教案金属材料.doc
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第一课时[组织教学]:检查学生到位情况,调节课堂气氛。[5分钟][新课引入]:[10分钟]生活中,我们身边有很多金属,虽然它们都属于同一类物质,但其性能却差异很大。金属的性能差异是由其内部结构决定的。因此,掌握金属的内部结构及其对金属性能的影响,对于选用和加工金属材料具有非常重要的意义。[讲授新课]:[30分钟]一、晶体与非晶体晶体的概念在自然界中除了一些少数的物质(如普通玻璃、松香等)以外,包括金属在内的绝大多数固体都是晶体。二、金属的晶格类型研究表明,在金属元素中,约有百分之九十以上的金属晶体都属于如下三种密排的晶体结构类型。1)、体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体,并且在立方体的体中心还有一个原子。属于这种体心立方晶格的金属有Fe(<912℃,α-Fe=)、Cr、Mo、W、V等。2)、面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体,但在立方体的每个面上还各有一个原子。属于这种晶格的金属有:Al、Cu、Ni、Pb(γ-Fe)等3)、密排六方晶格由12个原子构成的简单六方晶体,且在上下两个六方面心还各有一个原子,而且简单六方体中心还有3个原子。属于这种晶格的金属有铍(Be)、Mg、Zn、镉(Cd)等第二课时[讲授新课]:[30分钟]三、单晶体与多晶体如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,称这块晶体为单晶体。以上我们讨论的情况都指这种单晶体的情况。但在工业金属材料中,除非专门制作,否则都不是这样,就是在一块很小的金属中也含着许许多多的小晶体,每个小晶体的内部,晶格位向都是均匀一致的,而各个小晶体之间,彼此的位向都不相同。这种小晶体的外形呈颗粒状,称为“晶粒”,晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”。在晶界处,原子排列为适应两晶粒间不同晶格位向的过度,总是不规则的。多晶体:实际上由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。对于单晶体,由于各个方向上原子排列不同,导致各个方向上的性能不同,即“各向异性”的特点;而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点,而就多晶体的整体,由于各小晶粒的位向不同,表现的是各小晶粒的平均性能,不具备“各向异性”的特点。四、晶体的缺陷点缺陷(间隙原子、空位原子、置代原子)线缺陷(刃位错)面缺陷(晶界、亚晶界)[课堂小结]:[15分钟]总结本课所学内容布置作业第一课时[组织教学]:检查学生到位情况,提问学生上节课内容。[10分钟][讲授新课]:[35分钟]一、结晶的基本概念一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固,如凝固后形成晶体结构,则称为结晶。金属在固态下通常都是晶体,所以金属自液态冷却转变为固态的过程,称为金属的结晶。各种纯金属如Fe、Cu等都有一定的结晶温度,Fe:1539℃,Cu:1083℃等等,这是指理论结晶温度,也叫平衡结晶温度,是指液体的结晶速度与晶体的熔化速度相等时的温度。实际上的结晶温度总是低于这一平衡结晶温度,原因在结晶的能量条件上。实际结晶温度的测定:(冷却曲线)金属的实际结晶温度可以用热分析方法测定,具体做法:先将纯金属加热熔化为液体,然后缓慢冷却下来,同时每隔一定时间测一次温度,并把记录的数据绘在温度-时间坐标中,得到温度与时间的曲线,即冷却曲线,即是一条冷却曲线。可见,随时间的增长,温度逐渐降低,当到T0温度时出现一平台,说明这时虽然液体金属向外散热,但其温度并没下降,这是由于在这一温度液体开始结晶向外散热(结晶潜热),补偿了液体对外的热量散失,结晶终了后就没有结晶潜热来补偿热量的散失,所以温度又开始下降。纯金属的结晶过程就是形核和长大过程。形核有均匀形核和不均匀形核两种,形核率跟过冷度有关,过冷度越大形核率越大,晶粒就越细小,一旦形核就开始长大,液态原子往晶核上堆砌就长大了,最终形成一个完整的晶粒。第二课时[讲授新课]:[30分钟]二、影响晶粒大小的因素形核率N,长大速度G,形核率N大,而长大速度G相对小,则晶粒愈细,即N与G的比值大则晶粒细。1)过冷度的影响过冷度大,ΔF大,结晶驱动力大,形核率和长大速度都大,且N的增加比G增加得快,提高了N与G的比值,晶粒变细,但过冷度过大,对晶粒细化不利,结晶发生困难。见图1-14。2)变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些合金,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。3)振动处理三、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称为金属的同素异构转变。液态纯铁在1538℃时开始结晶,得到具有体心立方晶格的δ-Fe,继续冷却到1394℃时发生同素异构转变,转变为面心立方的γ-F