工程材料课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）：第三章金属与合金的结晶授课方式（请打√）理论课讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排4学时教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1．掌握纯金属结晶相关的概念，结晶的动力条件及过程。2．理解同素异构转变概念及对金属的影响。3．了解细化铸态金属晶粒的措施及对金属性能的影响。4．掌握匀晶相图、共晶相图、包晶相图，共析相图、含稳定化合物的相图及其结晶的特征。5．了解杠杆定律及其运用。6．了解合金的性能与相图的关系。教学重点、难点及关键知识点：教学重点：1．同素异构转变概念及对金属的影响。2．细化铸态金属晶粒的措施及对金属性能的影响。3．合金相图类型及其结晶的特征。难点：1．细化铸态金属晶粒的措施及对金属性能的影响。2．合金相图类型及其结晶的特征。3．相图对合金性能的影响。方法及手段以讲授为主，结合图形分析、举例计算教学基本内容（教学过程）改进设想第一节纯金属的结晶凝固：液态L→固态S,S可以是非晶体。结晶：一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程。一次结晶：L→S晶态,二次结晶(或重结晶)：S→S晶态一、纯金属结晶的条件1.纯金属冷却曲线过冷——指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。过冷度——理论结晶温度和实际结晶温度之差。ΔT=T0－Tn冷速越快，过冷度越大过冷是结晶的必要条件。工程材料课程讲稿图3-1液态金属不同冷却速度时的冷却曲线二、纯金属的结晶过程结晶过程——①形核——自发形核和非自发形核②长大——平面长大和树枝状长大图3-2结晶过程示意图工程材料课程讲稿三、晶粒尺寸的控制1.晶粒度：单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）。2.过冷度对形核——长大的影响过冷度ΔT提高，成核速率N提高、长大速度G提高；但过冷ΔT太高，N降低、G降低图3-3成核速率、长大速度与过冷度的关系3.控制晶粒度的因素①提高过冷度②变质处理——在液态金属中加入孕育剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。③振动，搅拌启发：首先向学生提出问题：如果把纯铁丝从1000。C冷却到室温，铁丝会变长还是短？从“铁丝变长”这一答案引入金属同素异构概念。四、金属的同素异晶转变金属的同素异晶转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格变为另一种晶格的现象。以纯铁为例：13940C9120Cδ-Fe(bcc)γ-Fe(fcc)a-Fe(bcc)工程材料课程讲稿第二节合金的结晶承上启下：合金的结晶过程也是在过冷的条件下形成晶核和晶核长大的过程。但合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金的结晶过程。一、二元合金相图概述1．相图：也称为平衡图或状态图。它表示在平衡条件下，合金的相（或组织）与温度、成分之间的关系图解。2．平衡：是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。3．相图的建立合金系：Ⅰ：纯铜Ⅱ：75%Cu+25%NiⅢ：50%Cu+50%NiⅣ：25%Cu+75%NiⅤ：纯Ni图3-4用热分析法测定Cu-Ni合金相图工程材料课程讲稿二、二元相图图3-5匀晶相图合金的结晶过程1．匀晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，冷却时发生匀晶转变的合金系→匀晶相图（L→a），如Cu-Ni，Fe-Cr，Au-Ag。（1）相图分析：液相线，固相线，L，a，L+a（2）匀晶转变的结晶过程L→L+a→a（3）杠杆定律图3-6杠杆定律示意图证明：Q合金，其Ni含量b%，T1温度时：L相中Ni%=a%，a相中Ni%=c%Q合金%b%=QL%a%+Qa%c%又因为Q合金=QL+Qa所以（QL+Qa）%b%=QL%a%+Qa%c%工程材料课程讲稿注意：杠杆定律只适用于二元合金且是平衡状态。（4）枝晶偏析：冷速快→原子扩散不充分→成分不均。消除方法：扩散退火图3-7Cu-Ni合金枝晶偏析示意图2．共晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，并发生共晶转变的相图，如Pb-Sn，Al-Si，Ag-Cu合金。（1）相图分析：图3-8Pb-Sn合金相图及成分线工程材料课程讲稿①液相线adb；②固相线acdeb；③三个单相区：L、a、β（a、β是有限固溶体）；④共晶点：d共晶成分的合金冷却到此点所对应的温