2.2认识金属的晶体结构（课件）- 高二《机械制造基础》同步教学（劳动版）

任务2　认识金属的晶体结构 任务说明 ◎ 分析三种典型的理想晶体结构，了解实际金属的晶体结构及其对金属性能的影响。 技能点 ◎ 了解金属的晶体结构及其对金属性能的影响。 知识点 ◎ 体心立方、面心立方、密排六方晶格的原子排列规律。 ◎ 单晶体、多晶体、晶粒、晶界、晶体缺陷的概念。 ◎ 金属的晶体结构对金属性能的影响。 1 一、任务实施 不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种金属材料，在不同的条件下其性能也是不同的。金属性能的这些差异实质上是其晶体结构的差异造成的。 （一）任务引入 试说明金属晶体结构的差异并分析其内在规律。 （二）分析及解决问题 1．金属的典型晶格类型 （1）体心立方晶格　 1）原子排列规律。晶胞是一个立方体。 2）常见金属。α-Fe（铁）、Cr（铬）、Mo（钼）、W（钨）、V（钒）等。 2 （2）面心立方晶格 1）原子排列规律。晶胞也是一个立方体，如图2-7 所示。这种晶格也只用一个晶格常数a 表示即可。在面心立方晶胞的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。 2）常见金属。属于这类晶格的金属有γ-Fe（铁）、Ni（镍）、Al（铝）、Cu（铜）、Pb（铅）、Au（金）等。 3 （3）密排六方晶格 1）原子排列规律。晶胞是一个正六棱柱体。。正六棱柱体是由六个长方形的侧面和与侧面相垂直的两个正六边形的底面构成的，因此，需要用两个晶格常数来表示，即用正六棱柱体底面的边长a 和柱体的高度c 来表示。 2）常见金属。属于这类晶格的金属有Mg（镁）、Zn（锌）、Cd（镉）、Be（铍）等。 4 2．实际金属的晶体结构 （1）单晶体和多晶体 1）单晶体。内部的晶格位向（即原子排列的方向）基本一致的晶体称为单晶体。 2）多晶体。由许多晶格位向不同的小单晶体组成的晶体称为多晶体，这些位向不同的小单晶体称为晶粒。，如图2-9 所示为多晶体示意图。晶粒的外形呈多面体颗粒状，相邻晶粒之间的界面称为晶界。 （2）晶体缺陷 实际金属晶体中出现的各种不规则原子排列的现象称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何形态特征，可将它们分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。 5 任务3　认识合金的晶体结构 任务说明 ◎ 分析合金的晶体结构及其性能特点。 技能点 ◎ 掌握合金的晶体结构及其性能特点。 知识点 ◎ 合金、组元、相、组织等基本概念。 ◎ 合金的晶体结构及其性能特点。 6 一、任务实施 纯金属虽然得到一定的应用，但它的强度、硬度一般都较低，而且价格较高，在使用上受到很大的限制。所以工业生产中应用最广泛的是各种合金。 （一）任务引入 什么是合金？与合金相关的基本概念有哪些？合金的晶体结构和性能有哪些特点？ （二）分析及解决问题 1．基本概念 （1）合金　 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 7 （2）组元　 组成合金的最基本的独立物质称为组元。 （3）合金系　 当组元不变，而组元比例发生变化时，可以得到一系列不同成分的合金，称为合金系。 （4）相　 合金中化学成分、结构及性能相同的均匀部分称为相，不同的相之间有明显的界面。 （5）组织　 合金的组织是指合金中不同种类、形状、大小、数量和分布方式的相，相互组合而成的综合体，组织是通过金相分析的方法观察到的。 8 2．合金的相 （1）固溶体　 合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。 1）置换固溶体。溶质原子代替部分溶剂原子，占据溶剂晶格中的某些结点位置而形成的固溶体称为置换固溶体 2）间隙固溶体。溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。 9 （2）金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物的组成一般可用分子式来表示。金属化合物的晶格类型不同于任一组元，其性能特点是熔点较高、硬而脆。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。以金属化合物作为强化相强化金属材料的方法称为第二相强化。 10 $