金属材料与热处理教案第五版5章Word文档下载推荐.docx
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1、合金元素对钢的组织和性能的影响。
2、合金钢的牌号。
难
教学回顾
说
明
审阅签名：
年月日
教学过程
第1页
3min
12min
通过碳素钢的缺点不足，引出合金钢。
20min
讲授法
让学生回顾铁碳合金基本组织的性能，再进行讲授合金元素在钢中的作用。
板书
复习细化晶粒的方法。
[组织教学]清点人数，稳定学生情绪。
[新课导入]
碳素钢可以通过热处理得到不同的性能，以满足工业生产上的各种需要，但是，碳素钢的淬透性差，缺乏良好的综合性能，如重型机械的传动轴、汽轮叶片、汽车和拖拉机的一些重要零件，若选用碳素钢，就达不到性能要求。
此外，碳素钢缺乏一些特殊性能，如耐热、耐腐蚀、高磁性、无磁性、耐磨性等。
因此，随着现代工业和技术的发展，人们在机械制造中还广泛采用合金钢。
合金钢——在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
性能：
较高的力学性能、较高的淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、抗蚀性等特殊性能。
常加入的合金元素：
硅、锰、铬、镍、钨、钼、钒、钴、铝、硼和稀土等
[新课讲授]
5-1合金元素在钢中的主要作用
一、强化铁素体
由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降。
二、形成合金碳化物
根据合金元素与碳的亲和力不同，可分为：
（1）合金渗碳体——锰、铬、钼、钨——弱、中强碳化物
合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的强度。
（2）特殊碳化物——钒、铌、钛——强碳化物
特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解。
显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
三、细化晶粒
几乎所有合金元素有抑制奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。
第2页
提问：
淬透性是什么？
影响因素是什么？
再进行分析合金元素能提高钢的淬透性。
举例说明红硬性的特点，以及应用。
30min
碳素钢的确分类及牌号特点。
再详细分析讲解。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C曲线右移，从而减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
常用提高淬透性的合金元素有：
钼、锰、铬、镍（Ni）和硼（B）等。
五、提高钢的回火稳定性
回火稳定性——淬火钢在回火时，抵抗软化的能力。
热硬性（红硬性）——金属材料在高温下保持高硬度的能力。
5-2合金钢的分类和牌号
一、合金钢的分类
1、按用途分类
●合金结构钢
●合金工具钢
●特殊性能钢
2、按合金元素总含量分类
●低合金钢：
合金元素总含量＜5％。
●中合金钢：
合金元素总含量5％～10％
●高合金钢：
合金元素总含量＞10％
二、合金钢的牌号
1、合金结构钢
牌号组成：
“两位数字（碳含量）＋化学元素符号（或汉字）＋数字”
●前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。
●元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素。
●后面的数字表示该元素的百分含量。
合金元素含量小于1.5％时不标，平均含量为1.5％~2.5％，2.5％~3.5%…时，则相应地标以2，3…。
第3页
举例分析讲解
对比碳素工具钢的牌号，讲解合金工具钢的牌号特点。
详细讲解。
2、合金工具钢
牌号组成：
“一位数字+化学元素符号+数字”
与合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用1位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量≥1.0％时，则不予标出。
特别注意：
高速钢平均含碳量小于1.0%，其含量也不予标出，如W18Cr4V钢表示平均含碳量为0.7％～0.8％。
平均含钨量为18%，平均含铬量为4%，含钒量小于1.5%的高速钢。
3、特殊性能钢
牌号和合金工具钢的表示方法相同
当含碳量为0.03％～0.10％时，含碳量用0表示，含碳量小于等于0.03％时，用00表示。
例如：
●不锈钢2Cr13表示含碳量为0.20％，平均含铬量为13％。
第4页
简单讲解特殊专用钢的牌号特点。
强调牌号中“A”的作用。
10min
巡回指导法
5min
4、滚动轴承钢
“G+Cr+数字”
“G”表示“滚”字拼音字母字头，不标含碳量；
“Cr”表示铬元素；
“数字”表示含铬量的千分之几。
其他元素含量仍按百分数表示。
如：
GCrl5SiMn表示含铬量为1.5％，硅、锰含量均小于1.5％的滚动轴承钢。
5、特殊专用钢
一些特殊专用钢为表示其用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标注也和上述有所不同。
滚动轴承钢前面标“G”，如GCr15。
这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量的千分数，其他元素仍用百分数表示。
易切钢是在牌号前冠以拼音字母“Y”，如Y15表示含碳量为0.15％的易切钢。
6、高级优质合金钢
在牌号的最后标上“A”。
如38CrMoAlA表示含碳量为0.38％高级优质合金结构钢。
[练习]
课本P105页：
第1、2、3、4题。
[小结]
2、合金钢的分类和牌号。
[作业]
习题册：
第五章相关的习题。
共4页（首页）
第五章第3节
合金结构钢
讲授法、练习法、举例法
4
1、掌握合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。
日期：
年月日
2min
8min
通过实例生产生活中的例子引出合金结构钢。
15min
举例法
通过2008年北京奥运会主体育场——“鸟巢”结构设计奇特新颖，所使用的钢材“Q460”讲授低合金结构钢。
合金结构钢是机械制造、交通运输、石油化工及工程建筑等方面应用最广、用量最大的一类合金钢。
合金结构钢——用于各类工程结构件和制造各种机器零件的钢
分类：
1、低合金结构钢合金渗碳钢
合金调质钢
2、机械制造用钢合金弹簧钢
（用途及热处理）滚动轴承钢
[新课讲授]
5-3合金结构钢
一、低合金结构钢
——在碳素结构钢的基础上加入少量（总量少于等于3%）合金元素就形成低合金结构钢。
1、成份特点
含碳量低——保证塑性和韧性
少量锰——主加元素，提高钢的强度
辅加合金元素——提高钢的耐腐蚀性和淬透性
常加入的合金元素有锰（Mn）、硅（Si）、钛（Ti）、铌（Nb）、钒（V）等。
2、性能及用途
强度比同含碳素的碳钢高，塑性、韧性、耐蚀性和焊接性良好。
应用：
工程结构——桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器和起重机械等。
3、热处理特点
热轧退火或正火状态下使用，也有经淬火或热扎下使用。
二、合金渗碳钢
（1）成分特点
1）含碳量低——保证心部有足够的塑性和韧性。
渗碳的热处理方法的应用？
分析讲解合金渗碳钢成分、性能、热处理特点。
详细讲解
什么是调质？
2）加入合金元素——铬、镍、锰、硅、硼等，提高淬透性，保证零件在处理后和心部均得到强化，具有外硬内韧的性能。
（2）性能要求
1）渗碳层硬度高
2）渗碳件应具有足够高的强度，且心部有较高的韧性。
3）具有良好的热处理工艺性能和淬透性。
（3）热处理特点
渗碳+淬火+低温回火
（4）常用牌号及用途
低淬透性渗碳钢——水淬淬透直径20~25mm
常用牌号：
20Mn2C，20Cr和20MnV等
制造受力不太大，要求耐磨并承受冲击的小型零件。
中淬透性渗碳钢——油淬淬透直径25~60mm
20CrMnTi，12CrNi3和20MnVB等
用于截面径向尺寸小于30mm的高强度渗碳零件。
高淬透性渗碳钢——油淬淬透直径100mm以上
12Cr2Ni4，20Cr2Ni4和18Cr2NiWA
制造承受重载与强烈磨损的极为重要的大型零件，如航空发动机及坦克齿轮。
三、合金调质钢
含碳量一般为0.25％～0.50％，属于中碳合金钢。
常加入少量铬、锰、硅、镍、硼等合金元素以增加钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。
加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。
例：
40Cr：
热处理：
调质
制造齿轮、连杆、主轴
一般讲解。
简单讲解一下弹簧的加工工艺。
一般讲解
复习滚动轴承的结构，工作特点。
四、合金弹簧钢
含碳量一般为0.45％～0.70％。
可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。
根据加工方法不同，可分：
1、热成形弹簧2、冷成形弹簧
例：
60Si2Mn：
淬火、中温回火
制造弹簧；
五、滚动轴承钢
主要用来制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体（滚珠、滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐磨零件。
滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和一定的耐蚀性。
轴承钢都是高级优质钢。
滚动轴承钢的热处理包括预先热处理和最终热处理。
预先热处理采用球化退火，最终热处理为淬火+低温回火
GCr15GCr15SiMn
淬火、低温回火
制造滚动轴承
第5、6题。
1、合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。
第五章合金结构钢相关的习题。
第五章第4节
合金工具钢
讲授法、练习法、举例法、巡回指导法
1、掌握合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。
7min
由机械零配件一般的加工工艺，引出退火与正火在零件加工中的作用。
简单复习热处理的基本过程。
25min
根据退火在零件加工过程中的工序位置，分析其目的。
详细分析各种退火方法的组织特点、目的和应用。
碳素工具钢容易加工，价格便宜，但是淬透性差，容易变形和开裂，而且当切削过程温度升高时容易软化。
因此，尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具以及切削速度较高的刀具，均采用合金工具钢制造。
5-4合金工具钢
合金工具钢按用途分为刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。
一、合金刃具钢
1、低合金刃具钢
——低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。
●加入铬、锰、硅等元素，目的是提高钢的淬透性，同时还能提高钢的强度。
●加入钨、钒等强碳化物形成元素，目的是为了提高钢的硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持晶粒细小。
低合金刃具钢的预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火后低温回火。
9SiCr：
制造丝锥、板牙、铰刀等。
CrWMn：
制造长铰刀、拉刀等。
详细分析正火的目的
通过对比法分析正火与退火的优缺点。
2、高速钢（HSS）
——是一种具有高热硬性。
高耐磨性的高合金工具钢。
高速钢（HSS）的热硬性可达600度，又称为锋钢。
●高的含碳量：
保证形成足够量的合金碳化物，并使高速钢具有高的硬度和耐磨性。
●W、Mo：
提高钢红硬性的主要元素。
●铬：
提高钢的淬透性。
●钒：
提高钢的硬度、耐磨性和红硬性，并能细化晶粒。
牌号：
W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2
制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂的成形刀具。
淬火、多次低温回火。
二、合金模具钢
1、冷作模具钢
冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等
2、热作模具钢
热作模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。
热作模具钢要具备较高的强度、韧性、高温耐磨性及热稳定性，并具有较好的抗热疲劳性能。
热作模具钢的最终热处理是淬火+中温回火（或高温回火），以保证其具有足够的韧性。
三、合金量具钢
量具工作部位性能要求：
高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。
没有专用钢种，碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢均可用。
量具钢：
淬火+低温回火
精密量具：
淬火+冷处理+低温回火+时效处理
第7题。
1、合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。
第五章合金工具钢相关的习题。
第五章第5节
特殊性能钢
5
50min
1、掌握特殊性能钢的牌号、性能、应用。
1、不锈钢的的牌号、性能和应用。
通过生产实际的例子，引出机械制造业要有一些特殊性能的钢来满足生产的需要。
结合实际生产生活的例子，引出不锈钢的应用广泛。
对比法
对于一些需要特殊使用要求的零件、设备，一般的合金钢、碳素钢不能满足，所以必须要有一些具有特殊物理性能和化学性能的钢来满足生产的需要。
在机械制造行业主要使用的这类特殊性能的钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。
特殊性能钢——具有特殊的物理性能和化学性能的钢。
5-5特殊性能钢
一、不锈钢
——主要是指在空气、水、盐的水溶液、酸及其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的钢。
不锈钢是不锈钢和耐酸钢的统称。
注意：
（1）、不锈钢中的含碳量越高，耐腐蚀性越差；
（2）、不锈钢中只有当启铬量达到一定值时，不锈钢才具有良好的耐蚀性。
要求其含铬量不低于13%。
（1）按化学成分分：
铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰不锈钢。
（2）按金相组织分：
奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢。
1、奥氏体不锈钢
——应用最广，属于铬镍不锈钢，无磁性，习惯称18-8型不锈钢。
0Cr18Ni9（304）、0Cr18Ni9N（304N）、1Cr18Ni9（302）
强腐蚀介质中工作的化工设备、抗磁仪表等。
结合市场上出现的美国牌号：
302、304、430等，讲解各种不锈钢的性能、牌号和应用。
由热处理炉、锅炉等高温设备对材料的要求，引出耐热钢。
2、马氏体不锈钢
——属于铬不锈钢，淬火、回火后使用。
性能：
马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性和焊接性都不如奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢，但由于它具有较好的力学性能与一般的耐蚀性相结合，故应用广泛。
常用牌号及应用：
1Cr13、2Cr13——汽轮机叶片、医疗器械。
3Cr13、4Cr13、7Cr13——医用手术器具、量具及轴承
3、铁素体不锈钢
——属于铬不锈钢。
抗大气与耐酸能力强，具有良好的高温抗氧化性，特别是抗应力腐蚀性较好，但力学性能不如马氏体不锈钢，塑性不及奥氏体不锈钢。
常用牌号：
1Cr17（430）、00Cr30Mo2
应用：
家用不锈钢厨具、餐具。
二、耐热钢
——在高温下具有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件的特殊性能钢。
钢的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个指标。
抗氧化钢——在高温下具有抗高温介质腐蚀能力的钢。
热强钢——在高温下仍具有足够力学性能的钢称为。
抗氧化钢：
4Cr9Si2、0Cr13Al等。
热强钢：
4Cr14Ni14W2Mo。
三、耐磨钢
——在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化的高锰钢。
高锰钢（ZGMn13）是典型的耐磨钢。
由挖掘机、坦克等机器对材料的要求，引出耐磨钢。
23min
水韧处理——就是将高锰钢加热至1000℃～1100℃，保持一定时间，使碳化物全部溶入奥氏体中，然后水冷，得到单相奥氏体。
车辆履带、破碎机颚板、球磨机衬板、挖掘机铲斗和铁道道岔。
第10、11、12、13题。
1、各类特殊性能钢的确牌号、性能和应用。
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