金屬的晶體結構與結晶

第二章第一節(jié)

金屬的晶體構造與結晶金屬與合金的晶體構造【授課內(nèi)容】：1、金屬的晶體構造2、合金的晶體構造3、實質(zhì)金屬的晶體構造【授課目標】：掌握晶體構造及其對資料的物理化學性能、力學性能及工藝性能的影響，為后續(xù)課程的學習做好理論知識的準備【授課方法】：課堂講解；采用擬人、比喻的手法來授課，整體授課思路是運用學生自己和他們上課的班級做授課背景進行生動、幽默的授課【授課重點】：合金與實質(zhì)金屬的晶體構造【授課難點】：與生產(chǎn)實質(zhì)相聯(lián)系【教具采用】：自制掛圖【授課回顧】：5分鐘上一節(jié)課表達了金屬資料的性能，包括金屬的物理性能、化學性能、力學性能及加工工藝性能。（上節(jié)課的重點）在學習中讓學生理解認識金屬的性能對今后工作中加工零件、工藝流程設計、工藝方法的選擇有了很大的幫助。（上節(jié)課理論聯(lián)系實質(zhì)內(nèi)容）【新課導入1：（擬人地運用人體構造來講解金屬資料的構造）10分鐘（表達）：我們今天來學點人體解剖學知識（產(chǎn)生懸念：金屬課來學解剖學？）第一把金屬看做是一個我們中間的一名同學。以以下圖：（簡單帶學生回憶一下中學的生理衛(wèi)生課講過的人體解剖學知識）（表達）：左邊是我們的人體構造，大家都很熟悉。再看一下右側的這個金屬的‘身體’構造，它遠遠比我們?nèi)艘唵蔚亩嗔?。在人而言，我們認識了自己的身體構造，那么哪里不舒服我們便能夠及時就醫(yī)；而金屬我們認識了它的構造，那么在今后工作中便能夠為非作歹地使用和加工這些金屬資料，理解為什么不同樣的金屬資料會有不同樣的金屬性能。在我們學習金屬學時，就要用到哲學中‘廣泛聯(lián)系’的見解來學習知識，這樣才能從根本上掌握學習的知識點。【授課過程］:（板書）60分鐘~65分鐘一、晶體的基本知識（一）晶體與非晶體（采用比喻的手法）（表達）：（拿我現(xiàn)在做班主任的這兩個班來比較，03級的學生我?guī)Я硕?，他們在我的培養(yǎng)下現(xiàn)在已經(jīng)是一個團結的集體；而我新接手的04級班則是一個不很團結的班級，同樣是學校的一個活動，03級我只要做一個學生的工作便能夠解決問題?？捎捎?4級班不夠團結，那我就要花很大的氣力來做工作，這就恰似晶體和非晶體同樣，前者是一個排列有序和有規(guī)則的‘集體’，性能上有自己的特點，有據(jù)可尋；此后者則是一個無序無規(guī)則的‘集體’。性能認識上就有好多特別性）（板書）：晶體的見解就是原子（或分子）按必然的幾何規(guī)律作周期性地排列；（團結的集體）大多數(shù)的金屬是晶體非晶體則是無規(guī)則的積聚在一同。（不團結的集體）非晶體則如松香、玻璃、瀝青。（二）晶格、晶胞1、晶格（采用比喻的手法）（表達）：（我們學校的一個班級排隊列的幾何形狀，不外乎是正方形、長方形、不規(guī)則形；為了便于表示晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，把每個原子看作是固定不動的剛性小球，并用一些幾何線條將晶格中各原子的中心連接起來，組成一個空間格架。）（板書）：晶格:這種抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡稱晶格。2、晶胞（米用比喻的手法）（表達）：（比喻成能代表這個班級的隊列幾何形狀的最少幾個同學的組成。來有請我們幾位同學起立，這幾個同學目前的排列形狀就是我們班的隊列幾何形狀）（讓幾個同學站起來，課堂氣氛也活躍（板書）：晶胞:一個能夠完滿反響晶格特點的、最小的幾何單元來解析晶體中原子排列的規(guī)律，這個最小的幾何單元稱為晶胞。（表達）：由于晶體中原子有規(guī)則排列且有周期性的特點，為了便于談論平時只從晶格中，整個晶格就是有好多大小、形狀和位向同樣的晶胞在空間重復積聚而成的（板書）：（金屬的晶體構造：金屬一晶格一晶胞一原子如：人體一內(nèi)臟器官一組織一細胞技工學校一班級一小組一同學（用這種關系來讓學生理解金屬資料的晶體構造之間的關系，能夠請學生來排隊示范）（三）金屬中常有晶格由于金屬鍵結合力較強，是金屬原子總趨于親密排列的傾向，故大多數(shù)金屬屬于以下三種晶格種類。（填空題）1、體心立方晶格（采用比喻的手法）（表達）：我的

04級班是

64個人的班級，其隊列呈正方形即

8X8）體心立方晶格的晶胞它是一個立方體。在晶胞的中心和八個角上各

有一個原子，擁有體心立方晶格的金屬有

a-Fe

、

Cr

等。2、面心立方晶格（采用比喻的手法）（表達）:（比喻說一個有56人的班級,其隊列呈長方形即7X8）面心立方晶格也是一個立方體，在晶胞的每個角上和晶胞的六個面的中心都排一個原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個晶胞所共有，而每個面中心的原子為兩個晶胞共有。擁有面心立方晶格的金屬有r-Fe、Al等。3、密排六方晶格（采用比喻的手法）（表達）：（比喻說是一個只有63人的班級其隊列呈不規(guī)則外形）密排六方晶格的晶胞是一個六方柱體，有六個呈長方形的側面和兩個呈六邊形的底面所組成。擁有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn。二、合金的晶體構造（一）合金的見解（米用比喻的手法）（重點見解）（表達）：（上面我們講了只若是金屬就是那種金屬構造；只若是班級就那種組成；那么合金，這種金屬中運用最廣泛的一大類又是怎么樣的構造呢？就恰似是學校的一個班級的成立同樣，無論你多少人，只要開班就成為一個班級，無論是只有純男生還是純女生、抑或是有男生有女生，重點是學校班級存在，就象我們下面講到的‘合金’同樣）（板書）：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元性的物質(zhì)，稱為合金。

素組成的擁有金屬特（表達）：（重點是擁有金屬性能

,而組成合金的最基本的、獨立的

物質(zhì)叫做組元。組元平時是純元素，但也能夠是牢固的化合物。依照組成合金組元數(shù)量的多少，合金能夠分為二元合金、三元合金和多元合金）。合金中，擁有同一化學成分且構造同樣的均勻部分叫做相。合金中相與相之間有明顯的界面。液態(tài)合金平時都為單相液體。固態(tài)下，由一個固相組成時稱為單相合金，由兩個以上固相組成時稱為多相合金。合金的性能一般都是由組成合金的各相成分、構造、形態(tài)、性能和各相的組合情況一一組織所決定的。（二）合金的相構造由于組元間互相作用不同樣，固態(tài)合金的相構造可分為固溶體和金屬化合物及混雜物三大類。（填空題）1、固溶體（采用比喻的手法）（表達）：（我們每一個人都沖泡過咖啡。當沖咖啡的水溫不同樣時

沖出來的收效是不同的，若是咖啡是溶質(zhì)原子，而開水就恰似是溶劑

原子，即溶質(zhì)原子溶入在溶劑原子中所形成的就是我們下面講到的

固溶體模式）（板書）：合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相當為固溶體。9-一將質(zhì)廉子涪就原子（表達）：無論溶質(zhì)原子處于溶劑原子的縫隙中也許代替了溶劑原子都會使固溶體的晶格發(fā)生畸變，使塑性變形抗力增大，結果使金屬資料的強度、硬度增高。這種經(jīng)過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體。（板書）：使金屬資料的強度、硬度高升的現(xiàn)象，稱為固溶增強（重點見解）（若是我們想用手扭斷一截鐵線，在要斷從前的那個斷裂處就是強度，硬度高升的固溶增強）a）為縫隙固溶體b）為縫隙固溶體（a比喻成是一個外班來插班的學生坐在兩個同桌的同學之間）b比喻成是一個外班來插班的學生坐在我們中同學的地址上）以上兩種情況都會讓我們同學產(chǎn)生厭煩，這也就是金屬資料所產(chǎn)生的固溶增強現(xiàn)象（打下伏筆，這個內(nèi)容將在第三章中詳細闡述）（理論聯(lián)系實質(zhì)）固溶增強是提高金屬資料力學性能的重要路子之一。實踐表示，合適控制固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在明顯提高金屬資料的強度、硬度的同時，還可以保持優(yōu)異的塑性和韌性。因此，對綜合力學性能要求較高的構造資料，都是以固溶體為基體的合金。2、金屬化合物（采用比喻的手法）（表達）：（比喻成是一種化學反響，激烈的化學反總是會讓學生認識到金屬化全物的性能—硬而脆）金屬化合物的晶格種類與形成化合物各組元的晶格種類完滿不同樣，一般可用化學分子式表示。鋼中滲碳體（Fe3C）是由鐵原子和碳原子所組成的金屬化合物，它擁有復雜的晶格形式。金屬化合物的性能不同樣于任一組元，其溶點一般較高、硬而脆。當它呈微小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強度、硬度和耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散增強。金屬化合物在合金中常作為增強相存在，它是好多合金鋼、有色金屬和硬質(zhì)合金的重要組成相。絕大多數(shù)合金的組織都是固溶體與少量金屬化合物組成的混雜物，其性質(zhì)取決于固溶體與金屬化合物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布情況。3、混雜物（略）（第二節(jié)課）（板書）：辨析題：彌散增強與固溶增強的差異和聯(lián)系（課后思慮題）（表達）：上一節(jié)課我們的問題來先講解一下，（講析上一節(jié)課的課后思慮題）那么我們實質(zhì)生產(chǎn)中的金屬是怎么樣的呢？10分鐘三、實質(zhì)金屬的晶體構造

25分鐘（—）金屬資料都是多晶體（板書）：單晶體：我們把晶格位向完滿一致的晶體叫做單晶

體。（表達）：（我們把單晶體比作是一個純男生班或純女生班；多晶

體就恰似是一個男女生混雜班，純男生班只有特別專業(yè)才可能，比方說：衣飾專業(yè)的純女生班和模具專業(yè)的純男生班；單晶體也只有經(jīng)過特別制作才能獲得。實質(zhì)上，常使用的金屬資料，由于受結晶條件和其他因素的限制，其內(nèi)部構造都是由好多尺寸很小，各自結晶方向都不同樣的小單晶體組合在一同的多晶體組成。這些小晶體就是晶粒，它們之間的交界即為晶界。在一個晶粒內(nèi)部其結晶方向基真同樣，但也存在著好多尺寸更小，位向差更小的小晶粒，它們互相嵌鑲成一顆晶粒，這些小晶塊稱為亞晶粒，亞晶粒之間的界面稱為亞晶界）。多晶體表示圖（二）晶體的弊端表達）：晶體內(nèi)部的某些多晶體表示圖局部地域，原子的規(guī)則排列碰到攪亂而破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完滿。把這些地域稱為晶體缺陷。這些弊端的存在，對金屬的性能（物理性能、化學性能、機械性能）將產(chǎn)生明顯影響，如鋼的耐腐化性，實質(zhì)金屬的信服強度遠遠低于經(jīng)過原子間的作用力計算所得數(shù)值。（板書）：依照晶體弊端的幾何形態(tài)特點，可將其分為以下三類:點弊端、線弊端、面弊端（填空題）1、點弊端——空位和縫隙原子在實質(zhì)晶體構造中，晶格的某些結點，經(jīng)常未被原子所占有，這種空著的地址稱為空位。（表達）：（來看一看我們今天班上有沒有沒來上課的同學，若是有，那么他的那個座位就是空的，也就是我們上面介紹的‘空位'又比方說，有的同學說坐在自己地址上看不見黑板，而要坐到前面這兩個同學的之間來，這種現(xiàn)象就是我們下面介紹的）板書）：這種不占有正常的晶格地址，而處在晶格縫隙之間的原子稱為縫隙原子?？瘴挥捎诳瘴缓涂p隙原子的存在，使晶體發(fā)生了晶格畸變，晶體性能發(fā)生改變，如強度、硬度和電阻增加。（理論聯(lián)系實質(zhì)）晶體中的空位和縫隙原子處于不斷地運動和變化之中，在必然溫度下，晶體內(nèi)存在一定平衡濃度的空位和縫隙原子，空位和縫隙原子的運動，是金屬中原子擴散的主要方式，對金屬資料的熱辦理過程極為重要。2、線弊端位錯（表達）：晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象，稱為位錯。其特點是在一個方向上的尺寸很長，而另兩個方向的尺寸很短。晶體中位錯的數(shù)量平時用位錯密度表示，位錯密度是指單位體積內(nèi)，位錯線的總長度。位錯的存在以及位錯密度的變化，對金屬的性能如強度、塑性、疲倦等都起重視要影響。如金屬資料的塑性變形與位錯的搬動有關。（板書）：冷變形加工后金屬出現(xiàn)了強度提高的現(xiàn)象（加工硬化）,就是由于位錯密度的增加所致。（重點見解）刃型位錯的立體與平面圖刃型位錯表示圖a）晶格立體模型b）平面圖2、面弊端——晶界和亞晶界（表達）：就恰似是我國的國界中的水域國界與陸地國界；實質(zhì)金屬資料是多晶體資料，則在晶體內(nèi)部存在著大量的晶界和亞晶界。晶界和亞晶界實際上是一個原子排列不規(guī)則的地域（如圖2—13、2—14），該處晶體的晶格處于畸變狀態(tài)，能量高于晶粒內(nèi)部，晶界和亞晶界在常溫下強度和硬度較高，在高溫下則較低，晶界簡單被腐化等?！菊n堂小結】10分鐘1、金屬的晶格有體心立方構造、面心立方構造和密排六方構造，由于致密度的不同樣，從一種晶格到另一種的變化會引起體積的變化。2、合金的相構造有固溶體、化合物及混雜物。彌散增強和固溶增強能夠提咼金屬資料的力學性能，因此，合金化是提咼金屬性能的方法之一。3、實質(zhì)金屬是由好多晶粒組成，金屬內(nèi)部存在著點弊端、位錯、晶界和亞晶界。點弊端對金屬資料的熱辦理過程極為重要。位錯的存在以及位錯密度的變化，對金屬的性能如強度、塑性、疲倦等都起重視要影響。金屬冷變形加工后的加工硬化，就是由于位錯密度的增加所致。點弊端、晶界和亞晶界也與資料的力學性能有關?！菊n堂作業(yè)】:晶界的過渡構造表示圖亞晶界構造表示圖1、見解題：合金、固溶增強、位錯、晶界、加工硬化、晶格、晶胞2、填空題：①、晶格排列的種類—、—、—。②、晶體弊端的幾何形態(tài)的種類一、一、一。3、問答題：①、彌散增強與固溶增強的差異和聯(lián)系②、加工硬化的產(chǎn)生原理及工業(yè)應用課后情況反響:（當課程上完此后，依照上課的情況和作業(yè)而進行授課方法和授課設計的更正，以便今后提高授課收效。）附課堂版書設計：第一節(jié)課第二章金屬的晶體構造與結晶第一節(jié)金屬與合金的晶體構造一、晶體的基本知識

二、合金的晶體構造（一）合金的見解、、、、（二）合金的相構造1、固溶體2、金屬化合物（圖略）（一）晶體與非晶體1、固溶體、、、（二）晶格、晶胞、晶格常數(shù)晶格見解：、、、、（圖略）2、固溶增強、、、（三）金屬中常有晶格（圖略）2、金屬化合物：理論聯(lián)系實質(zhì)：沖壓工件、變形鐵線等有體心立方、面心立方、密排六方三略91517晶格：、、、（辨析題）彌散增強與固溶增強的差異和聯(lián)系晶胞：、、、金屬一晶格一晶胞一原子如:人體一內(nèi)臟器官一組織一細胞省輕工技工學校一班級一小組一同學三、實質(zhì)金屬的晶體構造課堂授課小結：（一）金屬資料都是多晶體1、金屬的晶格有體心立方構造、面心立方構造和密排六方構造，由于（二）晶體的弊端點弊端、線弊端、面弊端致密度的不同樣，從一種晶格到另一種的變化會引起體積的變化。---------