《金属材料与热处理》教案.doc

1、第一章 金属的结构与结晶 11 金属的晶体结构一 教学内容 金属的晶体结构、 常见的晶格类型、晶体缺陷二 教学要求 熟悉金属的晶体结构，了解晶体的结构缺陷三 教学重点 熟悉金属的晶体结构，了解晶体的结构缺陷是学习和掌握金属力学性能特点及变化的前提。四 教学难点 晶体缺陷的理解五 教具准备 多媒体课件六 参考资料 金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七 教学方法 讲授与课堂演示、举例相结合八 课时安排 学时九 授课思路时 间分 配 教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】11 金属的晶体结构表面上看来，天然水晶

2、与普通玻璃均晶莹剔透，外观十分相似。但事实上两者却是截然不同的物质。水晶与玻璃的本质区别是两者的内部结构不同。天然水晶和普通玻璃a） 天然水晶 b） 普通玻璃基本概念：一、晶体与非晶体晶体：表示的是原子呈有序和有规则排列的物质。 （各向异性）非晶体：表示是原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质。 （各向同性）晶体和非晶体的对比项目 晶体 非晶体定义 原子呈有序、有规则排列的物质 原子呈无序、无规则堆积的物质性能特点 具有规则的几何形状有一定的熔点，性能呈各向异性 没有规则的几何形状有固定的熔点，性能呈各向同性典型物质 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、 糖、味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶二、晶

3、体的结构的概念（ 基本概念： ）1、晶格：表示原子在晶体中排列的有规律的空间格架。2、晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元。3、晶面：金属晶体中通过原子中心的平面。4、晶向：通过原子中心的直线，可代表晶格空间的一定方向。三、金属晶格的类型1、体心立方晶格（9 个原子）2、面心立方晶格（14 个原子）3、密排六方晶格（17 个原子）四、单晶体与多晶体晶粒组成金属的小晶体。 晶界由晶粒间不规则排列的原子构成。 晶体内部原子排列模型 晶格和晶胞示意图a） 晶格 b） 晶胞单晶体晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。多晶体由许多晶粒组成的晶体。单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也称“

4、伪无向性” 。五、金属的晶体结构的缺陷晶体缺陷由于各种原因，实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性。1. 点缺陷空位、间隙原子和置代原子无论是空位、间隙原子还是置代原子，在其周围都会使晶格产生变形，这种现象称为晶格畸变。上述三种晶体缺陷造成的晶格畸变区仅限于缺陷原子周围的较小区域，故统称为点缺陷。2线缺陷位错位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性变形就是通过位错的运动来实现的。在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长区域，故称为线缺陷。单晶体示意图 多晶体示意图刃型位错示意图a） 立体图 b） 平面图3面缺陷晶界和亚

5、晶界晶界晶粒与晶粒之间的分界面。亚晶界每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成, 亚晶粒之间的界面称为亚晶界。在晶体中，晶界和亚晶界的晶格畸变均发生在一个曲面上，故称为面缺陷。分 钟 【课后小结】基本概念：一、晶体与非晶体二、晶体的结构的概念三、金属晶格的类型四、金属的晶体结构的缺陷小结时提出若干个问题 分 钟 【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记晶界过渡结构示意图 亚晶界结构示意图第一章 金属的结构与结晶 12 纯金属的结晶一 教学内容 纯金属的结晶过程、同素异构转变二 教学要求 了解纯金属的结晶过程；掌握晶粒大小对金属材料性能的影响；掌握纯金属同素异构转变

6、的概念。三 教学重点 掌握纯金属的结晶过程可为铁碳合金相图的理解打好基础，铁的同素异构转变特性是钢能够通过热处理改变组织和性能的根本原因。四 教学难点 纯金属的结晶过程和纯铁的冷却曲线五 教具准备 多媒体课件六 参考资料 金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七 教学方法 讲授与课堂演示、举例相结合八 课时安排 学时九 授课思路时 间分 配 教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】12 纯金属的结晶从市场上买到的金属材料一般都是固体状态的。但在冶炼的过程中，却存在一个由液态向固态转变的过程，即金属的结晶过程。了

7、解纯金属的结晶过程，有助于了解铁碳合金的结晶过程，它们都有一定的变化规律，这些规律与金属材料的性能有着密切的关系。结晶金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。结晶潜热结晶的过程中放出的热量。 生铁的生产是以铁矿石为原料，首先利用炼铁设备冶炼成液体状态的生铁，然后再将其转变成固体状态；而钢的生产是以生铁为原料，在炼钢炉内继续冶炼，首先得到液体状态的钢，然后再将其浇铸成固体状态的钢锭或钢坯。金属由液体转变成固体的过程，实际上是一个金属晶体形成的过程，称之为“结晶” 。结晶： 液体 晶体凝固： 液体 固体（晶体 或 非晶体）液体通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。而把

8、金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。 一、纯金属的结晶过程1、过冷度理论结晶温度和实际结晶温度（ T1）之间存在的温度差（T= T0 T1） 。金属结晶时，冷却越快，其实际结晶的温度就越低，过冷度 T也就越大。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。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：冷却时，液体温度随时间延长而降低反映时间与温度关系的图形。钢锭浇铸示意图a） 浇铸示意图 b） 钢锭1盛钢桶 2滑动水口 3钢锭模 4钢液 5底盘液体 晶体纯金属结晶时的冷却曲线a） 理论结晶温度 b） 实际结晶温度纯金属的结晶条件：纯金属结晶的条件就是应当

9、有一定的过冷度冷却速度越大，则过冷度越大。2. 纯金属的结晶过程金属结晶的微观过程结晶过程是形核和长大的过程二、晶粒大小对金属材料的影响晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。形核率单位时间、单位体积所形成的晶核数，用字母 N 表示。 形核率 N 、长大速度 G 与 过冷度 T 的关系金属结晶微观过程形核 长大 形成多晶体两个过程重叠交织细化晶粒的方法：（1）增加过冷度 （2）变质处理 在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。（3）振动处理 机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，

10、晶粒细化。三、同素异构转变金属的同素异构转变在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。 由此产生的不同晶格的晶体称为同素异构晶体。大多数金属在结晶终了之后及继续冷却的过程中，其晶体结构不再发生变化，但也有一些金属（如铁、钴、钛等）在结晶之后继续冷却时，还会出现晶体结构变化，从一种晶格转变为另一种晶格。同素异构转变金属在固态下随温度的改变由一种转变为另一种晶格的现象。以不同晶格形式存在的同一种金属元素的晶体称为该金属的同素异构体。铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的同素异构转变可以用下式表示：特点：1、金属的同素异构转变是一个重结晶过程，有恒定的转变温度；转变时需要一定

11、的过冷度；释放结晶潜热；转变过程（晶核的形成和长大过程）2、转变时，晶核优先在原晶粒晶界中产生，大小会影响新晶粒大小，原晶粒越细，转变后可得到更细小的晶粒19世纪末，著名物理家居里在实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫 “居里点”。 居里点也称居里温度或磁性转变点3、比液体的结晶具有更大过冷度。因为在固态下原子的扩散比在液态下困难，转变容易滞后。4、易发生较大内应力。由于在转变时晶格的体积会发生变化的缘故。如 一 Fe 转变为 一 Fe 时，体积膨胀约 1%。分 钟 【课后小结】 一、纯金属的结晶过程二、晶粒大小对金属材料性能的

12、影响三、同素异构转变小结时提出若干个问题 分 钟 【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第二章 金属材料的性能21 金属材料的损坏与塑性变形一 教学内容 与变形相关的概念、金属的变形、金属材料的冷塑性变形与加工硬化二 教学要求 了解机械零件失效的形式，了解金属塑性变形的基本原理及冷塑性变形对金属性能的影响。三 教学重点 本章的重点为力学性能的概念及衡量指标四 教学难点 对拉伸曲线各阶段的分析五 教具准备 多媒体课件六 参考资料 金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七 教学方法 讲授与课堂演示、举例相结合八 课时安排 学时九 授课思路时 间分 配 教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】21 金属材料的损坏与塑性变形学习引导：生活中许多物品根据用途的不同，采用不同的材料制成。有些是用金属材料制成，有些则是由非金属材料制成。你知道这些物品是用什么材料制成的吗？如：炒锅、水杯、钥匙、椅子、水龙头、工艺品生产生活中常见到一些机械零件因受力过大被破坏，而失去工作能力。如：拧断的钥匙、弯曲的自行车辐条、 扣的螺栓等。总结机械零件常见损坏形式主要原因：材料的实际使用性能达不到工作要求。变形断裂磨损