二元相图教案(DOC).doc
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1、理 论 课 教 案章节课题4-3二元合金相图(一)课 型新授课课时2教具学具电教设施多媒体教学目标知识教学点使学生掌握二元相图的基本知识,为学习后面的铁碳相图打好基础,在此基础上了解合金的结晶过程。能力培养点熟悉几种常见的二元合金相图(匀晶相图);会利用杠杆定律计算相组成物及组织组成物的相对含量。德育渗透点培养学生的职业道德观及互相协作的精神教学重点难点重点掌握合金中的相及相结构类型;熟悉几种常见的二元合金相图。难点利用杠杆定律计算相组成物及组织组成物的相对含量。学法引导1、讲授法 2、讨论法教学内容更新、补充、删节补充金属材料与热处理相关内容参考资料金属学与热处理课后体会教 与 学 互 动
2、设 计教 师 活 动 内 容学生活动内容时间(一)组织教学点名考勤,稳定学生情绪,准备上课(二)提出问题1、合金的基本定义2、固溶体和金属化合物的定义、分类(三)讲授新课4-3二元合金相图(一)1、合金的结晶特点也是形核与长大,但有自己的特点:(1)不是恒温下进行的,有一定的结晶温度范围。(2)结晶过程中不只有一个固相和液相,而是在不同范围内有不同的相,各相成分也变化。因此,合金的结晶过程要复杂些,单用一条冷却曲线难以说清楚。为了研究合金的结晶过程及合金组织的变化规律,需借用一个工具相图。2、二元合金相图的基本知识(1)相图(平衡图、状态图)表示在平衡状态下,合金的组成相或组织状态与温度、压力
3、、成分之间关系的简明图解(一般在常压下,故压力参数可不考虑)。所谓平衡状态是指合金的成分、质量份数不再随时间而变化的一种状态。合金的极缓慢冷却可近似认为是平衡状态。相图用途:研究合金的相变、组织形成及变化的规律; 制定热加工工艺的重要工具。(2)表示方法纯金属可用一条温度轴表示出不同温度下的相状态。 T/ L 1083 S 纯Cu t/h 相图二元合金的组成相不仅与温度有关,还与合金的成分有关。因此,不能用一条温度轴表示,还需增加一个成分坐标轴。如Cu-Ni相图 T/ 1455液相线 L L+ 固相线 1083 Cu Ni Ni% 说明点、线、区的定义即相图分析:2个点、2条线、3个区。(3)
4、测定方法:热分析法(最常用)(4)杠杆定律设某一成分合金在某温度时处于二元相图的两相区内,那么,S、L两相的重量可借助于“杆杆定律”来求得。以Cu-Ni合金相图为例说明: T/ L 1455 a(x1) c b(x2) 1083 Cu x Ni Ni% 设某一成分为x的Ni,在t温度时,L相的成分为x1的Ni;S相的成分为x2的Ni。L、S两相的重量为WL、W、总重量为W。则有:WL+W=W WLx1+ Wx2 = Wx由此两式得:= 于是,L、S两相得相对重量分数为: L = 100% S = 100%此为“杠杆定律”,只适用于相图中的两相区。因两相重量的计算与力学中的杠杆两端力的计算相似而
5、得名。 W1 ac= W2bc a 支点c b (成分点) = W1 W2 两组元在液态无限互溶,在固态也无限互溶,冷却时发生匀晶反应的合金系,称为匀晶系并构成匀晶相图。例如、合金相图等。现以合金相图为例,对匀晶相图及其合金的结晶过程进行分析。匀晶相图1)相图分析相图(见图2.3)为典型的匀晶相图。图中线为液相线,该线以上合金处于液相;线为固相线,该线以下合金处于固相。液相线和固相线表示合金系在平衡状态下冷却时结晶的始点和终点以及加热时熔化的终点和始点。为液相,是和形成的液溶体;为固相,是和组成的无限固溶体。图中有两个单相区:液相线以上的相区和固相线以下的相区。图中还有一个两相区:液相线和固相
6、线之间的+相区。2)合金的结晶过程 图2.6 匀晶合金的结晶过程以点成分的合金(含量为)为例分析结晶过程。该合金的冷却曲线和结晶过程如图2.6所示。首先利用相图画出该成分合金的冷却曲线,在1点温度以上,合金为液相。缓慢冷却至l-2温度之间时,合金发生匀晶反应,从液相中逐渐结晶出固溶体。2点温度以下,合金全部结晶为固溶体。其它成 分合金的结晶过程也完全类似。3)匀晶结晶的特点与纯金属一样,固溶体从液相中结晶出来的过程中,也包括有生核与长大两个过程,且固溶体更趋于呈树枝状长大。固溶体结晶在一个温度区间内进行,即为一个变温结晶过程。在两相区内,温度一定时,两相的成分(即含量)是确定的。确定相成分的方
7、法见2.1.4。两相区内,温度一定时,两相的相对质量是一定的,且符合杠杆定律。固溶体结晶时成分是变化的(相沿变化,相沿变化),缓慢冷却时由于原子的扩散充分进行,形成的是成分均匀的固溶体。如果冷却较快,原子扩散不能充分进行,则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶轴含高熔点组元()较多,后结晶的树枝晶枝干含低熔点组元()较多。结果造成在一个晶粒之内化学成分的分布不均。这种现象称为枝晶偏析(见图2.7)。枝晶偏析对材料的机械性能、抗腐蚀性能、工艺性能都不利。生产上为了消除其影响,常把合金加热到高温(低于固相线100左右),并进行长时间保温,使原子充分扩散,获得成分均匀的固溶体。这种处理称为扩散退火
8、。 图2.7 枝晶偏析示意图(四)课堂小结 点出重点,分析难点(五)布置作业1、复习本次课的内容2、习题册上的习题 3、预习下一节内容准备上课学生思考并回答所提出的问题。学生分组讨论并发言听 讲 记笔记学生思考、讨论准备回答听 讲 记笔记学生认真听课听 讲 记笔记学生认真思考听课记笔记总结归纳结合图形详细讲解学生认真听讲指导学生看书认真听讲记笔记 学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容2分5分5分5分10分10分15分10分15分5分5分3分理 论 课 教 案章节课题4-3二元合金相图(二)课 型新授课课时2教具学具电教设施多媒体教学目标知识教学点使学生掌握二元相图的基本知识,为学习后面的
9、铁碳相图打好基础,在此基础上了解合金的结晶过程。能力培养点熟悉几种常见的二元合金相图(共晶相图);会利用杠杆定律计算相组成物及组织组成物的相对含量。德育渗透点培养学生的职业道德观及互相协作的精神教学重点难点重点掌握合金中的相及相结构类型;熟悉几种常见的二元合金相图。难点利用杠杆定律计算相组成物及组织组成物的相对含量。学法引导1、讲授法 2、讨论法教学内容更新、补充、删节补充金属材料与热处理相关内容参考资料金属学与热处理课后体会教 与 学 互 动 设 计教 师 活 动 内 容学生活动内容时间(一)组织教学点名考勤,稳定学生情绪,准备上课(二)提出问题1、二元合金相图的基本定义2、杠杆定律的应用3
10、、匀晶相图(三)讲授新课4-3二元合金相图(二)三、共晶相图两组元在液态无限互溶,在固态有限互溶,冷却时发生共晶反应的合金系,称为共晶系并构成共晶相图。例如、合金相图等。现以合金相图为例,对共晶相图及其合金的结晶过程进行分析。1 相图分析合金相图(图2.8)中,为液相线,为固相线。合金系有三种相:与形成的液溶体相,溶于中的有限固溶体相,溶于中的有限固溶体相。相图中有三个单相区(、相区);三个两相区(+、+、+相区);一条+的三相并存线(水平线)。 图2.8 Pb-Sn合金相图及成分线点为共晶点,表示此点成分(共晶成分)的合金冷却到此点所对应的温度(共晶温度)时,共同结晶出点成分的相和点成分的相
11、:。这种由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫做共晶反应。所生成的两相混合物(层片相间)叫共晶体。发生共晶反应时有三相共存,它们各自的成分是确定的,反应在恒温下平衡地进行着。水平线为共晶反应钱,成分在之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。线为在中的溶解度线(或相的固溶线)。温度降低,固溶体的溶解度下降。含量大于点的合金从高温冷却到室温时,从相中析出相以降低其 含量。从固态相中析出的相称为二次,常写作。这种二次结晶可表达为:。线为在中的溶解度线(或相的固溶线)。含量小于点的合金,冷却过程中同样发生二次结晶,析出二次:。2.3.2 典型合金的结晶过程2.3.2.1 合金合金的平衡结晶过程(如
12、图2.9所示)。液态合金冷却到1点温度以后,发生匀晶结晶过程,至2点温度合金完全结晶成固溶体,随后的冷却(2-3点间的温度),相不变。从3点温度开始,由于在中的溶解度沿线降低,从中析出,到室温时中含量逐渐变为点。最后合金得到的组织为+。其组成相是点成分的相和点成分的相。运用杠杆定律,两相的相对质量为: 合金的室温组织由和组成,和即为组织组成物。组织组成物是指合金组织中那些具有确定本质,一定形 图2.9 合金结晶过程示意图成机制和特殊形态的组成部分。组织组成物可以是单相,或是两相混合物。 合金的室温组织组成物和皆为单相,所以它的组织组成物的相对质量与组成相的相对质量相等。2.3.2.2 合金 合
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