金属材料与热处理教案_.doc
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第一、二教案
A:
课题:
绪论
B:
课型:
新课
C:
教学目的与要求
1、了解学习本课程的目的
2、了解本课程的基本内容及其发展史
3、了解金属材料在各行业中的应用
D:
教学重点与难点
无
E:
教学过程
绪论
一、学习本课程的目的
本课程是研究金属材料的成份、组织、热处理与金属材料的性能间的关系和变化规律的学科。
二、本课程的基本内容
1、主要内容:
包括金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理和金属材料等。
2、金属的性能主要介绍:
(1)金属的力学性能和工艺性能;
(2)金属学基础知识讲述金属的晶体结构、结晶及金属的塑性变形,铁碳合金的组织及铁碳合金相图;
(3)钢的热处理讲述热处理的原理和工艺;
(4)金属材料讲述碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的牌号、成分、组织、热处理、性能及用途。
3、学习本课程的方法
理论联系实际、注意观察现实生活中所接触到的金属材料。
三、金属材料与热处理的发展史
金属材料的使用在我国具有悠久的历史。
四、金属材料在工业农业上的应用。
F:
小结
G:
布置作业:
预习第一章序论及第一章第一小节
第三、四教案
A:
课题:
金属的性能
B:
课型:
新课
C:
教学目的与要求
1、掌握金属材料性能(工艺性能、使用性能)的概念、分类
2、掌握力学性能概念及其指标
3、掌握载荷的性质、名称、分类
4、掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号
D、教学重点与难点:
1、金属材料的性能是教学重点
2、金属材料的强度概念及种类是教学难点
E、教学过程:
第一章金属的性能
概论:
1、金属材料的性能包括:
使用性能和工艺性能。
2、使用性能:
是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能,包括①物理性能(如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等)。
②化学性能(如抗腐蚀性、抗氧化性等)。
③力学性能(如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等)。
④工艺性能。
第一节金属的力学性能
一、力学性能的概念:
力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
力学性能包括:
强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。
二、载荷的概念及分类:
1、金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。
2、分类
按载荷作用性质分:
①静载荷:
是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
②冲击载荷:
在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
③交变载荷:
是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化析载荷。
按载荷作用形式分:
FF
F
拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。
如:
P3图。
F
FF
F
F
F
F
F
三、变形的概念及分类
金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
变形分为:
弹性变形和塑性变形两种
四、应力、内力
1、内力:
金属材料受外力作用时,为保持其不变形,在材料内部作用作与外力相对抗的力,称为内力。
2、应力:
单位面积上的内力称为应力。
金属材料受拉伸载荷或压缩载荷作用时,其面积上的应力按下式计算:
σ=F/S
式中:
σ:
应力,单位:
Pa,1Pa=1N/㎡
1Mpa=1*106N/mm2
F:
外力单位:
N
S:
横截面积单位:
m2
F、小结:
重点掌握几个重要的概念:
使用性能、力学性能、力学性能包括五个指标、应力、内力
G、布置作业:
书P:
161、2、3、4
第五、六教案
A:
课题:
金属的力学性能
B:
课型:
新课
C:
教学目的与要求:
1、掌握拉伸试验的测定方法;
2、掌握力——伸长曲线的几个阶段;
3、掌握屈服点的概念;
D:
教学重点与难点
1、理解力——伸长曲线是教学重点;
2、强度、塑性是教学难点。
E:
教学过程:
一、强度:
①概念:
金属在静载荷作用下,抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
②根据载荷作用方式不同,强度可分为:
抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
1、拉伸试样:
拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。
Do:
直径Lo:
标距长度长试样:
Lo=10do
短试样:
Lo=5do
2、力——伸长曲线
纵坐标表示力F,单位N;横坐标表示伸长量△L,单位为mm。
b
Z
F
0
e
S
△L
低碳钢的力-伸长曲线
(1)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。
(2)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
(3)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。
(4)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。
F:
小结
G:
布置作业P165、6
第七、八教案
A:
课题:
金属的力学性能
B:
课型:
新课
C:
教学目的与要求
1、掌握抗拉强度概念、塑性概念及伸长率,断面收缩率的概念及计算机方法。
2、掌握布氏硬度概念、硬度测试及表示的方法点。
D:
教学重点与难点
同上
E:
教学过程
(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:
计算公式:
δ=(l1-l0)/l0×100%
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
ψ=(SO-S1)/SO×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。
例、有一直径dO=10mm,lo=100mm的低碳钢试样,拉伸验时测得FS=21KN,Fb=29KN,d1=5.65mm,l1=138mm,求:
σs、σb、δ、ψ。
解:
(1)计算SO,S1
S0=πd02/4=3.14×102/4=78.5mm2
S1=πd12/4=3.14×5.652/4=25mm2
(2)计算σs、σb
σs=FS/SO=21×103/78.5=267.5Mpa
σb=Fb/SO=29×103/78.5=369.4Mpa
(3)计算δ、ψ
δ=(l1-l0)/l0×100%=(138-100)/100×100%=38%
ψ=(S0-S1)/S0×100%=(78.5-25)/78.5×100%=68%
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。
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)。
F:
小结
G:
布置作业:
P167、8
第九、十教案
A:
课题:
金属的力学性能
B、课型:
新课
C、教学目的与要求
1、掌握洛氏硬度测试原理表示方法。
2、掌握冲击韧性的测定方法。
D、教学重点与难点:
1、教学重点洛氏硬度测试原理及表示方法。
2、教学难点洛氏、维氏硬度表示方法。
E、教学过程:
三、硬度:
170HBS10/100/30:
表示用直径10mm的钢球,在9807N的试验力作用下,保持30S时测得的布氏硬度值为170。
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。
1、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。
见表:
P101-2
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
F:
小结
G:
布置作业:
9、10、11
第十一、十二教案
A:
课题:
金属的力学性能
B、课型:
新课
C、教学目的与要求
1、了解维氏硬度测试原理、表示方法。
2、掌握冲击韧性的测定方法。
3、了解疲劳的概念、破坏的特征及疲劳曲线和疲劳极限。
D、教学重点与难点:
1、教学重点冲击韧性的测定方法。
2、教学难点洛氏、维氏硬度表示方法。
E、教学过程:
2、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。
五、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、