教案.教材-—《金属材料与热处理》理论课.doc

理 论 课 教 案
章节
课题
绪论 §1－1 金属的力学性能（一）
课 型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
金属力学性能的强度和塑性
能力
培养点
通过学习使学生们了解力学性能的作用和试验原理
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
各性能的符号、表示方法
难点
试验原理
学法引导
1、讲授法 2、自主探究法
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）复习提问
1、 谈谈对于金属材料及热处理这门课的认识？
2、 什么是力学性能？
（三）讲授新课
绪论
一．讲述金属的发展过程
1． 古代
2． 近代
3． 现在
4． 未来
二． 学习《金属材料与热处理》的方法
1． 认真做好课堂笔记
2． 理论联系实际
3． 按时完成作业，有不懂的问题及时问老师。
三．《金属材料与热处理》的内容及重点和难点
1． 学习材料的两种性能（力学和工艺）
2． 金属的结构与结晶（微观角度看材料的性能）
3． 铁碳合金相图的纵向和横向分析
4． 碳素钢和铸铁的分类和用途
5． 几种有色金属的性能和用途、几种非金属的介绍
第一章 金属的性能
由于中学的时候我们已经学习了金属的物理和化学性能，所以现在我们主要是介绍金属的另外两种性能------力学性能和工艺性能。
第一节 金属的力学性能（一）
载荷
1、概念：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
2、分类：根据载荷作用性质分，载荷分三种：
⑴、静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。
——如：桌上粉笔盒的受力，用双手拉住一根粉笔两端慢慢施力等。
⑵、冲击载荷：突然增加的载荷。
——如：用一只手捏住粉笔的一端，然后用手去弹击粉笔。
⑶、变交载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。
——如：通过在黑板上绘图分析自行车轮转动时辐条的受力。
      根据载荷作用形式分，载荷又可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭曲载荷等。

拉伸载荷              压缩载荷          弯曲载荷

             剪切载荷                    扭曲载荷
㈡、内力
1、概念
材料受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的与外力相对抗的力。 
注意：内力一定是在外力的作用下，材料内部所产生的相互作用力。
2、特点
⑴、内力的大小：外力增加时内力也增加，其数值大小与外力相等，当内力达到其极限值时，外力再增加，材料将被破坏。
⑵、内力的方向：与外力相反。
⑶、内力的作用方式：随外力的作用方式而变化。
㈢、应力
1、概念
假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。即：R = F / S
（R——应力，Pa；  F——外力，N；   S——横截面面积，m2）
1Pa=1N/㎡1Mpa=1 *106 N/mm2
思考     公式中的内力为什么用外力代替？
            答： 内力 = 外力
2、意义
用“应力”可以表示不同材料的承载能力（见各种手册中的强度指标），也可以在现有外力下材料内部单位面积的受力。
——如：相同截面的粉笔和铁棒，在相同外力的作用下的结果。（粉笔先断，说明铁棒的应力比粉笔大，即承载能力较强。）
——如：相同截面的同一粉笔在不同的外力的作用下的结果。（作用力大的粉笔先断，说明先断的粉笔内部单位面积的受力较大）
一、强度
1、 定义：金属在静载荷的作用下，抵抗塑性变形或断裂的性能
2、表示方法：应力
抗拉强度
3、强度的种类 抗压强度
抗弯强度
抗剪强度
抗扭强度
4、 拉伸试验：
⑴拉伸试样：是国家规定的标准棒。
拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。
试棒直径d0与长度之间的关系：
两种 L0＝5 d0 或 L0＝10 d0

力－伸长曲线
⑵试验 力－伸长曲线 △L
⑶什么叫力－伸长曲线：拉力与伸长量的关系叫力－伸长曲线。
纵坐标为拉力F（N），横坐标为伸长量△L（mm）
⑷通过力－伸长曲线图可以看出拉伸时的几个变形阶段：
a、oe：弹性变形阶段：
试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。Fe为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。
b、es：屈服阶段：
不能随载荷的去除而消失的变形称为。在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。Fs称为屈服载荷
c、sb：强化阶段：
随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。Fb：试样拉伸的最大载荷。
d、bz：缩颈阶段（局部塑性变形阶段）
当载荷达到最大值Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”。如铸铁等。
3、强度指标：
（1）屈服点：
在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。用符号σs表示 ，计算公式：σs=Fs/So
对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，
计算公式：σ0.2=F0.2/So。屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。材料的屈服点或规定残余伸长应力是机械零件设计的主要依据，也是评定金属材料性能的重要指标。
（2）抗拉强度
材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。计算公式为：σb=Fb/So零件在工作中所承受的应力，不于允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。
二、塑性
断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。塑性由拉伸试验测得的。常用伸长率和断面收率表示。
1、伸长率：
试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。用δ表示：

L1—— L0
计算公式 δ＝ ×100%
L0
2、断面收缩率：
试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。用ψ表示
计算公式 ￠=×100%
金属材料的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）数值越大，表示材料的塑性越好。
四、课堂小结
点出重点: 学生总结
五、布置作业
1、复习本次课的内容
2、课后练习
3、下一节内容预习提示

准备上课

学生思考并回答所提出的问题。

学生认真听讲

学生认真听讲
并记笔记

跟随老师思路,认真听讲

学生分组讨论

学生分组讨论
并发言

听 讲

记笔记

学生认真听讲并记笔记

跟随老师的
思路进行分析

认真听讲

记笔记

跟随老师的
思路进行分析

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

10分

20分

30分

15分

5分

3分
理 论 课 教 案
章节
课题
§1－2 金属的力学性能（二） §1－3 金属的工艺性能
课 型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
金属力学性能的硬度、冲击韧性、疲劳强度、工艺性能
能力
培养点
通过学习使学生们了解力学性能的作用和试验原理
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
各性能的符号、表示方法
难点
试验原理
学法引导
1、讲授法 2、自主探究法
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）复习提问
1、强度和判据
2、韧性及其判据
（三）讲授新课
第一节 金属的力学性能（二）
三、硬度：
材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。在机械制造中，有些材料是需要很高硬度的，如：车刀、铣刀、钻头、量具、冲模等，硬度是金属材料重要的力学性能之材料的硬度是通过试验测定出来的，而硬度试验有三种：
布氏硬度
硬度 洛氏硬度
维氏硬度
1、布氏硬度：
（1）布氏硬度的测试原理：用一定直径的球体（钢球或硬质合金），以规定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压痕直径来计算硬度
用HBS（HBW）表示：HBS（HBW）=0.102
当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。
（2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间（10~15不标注）。
例：170HBS10/1000/30表示用直径10mm的硬质合金球，在9807N的试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。
练习：530HBW5/750：表示用直径5mm的硬质合金球，在7355N的试验力作用下，保持10~5s时测得的布氏硬度值为530。
（3）应用范围及优缺点：测定灰铸铁、有色金属各种软钢等硬度不是很高的材料。
优点：能准确反映出金属材料的平均性能。
缺点：操作时间长，压痕测量较费时。
2、洛氏硬度
（1）测试原理：
采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。表示符号：HR
（2）标尺及其适用范围：
每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。
不同标尺的洛氏硬度值不能直接进行比较，可换算。
表示方法：符号HR前面的数字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的标尺。
（3）优缺点：
优点：①操作简单迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值；②压痕小，可测成品及较薄工件；③测硬度范围大。
缺点：数值波动大
3、维氏硬度。
原理：与布氏硬度试验相同。测量压痕对角线长度，从表中查出。
表示：与布氏硬度相同。
如：640HV30表示用294.2N试验力，保持10S~15S测定的维氏硬度值为640。
可测较薄的材料，也可测量表面渗碳、渗透层的硬度，可测定很软到很硬的各种金属材料的硬度、准确。
四、冲击韧性：
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。
常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材料的冲击韧性。
1、冲击试样；
2、冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大，表示材料的冲击韧性越好。
3、小能量多次冲击试验。
五、疲劳强度
1、疲劳概念：
在交变应力作用下，零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。
2、疲劳破坏的特征
①、疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；
②、引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；
③、疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。
3、疲劳曲线和疲劳极限
疲劳曲线是指交变应力与循环次数的关系曲线。

第二节 金属的工艺性能
一、工艺性能的概念：金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。具体内容如下：
1：铸造性（可铸性）：指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。铸造性主要包括流动性，收缩性和偏析。流动性是指液态金属充满铸模的能力，收缩性是指铸件凝固时，体积收缩的程度，偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。
2：可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。
3：切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。
4：焊接性（可焊性）：指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适性。
四、课堂小结
点出重点: 学生总结
五、布置作业
1、复习本次课的内容
2、课后练习
3、下一节内容预习提示

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

学生认真听讲并记笔记

跟随老师的
思路进行分析

认真听讲

记笔记

跟随老师的
思路进行分析

学生认真听讲

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

10分

20分

20分

5分

10分

10分

5分

3分
理 论 课 教 案
章节
课题
§2－1 金属的晶体结构
课 型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
通过学习使学生们了解金属晶体结构的概念，
晶体的晶格类型及晶体的缺陷。
能力
培养点
晶格的类型及晶体的缺陷
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
晶格的类型及结构
难点
晶格的类型
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、同素异形体
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
3、 谈谈对于金属材料及热处理这门课的认识？
4、 什么是晶体和非晶体？
（三）讲授新课
第一章 金属的结构与结晶
§1－1 金属的晶体结构
一.、.基本知识（表1-1） p3思考题？
1、非晶体：物质内部，凡原子呈无序堆积状况的。
2、晶体：物质内部凡原子呈有序，有规则排列的物体叫～。
金属在固态下，一般呈晶体。
晶体具有固定熔点，性能呈各向异性。
非晶体没有固定熔点，性能表现为各向同性。
3、晶格和晶胞：
晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间格架。
晶胞：能完整地反映晶格特征的最小几何单元。
提示：晶胞是可以反应金属圆子排列规律的最小单元，所以一般都是取晶胞来研究金属晶格结构的。
二、常见晶格类型（表1-2）
1、体心立方晶格：晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。如钨、钼、钒等。
2、面心立方晶格：晶胞是个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的六个面的中心。如金、银等。
3、密排六方晶格：晶胞是个正六棱柱。原子除排列在柱体的每个顶点和上下两个面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。如：镁、铬、锌等
提示：即使是相同的原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则它的之间的性能存在很大的差别，如金刚石和石墨（同素异形体）
三、单晶体与多晶体
1、多晶体结构
晶粒：外形不规则而内部原子排列规则的小晶体
晶界：晶粒与晶粒之间的分界面
2、单晶体结构
单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。其晶格排列方位完全一致。必须是人工制作。
注意：普通金属都是多晶体，虽然每个晶粒各向异性，但是由于各个晶粒的相位不同，加之晶界的作用，则使各晶粒的各向异性相互抵消，因而整个多晶体呈现出无相性。即各项同性。
四、晶体的缺陷
晶体缺陷：晶体中原子紊乱排列的现象。可分为：点缺陷、线缺陷和面缺陷。具体如下：（表1-3）
1、点缺陷
晶体在三维的方向尺寸很小，不超过几个原子直径的缺陷
常见的有晶格空位和间隙原子、宏观上，影响材料的强度、硬度和导电性，同时出现在缺陷处的原子容易移动。
2、线缺陷
晶体在某一平面中呈线性分布的缺陷，典型的有刃型位错
由于错位，内应力增大，宏观上，使金属的塑性变形更加容易
3、面缺陷
金属的空间分布中存在着较大的缺陷，常见的有晶界和亚晶界。高温下，晶界处原子极易扩散，常温下是金属的塑性变形的阻力增大。宏观上，金属的强度和硬度高，力学性能好。
（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

学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容

2分

5分

20分

10分

20分

20分

10分

3分

理 论 课 教 案
章节
课题
§2－2 纯金属的结晶 §2－3 金属的同素异构的转变
课 型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
通过学习使学生们了解金属的结晶过程，结晶冷却的曲线。
能力
培养点
结晶的过程及晶粒大小对金属材料的影响
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
结晶的过程、晶粒大小对金属材料的影响
难点
结晶的过程
学法引导
1、讲授法 2、习题法
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）复习提问
1、讨论金属如何结晶？
（三）讲授新课
§2－2 纯金属的结晶
一.、.结晶的概念
结晶：金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。
二.、.结晶潜热
结晶潜热：结晶过程中放出的热量。
三、纯金属的结晶过程
（一）、纯金属的冷却曲线及过冷度
1、 冷却曲线的测定：用测温的方法，描绘时间与温度之间关系。
2、过冷度：理论结晶温度和实际结晶温度之差叫过冷度
表示：△T＝To-T1
3、温度的大小与冷却的速度有关。
冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。冷却曲线的坐标表示：
纵坐标表示――温度（T）
横坐标表示――时间（ t ）
提问：为什么纯金属结晶时，冷却曲线有一段是水平的：
由于结晶过程的结晶潜热补赏了散失在空气中的热量，因此，结晶时温度并不随时间的延长而下降。 直到结晶终了时，温度下降才快些。
4、温度的大小与什么有关：与冷却的速度有关。
冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。
（二）、纯金属的结晶过程―――晶核的形成与长大
晶核：作为结晶核心的微小晶体。
1、单晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体叫～。
2、单晶体有各向异性：因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的，其性能是各向异性的。
3、多晶体：结晶后的晶体是许多位向不同的晶粒组成的。
多晶体中各晶粒的晶格位向互不一致，各向异性彼此抵消。
四、晶粒大小对金属材料的影响
晶粒越细，金属具有较高的强度和韧性。在实际的生产过程中，为了提高金属的力学性能，就要控制金属结晶的大小。通过研究和分析，发现晶粒的大小与结晶时的形核率有关，与晶核长大的速度有关。形核率越高，长大的速度越慢，晶粒就越小。抓住这个规律之后，所以确认：
细化晶粒的根本途径是控制形核率及长大速度。
增加过冷度
1、常用细化晶粒的方法： 变质处理
振动处理
⑴增加过冷度能使晶粒细化：这种方法的适应范围：中、小型铸件。
⑵变质处理：在熔液中加一些变质剂（形核剂）这种方法可使晶粒显著增加，或者降低晶核的长大速度。加入哪些元素可细化晶粒：钢：钛（Ti） 硼（P） 铝（Al）铸铁：硅铁（SiFe） 硅钙（SiCa）等
⑶振动处理：结晶时金属液加以机械、超声波、电磁振动等，使晶格破碎。
第三节、同素异构转变
1、概念：金属结晶后，晶格类型随温度的改变而发生的变化。
2、举例：纯铁的同素异构转变（图1-7）

1538度(结晶δ-Fe) 1394度(γ-Fe) 912度(β-Fe)
（体心立方晶格） （面心立方晶格） （密排六方晶格）
同素异构转变的特点：固态相变是需要较大的过冷度的，则体积变化时造成较大的内应力，以致于淬火时引起应力导致工件变形和开裂，因此要控制冷却速度，可以改变同素异构后的晶粒的大小，从而改变金属的性能。
（四）课堂小结
点出重点，分析难点
（五）布置作业
1、复习本次课内容
2、课后习题册
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 课
记笔记

学生分组讨论
并发言

听 讲
提 问

学生分组讨论并发言

记笔记

学生分组讨论并发言：温度与结晶的关系

讨论生产中常见
的细化晶粒的方法

分组讨论，对比金刚石和石墨认识同素异晶转变

学生认真听讲，并详细记笔记

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

15分

15分

10分

20分

15分

5分

3分

理 论 课 教 案
章节
课题
§3-1金属的塑性变形
课 型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
通过学习使学生们了解什么是单晶体塑性变形、多晶体塑性变形
能力
培养点
掌握单晶体塑性变形、多晶体塑性变形
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
单晶体塑性变形、多晶体塑性变形
难点
单晶体塑性变形、多晶体塑性变形
学法引导
讨论法、训练法、自主探究法
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）复习提问
1、金属工艺性能包括哪些？
（三）讲授新课
第三章 金属的塑性变形与再结晶
在工业生产中，经熔炼而得到的金属锭，如钢锭、铝合金锭或铜合金铸锭等，大多要经过轧制、冷拔、锻造、冲压等压力加工(图3—1)，使金属产生塑性变形而制成型材或工件。金属材料经压力加工后，不仅改变了外形尺寸，而且改变了内部组织和性能。因此，研究金属的塑性变形，对于选择金属材料的加工工艺、提高生产率、改善产品质量、合理使用材料等均有重要的意义。

图3—1 压力加工方法示意图
a)轧制 b)挤压 c)冷拔 d)锻造 e)冷冲压
第一节 金属的塑性变形
金属在外力(载荷)的作用下，首先发生弹性变形，载荷增加到一定值后，除了发生弹性变形外，还发生塑性变形，即弹塑性变形。继续增加载荷，塑性变形也将逐渐增大，直至金属发生断裂。即金属在外力作用下的变形可分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个连续的阶段。
弹性变形的本质是外力克服了原子间的作用力，使原子间距发生改变。当外力消除后，原子间的作用力又使它们回到原来的平衡位置，使金属恢复到原来的形状。金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。
塑性变形后金属的组织和性能发生变化。塑性变形较弹性变形复杂得多，下面先来分析单晶体的塑性变形。
一、单晶体的塑性变形
单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动。由图3—2可见，要使某一晶面滑动，作用在该晶面上的力必须是相互平行、方向相反的切应力(垂直该晶面的正应力只能引起伸长或收缩)，而且切应力必须达到一定值，滑移才能进行。当原子滑移到新的平衡位置时，晶体就产生了微量的塑性变形(图3—2d)。许多晶面滑移的总和，就产生了宏观的塑性变形，图3—3为锌单晶体滑移变形时的情况。

图3-2 晶体在切应力作用力的变形
a)未变形 b）弹性变形 c）弹、塑性变形 d）塑性变形

图3-3 锌单晶体滑移变形示意图
a)拉伸 b)压缩
研究表明，滑移优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生，晶体中能够发生滑移的晶面和晶
向称为滑移面和滑移方向。不同晶格类型的金属，其滑移面和滑移方向的数目是不同的，一般来说，滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。
理论及实践证明，晶体滑移时，并不是整个滑移面上的全部原子一起移动，因为那么多
原子同时移动，需要克服的滑移阻力十分巨大(据计算比实际大得多)。实际上滑移是借助
位错的移动来实现的，如图3—4所示。
位错的原子面受到前后两边原子的排斥，处于不稳定的平衡位置。只须加上很小的力就
能打破力的平衡，使位错前进一个原子间距。在切应力作用下，位错继续移动到晶体表面，
就形成了一个原子间距的滑移量，如图3—5所示。大量位错移出晶体表面，就产生了宏观的塑性变形。按上述理论求得位错的滑移阻力与实验值基本相符，证实了位错理论的正确

图3-4 错位的运动 图3-5 通过位错运动产生滑移的示意图
二、多晶体的塑性变形
常用金属材料都是多晶体。多晶体中各相邻晶粒的位向不同，并且各晶粒之间由晶界相
连接，因此，多晶体的塑性变形主要具有下列一些特点：
1．晶粒位向的影响
由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力的作用下，有的晶粒处于有利于滑移的位置，有的晶粒处于不利于滑移的位置。当处于有利于滑移位置的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑性变形时，受到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑性变形呈逐步扩展和不均匀形式，其结果之一就是产生内应力。
2．晶界的作用
晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。图3—6所示是一个只包含两个晶粒的试样经受拉伸时的变形情况。由图可见，试样在晶界附近不易发生变形，出现了所谓的“竹节”现象。这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移。很显然，晶界越多，晶体的塑性变形抗力越大。

图3—6 两个晶粒试样在拉伸时的变形
a)变形前 b)变形后
3．晶粒大小的影响
在一定体积的晶体内，晶粒的数目越多，晶界就越多，晶粒就越细，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高，而且塑性和韧性也较好。因为晶粒越细，在同样变形条件下，变形量可分散在更多的晶粒内进行，使各晶粒的变形比较均匀，而不致过分集中在少数晶粒上，使其变形严重。另一方面，晶粒越细，晶界就越多，越曲折，有利于阻止裂纹的传播，从而在其断裂前能承受较大的塑性变形，吸收较多的功，表现出较好的塑性和韧性。由于细晶粒金属具有较好的强度、塑性和韧性，故生产中总是尽可能地细化晶粒。
第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响
一、冷塑性变形对金属组织的影响
当变形程度很大时，晶粒会沿变形方向伸长，形成细条状，称为冷加工纤维组织。此时金属的的性能具有明显的方向性，其纵向（沿纤维方向）的力学性能高于横向（垂直于纤维方向）的性能。金属内部存在着残余应力。
二、冷塑性变形对金属性能的影响
随着冷塑性变形程度的增加，金属材料的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。这种现象称为冷变形强化。
三、冷塑性变形是金属产生残余应力
根据残余应力的作用范围，残余应力可分为宏观残余应力、微观残余应力、晶格畸变残余应力。
宏观残余应力是指金属各部分塑性变形不均匀所造成的残余应力
微观残余应力是指晶体中各晶粒或亚晶粒塑性变形不均匀所造成的残留应力。
晶格畸变应力是指金属塑性变形时，晶体中一部分原子偏离其平衡位置造成晶格畸变而产生的残余应力。
四、冷变形期强化在生产中的影响
冷变形强化可以提高金属的强度、硬度和耐磨性，是强化金属材料的一种工艺方法。同时，冷变形强化还可以是金属材料具有瞬间抗超载能力。
冷变形强化会使金属的塑性降低，继续变形的困难，甚至出现开裂。为了能使金属材料能够继续加工，必须实行中间热处理。消除冷变形强化。增加成本，降低生产率。还会是金属某些物理性能、化学性能发生改变。
（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、课后练习
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 课
记笔记

听 讲

记笔记

学生仔细思考，并分组讨论，得出答案

记笔记

跟随老师的
思路进行分析

记笔记

跟随老师的
思路进行分析

听课
记笔记

学生认真听讲

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

10分

10分

20分

10分