二元相图教案

理 论 课 教 案
章节 课题 课 型 知识 教学点 能力 培养点 德育 渗透点 重点 新授课 课时
§ 4-3 二元合金相图（二）
2
教具学具 电教设施
多媒体
教 学 目 标 教 学 重 点 难 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。 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。 培养学生的职业道德观及互相协作的精神 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。
L 为液相，是 Cu 和 Ni 形成的液溶
相区。图中还有一个两相区：
学生认真听讲
10 分
为固相，是 Cu 和 Ni 组成的无限固溶体。图中有两个单相区：
L 相区和固相线以下的
液相线和固相线之间的
L+
相区。
2 ）合金的结晶过程
指导学生看书
图 2.6 匀晶合金的结晶过程
以
b 点成分的 Cu Ni 合金 ( Ni 含量为 b ％ ) 为例分析结晶过程。 该
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
（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、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 Pb Sn 、 Al Si 、 Ag Cu 合金相图等。 现 以 Pb Sn 合 金 相 图 为 例， 对共晶相图及其合金的结晶 过程进行分析。 听 讲 5分 记笔记 学生思考并回答 所提出的问题。 学生分组讨论并 发言 5分 准备上课 2分
15 分
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 L 。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 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。 固溶体。 2
3 ）匀晶结晶的特点
⑴ 与纯金属一样， 固溶体从液相中结晶出来的过程中， 核与长大两个过程，且固溶体更趋于呈树枝状长大。 一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程。 一定时，两相的成分（即 也包括有生 ⑵ 固溶体结晶在 ⑶ 在两相区内，温度 认真听讲
Ni 含量）是确定的。确定相成分的方法见
2.1.4 。⑷ 两相区内，温度一定时，两相的相对质量是一定的，且符合
合金Ⅱ为 共晶合金 ，其结晶过程如图 到 1 点温度后，发生共晶反应： 反应结束，全部转变为共晶体（ 共晶体中的 的成分由

Ld
c
恒温
，经一定时间到
1时
Ⅱ
e
） 。从共晶温度冷却至室温时， 中析出
Ⅱ Ⅱ
和
e
均发生二次结晶， 从 的成分由
Ⅱ
， 从
中析出 和
。
c 点变为 f 点，
e 点变为 g 点；两种相的相对
学生活动内容
学生认真听课
时间
于是， L 、 S 两相得相对重量分数为： L= bc × 100% ab 听课记笔记 总结归纳 因两相重量的计算
ac S= × 100% ab 此为“杠杆定律” ，只适用于相图中的两相区。 与力学 中的杠杆两端力的计算相似而得名。
教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容
理 论 课 教 案
章节 课题 课 型 知识 教学点 能力 培养点 德育 渗透点 重点 新授课 课时
§ 4-3 二元合金相图（一）
2
教具学具 电教设施
多媒体
教 学 目 标 教 学 重 点 难 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。 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。 培养学生的职业道德观及互相协作的精神 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。
图 2.7 枝晶偏析示意图
Ni ）较多，后
Cu ）较多。结果造成在一个晶粒之 枝晶偏析 （见图 2.7 ） 。枝晶偏
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 散退火 。 （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 学生根据老师的 提示认真回顾本 次课的重点内容 3分 5分
图 2.8 Pb-Sn 合金相图及成分线
d 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 c 点成分的 相和 e 点成分的
相： L d
恒温 c e
。 共晶反
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 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 cde 为 共晶反应 钱 ，成分在 ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。
cf 线为 Sn 在 Pb 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。 Sn 含量大于 f 点的合金从高温冷却到室温时，从
相中析出 相以降低其 Sn 含量。从固态 次 ，常写作 Ⅱ 。这种二次结晶可表达为： 相中析出的 Ⅱ。 相称为 二
eg 线为 Pb 在 Sn 中的溶解度线 （或 相的固溶线） 。 Sn 含量小于 g 点的合
学生活动内容
时间
纯 Cu
t/h
相图
听
讲
记笔记 ②二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。
教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容
如 Cu-Ni 相图 T/ ℃ 液相线 L L+ α 1083 ℃ Cu Ni% 说明点、线、区的定义即相图分析： （ 3 ）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， 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 a(x 1) 1083℃ Cu x Ni% 设某一成分为 的成分 为 x 2 的 Ni 。 L 、 S 两相的重量为 则有： W L+W α=W x 2 = W・ W L・ x 1+ W α・ x 由此两式得： WL bc = Wα ac 15 分 W L、 W α、总重量为 W 。 x 的 Ni ，在 t 温度时， L 相的成分为 x1 的 Ni ； S 相 学生认真思考 c α Ni b(x 2) 1455 ℃ S、 2 个点、 2 条线、 3 个区。 听 讲 记笔记 α Ni 10 分 固相线 1455 ℃
金，冷却过程中同样发生二次结晶，析 出二次 ： Ⅱ。 听 讲 记笔记
2.3.2
典型合金的结晶过程
2.9
2.3.2.1 合金Ⅰ 合金Ⅰ的平衡结晶过程（如图 所示）。液态合金冷却到
1 点温度以后，
教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容
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 Sn 在 中的 溶解度沿 cf 线降低，从 中析出 + f4 fg
教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容
杠杆定律。 ⑸ 固溶体结晶时成分是变化的（ 沿 c1
学生活动内容
a 2 变化， 相 记笔记
时间
L 相沿 a 1
c 2 变化），缓慢冷却时由于原子的扩散充分进行，形成的是成
5分
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（ 结晶的树枝晶枝干含低熔点组元（ 内化学成分的分布不均。这种现象称为 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 扩
学生活动内容
时间
1
Pb
相图分析
Sn 合金相图（图 2.8 ） 中， adb 为液相线， acdeb为 固相线。合金系有三种相 : Pb 与 Sn 形成的液溶体 L 相，Sn 溶于 Pb 中的有限固溶体 相，Pb 溶于 Sn 中的有限固溶体 相。相图中有三个单相区（ L 、 、 相区）；三个 两相区 （ L + 平线 cde ） 。 、L + 、 + 相区）；一条 L + + 的三相并存线 （水 学生思考、讨论 准备回答 15 分
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
（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、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） 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：①研究合金的相变、组织形成及变化的规律； ②制定热加工工艺的重要工具。 （ 2 ）表示方法 ①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 10 分 。 学生思考、讨论 准备回答 5分 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 听 讲 记笔记 5分 学生思考并回答 所提出的问题。 学生分组讨论并 发言 5分 准备上课 2分