金属材料与热处理 电子教案模块二.doc

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1、模块二金属的晶体结构第一讲：纯金属的晶体结构课题：1.关于晶体的术语2.金属理想的晶体结构3.晶面指数和晶向指数教学目标：1.使学生了解关于晶体的一些术语；2．了解晶面和晶向指数的确定方法；3．熟悉晶面和晶向指数的表示方法；4.熟悉常见的晶体结构。教学重点：常见的晶体结构，晶体缺陷对力学性能的影响。教学方法：利用工程案例、多媒体课件和网络资源，使学生理解晶体缺陷对力学性能的影响。教学内容：1．关于晶体的术语1）晶体与非晶体（略）2）晶格将原子简化为一个质点，并且用假想的线条将各个原子的中心连接起来，这样就形成了一个能够抽象的、用于反映原子排列规律的空间格架，称为晶格3）

2、晶胞最小的几何单元称为晶胞。4）晶格常数晶胞的大小和形状通常用晶胞的棱边长度及棱边夹角来表示，晶胞的棱边长度称为晶格常数。分别是a、b、c，α、β、γ，如图所示。最常见的金属晶格常数为:a=b=cα=β=γ=90。2.金属理想的晶体结构1）常见的晶格结构(如图所示)（1）体心立方晶格属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、钨（W）、钒（V）、铁（α-Fe）等。（2）面心立方晶格属于这种晶格类型的金属有铁（γ-Fe）、铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）等。（3）密排六方晶格属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）等。晶格类型不同，原子

3、排列的致密度（晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值）也不同。体心立方晶格的致密度为68%，面心立方晶格和密排六方晶格的致密度为74%。晶格类型发生变化，金属的体积和性能也会发生相应的改变。3．晶面指数和晶向指数1）晶面指数的确定方法第一，设坐标。在晶格中，沿晶胞的互相垂直的三条棱边设参考坐标轴X、Y、Z，坐标原点O应位于待定晶面之外，以免出现零截距。第二，求截距。以晶胞的棱边长度（晶格常数）为度量单位，确定待定晶面在各坐标轴上的截距。第三，取倒数。第四，化整数。将上述三个倒数化为最小的简单整数。第五，列括号。将所得各整数依次列入圆括号（）内，便得晶面指数。晶面指数的一般表

4、示形式为（hkl）。如果所求晶面在坐标轴上的截距为负值，则在相应的指数上加一横线，如（hkl）。2）晶向指数的确定方法第一，设坐标。在晶格中设坐标轴X、Y、Z，坐标原点O应位于待定晶向的直线上。第二，求坐标值。以晶胞的晶格常数为度量单位，在待定的晶向直线上任选一点，并求出该点在X、Y、Z轴上的坐标值。第三，化整数。将上述三个坐标值按比例化成最小的简单整数。第四，列括号。将上述所得的各整数依次列入方括号［］内，便得晶向指数。晶向指数通常以［uvw］表示。如果坐标值为负，则在相应的指数上加一横线。第二讲：金属的实际晶体结构和合金的相结构课题：1.金属的实际晶体结构2．合金的

5、相结构3．机械混合物教学目标：1.了解关于合金的术语，并熟记相和组织的概念2．熟悉各种晶体缺陷和相结构；3．理解各种晶体缺陷对金属性能的影响；4．合金中各相的性能以及机械混合物的性能。教学重点：1.各种晶体缺陷对力学性能的影响2．合金的相结构及其性能。教学方法：利用工程案例、多媒体课件和网络资源，使学生理解合金中各相的性能。教学内容：空位间隙原子置换原子1.金属的实际晶体结构（1）点缺陷点缺陷是指在原子尺寸范围内在长、宽、高三个尺寸方向上尺寸都很小的缺陷。最常见的点缺陷有空位、间隙原子、置换原子,如右图所示。这些缺陷会引起晶格的畸变，会使金属强度、硬度、电阻等性能的变化

6、。位错密度对强度的影响曲线刃型位错（2）线缺陷线缺陷是指晶体内部呈线状分布的缺陷，常见的就是各种类型的位错。位错是晶体中有一列或者若干列原子发生了有规则的错排现象。它是晶体结构中很重要的微观缺陷，也是一种普遍存在的形式。位错有很多类型，刃型位错是一种比较简单的位错，如图所示。晶体中位错的存在，对金属的力学性能会产生很大的影响如上图所示。位错的存在影响金属材料的强度，（3）面缺陷常见的面缺陷是晶界和亚晶界，如下图所示。晶界具有许多不同于晶粒内部的特性，它的存在会对金属的性能产生重要影响。晶界的存在提高了金属的强度，晶界越多（即晶粒越细），金属材料的强度、硬度越高;晶界处的

7、熔点较低;晶界处往往优先形成新相;晶界容易腐蚀。2.合金的相结构1）合金的术语（1）合金、组元（略）（2）合金系合金中各组元比例不同形成一系列的合金。（3）相合金中成分均匀、结构相同的组成部分。（4）组织显微镜下观察，具有某种形态特征的组成部分。2）合金的相结构基本结构分为固溶体和金属化合物两类。（1）固溶体固溶体是指合金在固态下，组元之间能够互相溶解而形成的均匀相。在各组元中，与固溶体晶格类型相同的组元称为溶剂，其他组元称为溶质。根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两类。①间隙固溶体溶质原子处于溶剂晶格