机械工程材料 金属工艺学 教案文档格式.docx
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教学主要内容
实验实习说明
2
模块1
测定螺栓的强度和塑性
3
车间实训
4
5
6
国庆放假
7
8
模块1.2-3
测定工件的硬度；
冲头的冲击韧性
9
模块2.1
了解金属的晶体结构
10
模块2.2
根据铁碳合金相图判断碳素钢的性能
11
模块2.3-5
识别碳素钢的牌号；
鉴别钢的种类
12
模块3.1
了解钢在加热和冷却时的组织转变
13
模块3.2-4
对锉刀锻造毛坯、丝杠、耐火材料模具进行热处理；
14
模块4.1
识别合金钢的牌号
15
模块4.2-5
选择制造塑料模具、螺纹车刀、机床丝杠的合金钢
16
模块5.1
选择制造减速器箱体的铸铁材料
17
模块5.2
选择制造内燃机曲轴的材料
18
模块8.1-2
齿轮类零件的选材及工艺分析
19
模块8.3
轴类零件的选材及工艺分析
20
期末复习
21
期末考试
模块：
模块一：
金属材料的力学性能
课题：
任务一：
教学目标
专业能力目标
掌握强度和塑性；
方法能力目标
准确辨认强度和塑性；
社会能力目标
1、培养学生分析问题和解决问题的综合能力；
2、培养学生的团队协作能力。
教学
重点：
概念、表示方法
难点：
准备
挂图
课型：
理实一体课
授课课时：
2课时
过程
教学内容
教学方法与手段
时间
1
组织教学与导入
清点人数、组织秩序，并导入项目课程。
引入新课题：
材料是人类生产和生活的物质基础，人类社会发展的历史表明，生产技术的进步和生活水平的提高与新材料的应用息息相关，每一种新材料的出现和应用都使社会生产和生活发生重大的变化，并有力地推动人类文明的进步。
讲授法、讨论法、
5分钟
资讯
通过学生课后查阅资料，课堂上教师组织学生坐好，并进行补充知识内容。
一、强度
1、定义：
是指金属抵抗塑性变形和簖裂的能力。
强度是通过拉伸试验测得的。
2、拉伸试验
（1）试样：
圆形-----长试样：
L0=10d0
短试样：
L0=5d0
（2）力-----伸长量曲线
静拉伸试验
应力-应变曲线（σ-ε曲线）
σ=F/A0（MPa）
ε=△L/L0（%）
A0——试样原始截面积（mm2）
L0——试样标距长度
●弹性变形阶段：
OE
●屈服阶段：
EB
●强化阶段：
SB
●缩颈阶段：
BK
从σ-ε曲线中可以得到两个重要的力学性能指标：
强度，塑性。
比例极限：
外力与变形成正比时的最大应力。
σp=Fp/So
弹性极限：
保持纯弹性变形的最大应力。
σe=Fe/So
屈服强度：
产生屈服时的应力（屈服点）。
σs=Fs/So用于有明显屈服现象的材料
条件屈服强度：
产生0.2%残余伸长率时的应力用σ0.2表示。
抗拉强度：
材料断裂前最大载荷时的应力（强度极限）。
σb=Fb/So
二、塑性
1、定义:
是指簖裂前材料发生不可逆塑性变形的那里。
（簖裂前金属材料产生永久变形的能力）
2、常用的判据有：
（也可通过拉伸试验测得的。
）
●断后伸长率（延伸率）：
是指试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比。
δ=[（Lk-L0）/L0]╳100%
●断面收缩率：
----是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
ψ=[（A0-Ak）/A0]╳100%
δ和ψ越大，材料的塑性越好。
塑性好的材料可用轧制、锻造、冲压等方法加工成形。
讲授法、学生讨论法；
实物演示
15分钟
计划
布置任务：
教师布置任务：
强度和塑性的概念，关系，应用场合
分组讨论，小组交流：
根据班级人数的不同，将学生分成8组，每组5-7人；
各组依据布置的任务制定出项目实施计划，确定作图步骤和顺序；
讨论法、演示法；
挂图分析法
决策
学生：
分组展示初步方案，相互讨论，修改方案，确定最终讲述方案。
教师：
对小组交流计划情况予以分析总结，找出最优计划，并决策分组实施计划。
1、每组派出一名代表把自己的方案展示在黑板上，并且进行讲解。
2、多组学生进行互评，找出几个方案的优缺点。
3、教师对学生的方案进行评价，找出每个方案的亮点及不足之处，并且选出制定较好的方案进行表扬。
4、各组对自己的方案进行修正，确立最终方案。
项目教学法；
成果演示、讨论法
实施
学生分组进行项目实施，教师要发挥指导作用。
强度？
概念？
应用场合？
塑性？
项目教学法、实物操作
25分钟
检查
在学生操作的整个过程中，教师要检查。
看学生的概念是否准确，原理是否明白，应用场合分析是否准确。
团体协作法
分钟
评价
学生分组展示操作成果，自评、互评。
根据学生在整个课堂的表现，给于每一小组评分，例如部分小组有些同学非常活跃，善于交流，因而带动了整个小组的气氛，每位同学都积极发表自己的观点，其他同学认真听取别人的观点，最后取长补短，完成任务，很有团队意识。
评出最优小组，并给于表扬，适当加分予以鼓励。
评价项目
1组
得分
2组
3组
4组
5组
概念的准确性（20%）
原理的准确性（30%）
作业的准确性（35%）
小组的积极性（15%）
成果展示
总结
这一部分内容同学们一定要下大功夫，
教师要考虑能让学生更加明白，语言要通俗易懂，总结要简明透彻。
讲授法
作业
1、完成本次课的课后相关作业
2、准备下一任务的预习
课后小结：
本节课学生对于强度、塑性等概念有了基本了解，但是不能准确应用到实际生活中，有待加强实践练习。
任务二：
测定工件的硬度
掌握硬度的概念；
准确掌握硬度的概念，测定方法；
各种力学性能的概念及衡量指标。
在实际应用中各种材料硬度的测量方法。
材料的硬度各不相同，如何表示？
一、硬度
材料抵抗局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力。
硬度是衡量金属软硬程度的判据，硬度是通过硬度试验测得的。
一、布氏硬度
原理：
HBS（HBW）=F/A=2F/πD[D-（D2-d2）1/2]
（单位：
kgf/mm2）
•采用淬火钢球时，记为HBS
•采用硬质合金钢球时，记为HBW
•当F的单位取N时，加系数0.102
表示方法；
格式：
硬度值HBS（HBW）压头直径/试验力/保持时间
例如：
120HBS10/1000/30
布氏硬度特点：
优点：
测量数值稳定，准确
缺点：
操作慢，不适用批量生产和薄形件
应用：
铸铁，有色金属；
退火、正火、调质处理钢
当HBS<
450时有效（HBW450-650）
二、洛氏硬度
HR=（k-h）/0.002（无单位）
•对金刚石圆锥压头k=0.2mm
•对钢球压头k=0.26mm
洛氏硬度特点：
操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
测量数值分散
淬火钢，调质钢生产零件
当HRC20-67时有效
洛氏硬度分类：
1、表示方法：
在符号前面写出硬度值
62HRC
三、维氏硬度
1、用两相对夹角为136度的正四棱锥金刚石做压头
2、试验方法：
用测量压痕两对角线长度d1和d2，求其平均值
3、表示方法：
同布氏硬度
640HV30/20
4、优缺点：
试验力小，压痕深度浅，轮廓清晰，数字准确可靠，但试验不够简便、迅速。
5、应用：
广泛用于测量金属镀层，薄片材料和化学热处理的表面硬度；
可测量从很软到很硬的材料，不适于成批生产的常规试验。
硬度的概念，关系，应用场合
硬度？
测定方法？
本节课学生对于硬度概念有了基本了解，但是不能准确应用到实际生活中，有待于课后加强对于实物的直观了解和认识。
任务三：
测定工件的冲击韧性
掌握韧性的概念；
准确掌握韧性的概念，测定方法；
韧性与疲劳强度的概念及力学性能判据
在实际应用中各种材料冲击韧性的测量方法。
材料的冲击韧性各不相同，如何表示？
一、韧性
1、指金属在断裂前吸收变形能量的能力，表示了金属材料抵抗冲击的能力。
2、国家标准现已规定采用AK（冲击吸收功）
3、方法：
摆锤式冲击试验
冲击韧度：
反应了材料抵抗冲击载荷的能力。
αk=Ak/A（J/cm2）
Ak——冲击功
A——试样缺口处截面积
冲击韧度对材料的意义：
αk对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的冶金质量、热加工质量）
αk随温度降低而下降，可用来评定材料的冷脆
疲劳强度
定义：
零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为疲劳。
交变应力：
大小、方向随时间周期性变化的应力。
重复应力：
方向不随时间变化。
疲劳现象：
材料在交变载荷长期作用下，无明显塑性变形就断裂。
疲劳曲线
2、疲劳极限——材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力。
它表示材料抵抗疲劳断裂的能力。
（纯弯曲疲劳极限用σ-1表示）
3、疲劳破坏的特征
①、疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；
②、引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；
③、疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。
4、判据：
疲劳强度σ—1
5、工程上用的疲劳强度是指在一定循环基数下不发生断裂的最大应力。
冲击韧性的概念，关系，应用场合
冲击韧性？
本节课学生对于工件的冲击韧性有了初步认识，但是理解不够准确，希望课后能增强对其概念的深入了解和掌握。
模块二：
铁碳合金
掌握金属的晶体结构；
晶格类型；
准确掌握晶格的概念，晶体的结构特点；
纯金属的晶格类型，合金的相结构。
金属的晶体结构。
固体材料按内部原子聚集状态不同，分为晶体和非晶体两大类，而固态金属与合金基本上都是晶体物质。
一、晶体结构的基本知识
1、晶体：
内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列。
如金刚石、固态金属。
非晶体：
内部的原子无规律地堆积在一起。
如沥青、玻璃。
有固定熔点，且具有各向同性。
2、晶格与晶胞
晶格：
原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形。
晶胞：
组成晶格的最基本的几何单元。
二、常见的晶格类型
1、体心立方晶格：
致密度68%
α铁、铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）
2、面心立方晶格：
致密度74%
γ铁、铝（AI）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）
3、密排六方晶格：
镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、α—TI
晶格类型不同，原子排列的致密度也不同，晶格类型发生变化，将引起金属体积与性能的变化。
晶体晶格的概念，关系，应用场合
多晶体结构：
1、单晶体：
晶体内部晶格位向完全一致的晶体。
2、多晶体：
由许多晶粒组成的晶体。
3、晶界：
多晶体材料中相邻晶粒的界面。
4、显微组织（或金相组织）；
在显微镜下观察到的各种晶粒的形态大小和分布等情况。
◆一般金属材料都是多晶体，由于多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，其性能是位向不同晶粒的平均性能，故认为金属是各向同性的。
四、纯金属的实际晶体结构
晶体缺陷的类型：
●点缺陷：
最常见的是晶格空位和间隙原子。
●线缺陷：
常见的是各种类型的位错。
位错的存在，以及位错的数量对金属的力学性能有很大影响，由于位错密度增加，金属的强度明显提高。
●面缺陷：
常见的是晶界和亚晶界。
以上各种缺陷处及附近晶格均处于畸形状态，直接影响到金属的力学性能，使金属的强度、硬度有所提高。
本节课学生对于晶体和晶格有了基本了解，但是理解不够深入透彻，有待结合实际生活，提高认识。
掌握铁碳合金相图的内容，应用；
准确掌握铁碳合金相图的内容，应用场合；
铁碳合金相图的内容，应用场合。
难
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