金属工艺学电子教学教案——金属学基础知识02（高教版王英杰主编）(中职教育)

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1、第四节合金的晶体结构教学重点与难点1・重点合金的品体结构、固溶体、铁碳合金基本组织2.难点固溶体教学方法与手段1.利用挂图等教具。2.利用多媒体资料演示固溶体的三维结构、铁碳合金基本组织特征。3.举例说明相的含义，如糖水、盐水、过饱和状态的盐水等。教学组织1•复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容一、基本概念1.合金♦合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。例如，普通黄铜是由铜和锌两种金屈元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。2.组元♦组成合金最基木的、独立的物质称为组元。一般来说，组元就是组成合金的元索，但有时也可将稳定的化

2、合物作为组元。3.合金系♦由若干给定组元按不同比例配制而成的一系列化学成分不同的合金，称为合金系。4.相♦相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开。例如，在铁碳合金中a-Fc为一个相，FsC为一个相；水和冰虽然化学成分相同，但其物理性能不同，故为两个相。5.组织♦组织是指用金相观察方法，在金屈及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。由于合金的性能取决于组织，而组织又首先取决于合金中的相，所以，为了掌握合金的组织和性能，首先必须了解合金晶体的结构。二、合金的晶体结构根据合金中各组元间的相互作用

3、，合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。(-)固溶体♦合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相，称为固溶体。根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。1.置换固溶体♦溶质原子代替一部分溶剂原子占据溶剂晶格部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换固溶体。按溶质溶解度不同，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。溶解度主要取决于组元间的晶格类型、原子半径和原子结构。实践证明，大多数合金只能有限固溶，口溶解度随着温度的升高而增加。只有两组元晶格类型相同，原子半径相差很小时，才可以无限互溶，形成无限固溶

4、体。2.间隙固溶体♦溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂结点位置，而嵌入各结点之间的间隙内时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。曲于溶剂晶格的间隙有限，所以，间隙固溶体只能冇限溶解溶质原子，同时只有在溶质原子与溶剂原子半径的比值小于0.59时，才能形成间隙固溶体。间隙固溶体的溶解度与温度、溶质与溶剂原了半径比值以及溶剂晶格类型等有关。无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变，增加位错运动的阻力，使固溶体的强度、硬度提高。♦通过溶入溶质原子形成固溶体，使合金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。实践证明：只要适当控制固溶体中溶质的含量，就能在显著提高金属材

5、料强度的同时仍然使其保持较高的塑性和韧性。（二）金属化合物♦金属化合物是指合金中各组元间原子按一定整数比结合而形成的晶体相。金屈化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格，熔点高，硬而脆。合金中出现金属化合物时，通常能显著地提高合金的强度、硬度和耐磨性，但塑性和韧性也会明显地降低。（三）机械混合物♦由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格类型和性能，而整个机械混合物的性能介于各组成相性能Z间，与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。在金属材料中使用的合金材料绝人多数是机械混合物这种组织状态。三、合金的结

6、晶特点合金结晶过程同纯金属一样，仍为晶核形成和晶核长大两个过程，同时结晶时也需要一定的过冷度，结晶结束后形成由多晶粒组成的晶体。合金与纯金属结晶的不同Z处：（1）纯金属结晶是在恒温下进行，只有一个临界点。而合金则绝大多数是在一个温度范围内进行结晶，结晶的开始温度与终止温度不相同，有两个或两个以上临界点。（2）合金在结晶过程中，在局部范围内相的化学成分（即浓度）有变化，当结晶终止后，整个晶体的平均化学成分与原合金的化学成分相同。（3）合金结晶后不是单相，一般有三种情况：单相固溶体；单相金屈化合物或同时结晶出两相机械混合物（如共晶体）;结晶开始形成单相固溶体（或单相化合物），剩

7、余液体又同时结晶出两相机械混合物（如共晶体）。♦由一定成分的液体合金中同时结晶出两种固相物质转变过程称为共晶转变（或称共晶反应），其结晶产物称为共晶体。实验证明：共晶转变是在恒温下进行的。♦在固态下由一种单相固溶体同时析出两相固体物质转变过程，称为共析转变（或称共析反应）。共析转变与共晶转变一样，也是在恒温条件下进行的。第五节铁碳合金的基本组织♦铁和碳的合金称为铁碳合金，如钢和铸铁都是铁碳合金。铁碳合金在固态下的基本组织冇铁索体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。一、铁素体（F）♦铁素体是指«-Fc或其内固溶有一种或