晶粒大小可以用单位体积内晶粒数目来表示，数目越多晶粒越小。
为了方便测量，常用单位截面上晶粒的平均直径来表示。下表是晶粒大
小对纯铁力学性能的影响：
δ(%) 晶粒平均直径(μm) σb（MPa）
70 184 30.6
25 216 39.5
2.0 268 48.8 【板书】晶粒越细，金属材料的力学性能越好。 270 1.6 50.7 细化晶粒的方法有： 分析上表晶粒大小对纯铁力学性能的影响，你得出的结论是： 1、增大过冷度 适用于中小型铸件。 ______________________________________________________。 2、变质处理(孕育处理) 在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂。
3、振动处理 【交流与讨论】 细化晶粒是提高金属材料力学性能的重
要手段之一，工业上把利用细化晶粒来强化 金属材料的方法称为细晶强化。专家们认为： “细晶强化是一种最经济的强化金属材料的
方法。”你怎样理解这一观点的？
（金属同样的结晶，细晶粒，力学性能就好，反之就差。）
【板书】四、临界温度：金属材料结构发生改变的温度。
如纯Fe的临界温度为 1538℃， 纯Cu 的临界温度为 1083℃。
教师指导阅读“你知道吗？”
【小结】学习内容
一、纯金属结晶特点
纯金属是在恒定的温度下结晶的。 二、纯金属的结晶过程 晶核形成与晶核长大
三、晶粒大小对其力学性能的影响
晶粒越细，金属材料的力学性能越好。 细化晶粒的方法。
学习重点：纯金属结晶的特点，细化晶粒的方法。
【作业】略
21
课 题：第三节 纯铁的同素异构转变（1课时）
教学要求：明确同素异构转变，掌握纯铁的同素异构转变。 教学重点：纯铁的同素异构转变。
教学难点：应用纯铁的同素异构转变分析问题。 教学过程：
【复习】1、纯金属结晶的特点是什么？请解释其原因。
2、金属结晶时，结晶出来的晶体大好还是小好？细化晶粒的方法有哪些？ 3、金属常见的晶格类型有哪三种？请描述具体的空间结构。
【新课导入】通过前面的学习，我们知道金属结晶后是晶体结构，每种金属都有它自己的晶格类型。如纯铁在1538℃，结晶出来的晶格类型是体心立方晶格的a－Fe 。那么固体金属温度改变晶格类型会不会改变？请同学们阅读第三节第一段前两行内容。 【板书】第三节 纯铁的同素异构转变
一、同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
【讲解】同素就是同种元素；
由同素异构转变所得到的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。
【板书】同素异构体的稳定性： α β γ δ 低温 高温 二、纯铁的同素异构转变
（教师引导学生分析图2-8为纯铁的冷却曲线，师生共同概括出下式）
例一．下列说法不你认为对的打√，错的打× 1．在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。------------------------------( ) 2．纯铁在780℃时晶体结构为面心立方晶格的γ—Fe。------------------------- ( ) 3．45钢从室温加热到1000℃时，硬度降低，塑性提高，可进行锻造。这是因为内部发生了 改变的缘故。---------------------------------------------------------- ( ) 例二．填写出纯铁在下列温度下的组织和晶体结构： 温度（℃） 室温 1000 1450 组织名称 晶体结构 【交流与讨论】金属晶体结构改变，它的性能会不会改变？ （教师可引导学生再次阅读例一、3和“材料史话”，得出结论）
【讲解】不仅纯铁能够发生同素异构转变，而且铁碳合金——钢、铸铁同样能发生同素异构转变。正因为如此，生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理来改变其组织和性能 。可见纯铁的同素异构转变现象具有极其重要的意义。 【小结】学习内容
一、同素异构转变
二、纯铁的同素异构转变
学习重点：纯铁的同素异构转变
【作业】略
22
第三章 铁碳合金
课 题：第一节 合金的组织（1课时）
教学要求：1、初步了解合金的组元、相的含义；
2、掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能；
3、明确固溶强化及其原因。
教学重点：固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能，固溶强化。 教学难点：固溶强化。 教学过程：
【复习】1、什么叫合金、请说明下列合金的组成。
黄铜 碳钢 硬铝 武德合金
（Cu-Zn Fe-C AI-Cu-Mg Pb-Sn-Bi-Cd ）
2、合金至少有几种元素组成？一定是金属元素与金属元素组成的吗？ 【新课导入】今天我们将开始讨论学习第三章合金的有关知识。 【板书】第一节 合金的组织
合金：一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质。
组元：组成合金最基本的独立的物质。
【讲解】黄铜中的铜、锌就是组元，组元可以是金属元素、非金属元素，也可以是稳定的化合物。根据合金中组元的多少，合金可分为： 【板书】 二元合金 黄铜 碳钢 三元合金 硬铝 多元合金 武德合金
相：合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。 【讲解】相与相之间具有明显的界面。
我们假设100克水最多溶解36克食盐。 水 食盐 相
0克 20克 固相
100克 20克 液相
100克 40克 液相+固相
固体物质不一定是单相。如钢筋混凝土可以把水泥、沙子、石子、钢筋看成单独的相。固体合金也是如此。 【板书】合金组织
一、固溶体：合金的组元相互溶解形成的均匀固相。
【讲解】固溶体中一般含量多者为溶剂，含量少者溶质。固溶体的结构特点是它仍然保持溶剂组元的晶体结构，溶质原子则分布在溶剂晶格之中。例如，单相黄铜就是锌（Zn）溶解在铜（Cu）中的固溶体。其中铜是溶剂而所锌是溶质，黄铜保持了铜的面心立方晶格，如图3-1所示。根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为： 【板书】置换固溶体（溶质、溶剂原子直径接近）
（图3-2a所示）
间隙固溶体（溶质原子直径大大小于溶剂原子直径）
（图3-2b所示）
1、晶格 固溶体晶格与溶剂晶格相同。 纯铜：面心立方晶格
黄铜：面心立方晶格
2、性能 固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度提高的现象。
原因：溶质原子的溶入使溶剂晶格发生畸变。（如图3-3所示）
23
二、金属化合物：合金的组元相互发生化学作用形成一种具有金属特性的物质。
如Fe3C、Cr7C3、Cr23C6等。 1、晶格 金属化合物晶格复杂。
2、性能 熔点较高、硬度高、脆性大。
【讲解】当合金组织中出现金属化合物化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。金属化合物是许多合金的重要组成相。
【板书】三、机械混合物：合金的组元相互混合形成多相组织。
【讲解】可以是两种或多种纯金属、固溶体、金属化合物各自组成的机械混合物，也可以是它们之间组成的机械混合物。工业上生产的大多数合金是由机械混合物组成。例如焊锡、钢、生铁等。
【板书】1、晶格 各个组成相仍然保持了各自的晶格。 2、性能 性能介于组成相的性能之间。 【小结】学习内容
一、合金的组元、相 二、合金的基本组织
固溶体 最基本的相
金属化合物 最基本的相 机械混合物 多相组织
学习重点：合金的基本组织、固溶强化
【交流与讨论】 请比较加工硬化与固溶强化的异同。
加工硬化 固溶强化
不同点 相同点
【作业】略
24
课 题：第二节 铁碳合金的基本组织（1课时）
教学要求：熟练掌握铁碳合金基本组织——铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的含义、符号、性能。
教学重点：铁碳合金基本组织的含义、符号、性能。 教学难点：铁碳合金基本组织的性能 教学过程：
【复习】1、纯铁的同素异构转变是如何进行的？α－Fe 、γ－Fe晶格类型分别是怎样的？它们一般存在于什么什么温度之间？
2、合金的基本组织有哪三种类型？
3、固溶体又有哪两种类型？固溶体的性能是怎样的？
【新课导入】钢和生铁都是铁碳合金，根据含碳量的不同，碳可以溶解在铁中形成固溶体，也可以反应形成金属化合物，或固溶体与金属化合物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中出现以下几种基本组织。 【板书】
组织名称 符号 含义 含碳量 性能
铁素体 F 碳溶解在α－Fe中的 0.0008％ 塑性、韧性很好，强度、硬度
间隙固溶体。 （ 室温） 低。（δ：30~50％,Ak：128~160J， （指导观察图3-4、3-5） σ b：180~280MPa，HBS：50~80）
奥氏体 A 碳溶解在γ－Fe中的 0.77％ 塑性、韧性好，强度、硬度不
间隙固溶体。 （727℃） 高（伸长率δ：45％～60％σ b： （指导观察图3-6、3-7） 400MPa，HBS：160～200）
渗碳体 Fe3C 铁与碳反应形成的金 6.69％ 硬度很高（相当于800HBS），塑
属化合物。 性、韧性几乎为零，脆性很大。
珠光体 P 铁素体与渗碳体组成 0.77％ 强度较高，硬度适中，有一
的机械混合物。 （727℃以下） 定的塑性。（σ b：800MPa，HBS：（指导观察图3-8） 160～280，δ：20％～25％）
莱氏体 Ld 由奥氏体和渗碳体组成。 （727℃以上） 硬度高（相当于700HBS），
Ldˊ 由珠光体和渗碳体组成。 （727℃以下） 塑性很差。
（指导观察图3-9）
注： 在完成上述内容教学时，结合完成下列内容教学。 【交流与讨论】 下表为纯铁的力学性能，通过学习比较可以发现铁素体力学性能与纯铁基本
相同，请问你是如何看待这一问题的？ 抗拉强度 硬度 伸长率 断面收韧性 力学性能 （HBS） （δ） 缩率（ψ） （Ak） （σ b）
力学性能 176-276 MPa 50-80 40%-50% 70%-80% 128-160J 指标值
【讲解】渗碳体有片状、球状（粒状）、网状等不同形态，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有很大的影响。渗碳体在适当的条件下，能分解为铁和石墨：
Fe3C─→3Fe+C（石墨）
【交流与讨论】
在铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体中： 属于合金基本相的是____________________________， 属于机械混合物的是____________________________， 只能存在727℃以上组织是______________________。 25
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