金属的熔炼与凝固(二)

3.2 熔化和凝固【教学目标】1.借助日常生活经验，认识物态变化、熔化和凝固。

2.通过探究实验，学习用图象处理实验数据，提高动手能力。

3.将所学知识与日常生活相结合，尝试运用物理知识解决问题。

4.通过分析实验数据，理解熔点和晶体、非晶体。

【教学重难点】重点：实验探究晶体与非晶体在熔化过程中的本质区别，总结不同物质熔化和凝固的规律。

难点：根据实验数据分析、总结推理熔化和凝固曲线并了解其物理意义。

【教学过程】一、导入新课教师展示图片：由物质三种状态及物态变化引出熔化和凝固。

引出主题：我们常见的物质有三种状态：固态、液态、气态。

比如：冰、铜、铁通常是固态的，水、油通常是液态的，氧气、氮气、氢气都是气态的。

而物质的状态在一定条件下是可以变化的，这就是物态变化。

其中，固态和液态之间的变化叫熔化、凝固。

这就是我们这节课的主题：第三章第二节熔化和凝固。

二、新课讲授（一）熔化和凝固提问：什么是熔化？什么是凝固？一句话描述。

预设：熔化：物质从固态变成液态的过程叫做熔化（melting）。

凝固：物质从液态变成固态的过程叫做凝固（solidification）。

2.交流举例：自主思考，同位交流。

熔化：冰熔化为水、蜡烛熔化为烛滴等。

凝固：水结冰、火山喷出的岩浆凝固成火山岩等。

更多预设：把水放入冰箱的冷冻室里，水就会变成冰；把冰加入饮料中，冰从饮料中吸收热量就变成了水。

点燃的生日蜡烛的火焰旁边，固态的蜡不断地变成液态的蜡，一部分流下来的蜡滴很快又变成了固态的蜡。

路桥施工人员把固态的沥青加热成液态，再把液态的沥青浇在路面上，很快又变成固态。

钢水浇铸成火车轮。

把废塑料回收再制成塑料产品。

针对训练1.用铜块浇铸铜像的过程，发生的物态变化是()。

A．一个凝固过程B．一个熔化过程C．先熔化后凝固D．先凝固后熔化答案：C 解析：固变液叫熔化，液变固叫凝固。

3.启发引导：物质怎样才会由固态变成液态？在熔化过程中，它们的温度有什么变化？4.学生探究：组织、指导学生体会实验的各个环节，合作探究，仔细观察、认真分析。

《探究熔化和凝固的特点》知识清单一、熔化和凝固的基本概念熔化，指的是物质从固态变成液态的过程。

比如，冰变成水，蜡烛受热由固态变成液态，都是熔化现象。

凝固，则是物质从液态变成固态的过程。

水结成冰，液态的金属冷却后变成固态的金属块，这些都属于凝固现象。

二、熔化和凝固的条件熔化的条件有两个：一是温度要达到物质的熔点；二是要持续吸热。

凝固的条件同样有两个：一是温度要达到物质的凝固点；二是要持续放热。

这里需要注意的是，同种物质的熔点和凝固点是相同的。

例如，冰的熔点是 0℃，水的凝固点也是 0℃。

三、熔化和凝固的特点1、熔化特点在熔化过程中，物质吸收热量，但温度保持不变。

以晶体为例，比如冰在熔化过程中，尽管一直在吸热，但温度始终保持在 0℃，直到完全熔化成水。

而非晶体在熔化过程中，温度是不断升高的。

像石蜡在熔化时，一边吸热，一边温度持续上升。

2、凝固特点晶体在凝固过程中，不断放热，但温度保持不变。

水在凝固成冰的过程中，温度一直保持在 0℃，直到全部变成冰。

非晶体在凝固时，温度是逐渐降低的。

例如，玻璃浆在凝固时，温度持续下降。

四、常见的晶体和非晶体常见的晶体有：冰、海波、各种金属（如铁、铜、铝等）、萘、食盐等。

常见的非晶体有：石蜡、玻璃、松香、沥青、塑料等。

五、熔化和凝固的图像1、晶体的熔化和凝固图像晶体的熔化图像是一条温度不变的水平线段，表示在熔化过程中温度不变；晶体的凝固图像同样有一段温度不变的水平线段，表示凝固过程中温度不变。

2、非晶体的熔化和凝固图像非晶体的熔化和凝固图像都是曲线，没有温度不变的阶段，温度一直在变化。

六、熔化和凝固在生活中的应用1、熔化的应用（1）金属的熔炼：通过加热将金属从固态熔化成液态，进行铸造或加工。

（2）医疗中的局部冷冻麻醉：利用某些物质的凝固点低，如液氮，在常温下迅速汽化吸热，使局部组织迅速降温而达到麻醉的效果。

2、凝固的应用（1）冬天在菜窖里放几桶水，利用水凝固时放热，防止菜被冻坏。

铝合金熔炼与铸造1.铝合金是一种重要的金属材料，具有优异的物理性能和机械性能，广泛应用于航天航空、汽车制造、建筑工程等领域。

铝合金熔炼与铸造是生产铝合金制品的关键步骤，本文将介绍铝合金熔炼与铸造的基本原理、常用工艺和注意事项。

2. 铝合金熔炼铝合金熔炼是将铝合金原料加热至熔点，并以一定方式进行熔炼的过程。

铝合金原料可以是铝锭、废铝或铝合金碎料，在熔炼过程中需要加入一定比例的熔剂和合金元素。

铝合金熔炼的目的是将原料熔化并混合均匀，以获得符合要求的铝合金液态材料。

2.1 熔炼设备铝合金熔炼通常使用电阻炉、感应炉或电弧炉等熔炼设备。

其中，电阻炉是最常用的熔炼设备之一。

电阻炉通过电流通过导体产生的电阻热进行熔炼，具有加热速度快、操作方便等优点。

感应炉则利用电磁感应的原理进行加热，加热效率高，适用于熔炼大批量的铝合金。

电弧炉则利用电弧的高温进行熔炼，适用于熔炼高温合金。

2.2 熔炼工艺铝合金熔炼的工艺通常包括预热、熔炼和保温三个阶段。

将熔炼设备预热至一定温度，然后将铝合金原料和熔剂放入炉中，并控制加热温度和时间，使原料熔化并混合均匀。

，保持一定温度，使铝合金保持液态状态，以备后续的铸造工艺使用。

2.3 熔炼注意事项在铝合金熔炼过程中需要注意以下几点：•安全操作：熔炼过程中需要戴上防护设备，避免接触高温液态金属和有害气体。

•熔化温度控制：严格控制熔化温度，过高的温度会导致铝合金组织不稳定，影响机械性能。

•熔炼时间控制：合适的熔炼时间可以保证原料充分熔化和混合均匀。

•熔剂和合金元素的添加：根据铝合金的要求添加适当比例的熔剂和合金元素，以调整铝合金的成分和性能。

3. 铸造过程铸造是将铝合金液态材料倒入铸型中，并经过凝固和冷却形成所需的铝合金制品的过程。

铸造过程可以分为压铸、重力铸造和砂型铸造等不同的铸造方法。

3.1 压铸压铸是一种通过高压将铝合金液态材料注入金属模具中，并经过快速凝固形成制品的铸造方法。

压铸具有生产效率高、制品精度高等优点，适用于生产复杂形状的铝合金制品。

铝合金熔炼与浇注[关闭] 合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。

严格控制熔炼与浇铸的全过程，对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以及缩松等铸造缺陷起着重要的作用。

由于铝熔体吸收氢倾向大，氧化能力强，易溶解铁，在熔炼与浇铸过程中必须采取简易而又谨慎的预防措施国，以获得优质铸件。

一、铝合金炉料冷笑及质量控制为了熔炼出优质铝熔体，首先应选用合格的原材料。

须对原材料进行科学管理和适当处理，否则就会严重影响合金的质量，生产实践证明，原材料（包括金属材料及辅助材料）控制不严会使铸件成批报废。

（一）原材料必须有合格的化学成分及组织，具体要求如下：1.入厂的合金锭除分析主要成分及杂质含量外，尚就检查低陪组织及断口。

实践证明，使用了含有严重缩孔、针孔、以及气泡的铝液，就难以获得致密的铸件，甚至会造成整炉、整批的铸件报废。

有人在研究铝硅合金锭对铝合金针孔的影响时发现，用熔融的纯浇铸砂型试块时并不出现针孔，当加入低组织和不合格的铝硅合金锭后，试块针孔严重，且晶粒大。

其原因为材料的遗传性所致。

铝硅系合金和遗传性随着含量的提高面增大，硅量达到7%时，遗传显著。

继续提高硅含量到共晶成分，遗传性又稍减小。

为解决炉料遗传性引起的铸件缺陷，必须选用冶金质量高的铝锭、中间合金及其它炉料。

具体标准如下：（1）断口上不应有针孔、气孔(2)针孔应在三级以内，局部（不超过受检面积的25%）不应超过三级，超过三级者必须采取重熔炼的办法以减少针孔度。

重熔精炼方法与一般铝合金熔炼相同，浇铸温度不宜超过660℃，对于那些原始晶粒大的铝锭、合金锭等，应先用较低的锭模温度，使它们快速凝固，细化晶粒。

（二）炉料处理炉料使用前应经吹砂处理，以去除表面的锈蚀、油脂等污物。

放置时间不长，表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，所有的炉料在入炉前均应预热，以去除表面附的水分，缩短熔炼时间在3小时以上。

、（三）炉料的管理及存放炉料的合理保存及管理对确保合金质量有重要意义。

现代金属材料的制备与成型技术一、金属材料的制备技术：1.熔炼法：熔炼法是制备金属材料最常用的方法之一、它通过将金属原料加热至熔化状态，然后通过冷却凝固形成所需形状的材料。

熔炼法可分为电熔法、真空熔炼法、坩埚熔炼法等。

2.粉末冶金法：粉末冶金是一种将金属粉末通过成形与烧结来制备金属材料的方法。

该方法不需要熔化金属，可直接使用金属粉末，在高压下成型成所需形状，然后通过烧结得到金属材料。

3.化学法：化学法是一种利用化学反应来制备金属材料的方法。

常见的化学法包括电解法、沉积法和溶液法等。

这些方法通过将溶解金属离子的溶液与适当的反应剂反应，使金属离子还原成金属固体。

4.气相沉积法：气相沉积法是一种利用高温高压条件下，使金属原料气化后沉积在衬底上的方法。

这种方法可以制备薄膜、纤维等金属材料。

二、金属材料的成型技术：1.锻造成型：锻造是一种将金属材料加热至一定温度后施以一定的力使金属发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。

锻造可分为自由锻造、模锻造和挤压锻造等。

2.压力成型：压力成型是一种利用压力来使金属材料发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。

常见的压力成型包括挤压、拉伸、连续模锻等。

3.粉末冶金成型：粉末冶金成型技术是指利用金属粉末进行成型的方法。

通过将金属粉末与适当的粘结剂混合，然后在高压下成形。

最后通过烧结将金属粉末与粘结剂固化在一起，得到所需形状的金属成品。

4.焊接与连接：焊接是一种将两个或多个金属材料通过加热、溶解或者高压连接在一起的方法。

常见的焊接方法有电弧焊接、气焊、激光焊接等。

除了焊接外，还有螺纹连接、铆接和胶粘连接等方法。

三、现代金属材料的设备与工具：1.熔炉：熔炉是用于将金属原料熔化的设备，它可以提供高温条件，使金属原料达到熔点，进行熔炼制备。

2.成型机床：成型机床是用于金属材料成型的机床设备，如锻压机、冲床、拉伸机等。

它们通过施加力或者压力，使金属发生塑性变形，得到所需形状。

3.烧结炉：烧结炉是用于粉末冶金制备的设备，它可以将金属粉末在高温条件下烧结成一体。

第一章1金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液态金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。

原因：金属熔化时典型的体积变化∆V V m /(多为增大）为3%~5%,金属熔化潜热m H ∆比其汽化潜热b H ∆小得多，为汽化潜热的1/15~1/30。

2粘度：定义：作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dy dv x /的比例系数。

dy dv x ητ= 相关数学表达式：)exp(203T k U T k B B τδη= 0τ为原子在平衡位置的振动周期（对液态金属约为s 1310-） 粘度随原子间距δ增大而降低，以3δ成反比。

3运动粘度为动力粘度除以密度，即ρην/=粘度的影响因素：①金属液的粘度η随结合能U 按指数关系增加；②粘度随原子间距δ增大而降低；③η与温度T 的关系受两方面共同制约，但总的趋势随温度T 而下降。

4粘度在材料成型中的意义：①粘度对层流的影响远比对湍流的影响大。

在层流情况下的液体流动要比湍流时消耗的能量大。

当2300>e R 时，为湍流，当2300<e R 时，为层流。

雷诺数Re=ηρνDv Dv =（D 为直接，v 为速度，v 为运动粘度）ρνη速层D R f 32e 32== 2.02.00.2092.0e 092.0）速（湍ρνηD R f == 5流动阻力越大，管道中运输相同体积的液体所消耗的能量就越大，或者所所需压力差也就越大，由此可知，在层流情况下的液体流动要比湍流时消耗的能量大。

6夹杂物和气泡的上浮速度与液体的粘度成反比ηρρ2)(92r g v B m -=（m ρ为液体合金密度，B ρ为夹杂物或气泡密度） 下沉m B ρρ-(即杂—液）。

7.压力差：对一般曲面σ)11(21r r p +=∆（σ表面张力） 对圆柱形（2r =∞）则p ∆=rσ（式中1r r =）对球形（如液滴）（21r r =）则rp σ2=∆（式中21r r r ==） 9附加压力的意义：铸造过程金属液是否侵入砂型毛细管而形成粘砂，与表面张力σ引起的p ∆有关，金属液与砂型不湿润，有利于防止金属侵入砂型毛细管而形成粘砂，但毛细管直径D 及金属液静压头H 越大，越容易产生粘砂。

交互讲解：教案二中的熔化和凝固的实际应用近年来，熔化和凝固这两个概念在我们的生活中已经渐渐变得不陌生了。

我们从小学开始就学习到了这些概念，但究竟熔化和凝固在我们生活中有哪些实际应用呢？在本次交互讲解中，我们将深入探讨教案二中的熔化和凝固的实际应用。

一、熔化的实际应用1.制作玻璃玻璃是一种高温熔融的无机非晶固体。

制作玻璃的原料是硅石、碱、碳酸钙等。

这些原料在高温下熔化后形成液态玻璃，通过平板玻璃成型机或漂流成型机等设备形成玻璃制品。

熔化是制作玻璃的重要过程。

2.五金加工五金加工对熔化的要求非常高，例如锤子的制作，需要经过“开胚，绑尾，锻打，修形，钩眼，热处理，抛光等”七个工序，其中“热处理”就是需要在一定温度下加热使其熔化，并使锤子经过热处理后变得更加坚硬和耐用。

3.石油精炼石油是自然界中的化石燃料，常温下是液体。

但由于不同种类的石油成分不同，需要对其进行熔化，采用加压和分馏的方法，将油的不同组分分离出来，以便于工业上的使用。

4.金属熔化金属熔化是一个很广泛的应用范畴，例如冶金、机械制造、航空航天和船舶制造等行业，都需要对金属进行熔化。

在冶金中，通过熔炼和铸造等过程，可以改善金属的组织结构，提高其强度和韧性，从而提高金属的加工性和使用寿命。

二、凝固的实际应用1.铸造铸造是一种将熔化的金属或合金浇入模具中，在凝固过程中制成所需形状和尺寸的零件的方法。

凝固是铸造过程的核心，在凝固过程中，金属或合金不仅形成所需形状和尺寸，而且结构也得到改善，使铸件的性能更为优良。

2.焊接焊接是指用熔融后的金属将两个或更多物体连接在一起的方法。

在焊接过程中，熔化后的金属会快速凝固，形成一个连接部位，这样就可以实现物品的连接。

熔化和凝固都是焊接中必不可少的过程。

3.塑料加工塑料在生产过程中需要熔化和凝固多次，例如挤出加工、压塑加工、注塑加工等过程都涉及到熔化和凝固。

这些过程可以使塑料变得更加柔韧、适应性更强，并且可以制作出各种设计和结构各异的塑料制品。

炼钢过程的物理化学基础
炼钢是将生铁或生铁合金通过冶炼、熔炼和精炼等过程，去除杂质和调整合金元素含量，制得具有一定化学成分和性能的钢材。

这个过程涉及多种物理和化学原理，其中一些重要的物理化学基础包括：
1.熔炼原理：
熔融与溶解：高温条件下金属原料被熔化，形成熔体。

在熔体中，不同金属元素能够相互溶解，形成合金体系。

相平衡与相图：钢铁冶炼中考虑不同金属之间的相平衡关系，例如铁碳相图，用于预测在不同温度下金属间的相变情况，指导生产实践。

2.去除杂质与精炼原理：
氧化还原反应：在炼钢过程中，通过氧化还原反应去除杂质。

例如，将氧气通过熔融金属，氧气与不纯净金属反应生成氧化物，再被去除，使金属中杂质减少。

渗碳原理：通过加入碳源（如石墨、焦炭等）来调整钢铁的碳含量，使其满足特定的技术要求。

3.结晶与晶体生长：
凝固过程：当熔体冷却至凝固温度以下时，金属开始凝固成晶体结构。

晶体的形成和排列方式直接影响钢材的力学性能。

晶粒粗化与细化：控制熔体冷却速率，可以影响晶粒的尺寸和形态，从而调节钢材的组织结构和性能。

4.热力学与动力学：
热力学平衡：针对炼钢过程中的温度、压力和化学反应等参数，
进行热力学平衡分析，确保炉内反应能够朝着预期的方向进行。

动力学控制：炼钢过程中，不仅需要考虑热力学平衡，还需考虑动力学控制，即控制熔体的流动和传热，以便有效地去除杂质、调整合金成分。

炼钢过程是一个复杂的物理化学过程，其中涉及多种物质相互作用和反应过程。

理解这些物理化学基础是确保钢铁冶炼过程高效、稳定和品质可控的关键。

图1 具有三个晶区的 铸锭晶粒组织示意图 纯铝的熔炼与铁模铸锭一、实验目的1、通过纯铝的熔炼与铁模铸锭，了解有色金属熔铸的一般工艺和操作知识。

2、观察铝锭横截面的铸造组织形貌，了解形成晶粒组织的三个晶区。

3、改变浇铸工艺条件，研究不同的浇铸工艺条件对铸锭晶粒组织的影响。

二、实验原理金属和合金的铸锭晶粒组织一般较为粗大，对铸件横断面稍加打磨、抛光和腐蚀，就可直接进行观察。

铸锭晶粒组织常见三个晶区形貌如图1所示。

（1）表面细等轴晶区当过热金属浇入锭模时，锭模对熔液产生强烈过冷，在模壁附近形成大量的晶核，生长成枝状细等轴晶。

同时，浇铸引起的动量对流，液体外温差引起的热对流，以及由对流引起的温度起伏，促使模壁上形成的晶粒脱落和游离，增加凝固区的晶核数目，因而形成了表面细等轴晶区。

（2）柱状晶区 在表面细等轴晶区，生长方向与散热方向平行的晶粒得到优先生长，而与散热方向不平行的晶粒则被抑制。

这种竞争生长的结果，使愈往铸锭部晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并互相接触而形成柱状晶区。

柱状晶区是在单向导热及顺序凝固条件下形成的。

凡能阻止晶体脱离模壁和在固/液界面前沿形核的因素，均有利于扩大柱状晶区。

浇铸温度高，固/液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易于被完全熔化。

（3）中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离模壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多晶核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。

形成中心等轴晶区的晶核主要来源于三种途径：表面细等轴晶的游离；枝晶的熔断及游离；液面或凝壳上晶体的沉积。

凡能阻止游离到铸锭中心的晶粒完全熔化的因素，均有利于促进中心等轴晶区的形成。

铸锭的结晶过程及其组织与金属的冷却条件、浇铸时熔体的温度、变质处理条件等因素有关。

改变金属的浇铸温度对结晶过程有影响作用。

当液态金属过热越多时，浇筑后沿铸锭截面的温差越大，越有利于按顺序凝固的方式结晶，形成柱状晶组织。

铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理一、实验目的：掌握铝合金熔炼的基本原理，并应用在熔炼的实践中。

熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足部纯洁度、铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。

熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。

因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。

而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。

铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模（结晶器）的位置和运动特征，可将铝合金的铸锭方法分类如下：二、实验容：铝铜合金熔炼基本工艺流程三、实验要求严格控制熔化工艺参数和规程1. 熔炼温度熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化、吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。

通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的围。

从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。

浇注温度为730℃左右。

图1 铝铜二元状态图2．熔炼时间熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。

熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。

精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。

因此，作为一条总的原则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。

3．合金化元素的加入方式与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083℃），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。

第二章金属熔炼基础金属合金熔炼的任务就是把配比的金属炉料投入炼炉中，经加热和融化得到熔体，再经一定的液体处理，得到合理要求质量的合金溶体。

在这种金属热加工过程中，合金本身或与其环境之间将发生许多物理化学的变化和反应。

所有这些，都会影响到熔体的质量，只要对一系列的变化和反应有比较清楚的认识，才能更好地分析和解决在熔炼过程中出现的某些疑难问题。

一、金属合金熔体1、金属的加热和溶化在室温条件下，金属大多呈固态，将之加热超过其熔点后则转变为液态，即金属熔体。

固态金属是晶体，其中的原子呈有规则的排布，而脱离原子的电子则弥散于整个晶体之中，形成所谓“电子云”。

失去电子的原子带正电荷，即正离子，它与电子云之间存在库仓引力；同时，正离子之间和电子云之间还存在库仓斥力。

两种作用力达到平衡，使晶体点阵上粒子之间的距离保持相对的稳定，此即金属键的特征。

当各原子(实为金属离子)之间的距离增大时，吸引力大于排斥力；若原子之间的距离缩小，则吸引力与排斥力均增大，但排斥力增大得更快些，表现为排斥作用，如图2－1所示即为原子间作用力及势能的双原子模型。

因此在一定温度下，原子之间能保持一平衡离Ｒ0，此时两力相等，势图2-1 双原子模型之作用关系能Ｅ最低，金属呈稳定态。

在平衡位置两边，势能升高，称为势垒，其最大值为Ｑ，势垒之间称为势阱。

金属晶体内原子的热运动，主要在原子在其平衡位置附近作微小振动，当振动支点中原子偏离平稳位置时，必将导改其势能的升高和动能的降低，而作用力则总是使原子返回原子平稳位置。

当温度升高时，原子的热振动加强，动能增加，振幅加大，原子之间的平稳距离也相应增大，此即金属发生热膨胀的微观机理，金属晶体中的原子之间均系三维联系，其热振动亦是三维的。

金属之热传导则通过热振动将热量从高温区传递到低低温区，进一步，由于热振动之加剧及能量起伏作用使某些偶尔能获得较高动能之原子冲出势阱，跃过势垒，而在晶体内部运动。

温度越高，则能跃过势垒的原子数目越多，这就是金属中发生扩散作用的基础。