金属材料与热处理电子教案Word文件下载.docx

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页次

1--2

1--11

授课时数

2

授课方法

讲授法

教具

授课时间

2014、3、5

授课班级

14级电大

教学目的

通过学习使学生们了解金属晶体结构的概念，晶体的晶格类型及晶体的缺陷。

重点和难点

晶格的类型及结构

难点的处理

讲解

复习提问

课外作业

教学内容、方法和过程

附记

一.、.基本知识

§

一.、.基本知识（表1-1）

二、常见晶格类型（表1-2）

三、单晶体与多晶体

四、晶体的缺陷

审核

日期

教师活动内容

学生活动内容

（一）组织教学

点名考勤，稳定学生情绪，准备上课

（二）提出问题

1、谈谈对于金属材料及热处理这门课的认识？

2、什么是晶体和非晶体？

（三）讲授新课

绪论

1、材料的发展史

2、什么是金属，什么是合金

所谓金属，就是指由单一元素构成的，具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。

所谓合金是指有一种金属元素与其他金属或者非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料。

金属材料是金属和合金的总称。

指金属元素或以金属元素为主构成，并具有金属特性的物质。

3、金属组织、性能、用途的关系

第一章金属的结构与结晶

一.、.基本知识（表1-1）p3思考题？

1、非晶体：

物质内部，凡原子呈无序堆积状况的。

2、晶体：

物质内部凡原子呈有序，有规则排列的物体叫～。

金属在固态下，一般呈晶体。

晶体具有固定熔点，性能呈各向异性。

非晶体没有固定熔点，性能表现为各向同性。

3、晶格和晶胞：

晶格：

表示原子在晶体中排列规律的空间格架。

晶胞：

能完整地反映晶格特征的最小几何单元。

提示：

晶胞是可以反应金属圆子排列规律的最小单元，所以一般都是取晶胞来研究金属晶格结构的。

1、体心立方晶格：

晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。

如钨、钼、钒等。

2、面心立方晶格：

晶胞是个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的六个面的中心。

如金、银等。

3、密排六方晶格：

晶胞是个正六棱柱。

原子除排列在柱体的每个顶点和上下两个面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。

如：

镁、铬、锌等

即使是相同的原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则它的之间的性能存在很大的差别，如金刚石和石墨（同素异形体）

1、多晶体结构

晶粒：

外形不规则而内部原子排列规则的小晶体

晶界：

晶粒与晶粒之间的分界面

2、单晶体结构

单晶体：

只由一个晶粒组成的晶体。

其晶格排列方位完全一致。

必须是人工制作。

注意：

普通金属都是多晶体，虽然每个晶粒各向异性，但是由于各个晶粒的相位不同，加之晶界的作用，则使各晶粒的各向异性相互抵消，因而整个多晶体呈现出无相性。

即各项同性。

晶体缺陷：

晶体中原子紊乱排列的现象。

可分为：

点缺陷、线缺陷和面缺陷。

具体如下：

（表1-3）

1、点缺陷

晶体在三维的方向尺寸很小，不超过几个原子直径的缺陷

常见的有晶格空位和间隙原子、宏观上，影响材料的强度、硬度和导电性，同时出现在缺陷处的原子容易移动。

2、线缺陷

晶体在某一平面中呈线性分布的缺陷，典型的有刃型位错

由于错位，内应力增大，宏观上，使金属的塑性变形更加容易

3、面缺陷

金属的空间分布中存在着较大的缺陷，常见的有晶界和亚晶界。

高温下，晶界处原子极易扩散，常温下是金属的塑性变形的阻力增大。

宏观上，金属的强度和硬度高，力学性能好。

（四）课堂小结

点出重点，分析难点

（五）布置作业

1、复习本次课的内容

2、习题册上的习题

3、预习下一节内容

准备上课

学生思考并回答所提出的问题。

学生分组讨论并发言

听讲

记笔记

学生思考、讨论

准备回答

学生认真听课

学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容

1－2纯金属的结晶

8-13

2014、3，6

通过学习使学生们了解金属的结晶过程，结晶冷却的曲线。

结晶的过程、晶粒大小对金属材料的影响

一.、.结晶的概念

结晶：

金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。

二.、.结晶潜热

结晶潜热：

结晶过程中放出的热量。

三、纯金属的结晶过程

（一）、纯金属的冷却曲线及过冷度

（二）、纯金属的结晶过程―――晶核的形成与长大

四、晶粒大小对金属材料的影响

五、同素异构转变

（二）复习提问

1、讨论金属如何结晶？

1、冷却曲线的测定：

用测温的方法，描绘时间与温度之间关系。

2、过冷度：

理论结晶温度和实际结晶温度之差叫过冷度

表示：

△T＝To-T1

3、温度的大小与冷却的速度有关。

冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。

冷却曲线的坐标表示：

纵坐标表示――温度（T）

横坐标表示――时间（t）

提问：

为什么纯金属结晶时，冷却曲线有一段是水平的：

由于结晶过程的结晶潜热补赏了散失在空气中的热量，因此，结晶时温度并不随时间的延长而下降。

直到结晶终了时，温度下降才快些。

4、温度的大小与什么有关：

与冷却的速度有关。

晶核：

作为结晶核心的微小晶体。

1、单晶体：

结晶后只有一个晶粒的晶体叫～。

2、单晶体有各向异性：

因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的，其性能是各向异性的。

3、多晶体：

结晶后的晶体是许多位向不同的晶粒组成的。

多晶体中各晶粒的晶格位向互不一致，各向异性彼此抵消。

晶粒越细，金属具有较高的强度和韧性。

在实际的生产过程中，为了提高金属的力学性能，就要控制金属结晶的大小。

通过研究和分析，发现晶粒的大小与结晶时的形核率有关，与晶核长大的速度有关。

形核率越高，长大的速度越慢，晶粒就越小。

抓住这个规律之后，所以确认：

细化晶粒的根本途径是控制形核率及长大速度。

增加过冷度

1、常用细化晶粒的方法：

变质处理

振动处理

⑴增加过冷度能使晶粒细化：

这种方法的适应范围：

中、小型铸件。

⑵变质处理：

在熔液中加一些变质剂（形核剂）这种方法可使晶粒显著增加，或者降低晶核的长大速度。

加入哪些元素可细化晶粒：

钢：

钛（Ti）硼（P）铝（Al）铸铁：

硅铁（SiFe）硅钙（SiCa）等

⑶振动处理：

结晶时金属液加以机械、超声波、电磁振动等，使晶格破碎。

1、概念：

金属结晶后，晶格类型随温度的改变而发生的变化。

2、举例：

纯铁的同素异构转变（图1-7）

1538度（结晶δ-Fe）1394度（γ-Fe）912度（β-Fe）

（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）

同素异构转变的特点：

固态相变是需要较大的过冷度的，则体积变化时造成较大的内应力，以致于淬火时引起应力导致工件变形和开裂，因此要控制冷却速度，可以改变同素异构后的晶粒的大小，从而改变金属的性能。

（四）课堂小结

（五）布置作业

1、复习本次课内容

2、课后习题册

听课

学生分组讨论

并发言

听讲

提问

学生分组讨论并发言：

温度与结晶的关系

讨论生产中常见

的细化晶粒的方法

分组讨论，对比金刚石和石墨认识同素异晶转变

学生认真听讲，并详细记笔记