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1、工程材料课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）：第二章金属与合金的晶体结构授课方式（请打√）理论课R讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排4学时教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：通过本章学习，使学生了解金属晶体结构相关基本知识；掌握常见金属晶体结构的类型；了解金属晶体中的晶面和晶向相关知识；了解合金及其相关的基本概念；理解合金相的类型及特点和对性能的影响；理解固溶强化和弥散强化的概念和基本原理；掌握常见金属晶体结构缺陷种类及对金属性能的影响。教学重点、难点及关键知识点：重点：典型金属的晶体结构，合金相的类型及特点和对性能的影响，固溶强化和弥散强化的概念和基本原理，金属

2、晶体结构缺陷种类及对金属性能的影响。难点：晶面指数及晶向指数的确定，合金相的类型及特点和对性能的影响，晶体结构缺陷及其对性能的影响。方法及手段1．采用启发式、归纳类比法、教学模型、电化教学等教学方法，来发挥学生的空间想象力，使学生对抽象的晶体结构有较感性的认识。2．晶面指数及晶向指数的确定在学习时会感到困难。应掌握常见的晶面和晶向的表示方法，需要多练多画。教学基本内容（教学过程）改进设想第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体1．晶体与非晶体晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则的周期性排列的物体。如金刚石、水晶、氯化钠、金属等。非晶体：材料的原子（离子、分子）在三维

3、空间无规则排列的物体，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。如松香、玻璃等。2.区别①是否具有周期性、对称性；②是否长程有序；③是否有确定的熔点；④是否各向异性。特别提示：金属玻璃（非晶态金属）9工程材料课程讲稿二、晶格、晶胞和晶格常数★空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）图2-1晶体、晶格、晶胞示意图1．晶体结构—晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式。晶格—假设通过原子（离子）结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。2．晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元3．晶体学参数—a，b，c，α，β，γ

4、晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a，b，c第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键1.金属键---金属原子间的结合键。2.金属键的基本特点是电子公有化。3.电子气---当金属原子结合成晶体时,价电子不再被束缚在各个原子上,而是在整个晶体内运动,从而形成电子气。4.金属晶体---失去价电子的金属正离子与组成电子气的自由电子之间产生的静电引力使金属原子结合在一起,从而形成了金属晶体。二、常见的金属晶体结构1．体心立方晶格（BCC—Body-CenteredCube）9工程材料课程讲稿图2-2体心立方晶格常见的BCC金属有：钼、钨、钒、铬、铌、α-Fe。晶胞原子数—是指在一个晶

5、胞中所含的原子数目。为1/8×8+1=2个原子半径—是指晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子间平衡距离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距的一半。BCC为：r=（√3/4）a。配位数—是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目。BCC为8个。致密度—是指晶胞中原子本身所占有的体积百分数，也称密排系数。致密度=晶胞中原子所占有的体积/晶胞的体积*100%。BCC的致密度为（4/3）πr3×2=0.68=68％2．面心立方晶格（FCC—Face-CenteredCube）图2-3面心立方晶格常见的面心立方晶格金属有：铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等。晶胞原子数—FCC为4个

6、。原子半径—FCC为(√2/4)a。配位数—12个。致密度—FCC为74％。3．密排六方晶胞（HCP—HexagonalClose-Packed）常见的密排六方晶格金属有：镁、镉、锌、铍等。晶胞原子数—HCP为6个。原子半径—HCP为(1/2)a。致密度—HCP为74％。配位数—12个。上述三种晶体结构中：FCC和HCP排列最紧密。9工程材料课程讲稿图2-4密排六方晶格特别提示 ：由于原子排列紧密程度不一样，当金属从面心立方晶格向体心立方晶格转变时，体积会发生变化。这就是钢可以进行热处理的内在原因。三、晶体中的晶面和晶向通过晶体中原子中心的平面叫做晶面；通过原子中心的直线

7、为原子列，其所代表的方向叫做晶向。晶面或晶向可用晶面指数或晶向指数来表达。1.立方晶系的晶面表示方法   图2-5空间坐标系图2-6立方晶胞中的主要晶面以图2-6中的晶面ABB'C'为例,晶面指数的标定过程如下：（1）设定一空间坐标系，原点在欲定晶面外，并使晶面在三条坐标轴上有截距或无穷大。（2）以晶格常数a为长度单位，写出欲定晶面在三条坐标轴上的截距:1∝∝。9工程材料课程讲稿（3）截距取倒数：100（4）截距的倒数化为最小整数：100（5）将三整数写在圆括号内：(100)晶面ABB'A'的晶面指数即为(100)。同样可得晶