第二章金属学基础知识.doc

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1、课时授课计划课程金属工艺授课班级任课教师屈道强序号3授课日期编制日期课型理论节次教具课题第一节金属的晶体结构目的要求1．了解晶体结构的缺陷；2．掌握晶体与非晶体的有关概念。重点与难点重点：掌握晶体与非晶体的有关概念；难点：对晶格类型的理解。课程导入设计材料的不同，性能也不同？教法设计讲授教学法作业与思考P31课后记事第二章金属学基础知识  第一节金属晶体结构一、晶体与非晶体1.固态物质的分类一切物质都是由原子组成的，根据原子排列的特征，固态物质可分为晶体与非晶体两类。2.晶体的特征①晶体是指其组成微粒(原子、离子或分子)呈规则排列的物质，如图2-1②晶体具有固定熔

2、点、几何外形和各向异性特征，诸如金刚石、石墨及一般固态金属材料等均是晶体。3.非晶体的特征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、松香等都是非晶体。非晶体没有固定的熔点，而且性能无方向性。二、晶体结构的基本知识(一)晶格把晶体内部原子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，如图2-1（b）。(二)晶胞组成晶格的最小几何单元称为晶胞，如图2-1（a）。(三)常见的金属晶格类型1．体心立方晶格，如图2-2。体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体

3、的八个顶角和中心各有一个原子，每个晶胞实有原子数是2个。具有这种晶格的金属有钨(W)、钼(Ｍo)、铬(Ｃr)、钒(Ｖ)、α铁(α－Fe)等。2．面心立方晶格，如图2-3。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有一个原子，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)、镍(Ni)、γ铁(γ－Ｆe)等。3．密排六方晶格，如图2-4。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子，另外在上下面之间还有三个原子，因此，每个晶胞实有原子数是6个。具有此种晶格的金属有镁(Mg

4、)、锌(Zn)、铍(Be)、α钛(α-Ti)等。三、金属的实际晶体结构1.单晶体如果一块晶体内部的晶格位向(即原子排列的方向)完全一致，称这块晶体为单晶体。2.多晶体①由许多晶粒组成的晶体称为多晶体，如图2-5。②多晶体材料内部以晶界分开的、晶体学位向相同的晶体称为晶粒。③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。④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。3.晶体缺陷分为以下三种：(一)点缺陷，如图2-6♦点缺陷是晶体中呈点状的缺陷，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

5、隙位置的原子称为间隙原子。(二)线缺陷，如图2-7♦线缺陷是指晶体内部某一平面上沿一方向呈线状分布的缺陷，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，造成金属晶格畸变，并对金属的性能，如强度、塑性、疲劳及原子扩散、相变过程等产生重要影响。(三)面缺陷，如图2-8♦面缺陷是指晶体内部呈面状分布的缺陷，通常是指晶界。在晶界处由于原子呈不规则排列，使晶格处于畸变状态，它在常温下对金属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。课时授课计划课程金属工艺授课班级任课教师屈道强序号4授课日期编制日期课型理论

6、节次教具课题第二节纯金属的结晶目的要求1．了解晶体结构的缺陷；2．掌握晶体与非晶体的有关概念。重点与难点重点：掌握晶体与非晶体的有关概念；难点：对晶格类型的理解。课程导入设计材料的不同，性能也不同？教法设计讲授教学法作业与思考P31课后记事第二节纯金属的结晶一、冷却曲线与过冷度1．纯金属冷却曲线。将纯金属熔化，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──时间坐标上，即可得到纯金属冷却曲线，如图2-9（a）。2.理论结晶温度纯金属的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纯金属的理论结晶温度(T0)。3.实

7、际结晶温度非纯金属在结晶过程中，从液态必须冷却到理论结晶温度(T0)以下才开始结晶，这种现象称为过冷，如图2-9（b）。③理论结晶温度T0和实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。④过冷度并不是恒定值试验指出：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，金属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