中職《金屬材料與熱處理》2 項目二教案

材料科學與工程學院教案用紙課程章節(jié)名稱項目二金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶教學目的、要求●掌握晶格的相關(guān)概念?！裾莆战饘倬w的堆積方式?！裾莆占兘饘俚慕Y(jié)晶?！袷煜ぜ冭F的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?！袷煜ず辖鸬南嘟Y(jié)構(gòu)。重點難點1.如何表示晶體、晶胞、晶格、位錯、合金、組元、固溶體等名詞解釋2.金屬晶體的晶格類型3.金屬的實際晶體的晶體結(jié)構(gòu)4.純金屬的結(jié)晶過程教學環(huán)節(jié)時間分配3課時教學手段、教學方法和實施步驟多媒體授課內(nèi)容:金屬晶格結(jié)構(gòu)的概念：晶體是指在物質(zhì)的內(nèi)部，凡原子在空間呈有序、有規(guī)則排列的稱為晶體。如:金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金等均屬晶體。為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子簡化成一個點，再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來，就構(gòu)成了有明顯規(guī)律性的空間格架。這種用來描述原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，晶胞是由許多形狀、大小相同的最小幾何單元重復堆積而成的，能夠完整地反映晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞。金屬的晶格類型：1)、體心立方結(jié)構(gòu)：它的晶胞是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體的中心。屬于這種晶格類型的金屬有鉻、釩、鎢、鉬及α-Fe等。2)、面心立方結(jié)構(gòu)：它的晶胞也是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體六個面的中心。屬于這種晶格類型的金屬有鋁、銅、鉛及γ-Fe等。3)、密排六方結(jié)構(gòu)：它的晶胞是一個正六棱柱體，原子排列在柱體的每個頂角及上、下底面的中心，另外三個原子排列在柱體內(nèi)，如圖215所示。屬于這種晶格類型的金屬有鎂、鋅、鈹?shù)?。金屬晶體的實際結(jié)構(gòu)：在實際使用的金屬材料中，由于加進了其他類型的原子及材料在冶煉后的凝固過程中受到各種因素的影響，使本來有規(guī)律排列的原子堆積方式受到干擾，不像理想晶體那樣規(guī)則。晶體中出現(xiàn)的各種不規(guī)則的原子堆積現(xiàn)象稱為晶體缺陷。常見的晶體缺陷空位、間隙原子、置換原子、位錯、晶界和亞晶界。純金屬的結(jié)晶：金屬的結(jié)晶過程從微觀的角度看，當液體金屬冷到實際結(jié)晶溫度后，開始從液體中形成一些尺寸極小的、原子呈規(guī)則排列的晶體——晶核，隨著時間的推移，這種已形成的晶核不斷長大，同時液態(tài)金屬的其他部位也產(chǎn)生新的晶核，新晶核又不斷長大，直到液態(tài)金屬全部消失，結(jié)晶結(jié)束。因此，液態(tài)金屬的結(jié)晶是形核和晶核長大的基本過程。結(jié)晶開始時，液體中的原子或原子集團先后按一定的晶格類型排列成微小的晶核，隨著晶核的長大，逐漸形成了晶體的棱角，由于棱邊和角部的散熱條件優(yōu)于其他部位，又便于原子擴散，因而優(yōu)先成長。晶核的長大先長出干枝，再長出分枝，當成長的枝晶與相鄰晶體的枝晶互相接觸時，晶體就向著尚未凝固的部位生長，直到枝晶間的金屬液全部凝固為止。最后形成了許多互相接觸而外形不規(guī)則的晶體。這些外形不規(guī)則而內(nèi)部原子排列規(guī)則的小晶體稱為晶粒。由于每個晶粒的方位不同，使它們相遇時不能合為一體，這些晶粒與晶粒之間的分界面稱晶界。五、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(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。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有鐵、錫、鈷、鈦、錳等。以不同晶格形式存在的同一金屬元素的晶體稱為該金屬的同素異晶體。同一金屬的同素異晶體按其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母α、β、γ、δ等表示。液態(tài)純鐵在1538℃進行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格的δ-Fe。繼續(xù)冷卻到1394℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，δ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe，再冷卻到912℃又發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的α-Fe。如再繼續(xù)冷卻到室溫，晶格類型不再發(fā)生變化。合金的相結(jié)構(gòu)合金是由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)組成合金最基本的獨立物質(zhì)稱為組元，簡稱元。組元可以是金屬元素、非金屬元素或穩(wěn)定的化合物。根據(jù)合金中各組元間的相互作用，合金中相的晶體結(jié)構(gòu)可分為固溶體、金屬化合物和機械混合物三種類型。1)、固溶體：固溶體是一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。溶入的元素稱為溶質(zhì)，而基體元素稱為溶劑。固溶體仍然保持溶劑的晶格類型。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所處位置的不同，固溶體又分為置換固溶體和間隙固溶體。2)、金屬化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬化合物。金屬化合物的組成一般用分子式來表示。金屬化合物的晶格類型和性能完全不同于任一組元，它的一般特點是熔點高、硬度高、脆性大。3)、機械混合物：兩種或兩種以上的相，按一定質(zhì)量分數(shù)組成的物質(zhì)稱為機