金属工艺学电子教学教案——金属学基础知识01（高教版王英杰主编）(中职教育)

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1、第二章金属学基础知识教学重点与难点1・重点晶格、同素异构转变2.难点晶体缺陷、同素异构转变教学方法与手段1.利用挂图、模型等教具。2.利用多媒体资料演示晶体的三维结构、结晶过程和同素异构转变。3.举例说明结构与宏观性能的关系，如金刚石、石墨及活性碳等。4.举例说明过冷现象和结晶过程，如雪花、冰糕等生活实例等。教学组织1•复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容第一节金属晶体结构一、晶体与非晶体一切物质都是由原子组成的，根拯原子排列的特征，固态物质可分为晶体与非晶休两类。♦晶体是指其组成微粒（原了、离了或分了）呈规则排列的物质。晶休具有固定熔点、儿何外形和各向异性特征，诸如金

2、刚石、石墨及一般固态金属材料等均是晶休。♦非晶体是指其组成微粒无规则堆积在一起的物质，如玻璃、沥青、石蜡、松香等都是非晶休。非晶休没有固定的熔点，而口性能无方向性。二、晶体结构的基本知识（一）晶格♦为了便于描述和理解晶体中原子在三维空间排列的规律性，可把晶体内部原了近似地视为刚性质点，用一些假想的直线将各质点中心连接起来，形成一个空间格子。这种抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子，称为晶格。(-)晶胞♦组成晶格的最小几何单兀称为晶胞。(三)常见的金属晶格类型在已知的80多种金屈元素中，大部分金屈的晶体结构屈于下述三种类型：1.体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的八

3、个顶角和中心各有一个原了，每个晶胞实有原子数是2个。具有这种晶格的金属有苗(W)、创(M。)、钻(Cr)、帆(V)、a铁(a-Fe)等。2•面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各冇一个原子，每个晶胞实有原子数是4个。具有这种晶格的金属有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镰(Ni)、Y铁(Y-Fe)等。3.密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各有一个原了，另外在上卜•面Z间还有三个原了，因此，每个晶胞实有原了数是6个。具有此种晶格的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、披(Be)、a钛(a-Ti)等。三、金

4、属的实际晶体结构♦如果一块品体内部的品格位向(即原了排列的方向)完全一致，称这块晶体为单晶体。♦由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。♦多品体材料内部以品界分开的、晶体学位向相同的晶体称为晶粒。♦将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的内界面称为晶界。♦在晶界上原子的排列不象晶粒内部那样有规则性，这种原子排列不规则的部位称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何特点，可将晶体缺陷分为以下三种：(一)点缺陷♦点缺陷是晶体中呈点状的缺陷，即在三维空间上的尺寸都很小的晶体缺陷。最常见的缺陷是晶格空位和间隙原子。♦原子空缺的位置称为空位。♦存在于晶格间隙位置的原了称为间隙原了。（二）线缺陷♦线缺陷是指晶体内部某一平

5、面上沿一方向呈线状分布的缺陷。这种缺陷主要是指各种类型的位错。♦位错是指晶格中一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。由于位错存在，造成金属晶格I畸变，并对金属的性能，如强度、塑性、疲劳及原了扩散、相变过程等产生重要影响。（三）面缺陷♦面缺陷是指晶体内部呈面状分布的缺陷，通常是指晶界。在晶界处由于原了呈不规则排列，使晶格处于畸变状态，它在常温下对金屈的塑性变形起阻碍作用，从而使金属材料的强度和硬度有所提高。第二节纯金属的结晶一、冷却曲线与过冷度将金屈熔化，然后以缓慢的速度冷却，在冷却过程中，每隔一定时间测定一次温度，最后将测量结果绘制在温度——吋间坐标上，即可得到纯金属冷却曲线。♦在

6、冷却曲线上出现水平线段，这个水平线段所对应的温度就是金屈的理论结晶温度（T。）。♦金属在实际结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度（T。）以下才开始结晶，这种现象称为过冷。♦理论结晶温度T。和实际结晶温度T］之差称为过冷度。试验研究指Hh金属结晶时的过冷度并不是一个恒定值，而是与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金屈的实际结晶温度也就越低。金属结晶必须在一定的过冷度下进行，过冷是金属结晶的必要条件，但不是充分条件。金属要进行结晶，还要满足动力学条件，如必须有原子的移动和扩散等。二、金属的结晶过程实验证明：液态金属在达到结晶温度时，首先形成一些极细小的微晶体，称为晶核。随着时间的

7、推移，已形成的晶核不断长大。与此同时，又有新的晶核形成、长人，直至液态金属全部凝固。三、金属结晶后的晶粒大小1.晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金屈的力学性能有很大影响。一般情况卜•，晶粒越细小，金属的强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。2.细化晶粒的方法(1)加快液态金屈的冷却速度，如降低浇注温度。(2)变质处理。所谓变质处理就是在浇注前，将少量固体材料加入熔融金属液中，促进金属液形核，以改善其组织和性能的方法。加入的少量固体材