西安交通大学材料性能与测试技术实验课程教学大纲一、课程基本信息材料性能与测试技术实验课程名称Materials properties and testing techniques课程编号MATL401302321课程学分总学时理论：0实验：32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学科门类基础课口专业大类基础课口专业核心课口专业选修课o集中实践□1-1□1-2□2-1□2-2□3-13-2开课学期□4-1 □4-2 □5-1 □5-2先修课程材料科学基础，材料研究方法，材料力学性能教材、参考[序号】作者1，作者2.教材名称.出版地：出版者，出版年书及其他例：[1】刘国钧，陈绍业.电路分析.北京：高等教育出版社，资料1994.使用教材：[1]材料教学实验编写组主编.材料组织性能与加工技术独立实验（上册）：西安：西安交通大学出版社，2015.参考教材：[1]石德珂、金志浩主编，材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1998.[2]陈黄浦主编，材料力学性能实验指导书.西安：西安交通大学，2006.二、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是材料科学与工程的独立专业实验课程，配合《材料研究方法（英）》与《材料性能》课程教学，围绕材料微观组织结构分析与力学性能测试核心，开
西安交通大学材料性能与测试技术实验课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料性能与测试技术实验 Materials properties and testing techniques 课程编号 MATL401302 课程学分 1 总学时 32 学时分配 理论: 0 实验: 32 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 材料科学基础，材料研究方法，材料力学性能 教材、参考 书 及 其 他 资料 [序号] 作者 1，作者 2.教材名称.出版地：出版者，出版年. 例：[1] 刘国钧，陈绍业.电路分析.北京：高等教育出版社， 1994. 使用教材： [1] 材料教学实验编写组主编.材料组织性能与加工技术独立实 验（上册）.西安：西安交通大学出版社，2015. 参考教材： [1]石德珂、金志浩主编，材料力学性能.西安：西安交通大学出 版社，1998. [2]陈黄浦主编，材料力学性能实验指导书.西安：西安交通大学， 2006. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程是材料科学与工程的独立专业实验课程，配合《材料研究方法（英）》 与《材料性能》课程教学，围绕材料微观组织结构分析与力学性能测试核心，开
设了一系列的基础和综合实验，包括：理解X射线衍射仪、X射线应力仪、透射电镜、扫描电镜的基本原理、结构和便用：练习使用PDF卡片及索引对多晶物质的计算机物相分析结果进行校核，用sin法测量工件中的宏观残余应力，透射电镜样品制备，选区电子衍射、明暗场像的采集与分析，利用扫描电镜进行断口观察和成分分析；了解材料在静拉伸条件下拉伸曲线、弹性模量、形变硬化指数、布氏、洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的测试方法：掌握常温及低温下金属材料冲击试验方法；掌握疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程。本课程的着重培养和启发学生的自主创新能力以及提高实验动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力。通过实验课程的学习，要求学生了解和掌握材料物理研究方法的主要基本实验技术。从材料力学性能实验的基本原理出发，着重介绍了材料力学性能基本实验原理和测试方法，要求学生掌握主要力学性能指标的原理和测试方法。通过这些实验教学提高学生的动手能力，掌握实验数据分析方法与技巧，激发学生的创新思维能力，培养学生在团队中独立或合作开展工作的能力。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1.开展实验并分析实验结果的能力掌握X射线粉末衍射原理及设备操作，掌握X射线sin法测量宏观应力原理、仪器操作及数据处理方法，掌握双喷减薄法制备透射电子显微镜样品的工艺方法，掌握选区电子衍射谱的采集及分析方法，掌握名暗场像采集方法并对图像衬度进行合理解释，掌握断口形貌观察方法并对图像衬度进行合理解释，掌握能谱仪工作原理及操作技能；掌握金属材料常规力学性能的测量过程，并学会计算力学性能指标；掌握用图解法测定试样弹性模量；掌握材料形变硬化指数的测试过程，并用计算法测定试样（材料）形变硬化指数；掌握正确选择和使用硬度计；掌握用能量法确定金属材料冷脆转变温度：掌握疲劳裂纹扩展门槛值测定的实验过程和数据处理过程。能够对实验获得的材料结构与性能方面的结果进行分析和讨论，并能对实验结果进行对比分析和合理的解释。支撑毕业要求指标点4-3：能按照实验方案选择和搭建试验系统，安全有效的开展试验，正确采集实验数据，并能够对收集的材料结构与性能方面的结果进行分析和讨论
设了一系列的基础和综合实验，包括：理解 X 射线衍射仪、X 射线应力仪、透射 电镜、扫描电镜的基本原理、结构和使用；练习使用 PDF 卡片及索引对多晶物质 的计算机物相分析结果进行校核，用 sin 2法测量工件中的宏观残余应力，透射 电镜样品制备，选区电子衍射、明暗场像的采集与分析，利用扫描电镜进行断口 观察和成分分析；了解材料在静拉伸条件下拉伸曲线、弹性模量、形变硬化指数、 布氏、洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的测试方法；掌握常温及低温下金属材 料冲击试验方法；掌握疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程。 本课程的着重培养和启发学生的自主创新能力以及提高实验动手能力，培养 学生分析问题和解决问题的能力。通过实验课程的学习，要求学生了解和掌握材 料物理研究方法的主要基本实验技术。从材料力学性能实验的基本原理出发，着 重介绍了材料力学性能基本实验原理和测试方法，要求学生掌握主要力学性能指 标的原理和测试方法。通过这些实验教学提高学生的动手能力，掌握实验数据分 析方法与技巧，激发学生的创新思维能力，培养学生在团队中独立或合作开展工 作的能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1.开展实验并分析实验结果的能力 掌握 X 射线粉末衍射原理及设备操作，掌握 X 射线 sin 2法测量宏观应力原 理、仪器操作及数据处理方法，掌握双喷减薄法制备透射电子显微镜样品的工艺 方法，掌握选区电子衍射谱的采集及分析方法，掌握名暗场像采集方法并对图像 衬度进行合理解释，掌握断口形貌观察方法并对图像衬度进行合理解释，掌握能 谱仪工作原理及操作技能；掌握金属材料常规力学性能的测量过程，并学会计算 力学性能指标；掌握用图解法测定试样弹性模量；掌握材料形变硬化指数的测试 过程，并用计算法测定试样（材料）形变硬化指数；掌握正确选择和使用硬度计； 掌握用能量法确定金属材料冷脆转变温度；掌握疲劳裂纹扩展门槛值测定的实验 过程和数据处理过程。能够对实验获得的材料结构与性能方面的结果进行分析和 讨论，并能对实验结果进行对比分析和合理的解释。 支撑毕业要求指标点 4-3：能按照实验方案选择和搭建试验系统，安全有效 的开展试验，正确采集实验数据，并能够对收集的材料结构与性能方面的结果进 行分析和讨论
2.使用现代工具的能力熟练掌握X射线衍射仪、X射线应力仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等现代物理研究技术的基本原理和使用方法，透射电子显微镜、扫描电子显微镜样品的制备技术，X射线衍射、X射线应力、选区电子衍射、明暗场像数据的分析方法及相关数据分析软件；利用相关数据分析软件对金属材料力学性能指标进行计算和分析。支撑毕业要求指标点5-2：针对具体的复杂工程问题，能够采用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等先进材料测试表征仪器及常用专业软件，对典型材料的成分、结构及性能进行解析、模拟和预测。3.应对复杂工程问题能力掌握X射线粉末衍射法结合PDF卡片索引对多晶物质进行物相分析；掌握X射线应力仪并使用sin"法测量工件中的宏观残余应力：掌握透射电子显微镜中选区电子衍射谱的采集及分析，名暗场像的采集及分析；掌握利用扫描电子显微镜观察断口形貌，进行断裂类型识别；掌握金属材料常规力学性能的测定方法；掌握材料弹性模量的测试原理和方法：掌握材料形变硬化指数的测试原理和方法，；掌握各种金属材料的布氏、洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的试验原理和测试方法；掌握测量和计算金属材料冲击韧性值的方法；掌握疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法。支撑毕业要求指标点5-3：能够选用和开发与材料体系相适应的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具解析材料领域的复杂工程问题，并能针对具体的对象和方法分析其局限性。4.在团队中独立或合作开展工作的能力既注重培养学生的独立思考能力，同时注重培养学生的领袖气质、大局意识、分工协作精神和组织协调能力。支撑毕业要求指标点9-2：具有组织、协调和指挥能力，能在项目小组或团队中承担个体、团队骨干成员
2.使用现代工具的能力 熟练掌握 X 射线衍射仪、X 射线应力仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜 等现代物理研究技术的基本原理和使用方法，透射电子显微镜、扫描电子显微镜 样品的制备技术，X 射线衍射、X 射线应力、选区电子衍射、明暗场像数据的分 析方法及相关数据分析软件；利用相关数据分析软件对金属材料力学性能指标进 行计算和分析。 支撑毕业要求指标点 5-2：针对具体的复杂工程问题，能够采用金相显微镜、 SEM、TEM、XRD 等先进材料测试表征仪器及常用专业软件，对典型材料的成分、 结构及性能进行解析、模拟和预测。 3.应对复杂工程问题能力 掌握 X 射线粉末衍射法结合 PDF 卡片索引对多晶物质进行物相分析；掌握 X 射线应力仪并使用 sin 2法测量工件中的宏观残余应力；掌握透射电子显微镜中 选区电子衍射谱的采集及分析，名暗场像的采集及分析；掌握利用扫描电子显微 镜观察断口形貌，进行断裂类型识别；掌握金属材料常规力学性能的测定方法； 掌握材料弹性模量的测试原理和方法；掌握材料形变硬化指数的测试原理和方 法，；掌握各种金属材料的布氏、洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的试验原理 和测试方法；掌握测量和计算金属材料冲击韧性值的方法；掌握疲劳裂纹扩展门 槛值测定的一般方法。 支撑毕业要求指标点 5-3：能够选用和开发与材料体系相适应的技术、资源、 现代工程工具和信息技术工具解析材料领域的复杂工程问题，并能针对具体的对 象和方法分析其局限性。 4.在团队中独立或合作开展工作的能力 既注重培养学生的独立思考能力，同时注重培养学生的领袖气质、大局意识、 分工协作精神和组织协调能力。 支撑毕业要求指标点 9-2：具有组织、协调和指挥能力，能在项目小组或团 队中承担个体、团队骨干成员
课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求56781011122349课程目标课程目M标1H课程目标2课程目H标3M课程目标 4注：1,23...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1.X射线衍射技术实验X射线衍射的原理，X1.1利用X射线衍射仪进行多晶体1射线测宏观残余应力的4物质的相分析原理。1.2宏观残余应力的测定透射电子显微镜的原理2.透射电子显微分析技术实验2.1透射电子显微镜样品的制备与特点，透射电子显微2.2透射电子显微镜结构原理及典型镜对样品的要求，选区28组织的观察电子衍射的原理与特2.3透射电子显微镜的选区电子衍射点，明暗场像的原理与和明暗场像观察特点，图相衬度的原理。扫描电子显微镜的原3.扫描电子显微镜及电子探针理、特点、对样品的要分析技术实验求，扫描电子显微镜图33.1扫描电子显微镜的结构原理及图4像衬度的原理，电子探相衬度与断口形貌观察针（尤其是能谱）的原3.2电子探针结构原理及分析方法理与特点
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 H 课 程 目 标 3 H 课 程 目 标 4 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 1. X 射线衍射技术实验 1.1 利用 X 射线衍射仪进行多晶体 物质的相分析 1.2 宏观残余应力的测定 X 射线衍射的原理，X 射线测宏观残余应力的 原理。 4 2 2. 透射电子显微分析技术实验 2.1 透射电子显微镜样品的制备 2.2 透射电子显微镜结构原理及典型 组织的观察 2.3 透射电子显微镜的选区电子衍射 和明暗场像观察 透射电子显微镜的原理 与特点，透射电子显微 镜对样品的要求，选区 电子衍射的原理与特 点，明暗场像的原理与 特点，图相衬度的原理。 8 3 3. 扫描电子显微镜及电子探针 分析技术实验 3.1 扫描电子显微镜的结构原理及图 相衬度与断口形貌观察 3.2 电子探针结构原理及分析方法 扫描电子显微镜的原 理、特点、对样品的要 求，扫描电子显微镜图 像衬度的原理，电子探 针（尤其是能谱）的原 理与特点。 4
拉伸试验机的基本工作原理，掌握金属材料常规力学性能的测定方法，拉伸力学性能指标测量和计算方法；材料4.材料静态力学性能实验4.1金属材料静态室温拉伸实验弹性模量及形变硬化指4.2金属材料弹性模量（E）测定数的测试原理和方法；1044.3金属材料形变硬化指数（n）测定各种金属材料的布氏、4.4硬度实验洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的试验原理和测试方法，根据材料特性和尺寸正确选择和使用硬度计。冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法，常温及低温下金属材料5.材料动态力学性能实验冲击试验方法；金属材5.1材料缺口冲击韧性实验料疲劳裂纹扩展门槛值655.2金属材料疲劳裂纹扩展门槛值实测定和计算方法，采用验逐级降力法测定试验数据，确定疲劳裂纹门槛值
4 4. 材料静态力学性能实验 4.1 金属材料静态室温拉伸实验 4.2 金属材料弹性模量（E）测定 4.3 金属材料形变硬化指数（n）测定 4.4 硬度实验 拉伸试验机的基本工作 原理，掌握金属材料常 规力学性能的测定方 法，拉伸力学性能指标 测量和计算方法；材料 弹性模量及形变硬化指 数的测试原理和方法； 各种金属材料的布氏、 洛氏、维氏（小负荷） 及显微硬度的试验原理 和测试方法，根据材料 特性和尺寸正确选择和 使用硬度计。 10 5 5. 材料动态力学性能实验 5.1 材料缺口冲击韧性实验 5.2 金属材料疲劳裂纹扩展门槛值实 验 冲击试验机结构、工作 原理及正确使用方法， 常温及低温下金属材料 冲击试验方法；金属材 料疲劳裂纹扩展门槛值 测定和计算方法，采用 逐级降力法测定试验数 据，确定疲劳裂纹门槛 值。 6