2016临汾职院金属工艺学（机工版）教案：金属与合金的结构与结晶（一）.docVIP

临汾职业技术学院教案 授课教师： 班级：汽修131 授课日期：2014年03月03日 课时：2 课 题： 1.2 金属与合金的结构和结晶（一） 教 学 目 的：通过学习理解金属与合金的晶体结构及决定金属性能的因素，掌握金属的晶体结构。 教学重点和难点：重点：金属与合金的晶体结构及金属材料的性能； 难点: 合金的晶体结构。 教 学 方 法：讲授法、分析法、举例法 授 课 内 容： 旧课复习 1、金属材料的疲劳强度与哪些因素有关? 2、什么是金属的冲击韧度？金属冲击韧度与哪些因素有关？ 新课学习 1.2 金属与合金的结构与结晶（一） 一、金属材料的性能与结构 材料的性能取决于材料的组织结构，而材料的组织结构取决于它的化学组成和加工工艺。化 学组成是决定组织和结构的内因，加工工艺是决定组织结构的外部条件。化学组成相同的金属材 料由于加工或热处理不同性能有很大区别。 1、材料的组织：指可直接或借助仪器观察到的材料内部组成形貌，如各组成部分的大小、形态、分布状况和相对数量等。 2、材料的结构：指材料各组成部分质点之间的结合方式及其在空间的排列分布规律，即物质的结合键和晶体结构类型。 固态物质按组成质点在空间的排列情况，可分为晶体和非晶体两大类。 晶体：内部原子在空间按一定规则排列的物质，如金刚石、石墨等。 非晶体：内部原子排列无一定规则的物质，如玻璃，石蜡等。 （一）金属晶体结构基本知识 晶格 为了便于表明晶体内部原子排列的规律，有必要把原子抽象化，把每个原子看成一个点，这个点代表原子的振动中心。把这些点用直线连接起来，便形成一个空间格子，叫做晶格。 结点 晶格中每个点叫结点。 晶胞 晶格的最小单元叫做晶胞，它能代表整个晶格的原子排列规律。在研究各种金属的晶体结构时，一般取出它的晶胞来研究就可以了。 晶格常数 晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小用?来度量（1 ? =10-8cm）。 最常见的晶格类型： 1、体心立方晶格 a）其晶胞形状为立方体，a=b=c， á=a=?=90° b）原子分布在立方晶体的各个结点及 中心。 c）每个体心立方晶胞中仅包含2个原子。 属于这类金属的有：á -Fe、Mn、Cr、V、W、Mo、K、Na等。 2、面心立方晶胞 a）其晶胞为立方体。 b）原子分布在立方体的各个结点及各面的 中心处。 c）每个晶胞中含有4个原子。 3、密排六方晶格 a）其晶胞形状为六方柱体。 b）原子分布在各个结点及上下两个正六 面的中心，另外在六方柱体中心还有三个原 子。 属于这类金属的有：Mg、Zn、Cd、Be等。 晶体的各向异性：由于晶体内部原子的有规则排列，使晶体内部不同位向原子排列密度不同，原子之间的结合力也不同，因此，在不同的方向表现出不同的性能。这种现象是晶体的各向异性。 （二）、金属的实际晶体结构 1、多晶体结构 工业上使用的金属都是由许多小晶体组成的多晶体 每个小晶体称为晶粒。 如果一整块金属仅由一个晶粒组成，则称为单晶体。 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。 显微组织：在显微镜下观察到的晶粒的大小、形态和 分布。 2、晶体缺陷 金属晶体中，原子排列或多或少地存在偏离上述理想 结构的区域，称为晶体缺陷。 这些缺陷对金属的许多性能有着极重要的影响。根据 缺陷的几何形状，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。 1）点缺陷：空位和间隙原子 空位和间隙原子的运动，是金属晶体中原子扩散的主要方式之一 金属的固态相变和化学热处理过程均依赖于原子的扩散。 2）线缺陷：即位错，在晶体中，有一列或若干列原子发生了有规 律的错排现象， 最简单的位错是刃型位错和螺型位错。位错对金属的性能 有着重要影响。 3）面缺陷：主要指晶界和亚晶界 a）在常温下，晶界对滑移起阻碍作用，即表现为晶界强度高。 b）容易满足固态相变所需的能量起伏，新相往往在晶界处形核。 c）晶界处有许多的空位，原子沿晶界扩散速度快。 d）抗腐蚀性能差，电阻较高和熔点较低 等。 （三）合金的晶体结构 1、合金的基本概念 合金：是一种金属与另一种或几种金属、非金属熔合组成的，具有金属特性的物质如：铁碳合金。 组元：是组成合金的最基本的、独立的物质，简称元。 相：指金属或合金中化学成分相同、结构相同或原子聚集状态相同，并与其他部分之间有明确界面的独立均匀组成部分。 组织：指用肉眼可直接观察的，或用放大镜、显微镜能观察分辨的材料内部微观形貌图象。 2、合金的相结构 按合金中组成相的结构特征，分为固溶体和金属化合物两类。 （1）固溶体：固态合金中，一组元的晶格中溶入另