三检”制度，做好隐蔽工程验收。

本工程于10年12月12日进行定位放线土方开挖，我项目部认真做好工程测量定位工作，严格控制好基底标高，并经监理及监督单位复验合格后进行下道工序施工。在基础工程施工过程中首先从原材料质量抓起，施工进场材料都在监理见证下进行取样、送检、试验合格后方可施工。

每个分项工程检验批，在自检合格的基础上，填报工程质量报验单。报监理工程师、复核、验收，合格后进行下道工序的施工。从模板的支设、钢筋加工绑扎，以及砼工程的施工，认真做好检查与验收工作，同时监理人员在施工中提出很多合理化建议，对促进工程质量提高有很大的帮助。

模板工程：首先是模板的支设，对模板应具有足够的刚度和稳定性。有效控制好模板的标高，及截面尺寸。

钢筋工程：对钢筋原材料的检查，钢筋的规格、尺寸是否符合设计及规范的要求，原材料的复试合格后方可加工、安装。并进行隐蔽工程的验收。

砼工程：本工程采用的是沈丘博大商砼有限公司的混凝土,混凝土量配比，塌落度在35-50cm，严格控制砼的坍落度。在砼施工过程中，现场监理工程师进行旁站，砼的试块，抽取，由现场监理工程师随机抽取，28天试块报告全部合格。

该基础工程施工于11年1月20日完成，11年2月19日下午由监理部和我项目部对该工程轴线、标高、几何尺寸、墙体、砼外观、构造柱位移进行实测，实测60点，合格点为56点，合格率为93.3%，观感经目测，符合要求。

总之，在我项目部人员和监理部人员的共同努力下，终于完成河南旷亚置业有限公司综合楼A区基础施工任务。

工程中有不足之处，恳请诸位专家批评指正，以便我项目部在今后的施工中加以改进。

谢谢！

中国核工业中原建设有限公司

材料基础 篇6

关键词： 计算材料学 材料工作室软件 本科教学 第一性原理 分子动力学

计算材料学是一门正在快速发展的新型学科，属于材料科学与计算机科学的交叉学科，是利用计算模拟手段对材料的组成、结构、性质及服役性能之间关系进行研究的学科。材料的成分、结构与性质之间的关系是材料学专业永恒的主题。传统材料研究以实验室观察为主，是一门实验科学。随着材料学研究对象的空间尺度不断变小，研究对象越来越精细，原子已成为材料研究的内容，对功能材料甚至需要研究到电子结构的层次，传统的研究方法已经不能揭示材料性能的本质。随着科技的发展，现在已经能够从量子力学基本原理出发计算材料体系的各种性质，包括原子结构、电子结构、热动力学特性，甚至超高温、超高压等极端环境下的材料服役性能，从而实现材料性能的改善和新材料的设计。随着计算水平的迅猛发展，计算机模拟研究已经与实验研究、理论研究并列，成为三种基本的材料科学研究手段之一。

计算材料科学主要包括两方面内容：一方面是验证实验与解释实验，即从实验数据出发，建立模型，模拟实验过程，从原子和电子角度揭示内在机理，加深对材料本质的认识。另一方面是预测新材料的新性能，即直接通过理论模型的计算，预测新材料的结构与性能，使材料研究更具有方向性和前瞻性，有助于原始创新，可以大大提高研究效率。

材料工作室软件，即Materials Studio软件，是美国Accelrys公司出品的多尺度计算机模拟平台，可实现从量子、分子、纳米到介关的多尺度计算机模拟，可从空间角度和时间角度对材料性质进行研究。它拥有众多模块，可根据具体需求选择。目前材料工作室软件已成功应用于制药、化工、能源、电子、新材料等领域。材料工作室软件具有良好的、可视的工作界面，这是它的一大特色。

计算材料学的基础理论晦涩难懂，没有量子力学基础的学生很难理解。学生往往听得昏昏欲睡，课堂上死气沉沉。《计算材料学基础》教学集中在物理概念上，不用过分关注细节。材料工作室软件具有良好的可视界面，可以给学生直观的认识，从而激发他们学习的热情，从教师的角度讲有利于教学。第一性原理和分子动力学是计算材料学中非常重要的两个方面，下面对这两个方面进行具体描述。

一、第一性原理

第一性原理的基本思想是将多原子构成的体系理解为由电子和原子核组成的多粒子体系，并根据量子力学的基本原理最大限度地对问题进行“非经验性”处理。材料工作室软件拥有CASTEP和DMol3两个非常重要的第一性原理模块。CASTEP模块是由剑桥大学凝聚态理论研究组开发的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序，它采用平面波函数描述价电子，利用赝势替代芯电子。DMol3是由Bernard Delley教授开发的，它采用原子轨道线性组合的方法描述体系的电子状态，也被称为原子轨道线性组合方法。DMol3有别于其他方法的最重要特点是采用数值函数描述原子轨道，这样可以兼顾计算精度和效率。这两个模块均可用于金属材料、无机非金属材料和高分子材料的计算。既可以用于研究体相材料，如材料的晶体结构、弹性模量、电子结构，等等，又可以用于研究材料的表界面性质，如材料表面的分子吸附、化学反应，等等。

由于材料工作室软件优良的可视界面，因此可以在窗口清晰地展示材料的晶体结构。材料工作室软件可以在工作窗口对材料的原子构型进行各种操作，包括旋转、平移等，能够让学生清楚直观地认识，带领学生认识材料学的奥妙，激发学生学习兴趣。在材料电子结构方面，相较于其他计算材料软件，材料工作室软件可以直观显示出布里渊区路径，从而解决学生对这个困难知识点的认识，有利于教学。在多相催化反应方面，材料工作室软件能够清楚地计算出从反应物分子到产物分子的反应过程，同时给出反应能和反应能垒，从而给出催化剂催化活性的定量判据。

二、分子动力学

分子动力学模拟方法是按照体系内部的内禀动力学规律确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量与宏观可观测量的关系。分子动力学是将电子的运动与原子核的运动分开处理，电子的运动用量子力学的方法处理，而原子核的运动用经典动力学方法处理。材料工作室软件包含Discover、Forcite、GULP等多个分子动力学模块，可用于研究材料的融化、凝固、分子吸附等。能够从原子角度直接显示材料融化、凝固及分子吸附的过程，给学生直观认识。其中，Discover以多个经过仔细推导和验证的力场为基础，可以准确计算出最低能量构象，并可给出不同系统下体系结构的动力学轨迹，周期性边界条件的引入使得它可以对固体体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系。Forcite是先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何优化及动力学模拟，可以实现模拟淬火、退火等功能。

三、结语

通过将材料工作室软件引入《计算材料学基础》课程教学，可以将知识点形象化、可视化，能够激发学生学习兴趣，点燃学生进行材料科学研究的激情。不仅适合于材料专业的学生，而且适用于物理和化学专业学生。

参考文献：

[1]张跃，谷景华，尚家香，马岳.计算材料科学基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2]徐慧，等.凝聚态物理专题[M].长沙：中南大学出版社，2009.

材料科学基础多媒体课件开发 篇7

随着计算机技术的不断发展,把文本、图形、动画、声音和视频等运载信息的媒体集成到一起,并通过计算机综合处理和控制。这种将计算机技术、网络技术和教育软件有机结合的教学系统既可提高教学过程中的信息传递量和教学内容的科学性、先进性、趣味性,又可加强学生与教师的实时交流,使广大学生得到最优质的教学资源,还可以方便学生在不同时空根据需要进行自主化、个性化学习,从而提升教学效果。

一、课件开发的前期工作

1. 开发平台的选择

本课件以上海交通大学出版社出版的胡赓祥教授主编的《材料科学基础》为支撑教材,选择美国Macromedia公司基于Windows环境的Authorware作为开发工具。Authorware操作简单,程序流程明了,开发效率高,并且能够结合其他多种开发工具,共同实现多媒体的功能。它易学易用,不需大量编程,使得不具有编程能力的用户也能创作出一些高水平的多媒体作品,对于非专业开发人员和专业开发人员都是一个很好的选择。它的最大特点是创造了基于图标的创作方式,用可见的流程贯穿课件制作的整个过程,清晰有序,且功能强大,界面友好,交互性强,方便实用。图1为Authorware7.0的开发界面。

2. 课件开发的准备工作

(1)收集所有的信息并确保没有任何遗漏。

材料科学基础课件所需要信息包括以下几个方面:

(1)材料科学基础课程讲义。讲义包括:绪论部分,材料科学基础绪论,原子结构和键合,固体结构,晶体缺陷,固体中原子及分子的运动,材料的形变和再结晶,单组元相图及纯净体的凝固,二元系相图及合金的凝固,三元相图共9部分。

(2)各章节中相关的图片资料,包括各类参量坐标图、变化示意图、相图照片等内容,这些资料不仅可以在文献书籍以及网络资源中找到,很多也可以通过相关课件资料获得。

(3)制作合适的能够体现教学内容的动画作品以及视频资料。

(2)组织课件中的文字、图形动画以及视频文件,充分考虑文件大小与课件效果之间的关系。

该课程需要将文字材料、图形材料、动画资料以及视频资料,按章节顺序进行排列整理,进行初步脚本编写。脚本以文字内容为顺序基体(不做注释),以小节为基本单位,着重注明所需其他类型材料。

二、课件的设计及特点

1. 课件的界面设计

本课件的界面设计遵循美观、大方、统一的原则,尽量使教与学两者在使用过程中能一目了然。如图2所示,课件的章节结构较为清晰,章节之间的跳转既可以通过左侧的树形目录任意跳转,也可以通过左下方的图标设置,在整个课件中,可以通过“上一章”“下一章”按键进行章与章之间的切换;在同一章内容中,使用“上一节”“下一节”按键进行小节的转换。在同一节内容中,使用“上一页”“下一页”按键进行页面的转换。因此,课件上手容易,清晰明了。另外还加入了“标记”和“返回”按钮,可以方便标注所浏览的一页或返回上一页。

2. 动画及图像的演示设计

材料科学基础涉及的理论知识比较复杂、抽象,较难理解。如晶体结构、显微金相组织、三元相图等许多概念和知识都是学生难以想象和教师难以用语言描述的。而由于动画可以生动形象地描述事物间的相互关系和运动变化,达到转换思维模式,降低思维难度,促进形象思维和抽象思维沟通的作用。因此本课件中的动画将微观过程宏观化,变教师单纯的语言描述为动画模拟演示加教师的精讲点拨,形象、生动、直观感染力很强,清晰、突出地显示出需要强调的主要内容,可使难点化解,大大简化复杂的教学过程,减轻教师的工作量。

图3(a)所示为Fe-C合金平衡结晶过程动画。通过点击下面不同材料按钮,可以看到每一种材料自液态冷却凝固的全过程动画。例如图3(b)~(f)是过共析钢(0.77%<ω(C)<2.11%)结晶的全过程动画演示。用鼠标点击播放键,即可以进行动画播放,同样可以通过点击暂停键进行局部状态讲解,并可以通过停止键停止动画或重新开始动画播放。在此过程无须跳出当前页面,保证了课件思路的完整性。通过利用动画来演示过共析钢每一个转变的温度、转变的产物和组织形态,相比单纯的图片和繁琐的文字介绍,简单明了,使人能在脑中形成鲜明的对比,易于进行记忆。

3. 视频的演示设计

课件使用过程中,没有设定关于视频文件明显的播放感应。在进入标有视频页面的同时,视频文件就会播放。课件中视频文件为WMV格式,均以Windows Media Player软件进行播放,在播放过程中可进行播放、暂停、停止等控制,页面与普通播放软件相同,在无操作情况下会默认为全屏播放。

4. 其他设计

在Authorware课件还设置了查找功能(如图4所示)。可以通过关键词的输入,对其相关内容进行查找,查找后执行转到当前页命令,可以直接进入含有该词的页面。图5具体演示了关键字查找功能的相关操作:在输入关键字“晶体”后,可以在下面的页码框里找到相关词语所在的章节和页数,转到选中页,在该页,关键字将以深色背景体现出来。

三、结束语

所开发的材料科学基础多媒体课件采用了更为先进的教学手段,改变了原来单一的授课模式,并使课程中的微观问题宏观化,抽象问题具体化,有效地降低了课程学习的难度,使学生学习的积极性和互动性得到明显改善,大大提高了材料专业的教学质量以及学生的知识水平。

摘要：针对材料科学基础课程的特点,选择Authorware软件作为开发平台,结合其他多媒体技术,开发制作了材料科学基础课程计算机辅助教学课件。该多媒体课件为教师的授课和学生的学习提供了高效率的教学辅助工具。

关键词：材料科学基础,教学,多媒体,课件

参考文献

[1]崔占全,赵品,景勤,等.材料科学基础的教学改革与实践[J].教学研究,2007,30(1):53～57

[2]齐义辉,韩萍.材料科学基础课程的教学改革与实践[J].辽宁工学院学报,2007,9(2):138～139

材料基础 篇8

关键词：材料科学基础,核心课程,教学质量,教学效果

材料是社会文明和科技进步的物质基础和先导, 材料科学和能源科学、信息科学一起被列为现代科学技术的三大支柱, 其发展水平更是成为一个国家综合国力的主要目标之一[1]。为了培养更多材料领域的人才, 国内自20世纪70年代开始, 在不同高校设置材料科学与工程一级学科并相应的开设了一系列材料相关的专业课程, 而在这些课程中《材料科学基础》的地位可以谓之为重中之重, 它立足于阐明材料制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律, 训练学生材料设计、材料性能和产品质量控制、材料开发与检测的基本能力, 在公共基础课和专业课程之间起着纽带的作用, 对构建材料科学与工程学科人才整体能力结构、知识结构及素质结构具有奠基性的作用[2,3]。

具体到笔者所在的安徽理工大学材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业, 《材料科学基础》在学生大二学年下学期开放, 是学生最先学习的一门专业课程, 它既是学生学习后续各门专业课程的保障, 也是学生以后从事材料相关生产和科学研究所必备的理论基础, 因而保证该门课程的教学质量意义非常重大。然而, 就笔者备、授课的经历来看, 该课程具有术语概念多、涉及知识面广及抽象枯燥等特点, 学生在学习过程中不易抓住重点, 且学习难度大, 学生不易产生足够的学习兴趣, 针对上述问题, 结合本院的具体情况, 笔者提出提高该课程教学效果的几点想法。

1 重视基础, 注重术语解读

针对无机非金属材料工程专业的特点, 笔者目前所使用的教材为武汉理工大学出版社出版, 由张联盟、黄学辉、宋晓岚主编的《材料科学基础》。该教材能较全面的覆盖一级学科的基本内容, 既阐述了金属、无机非金属、高分子等典型材料结构上的共性, 又突出了无机非金属材料的个性;既描述了热力学平衡状态下的问题, 又兼顾了非平衡条件下的材料结构的形成过程;既以材料制备、加工过程中的科学原理及共性规律为主, 又兼顾了材料服役中的环境行为效应, 做到了将科学与工程融为一体。但在教学时, 笔者发现学生在自己研读教材时会感觉到生涩难懂, 究其原因是由于很多涉及到材料类的专业术语教材没有详细的介绍, 而这些专业术语是学习材料科学的基础, 一旦一知半解、含混不清就会影响到对相关整个知识点的掌握, 而一个个小知识点的理解不清最终导致学生对整门课程的掌握不到位, 失去对课程的学习兴趣。例如在学习第二章的晶体结构时, 学生对晶面及晶界的概念理解不清, 为此笔者做了很生动的动画来解释, 单晶材料是由一个晶粒生长而成的, 因而它只具有一圈大大的晶界, 同时它的 (hkl) 晶面是唯一的平行族;而多晶材料是由多个晶粒生长而成的, 因而它的晶界包括各个小晶粒一圈圈的界, 同时每一个晶粒由于生长取向不同具有自己的 (hkl) 晶面, 因而多晶材料的 (hkl) 晶面是多个相互交叉的平面。结合笔者的绘图, 学生很快对这些基本概念有了很深的理解和认识, 因而在学习后续的结晶学指数、晶向与晶面关系等结晶学基本内容时非常顺利, 收到了不错的教学效果。

2 突出重点, 注重理论体系融会贯通

《材料科学基础》这门课程内容繁多, 在本院有限的72个学时里对每个章节均仔细讲解, 做到面面俱到是一项不可能完成的任务。因而, 需要对知识点进行梳理, 在有限的时间里突出重点, 同时将知识点串联起来, 让整个理论体系融为一体, 这样学生在学习完课程后也会倍感轻松, 受益匪浅。例如在学习晶体结构时, 考虑到金属结构模型主要为等径球体堆积模型, 而无机非金属材料的晶体结构主要为不等径球体堆积模型, 两者的知识点是相通的。因而在讲述时, 笔者着重以金属结构模型为例进行动画展示, 从立体结构的各个方向讲述, 如何堆垛, 并结合制作的球棍模型让学生充分理解最密排堆积及配位数这些基础概念, 学生对金属堆垛有了全面、深刻的认识后, 自己主动对教材上关于无机化合物的晶体结构进行理解, 在提问时发现学生对AX、AX2、A2X3的空间结构均有着较正确的认识, 抓住了重点, 很多知识的传授就变得容易了很多。另外, 理论体系的融会贯通对该课程的学习也大有裨益, 在学习鲍林规则时, 笔者要求学生认真掌握鲍林第二及第四规则, 运用第二规则去判定离子化合物的可靠性, 运用第四规则去检验硅酸盐晶体岛群结构的稳定性, 加深了学生对硅酸盐晶体结构的认识, 促进了学生对硅酸盐晶体具有的结晶、解离及介电性能差异的理解。

3 拓宽专业, 加强前沿成果介绍

由于我院无机非金属材料工程专业的学生毕业后不仅是进入各种传统建材 (包括玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料) 企业工作, 近几年的签约情况看相当部分的学生最终会从事纳米、新材料开发等领域的工作。拓宽专业, 在教学中适度的把目前社会上较前沿和热点的知识引入课堂教学, 并对传统材料科学基础教学内容进行适当的知识延伸和拓展, 这不仅让学生强烈地感受到科学发展的脉搏和动力, 有效的拓宽学生的知识结构, 开阔学生的视野, 而且也给课堂教学增添了活力[4]。例如在讲授共价键晶体结合时, 笔者通过查阅最新发表的相关文献, 介绍了目前碳纳米管和石墨烯的一些最新研究进展, 结果学生在课堂上自发的展开了针对石墨烯结构与性能的讨论, 表现出对新材料探索的强烈欲望。事实表明, 在教学中加强前沿成果的介绍能够激发学生的学习兴趣, 大大提高《材料科学基础》课程的教学效果。

参考文献

[1]代凯.大学本科材料科学基础课程教改初探[J].牡丹江师范学院学报 (自然科学版) , 2011 (1) :66-68.

[2]潘建梅, 唐丽永, 乔冠军.材料科学基础课程教学改革的探索与实践[J].广州化工, 2016, 44 (3) :148-149.

[3]刘冠辰, 耿树东, 陈连发, 王巍, 于晓波, 王辰, 张钰.初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J].吉林化工学院学报, 2015, 32 (10) :42-44.

材料基础 篇9

手绘表现是艺术设计的专业基础, 也是造型基础课程中的重要表现手法, 在技法上应解决两个方面的能力:一是准确地选择表现方式 (例如:材料质感的表现) ;二是掌握熟练的基本技巧, 将自己的感受用视觉的方式准确地表达出来。这里强调技法在设计中的位置, 并非为了技法而技法, 它是整个设计过程中的重要组成部分, 选择适当的表现技法将设计及该物体的造型、质地、功能等充分表达出来, 是艺术表现的主要目的之一。手绘表现不仅能将构思、创意准确地表达出来, 而且往往可以完善设计思想, 使主题内容得到充实和延伸, 达到内容和形式的和谐统一。

艺术设计是一个宽泛的概念, 包括很多层面的内容, 现代艺术设计中对于造型基础的认识应该要有一个全新的认识, 首先它不是某种方法和形式、技巧, 而是一种造型观念或一种思维方式。在这种观念和思维之下, 任何形式的表现都是可行的。其次, 它是动态的, 是不断延伸和发展着的, 而不是规范的教条。它最突出的特征就是侧重于“观念造型”, 既不依靠肉眼而依靠心理观察的造型方式, 既将造型的要素——形态研究作为主要内容, 又结合视知觉心理学原理, 从形态本质角度去认识所有形态, 探讨形态的变化及形式美感的创造规律, 进而具备离开参照物象进行艺术表现的能力。因为艺术的使命是运用形象去显示出这种多样化的现象中所存在的秩序。对于手绘“艺术品”的呈现离不开造型基础中材料质感的丰富表现, 所以对于这些材质的表现技法和方式需要细致的观察力与现实生活中的体验以及设计思维的艺术概括与分析能力。从新的角度和理念去认识造型与设计的关系, 尤其是对造型基础中新创部分——材料质感的手绘表现艺术进行具体完善的细致研究。因此, 对于造型基础中材料质感的手绘表现艺术的研究是应该作为重点内容细致分析、研究。

材料作为艺术设计的载体“应用”愈来愈广泛, 而且被艺术家当做最为直接表现思想和观念的媒介。这一表现手段的出现使材料具有了另外的独立价值, 它预示材料在现代艺术和设计中变得愈加重要。在今天科技信息大时代, 每出现一次新的技术革命, 材料就会产生新的创造并带来意想不到的变化, 都会带动艺术与设计的突破与发展。要把材料作为造型基础中独立的要素加以研究。作为设计学科材料的基础研究, 材料表现的体现为穿透材料表面去挖掘渗透其内在的深层意义, 通过形式与空间转换带来新的内容。面对司空见惯的材质, 我们将其打破重组, 并按照形态构成意味, 通过综合表现, 呈现造型感、色彩感, 使之成为新的材料, 并且运用手绘技法绘制出材料材质的形态。

材料质感的手绘表现过程是产生技巧和方法的本源基础, 是刻画形象、艺术概括的思维过程。在表现形象的过程中, 一个点、线、一组线条的组织和安排都是事物形象、体面材质、光影明暗刻画的具体呈现, 对于点、线、面、体之间的构成应具内在的逻辑关系, 在运用到表现事物材料质感上应该有不同的特征呈现。技术关键在于运用不同的手绘技法表现出各种材料的特征与材料质感。重点在于掌握材料材质的手绘技巧和方法的自由和随意的特点, 以及掌握表现艺术的概括性, 难点是要收集和归纳实际中存在的各种材料, 掌握材料特征与材料质感的形态, 进行综合整理, 并进行艺术概括手法的处理, 最终以手绘表现图例形式完成研究。使材料质感的手绘表现呈现完整的、多元化的艺术效果与技术手段。

艺术设计中造型基础的材料质感手绘艺术表现能力的培养需要锻炼艺术修养和观察力, 在积累日程生活中的方方面面的素材的同时进行材料材质的研究和整合, 运用美术造型功底锻炼表现习惯、思维方法和性格特点的流露与体现, 做到对材料质感表现的举隅。多年来, 经过不断的探索和实践, 针对艺术设计的造型基础中材料质感的手绘表现内容研究出了一系列技法:

1强反光材料

金属材料中的不锈钢, 镀铝金属于强反光材料, 易受环境的影响, 在不同的环境下存现不同的明暗变化。变化特点主要是明暗过渡强烈。高光可留白不画, 同时加重暗部处理。加强环境色的影响。笔触整齐平整, 易用直尺和曲线尺来画, 高光处加点彩, 表现会更生动。

2半反光材质

如在室内效果图中经常见的是大理石和木质地板或桌面, 它给人的感觉较为温和, 表现时反光没有金属的强烈, 黑白对比比较柔和高光强烈但反光较金属弱。大理石、花岗岩在室内装饰中已被广泛地运用于地板、墙面和柱子, 是我们常要表现的内容。这两者本身的纹理的表现主要在于先铺大的色调, 然后再用乱笔法表现材质的自然纹理, 在表现纹理时最好不要等底色干透, 这样, 纹理和底色可以自然而然交融, 显得自然贴切。

倒影的添加可以使没有纹理的材质, 比如光洁度较好的地砖或者各种台面更有光洁的质感。画这种材质只铺底色, 根据空间的远近产生色彩变化, 然后在表现出不同的物体在地板上的倒影。

3反光且透明的材料

这类材料具有反射和折射光, 光影变化丰富, 透光。室内表现图中常见的材质表现内容就是各种玻璃, 表现时要借助于一个大的底色。再画出大块的明暗, 加强环境对它的影响, 最重要的是用灰调处理玻璃后面的大致映象, 突出透明的感觉。

4不反光不透明的材料

分为软质和硬质材料。软质材料主要是织物、地毯、窗帘、床单都是我们常表现的内容, 硬质的有石材、木材等。其共同特点是吸光均匀不反光, 且表面都有材料特有的纹理。在表达软质材料时要着色均匀湿润, 线条流畅, 明暗对比柔和, 避免用坚硬的线条, 不能过分强调高光。描绘硬质材料时要场面分明, 结构清晰, 线条挺拨明确。我们要多多练习手中的工具去表现身边的不同环境和不同的材质, 加强我们对材质的感知能力和对工具的控制能力。

总之, 现代艺术设计中材料质感的手绘表现技法是训练良好造型基础的关键之一、是造型表现的重点、是艺术作品展现的手法之一。在建构事物形象的过程中, 材料质感是靠一个点、一条线、一组线条的组织绘制出形态形象、色彩调子、体面材质, 对于点、线、面 (色块) 之间的构成应具内在的逻辑关系, 而非貌合神离于形象整体的散漫无章, 所以正确掌握材料质感的手绘技法是提升造型基础表现方法的高度艺术境界。

支持项目:黑龙江大学青年科学基金项目。

摘要：近20年来, 思维中产生设计, 设计是由表现来推动和深化的, 艺术表现是以艺术形象的外化形式表达设计的意义。设计程序中手绘表现是描述空间、形象更为直白的语言形式, 造型基础课程在设计专业中起到举足轻重的作用。尤其是材料质感的手绘表现在近几年更发挥着的他不可取代的作用, 成为了刻画形象、塑造形象重要内容。如何运用手绘笔法技巧表现不同材料质感的便成为艺术表现的重点与重要研究内容。

材料基础 篇10

1 多孔金属钽的物理特性

钽 (tantalum) 是一种难熔金属, 熔点近3 000度, 外观呈深灰色, 表面光洁, 多孔状结构。表面及断面可见分布均匀的蜂窝状孔隙, 针尖大小。扫描电镜观察材料表面及断面可见20~50μm的微粒, 微粒之间有分布均匀直径约400~600μm的微孔结构[6]。孔隙内部相互连通。钽在生物体内极其稳定, 在常温及各种环境中均不溶解, 也不呈现化学反应。当它与一些元素如氧、碳以及氮等元素具有高亲和力, 常温下在钽周围形成保护膜而具有抗腐蚀性特点。多孔钽由钽粉制备而成, 钽粉经加热形成钽蒸汽而沉积于碳或其它元素形成的支架, 去除支架后及可获得高孔隙率75%~85%, 孔径约400~600μm, 具有三维立体空间构型的多孔钽材料[7,8]。在医学上, 钽是比较理想的骨科植入材料, 有“小梁金属”之称。它与人体骨骼、肌肉组织直接接触时, 具有事宜的机械强度, 其弹性

模量介于具有介于皮质骨和松质骨之间, 可以支撑人体骨骼。与体液接触时, 能够与生物细胞相适应, 具有极好的亲和性, 几乎不对人体产生刺激。同时钽的三维立体结构的空隙具有一定的密度, 同时也同时多孔钽的可塑性特点还可以使其在临床医学领域中制备成各种形状的骨科内固定器材, 如用于治疗骨折的接骨板、螺钉、、钽板或钽片修骨;钽丝和钽箔可以缝合神经和肌腱, 甚至是神经纤维, 钽网可以用来修补肌肉组织等[9,10,11]。

2 多孔金属钽的细胞相容性

正常情况下, 人体可吸收与代谢以不溶性钽盐的形式存在于生物体内的微量钽元素。当钽进入体内后, 机体清除钽的主要方式是巨噬细胞的吞噬反应。如肺泡巨噬细胞吞噬消化及降解。但是经实验证明这些吞噬反应是轻微的, 并不足以使得吞噬细胞发生变性、坏死及崩解, 细胞保持良好状态。这与矽肺病时, 含有游离二氧化矽粉尘进入人体时所发生的肺泡巨噬细胞最终导致变性坏死崩解的现象正好相反[12,13,14]。这说明钽元素无细胞毒性, 具有良好的细胞相容性, 对人体无害。目前, 钽以其优异的理化特性及特有的3D结构被应用于骨组织工程支架材料。有研究证明[15,16]:体外将动物成骨细胞与钽复合培养后通过各种显微镜形态学分析与MTT的定量分析, 清楚的揭示了多孔钽比多孔钛更优的生物相容性。与多孔钛相比, 多孔钽表面有更多的细胞粘附和细胞的微伸展, 并且对成骨细胞无接触抑制现象存在。在多孔钽与成骨细胞联合培养时中, 成骨细胞外基质分泌并且发生钙化也证明了成骨细胞与多孔钽细胞具有良好的细胞相容性。同时当二者共同培养时钽可以促进成骨细胞粘附、增殖并向其内部孔隙长入, 提高成骨细胞的成骨能力, 从而加强与骨组织的整合及固定能力。Findlay等[17]用人成骨细胞复合5 mm厚多孔片钽并与钛、铬-钴合金对比检测细胞增殖与功能基因的表达, 结果显示不同的金属材料测量参数中并无显著差异。通过细胞形态学观察和共聚焦显微镜鉴定人成骨细胞在不同基质材料上附着情况相似。无论是细胞数量还是细胞分裂数, 钽金属材料与其它基质材料均无差异。通过对成骨细胞或成骨活性的众多基因m RNA表达水平分析, 钽金属与其它基质材料无显著差异有时甚至高于其它材料。人成骨细胞体外矿化结果也显示钽金属较其他材料无差异。表明钽金属是人成骨细胞粘附、增殖与分化的良好支架材料。李矛等[18]将细胞与钛、羟基磷灰石及钽涂层支架材料复合培养时, 细胞的相对增殖率以钽涂层最高, 为113.2%, 羟基磷灰石涂层次之, 为110.5%, 钛涂层最低, 为109.8%。表明3种支架材料均对细胞无生长抑制作用。但钽涂层表面更适合细胞的黏附、生长。也有人将兔骨髓基质干细胞接种在多孔钛及钽涂层多孔钛合金支架材料, 在各个时间点钽涂层支架表面的增殖及粘附效果均显著优于多孔钛合金支架, 说明钽涂层支架较多孔钛合金支架有更好的细胞相容性, 有望成为新一代的生物医用金属材料[19]。

3 多孔金属钽的组织相容性

目前, 多孔金属钽优良的力学性能和组织相容性而应用于临床。美国在多孔金属钽的生产与研究方面领先于其他国家, 其中Zimmer公司生产的多孔钽材料除具有三维多孔结构且可促进成骨细胞黏附、分化生长, 利于水及营养物质在多孔钽内的运输之特点。人体的组织再造、植骨及置换术等都可应用多孔钽材料植入骨缺损部位, 骨质会沿着多孔钽孔隙及与宿主界面长入, 使钽材料充分与骨组织紧密结合并融为一体。作为支架材料植入人体后, 由于其优良的组织相容性使得多孔钽在人体内不降解, 因此也不需要二次手术取出[20]。此外, 多孔也可钽作为人工关节材料显示出无以伦比的优越性:如多孔钽的弹性模量与比自己相对大的皮质骨相互作用时, 由于多孔钽具有较好的柔韧性及可塑性, 因此并无变形且断裂的现象出现。这一特性可使得在关节重建术中所植入的钽假体与宿主骨之间匹配良好并无松动, 提高了植入假体的稳定性。国外许多文献也证实了多孔钽具有良好的组织相容性。Zardiackas[21]研究发现多孔金属钽屈曲强度为10 Nm, 人腓骨平均屈曲强度为8~12.5 Nm, 两者大小相似。多孔金属钽弹性模量约为3 GPa, 和正常人体骨相似, 所以在提供足够生理支持的情况下还可以很大程度上的降低应力遮挡, 从而更加有利于骨质的长入与重塑, 而钛合金、钴铬合金等弹性模量明显高于骨皮质, 容易产生应力遮挡。医用多孔金属钽质地坚固, 抗磨损、抗疲劳能力均优于骨松质、陶瓷制品、冻干骨片, 可以提供足够的生理负荷。这种多孔金属钽已广泛用于临床, 比如多孔钽假体治疗人工关节翻修术后、骨肿瘤切除术后、严重关节炎、严重创伤后骨缺损, 多孔钽棒治疗早期股骨头坏死, 多孔金属钽椎间盘融合椎体等, 并且效果满意[22]。

4 结语

目前的研究多为材料学及在骨科领域中的应用, 其它学科都待开发。虽然多孔钽金属材料在骨科领域的应用目前并且取得了不错的短期临床疗效。但其理论上的优势仍有待于临床证据和长期的临床随访。这就需要加强基础理论与相关交叉学科知识的学习。对其成形机理, 孔隙结构及孔隙率进行更加全面的研究, 争取更快的推进其多孔钽的国产化及批量生产。扩大其在骨科及口腔科的应用范围。相信随着制备工艺以及临床技术的日趋成熟, 越来越多的金属钽支架材料会材料应用到临床中。

摘要：金属钽一般用于制作电容器的阳极。除此之外因其具有合适的机械强度、良好的弹性模量、耐腐蚀性、良好的生物相容性、高孔隙率、合适的孔径以及立体空间结构而作为骨移植材料受到医学界特别是骨科界的广泛关注。该文通过查阅目前国内外相关文献, 就多孔钽金属材料在医学领域中的基础研究及应用进行综述。

材料基础 篇11

[关键词]思维导图；工程材料与成型技术基础；笔记；复习

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0159-02

一、引言

思维导图（Mind mapping）是英国著名心理学家、教育家东尼·博赞于19世纪60年代发明的一种革命性的思维工具。它能够帮助人们学习、组织和储存人们想要的所有信息，它通过对信息自然分类，使人们能够迅速得到其想要的一切。思维导图被称为一种创造性的和有效的记笔记的方法[1] [2] [3]，其由发明至今，在各个领域得到了广泛的应用。许多研究者积极地将思维导图应用到教学过程中，并对其进行了有益的探索和实践。本文就思维导图在工程材料与成型技术基础课程教学中的应用实践作一简单探讨。

二、工程材料与成型技术基础课程特点

工程材料与成型技术基础是机类及非机类各专业必修的技术基础课，也是培养复合型人才的重要工程技术入门课程。该课程教学内容包括机械工程材料（含金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料）基本理论、材料力学性能、热处理、材料液态成型、材料固态成型、材料连接技术等内容，教学内容多而繁杂，课程教学中概念术语很多，实践性又很强，对于学习机类及非机类相关专业的学生来说，学习该课程压力不容忽视。

三、工程材料与成型技术基础课程教学特点

由于我国的大学生基本没有工程实践经验，即使学生在学习工程材料与成型技术基础课程前进行了相关的工程训练培训，但由于学时问题，学生学到的工程实践知识相对粗浅，理论深度普遍不足。在进行工程材料与成型技术基础课程学习时，初期的学习兴趣很难长期保持。随着学习的深入，陌生的概念、理论越来越多，而对此还要进行很好的理解和记忆，否则深入的学习就进行不下去，甚至一些理论还不能借助自身常识来理解。出现上述情况后，学生的学习兴趣会迅速下降，甚至有些学生认为该课程比大家普遍认为难学的机原、机设、力学还要难，学生学习自信心下滑，学习效果开始大打折扣。一旦遇到上述问题，教师既要想办法激发学生的学习兴趣，又要兼顾学生的学习效果，教学进度不可避免的受到影响，教学矛盾显而易见。

四、思维导图在教师教学中的指导作用

教授工程材料与成型技术基础的教师在引导学生进行课程学习时，经常有一种无力感。教师自认为很简单的问题学生往往理解不了，需要记忆的知识学生也记不了，归结起来这是由该课程的特点决定的。因为要理解记忆的东西多，学生觉得乱、没规律，所以记不住。思维导图的特点之一就是人们可以借助一些线条、图形、颜色、词汇、符号等元素把自己的想法画出来[4] [5]，而教师在教学中的想法就是教师的授课思路。作为教师，在授课过程中若能清晰地向学生传达自己的授课思路及授课重点，这对学生理解记忆所学知识的帮助是巨大的。由于图形比文字更便于记忆，相对于传统的文字标题，思维导图恰好能帮助教师实现向学生清楚传达教学思维的意图。以“常用工程材料”一章为例，学生首先要了解的是常用工程材料的种类，其次要重点掌握常用金属材料的种类、应用及热处理特点等知识。依据图1所示思维导图，学生可以很清楚地了解教师的授课思路及授课重点。

五、思维导图对学生学习的指导作用

（一）思维导图对学生听课记笔记的帮助

传统做笔记的标准方法是用句子、短语、列表和画线，或者用一些数字记录相关知识点。[6]随着课容量的增加，传统的笔记记录方法弊端也逐渐显现出来：一是速度慢，若想记录详细些，有可能跟不上教师的讲课节奏，遗漏相关知识点；二是记录的知识系统性不强，不便于记忆。将传统记录与思维导图有机结合，既能提高记录速度，又能将知识系统化。以“金属材料的力学性能”一节为例，利用教师讲课前的一两分钟迅速翻看所要讲授内容的章节目录，并将教师授课的内容用思维导图清晰展现出来，如图2所示，这样授课脉络既一目了然，又方便记忆。

如何做到思维导图与传统记录的有机结合呢？以“硬度”中的“布氏硬度HB”为例，听课过程中，教师讲到布氏硬度的一个知识点，就在 “HB”后面添加一项，如“原理”、“应用范围”等，从而边听边画出图3所示的思维导图，形成关于“HB”的知识脉络。若时间允许，就在现有思维导图的基础上做常规注解，注解内容力求简单明了，自己能理解即可。如“原理”后可简注“面积”二字，含义是“布氏硬度的测量原理是依据压痕面积测量材料硬度的，压痕大，硬度值小，材料软”。这样既能提高记录速度，又不会遗漏知识点，能做到对课堂讲授知识的细致把握。

（二）思维导图对学生理解记忆的帮助

思维导图给人的印象是简单明了，脉络清晰，印象深刻，方便记忆。在学习过程中，通过自己手绘思维导图，在对知识进行系统化细致梳理的同时，能帮助学生迅速发现未理解、掌握的知识点，便于学生有针对性地进行复习，提高学习效率。

（三）思维导图对提高学生学习兴趣的帮助

除了能帮助学生理解记忆所学知识，思维导图还能帮助学生发挥学习中的创造性，提高学生学习兴趣。以“相图”学习为例，初识相图，教师都会向学生介绍一下相图的来历，相图测定有多种方法，而课上教师通常只重点讲解如何借助热分析法及金相硬度测定来绘制相图，其他相图测定方法只是提个名字而已，根本没时间讲解。学生若对相图测定感兴趣，在听课并绘制思维导图时就可以简单记录相图测定方法，待课余时间通过查找资料来深入自学。这样既能拓宽知识面，又可了解当今相图测定的发展现况。

（四）思维导图对提高学生考试复习的帮助

思维导图能够形象地展现人的大脑的发散性思维，这对学生复习梳理知识是相当有用的。工程材料与成型技术基础这门课程的最终落脚点就是让人们了解材料，达到对材料性能的综合运用，所以围绕材料的性能，通过发散性思维，可以把整本书所学知识串联起来，形成一个系统的知识网。

图4所示为围绕“材料性能”进行的一个简单思维发散脉络。通过课程学习，学生知道“组织结构”决定材料性能，“工艺”能改变材料性能。材料的“化学成分”从根本上决定材料的“组织结构”，材料“结晶”过程影响材料的“组织结构”，材料的“工艺”包括“热处理、铸造、锻压、焊接”等，通过知识的层层展开，就可形成一个关于该课程的整体知识体系框架，从而达到对课程全局的把握，再结合实际进行专题训练，很容易形成一个关于选材、加工、使用的综合思维方法。

六、关于思维导图在教学应用中的成果及后期思考

随着思维导图在材料教学中的推广使用，研究对比发现，采用思维导图后，学生对知识的系统把握方面有明显提高，典型案例就是在考试中关于选材及工艺分析运用方面，学生的得分率大幅度提高，记忆性考察题目的满分率也有所提高。由此可见，思维导图是一个功能强大的教学帮手。针对思维导图，除前述来自教学中得到的一些粗浅认识外，它的巨大应用尚需大家继续实践探讨。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 东尼.博赞著，张鼎坤、徐克茹译.思维导图大脑使用说明书[M].北京：外语教学与研究出版社，2005：3-10.

[2] 杨淑莲.概念图在促进非良构领域知识结构化中的应用[J].中国电化教育，2004（8）：45-48.

[3] 陈云辉，谢百治，赵丽.思维导图与学生创新思维能力的培养[J].中国医学教育技术，2006（2）：10-12.

[4] 东尼.博赞著，叶刚译.思维导图[M].北京：中信出版社，2009：34.

[5] 张晓华.浅析思维导图在学习中的应用[J].福建电脑，2007（7）：194-198.

[6] 张敏，杨凤梅，朱晓红.利用思维导图提高学生学习效率的探索[J].中国医学教育技术，2010（4）：340-341.

材料基础 篇12

我校自1997年开始招收复合材料专业, 每年基本上招生2个本科班, 在原有的高分子材料基础上进行有机整合, 分为高分子材料与工程专业与复合材料与工程专业。从共性知识体系中提炼出基本问题, 建立起材料科学与工程的基础教学体系, 从宽基础角度加强专业基础课教学, 使一部分专业课趋于向专业基础课的调整, 在这样的教改思路下, 原来各专业方向的专业外语课程面临着向大材料专业的过渡, 从而产生了一门新的课程———《材料科学与工程基础》, 并设为双语教学示范课程, 作为高分子材料与工程专业与复合材料与工程专业六大平台课程之一, 材料科学与工程基础的内容因双语教学而偏向于基本概念和基本应用, 为避免重复, 材料科学与工程基础将不涉及各材料方向的具体理论。

一、材料科学与工程基础双语教学的必要性与目的

专业外语 (实际上多为专业英语) 是以往的专业设置下各专业开设的一门专业必修课, 其目的在于提高学生对外文文献的阅读与理解能力, 而主要以专业英语作为整班授课内容。目前, 由于高校近年来开设了双语教学课程, 所以专业外语面临着被取消的可能或过渡为双语教学课程。我校高分子材料科学与工程专业即以双语教学的《材料科学与工程基础》课程来代替专业外语, 但两者之间又存在着本质的区别。

以高分子材料科学与工程专业为例, 专业外语课程为32学时, 分两部分在第五和第六学期两期授课, 其学习内容主要涉及的是专业基础常识和后续专业课程的部分内容, 如高分子化学中的合成部分, 高分子物理中的结晶部分等, 而上课主要以翻译形式为主, 课上一般较为单调。由于所涉及的内容学生还没有学过, 对学生来讲内容较深, 学生不能够以英语完全了解本专业, 而从专业外语课程中学生对专业内容的领会往往不完整, 因此专业外语课程一般难以取得非常良好的授课效果。为了让学生能够理解并应用外语进行专业知识的表达, 并实现宽基础教学, 《材料科学与工程基础》首先从授课内容上进行了大幅度调整。考虑到双语教学的《材料科学与工程基础》将被安排在第五学期教学, 是最早与学生接触的一门专业基础课, 学生还未接触各方向的基础理论, 所以本课程计划从材料基本结构出发, 根据材料的不同结构特点分类, 介绍三大材料及功能和复合材料的主要品种及其应用, 其内容自成体系, 不再依赖各专业方向。从以上意义上讲, 以双语教学的《材料科学与工程基础》代替专业外语是必然的趋势。

二、材料科学与工程基础双语教学的基本模式存在的问题

双语教学是近年来出现的一种新的教学模式, 它所遇到的问题在其它课程的双语教学中已经体现出来就我校高分子材料科学与工程专业来讲, 所遇到的问题可能还来自于以下这方面:就是不能找到合适的授课教师精通所有三个专业方向的内容, 我校的现任教师分别来自于高分子、无机和金属三大材料专业, 不具备全部专业方向的材料基础知识的能力, 每位只能讲授自己专业熟悉的一部分内容, 而学生要接受至少三位教师的讲课, 这样一来课程缺乏系统性, 但从另一角度讲, 授课教师分别来自于三大材料专业, 所以他们会对本材料十分了解, 而使得学生可以学到更充实的知识。

三、材料科学与工程基础双语教学模式

针对双语教学存在问题, 我们首先采取了分章节专业教学模式, 即每部分专业知识都有该专业教师授课。我们学院整合全院的教师资源, 形成了材料加工、金属材料、高分子材料、复合材料及无机非金属材料五个专业教师组成的教学团队, 负责该课程的全院教学, 合理安排教学时间与内容, 各专业的知识都有该专业的老师授课, 通过几年的实践, 获得了很好效果。

其次, 课堂形式主要采用多媒体教学, 用将课堂的主要内容以全部英文的形式演示给学生, 并且配备了与原版教材相配套的多媒体课件, 以图文并茂的方式对学生进行授课, 使学生从视觉听觉多角度来获取知识信息, 增强了学生的学习兴趣。为了充分发挥主体性参与学习的使用, 在教学过程中我们积极开发学生的学习潜力, 在资料的查询、英文写作与翻译、语言的表达方面进行了培养锻炼, 注重培养学生的综合能力的提高。

在教学中结合材料科学最前沿科学与研究领域, 将学生分成若干小组, 且给各小组分好一个关于最新研究成果的英文题目, 指导学生主动利用图书馆和网络等资源搜索所需信息对该英文题目进行分析与评价, 并提出问题与展望未来研究发展趋势, 培养学生对材料信息的收集能力、阅读能力、理解能力与写作能力。学生可以根据自己的个人情况将论文做成形式上台进行演讲, 使学生锻炼了胆量, 提高了表达能力。这样大大增强了学生英语的思维能力, 提高了学生们英语学习本专业的兴趣, 拓宽了学生们的专业知识视野, 为他们未来从事本专业的科学研究奠定了坚实的基础。

通过材料科学与工程课程双语教学实践, 发现无论对学生还是教师在英语水平的考验和专业知识的讲授和学习都是一个考验, 只要采用适当的方法, 教师具有驾驭英语和专业知识的能力, 积极调动学生的学习积极性, 变被动学习为主动学习, 用双语进行专业课的教学是可以完全达到用中文讲课的同样目的

摘要：结合我校的情况分析了材料科学与工程双语教学在本学科中教学的重要性, 简要介绍了其基本模式及存在的问题, 介绍了根据具体的考与学过程, 在材料科学与工程课程教材的选择, 课堂的设计以及考试等方面的一些改革与探索, 提出了在材料专业用双语进行材料科学与工程课程教学实行“以学生为中心的”双语教学的教学模式。

关键词：双语教学,材料科学与工程,教学模式

参考文献

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