摘 要：通过对金属晶体中晶界的定义及分类的讲解，引出晶界与晶粒内部存在着一系列不同的特性，如晶界处能量较多，晶体中的晶粒具有自发长大和使界面平直化以减小晶界总面积的趋势，晶界处原子排列为不规则性，晶界处存在较多的晶体缺陷等。教学过程中详细分析这些特性，使教学内容浅显易懂，学生易于理解和接受。
　　关键词：金属晶体 晶界 晶粒 强度和韧度 金属力学性能
　　对于一般的金属材料来说，都是属于多晶体的，在多晶体的内部总是存在着晶界，它对金属的力学性能有很大影响。在金属材料与热处理的课程教学中，学生对这部分的内容感觉难于掌握，为了帮助学生理解，在讲课时，我采用先讲晶界的概念、分类，然后对它的特性加以总结分析并举例说明，这样学生学起来比较容易接受，下面就具体谈谈晶界及其特性的教学过程。
　　首先讲述晶界的定义及分类。在工业金属材料中，即使它的体积很小，其內部仍包含了许许多多颗粒状的小晶体，每个小晶体内部的晶格位向都是一致的，而各个小晶体彼此位向都不同，位向差为几度或几十度，在多晶体中，像这种结构、成分相同但位向不同的相邻晶粒之间的分界面，就称为晶界。根据相邻晶粒粒向差的大小，可把晶界分为小角晶界和大角晶界两种类型，小角晶界是两相邻晶粒粒向差小于十度的晶界，它的结构都存在着位错网络。大角晶界是两相邻晶粒粒向差大于十度的晶界，它的内部结构比较复杂，晶界处原子排列比较混乱。由于晶界处原子排列是畸变的，所以晶界处的自由能是升高的。
　　然后，根据晶界处原子的不规则排列，使晶界处能量高于内部能量，从而引出晶界与晶粒内部就存在着一系列不同的特性。具体讲述晶界的特性有以下几点：
　　一、晶界处能量较多，晶体中的晶粒具有自发长大和使界面平直化以减小晶界总面积的趋势。这样，晶粒会粗大，它将会降低金属的强度和韧度。像冷变形金属在加热时回复再结晶后所发生的晶粒长大，以及钢在热处理时，奥氏体晶粒随加热温度升高或保温时间延长而长大，就是典型的实例。
　　二、晶界处原子排列为不规则性，会阻止位错通过，妨碍塑性变形，宏观上表现为晶界具有较高的强度，例如，一个只包含两个晶粒的试样经受拉伸时，变形情况是试样在晶界附近不易发生变形，出现了所谓“竹节”现象。这说明晶界处的强度较高，显然，晶粒越细，晶界越多，多晶体的塑性变形拉力越大，强度就越高，故生产上总是力求获得具有细小晶粒的材料。
　　三、晶界处存在较多的晶体缺陷。如空位，位错等原子在晶界上的扩散速度要比在晶内快得多，因此晶界的熔点较低，金属的熔化总是首先从晶界处开始。
　　四、晶界上具有较高的能量，易于满足相变所需的能量起伏条件，在固态相变时，新相往往首先在晶界上形核。例如，在纯铁的同素异构转变时，随温度的降低，由转变为α-Fe时，α-Fe的晶格的晶核最容易在γ- Fe晶格的晶界处形成，然后通过旧晶体中原子逐渐转移到新晶体的表面上来，新旧晶体的分界面逐渐向旧晶体迁移的方式进行，转变到旧晶体全部消失为止。这时，控制冷却速度，可以改变同素异构转变后的晶粒大小，从而改善金属的性能。
　　五、晶界的腐蚀速度一般都比晶内快，这是晶界上原子处于不稳定状态所致。例如，在进行金相分析时，用化学试剂浸蚀表面已抛光铁试样，由于晶界腐蚀比晶内快，以致在晶界处形成凹槽，因此，在显微镜下很容易观察到黑色的晶界。
　　六、由于晶界处能量的存在，当金属中含有可降低界面能的异类原子时，它们会向晶界处偏聚，这种现象称为内吸附。例如，当钢中含有硼元素时，它总是偏聚在奥氏体的晶界处，相反，凡是提高界面能的原子，将会偏聚于晶粒内部，称为反吸附。内吸附和反吸附现象对金属材料的性能及相变过程都有重要影响。
　　通过以上对晶界及其特性的教学过程，使学生能够对晶界的概念及其特性较容易理解和掌握，也使学生能够理解晶界对金属力学性能的影响，为以后钢的热处理及专业理论课的学习打下基础。
　　参考文献
　　1.：宋杰 机械工程材料，大连理工出版社，2010.03出版
　　2.刘天佑 金属学与热处理 冶金工业出版社 2009.03出版