资源简介

第一章 金属的结构与结晶
§1－2 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】 §1－2 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） 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。
纯金属的结晶条件：纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度 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
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，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
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γ一Fe转变为а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。

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