了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1、了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)2、掌握純Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3、了解純金屬的結(jié)晶過程能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力授課對(duì)象 數(shù)控專業(yè)二年級(jí)學(xué)生 授課學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 分 析重點(diǎn)：1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)2、純Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3、純金屬的結(jié)晶過程難點(diǎn)：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變教 材 處 理 思 路教材對(duì)于學(xué)生來說，比較抽象，具有一定的難度，在授課中力求實(shí)用與夠用為原則，突出重點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際，抓住材料成分結(jié)構(gòu)（組織）工藝性能用途線索，注意知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系，教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題能力，解決工程實(shí)際問題能力。時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段板 書10分鐘

2、5分鐘5分鐘5分鐘15分鐘15分鐘15分鐘15分鐘5分鐘 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)金屬材料的性能，包括金屬的物理、化學(xué)性能、力學(xué)性能及加工工藝性能。課程引入： 為什么不同的金屬會(huì)具有不同的性能呢？ 原因：性能由材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)決定。新課講授：模塊二任務(wù)1：了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體1、晶體和非晶體的概念（1）晶體的概念：凡原子呈有序、有規(guī)則排列的物體，都稱為晶體。固態(tài)金屬一般都是晶體。（2）非晶體的概念：凡原子呈無序堆積或是無規(guī)則排列的物體，都稱為非晶體。2、晶體和非晶體的特征（1）晶體的特征：晶體具有一定的熔點(diǎn)，其性能表現(xiàn)為各向異性。（2）非晶體特征：非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，其性能表現(xiàn)為各向同性。

3、二、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)1、晶格：晶體中的原子可以看成是一個(gè)小球，則整個(gè)晶體就是由這些小球有序堆積而成。為了形象、直觀地表示晶體中原子的排列方式，我們可以把原子簡(jiǎn)化成一個(gè)點(diǎn)，并用假想的線將他們連接起來，這種表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格。2、晶胞：晶體的晶格是由許多形狀、大小相同的最小幾何單元重復(fù)堆積而成。我們把能夠完整反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞。三、金屬晶格的常見類型 金屬的晶格類型很多，但決大多數(shù)（占85%）金屬屬于下面三種晶格。1、體心立方晶格它的晶胞是一個(gè)立方體，原子位于立方體的八個(gè)頂角上和立方體的中心，如圖所示。屬于這種晶格類型的金屬有鉻（Cr）、釩（V）、鎢（W）

4、、鉬（Mo）及-Fe等。2、面心立方晶格它的晶胞是一個(gè)立方體，原子位于立方體的八個(gè)頂角上和立方體六個(gè)面的中心，如圖所示。屬于這種晶格類型的金屬有鋁（Al）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鎳（Ni）及-Fe等。3、密排六方晶格它的晶胞是一個(gè)正六棱柱，原子排列在柱體的每個(gè)頂角上和上、下底面的中心，另外三個(gè)原子排列在柱體內(nèi)，如圖所示。屬于這種晶格類型的金屬有鎂（Mg）、鈹（Be）、鎘（Cd）等。四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有些金屬在固態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生晶格類型的轉(zhuǎn)變,這種在固態(tài)下隨溫度的變化由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。鈦、錫、鈷、錳、鐵等金屬都存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵在固態(tài)下會(huì)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。根據(jù)純鐵的

5、冷卻曲線，液態(tài)鐵結(jié)晶后是體心立方晶格，稱為-Fe。在1394以下轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?，稱為-Fe，這個(gè)轉(zhuǎn)變也是形核長(zhǎng)大過程，-Fe的晶核容易在-Fe的晶界上形成。-Fe冷卻到912又要轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格，稱為-Fe。純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)1、具有一定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變?cè)诤銣貭顟B(tài)下進(jìn)行。2、有過冷現(xiàn)象產(chǎn)生，和結(jié)晶相比，其所需的過冷度更大。3、轉(zhuǎn)變過程伴隨著潛熱的吸收和釋放。4、轉(zhuǎn)變過程是晶核的形成和長(zhǎng)大過程，且新晶核在舊晶粒的晶界上產(chǎn)生，并逐漸長(zhǎng)大。5、轉(zhuǎn)變過程中由于晶格類型發(fā)生變化，其晶體體積也會(huì)隨之發(fā)生改變。五、金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶是指液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬晶體的過程。以純金屬的結(jié)晶為例：1從宏

6、觀角度看結(jié)晶規(guī)律（1）金屬的結(jié)晶是在一定的過冷度下完成的，即存在過冷現(xiàn)象。（2）結(jié)晶過程是在恒溫下完成的。（圖示）過冷度：理論結(jié)晶溫度T0與實(shí)際結(jié)晶溫度T1之差。2從微觀的角度：包括晶核的形成和長(zhǎng)大兩個(gè)基本過程。 液態(tài)金屬冷卻到凝固溫度時(shí)，首先形成晶核，在繼續(xù)冷卻的過程中，晶核吸收周圍的原子而長(zhǎng)大成小的晶粒，與此同時(shí)，又有新的晶核不斷形核和長(zhǎng)大，直至相鄰晶粒彼此接觸，液態(tài)金屬完全消失，結(jié)晶成金屬晶體。大多數(shù)金屬為多晶體。（1）形核方式液態(tài)金屬中時(shí)聚時(shí)散的原子集團(tuán)是自發(fā)形核的核心，形核均勻，但形核速度慢。（2）長(zhǎng)大方式：過冷度較小時(shí)，以平面方式長(zhǎng)大；過冷度較大時(shí)，以樹枝晶形式長(zhǎng)大。六、晶粒大小的

7、控制1晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度一般分為八級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。晶粒度級(jí)別越高，晶粒越細(xì)。工業(yè)中常用的細(xì)晶粒是78級(jí)，晶粒尺寸為0.022mm。2.晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響一般地，金屬的晶粒越細(xì)，常溫下的力學(xué)性能越好。3晶粒大小的控制形核率（N）：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位體積內(nèi)形成晶核的數(shù)目。長(zhǎng)大速率（G）：晶核在單位時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)的長(zhǎng)度。在長(zhǎng)大速率相同的情況下，形核越多，晶粒越細(xì)。比值N/G越大，晶粒越細(xì)小。鑄造生產(chǎn)中，常用控制晶粒度的方法有：（1）控制過冷度（2）變質(zhì)處理（3）附加振動(dòng)、攪拌等 課堂小結(jié):重點(diǎn)掌握純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和結(jié)晶過程。布置作業(yè)：習(xí)題冊(cè)P78通過提問檢查學(xué)生復(fù)習(xí)情況采用比喻的手法讓學(xué)生自己舉例子利用晶格模型進(jìn)行講解講授，讓學(xué)生了解純鐵的冷卻過程，并寫出轉(zhuǎn)變的關(guān)系式舉例：冰和水的關(guān)系教師結(jié)合掛圖進(jìn)行講解晶格模型晶格模型教學(xué)掛圖教學(xué)掛圖教師歸納知識(shí)點(diǎn)模塊二任務(wù)1：了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、晶體結(jié)