【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 溫度的大小與冷卻的速度有關(guān)。 冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。冷卻曲線的坐標(biāo) 表示： 縱坐標(biāo)表示――溫度（ T） 橫坐標(biāo)表示――時(shí)間（ t ） 提問(wèn)：為什么純金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻曲線有一段是水平的： 由于結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶潛熱補(bǔ)賞了散失在空氣中的熱量，因此，結(jié)晶時(shí)溫度并不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。 直到結(jié)晶終了時(shí)，溫度下降才快些。 溫度的大小與什么有關(guān)：與冷卻的速度有關(guān)。 冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。 準(zhǔn)備上課 學(xué)生思考并回答所提出的問(wèn)題。學(xué)生分組討論并發(fā)言 聽(tīng) 課 記筆記 學(xué)生分組討論 并發(fā)言 聽(tīng) 講 提 問(wèn) 學(xué)生分組討論并發(fā)言 記筆記 2分 5分 15分 15分 教 與 學(xué) 互 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 內(nèi) 容 學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容 時(shí)間 （二）、 純金屬的結(jié)晶過(guò)程――― 晶核的形成與長(zhǎng)大 晶核：作為結(jié)晶核心的微小晶體。 單晶體：結(jié)晶后只有一個(gè)晶粒的晶體叫～ 。 單晶體有各向異性：因?yàn)閱尉w中的原子排列位向是完全一致的，其性能是各向異性的。 多晶體：結(jié)晶后的晶體是許多位向不同的晶粒組成的。 多晶體中各晶粒的晶格位向互不一致，各向異性彼此抵消。 四、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響 晶粒越細(xì)，金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高金屬的力學(xué)性能，就要控制金屬結(jié)晶的大小。通過(guò)研究和分析，發(fā)現(xiàn)晶粒的大小與結(jié)晶時(shí)的形核率有關(guān)，與晶核長(zhǎng)大的速度有關(guān)。形核率越高，長(zhǎng)大的速度越慢，晶粒就越小。抓住這個(gè)規(guī)律之后，所以確認(rèn) ： 細(xì)化晶粒的根本途徑是控制形核率及長(zhǎng) 大速度。 增加過(guò)冷度 常用細(xì)化晶粒的方法： 變質(zhì)處理 振動(dòng)處理 ?增加過(guò)冷度能使晶粒細(xì)化：這種方法的適應(yīng)范圍：中、小型鑄件。 ?變質(zhì)處理：在熔液中加一些變質(zhì)劑（形核劑）這種方法可使晶粒顯著增加，或者降低晶核的長(zhǎng)大速度。 加入哪些元素可細(xì)化晶粒：鋼：鈦（ Ti） 硼（ P） 鋁（ Al）鑄鐵：硅鐵（ SiFe） 硅鈣（ SiCa）等 ?振動(dòng)處理：結(jié)晶時(shí)金屬液加以機(jī)械、超聲波、電磁振動(dòng)等，使晶格破碎。 第三節(jié)、同素異構(gòu) 轉(zhuǎn)變 概念： 金屬結(jié)晶后，晶格類(lèi)型隨溫度的改變而發(fā)生的變化。 舉例：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（圖 17） 學(xué)生分組討論并發(fā)言：溫度與結(jié)晶的關(guān)系 討論生產(chǎn)中常見(jiàn) 的細(xì)化晶粒的方法 分組討論， 對(duì)比金剛石和石墨認(rèn)識(shí) 同素異晶轉(zhuǎn)變 10分 20分 教 與 學(xué) 互 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 內(nèi) 容 學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容 時(shí)間 1538 度 (結(jié)晶 δFe) 1394 度 (γFe) 912 度 (βFe) （體心立方晶格） （面心立方晶格） （密排六方晶格） 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：固態(tài)相變是需要較大的過(guò)冷度的，則體積變化時(shí)造成較大的內(nèi)應(yīng)力，以致于淬火時(shí)引起應(yīng)力導(dǎo)致工件變形和開(kāi)裂，因此要控制冷卻速度，可以改變同素異構(gòu)后的晶粒的大小，從而改變金屬的性能。 （四）課堂小結(jié) 點(diǎn)出重 點(diǎn)，分析難點(diǎn) （五）布置作業(yè) 復(fù)習(xí)本次課內(nèi)容 課后習(xí)題冊(cè) 預(yù)習(xí)下一節(jié)內(nèi)容 學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講，并詳細(xì)記筆記 學(xué)生根據(jù)老師的提示認(rèn)真回顧本次課的重點(diǎn)內(nèi)容 15分 5分 3分 理 論 課 教 案 章節(jié) 課題 167。 31金屬的塑性變形 課 型 新授課 課時(shí) 2 教具學(xué)具 電教設(shè)施 掛圖 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 教學(xué)點(diǎn) 通過(guò)學(xué)習(xí)使 學(xué)生們了解什么是單晶體塑性變形、多晶體塑性變形 能力 培養(yǎng)點(diǎn) 掌握單晶體塑性變形、多晶體塑性變形 德育 滲透點(diǎn) 培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德觀及互相協(xié)作的精神 教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn) 重點(diǎn) 單晶體塑性變形、多晶體塑性變形 難點(diǎn) 單晶體塑性變形、多晶體塑性變形 學(xué)法引導(dǎo) 討論法、訓(xùn)練法、自主探究法 教學(xué)內(nèi)容 更新、補(bǔ) 充、刪節(jié) 補(bǔ)充《金屬材料與熱處理》相關(guān)內(nèi)容 參考資料 《金屬學(xué)與熱處理》 課后體會(huì) 教 與 學(xué) 互 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 內(nèi) 容 學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容 時(shí)間 （一）組織教學(xué) 點(diǎn)名考勤，穩(wěn)定學(xué)生情緒，準(zhǔn)備上課 （二）復(fù)習(xí)提問(wèn) 金屬工藝性能包括哪些？ （三）講授新課 第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)熔煉而得到的金屬錠，如鋼錠、鋁合金錠或銅合金鑄錠等，大多要經(jīng)過(guò)軋制、冷拔、鍛造、沖壓等壓力加工 (圖 3— 1)，使金屬產(chǎn)生塑性變形而制成型材或工件。金屬材料經(jīng)壓力加工后，不僅改變了外形尺寸，而且改變了內(nèi)部組織和性能。因此，研究金屬的塑性變形，對(duì)于選擇金屬材料的加工工藝、提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、合理使用材料等均有重要的意義。 圖 3— 1 壓力加工方 法示意圖 a)軋制 b)擠壓 c)冷拔 d)鍛造 e)冷沖壓 第一節(jié) 金屬的塑性變形 金屬在外力 (載荷 )的作用下，首先發(fā)生彈性變形，載荷增加到一定值后，除了發(fā)生彈性變形外，還發(fā)生塑性變形，即彈塑性變形。繼續(xù)增加載荷，塑性變形也將逐漸增大，直至金屬發(fā)生斷裂。即金屬在外力作用下的變形可分為彈性變形、彈塑性變形和斷裂三個(gè)連續(xù)的階段。 彈性變形的本質(zhì)是外力克服了原子間的作用力，使原子間距發(fā)生改變。當(dāng)外力消除后，原子間的作用力又使它們回到原來(lái)的平衡位置，使金屬恢復(fù)到原來(lái)的形狀。金屬?gòu)椥宰冃魏笃?組織和性能不發(fā)生變化。 塑性變形后金屬的組織和性能發(fā)生變化。塑性變形較彈性變形復(fù)雜得多，下面先來(lái)分析單晶體的塑性變形。 一、單晶體的塑性變形 單晶體的塑性變形主要是以滑移的方式進(jìn)行的，即晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。由圖 3— 2 可見(jiàn)，要使某一晶面滑動(dòng)，作用在該晶面上的力必須是相互平行、方向相反的切應(yīng)力 (垂直該晶面的正應(yīng)力只能引起伸長(zhǎng)或收縮 )，而且切應(yīng)力必須達(dá)到一定值，滑移才能進(jìn)行。當(dāng)原子滑移到新的平衡位置時(shí)，晶體就產(chǎn)生了微量的塑性變形 (圖 3— 2d)。許多晶面滑移的總和 ，就產(chǎn)生了宏觀的塑性變形，圖 3— 3為鋅單晶體滑移變形時(shí)的情況。 準(zhǔn)備上課 學(xué)生思考并回答所提出的問(wèn)題。學(xué)生分組討論并發(fā)言 聽(tīng) 課 記筆記 聽(tīng) 講 記筆記 2分 5分 10分 10分 教 與 學(xué) 互 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 內(nèi) 容 學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容 時(shí)間 圖 32 晶體在切應(yīng)力作用力的變形 a)未變形 b）彈性變形 c）彈、塑性變形 d）塑性變形 圖 33 鋅單晶體滑移變形示意圖 a)拉伸 b)壓縮 研究表明，滑移優(yōu)先沿晶體中一定的晶面和晶向發(fā)生，晶體中能夠發(fā)生滑移的晶面和晶 向稱(chēng)為滑移面和滑移方向。不同晶格類(lèi)型的金屬，其滑移面和滑移方向的數(shù)目是不同的，一般來(lái)說(shuō)，滑移面和滑移方向越多，金屬的塑性越好。 理論及實(shí)踐證明，晶體滑移時(shí)，并不是整個(gè)滑移面上的全部原子一起移 動(dòng)，因?yàn)槟敲炊? 原子同時(shí)移動(dòng)，需要克服的滑移阻力十分巨大 (據(jù)計(jì)算比實(shí)際大得多 )。實(shí)際上滑移是借助 位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 3— 4所示。 位錯(cuò)的原子面受到前后兩邊原子的排斥，處于不穩(wěn)定的平衡位置。只須加上很小的力就 能打破力的平衡，使位錯(cuò)前進(jìn)一個(gè)原子間距。在切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)繼續(xù)移動(dòng)到晶體表面， 就形成了一個(gè)原子間距的滑移量，如圖 3— 5 所示。大量位錯(cuò)移出晶體表面，就產(chǎn)生了宏觀的塑性變形。按上述理論求得位錯(cuò)的滑移阻力與實(shí)驗(yàn)值基本相符，證實(shí)了位錯(cuò)理論的正確 學(xué)生仔細(xì)思考，并分組討論，得出答案 記筆記 跟 隨老師的 思路進(jìn)行分析 記筆記 20分 教 與 學(xué) 互 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 內(nèi) 容 學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容 時(shí)間 圖 34 錯(cuò)位的運(yùn)動(dòng) 圖 35 通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移的示意圖 二、多晶體的塑性變形 常用金屬材料都是多晶體。多晶體中各相鄰晶粒的位向不同，并且各晶粒之間由晶界相 連接，因此，多晶體的塑性變形主要具有下列一些特點(diǎn)： 1．晶粒位向的影響 由于多晶體中各個(gè)晶粒的位向不同，在外力的作用下，有的晶粒處于有利于滑移的位置，有的晶粒處于不利于滑移的位置。當(dāng)處于有利于滑移位置的晶粒要進(jìn)行滑移時(shí)，必然受到周?chē)幌虿煌钠渌Я５募s束，使滑移的阻力增加，從而提高了塑性變形的抗力。同時(shí)，多晶體各晶粒在塑性變形時(shí)，受到周?chē)幌虿煌木ЯＥc晶界 的影響，使多晶體的塑性變形呈逐步擴(kuò)展和不均勻形式，其結(jié)果之一就是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 2．晶界的作用 晶界對(duì)塑性變形有較大的阻礙作用。圖 3— 6 所示是一個(gè)只包含兩個(gè)晶粒的試樣經(jīng)受拉伸時(shí)的變形情況。由圖可見(jiàn)，試樣在晶界附近不易發(fā)生變形，出現(xiàn)了所謂的“竹節(jié)”現(xiàn)象。這是因?yàn)榫Ы缣幵优帕斜容^紊亂，阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)，因而阻礙了滑移。很顯然，晶界越多，晶體的塑性變形抗力越大。 圖 3— 6 兩個(gè)晶粒試樣在拉伸時(shí)的變形 a)變形前 b)變形后 3．晶粒大小的影響 在一定體積的晶體內(nèi)，晶粒的數(shù)目越多，晶界就越多，晶粒就越細(xì)，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性變形抗力也越大。細(xì)晶粒的多晶體不僅強(qiáng)度較高，而且塑性和韌性也較好。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，在同樣變形條件下，變形量可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，使各晶粒的變形比較均勻，而不致過(guò)分集中在少數(shù)晶粒上，使其變形嚴(yán)重。另一方面，晶粒越細(xì)，晶界就越多，越曲折，有利于阻止裂紋的傳播，從而在其斷裂前能承受較大的塑性變形，吸收較多的功，表現(xiàn)出較好的塑性和韌性。由于細(xì)晶粒金屬具有較好的強(qiáng)度、 塑性和韌性，故生產(chǎn)中總是盡可能地細(xì)化晶粒。 第二節(jié) 冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 一、冷塑性變形對(duì)金屬組織的影響 當(dāng)變形程度很大時(shí)，晶粒會(huì)沿變形方向伸長(zhǎng)，形成細(xì)條狀，稱(chēng)為冷加工纖維組織。此時(shí)金屬的的性能具有明顯的方向性，其縱向（沿纖維方向）的力學(xué)性能高于橫向（垂直于纖維方向）的性能。金屬內(nèi)部存在著殘余應(yīng)力。 二、冷塑性變形對(duì)金屬性能的影響 隨著冷塑性變形程度的增加，金屬材料的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷變形強(qiáng)化。 三、冷塑