任务二材料教案模块二Word下载.docx
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机器是由大部分金属材料所组成的，不同的金属材料具有不同的性能，所以才能在不同的场合运用。
那么到底有哪些金属材料呢？
提出问题：
1、金属有哪些种类，如何分类？
2、黑色金属有哪些？
它们是怎样分类的？
3、碳钢有哪些种类，它们是如何表示和区分的，它们有哪些性能，分别用在什么场合？
4、合金钢应用广泛的原因是什么？
它有哪些类型，分别有什么样的性能？
5、铸铁有什么样的特性？
有哪些种类，分别用于什么场合？
6、铜合金和铝合金分别用于哪些场合？
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讲
授
工程材料：
金属材料：
黑色金属（钢、铁），有色金属（铝合金、铜合金）
非金属材料：
塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等
一、钢的分类
Wc＜2.11%的铁碳合金。
常存杂质：
Mn、Si、S、P（Mn、Si为有益元素，S、P为有害元素）
根据合金元素含量可分为：
非合金钢（碳钢）、合金钢、
根据质量分：
普通质量钢、优质钢、高级优质钢。
根据含碳量来分：
低碳钢Wc≤0.25%、中碳钢0.25%＜Wc＜0.6%、高碳钢Wc≥0.6%
根据使用来分：
结构钢、工具钢、特殊性能钢
根据冶炼来分：
沸腾钢、镇静钢、半镇静钢
实际命名：
结合成分、质量、用途
二、常用非合金钢（碳钢）
按照钢的用途和质量可分为：
1、普通碳素结构钢
1）化学成分：
Wc=0.09%～0.33%WMn=0.37%～0.65Wsi=0.30%
Ws≤0.035～0.05%Wp≤0.035%～0.045%
2）牌号：
由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。
Q235—A·
F
3）性能：
碳含量低，塑性、焊接性能好
4）用途：
以热轧状态供应。
用于焊接、铆接、栓接构件。
Q195、Q215钢用于制作低碳钢丝、钢丝网、屋面板、焊接钢管、地脚螺栓和铆钉等。
Q235钢多用作钢筋和钢结构件或铆钉、铁路道钉和各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。
Q255、Q275钢用于制作各种农业机械，也可用作钢筋和铁路鱼尾板。
2、优质碳素结构钢
（1）化学成分：
Wc=0.08%～0.85%Wsi=0.17%～0.37%Wsp≤0.035%
（2）牌号：
两位数字+符号表示数字表示含碳量万分之几，符号如果是F则表示是沸腾钢。
例：
08F:
平均碳含量为0.08%的优质碳素结构沸腾钢
15平均碳含量为0.15%的优质碳素结构钢
65Mn平均碳含量为0.65%的较高含锰量的优质碳素结构钢
（3）具体牌号。
性能和应用：
08、10软钢，强度低，塑性好。
制造冷轧钢板、深冲压件。
15、20、25钢，强度低，塑性、焊接性好。
制造冲压件、焊接件。
渗碳淬火后可用于高速重载受冲击件（变速齿轮）。
30～55钢，调质后具有良好的综合力学性能。
用于受力较大的重要件。
表面淬火后，可提高表面硬度和耐磨性，用于高速重载重要件。
如齿轮类、轴类零件。
最常用的为45钢。
60、65钢，高碳钢，在淬火+中温回火后，具有较高的耐磨性和良好弹性。
主要用于制作弹簧和易磨损的零件。
3、碳素工具钢
Wc=0.65%～1.35%
T+数字表示T—碳数字表示千分含碳量。
若是高级优质钢则数字后面加A。
T8A→平均含碳量为0.8%的高级优质钢碳素工具钢
具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，热硬性差。
用于制作手动和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等
具体应用：
T7~T8凿子、模具、锤子、木工工具及钳工装配工具
T9~T11刨刀、冲模、丝锥、手工锯条、卡尺等
T12~T13钻头、锉刀、刮刀等
互动：
解释牌号含义
4515
20Mn
T9T10
三、合金钢
在碳钢基础上根据用途的不同添加不同的合金元素的钢。
常用合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Ti、V、Mo、W、Al等。
合金元素通过与钢中铁、碳发生作用以及合金元素间相互作用，提高了钢的力学的性能，改善了钢的热处理工艺性能。
分类：
1、按合金元素的含量分1）低合金钢合金元素总含量小于等于5%；
2）中合金钢合金元素总含量在5%~10%之间；
3）高合金钢合金元素总含量大于等于10%；
2、按合金元素的种类分有铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢等。
3、按主要用途分
（1）结构钢：
建筑及工程用结构钢；
机械制造用结构钢
（2）工具钢：
刃具钢、模具钢、量具钢
（3）特殊性能钢：
不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢
牌号表示：
合金结构钢：
二位数字+元素符号+数字40Cr20CrMnTi
合金工具钢：
一位数字（无）+元素符号+数字9SiCrCrWMn
特殊专用钢：
GCr15
（一）合金结构钢
1、低合金结构钢（工程结构用钢）
（1）性能特点较高的强度，足够的塑性和韧性、良好的焊接性能。
广泛应用建筑、桥梁、船舶、车辆、高压容器等。
（2）化学成分特点
低碳钢（含碳量<
0.2%）；
主要合金元素为Mn（含量为1.25~1.5%）
（3）热处理特点：
一般不进行热处理
（4）常用钢种16Mn、15MnV、09Mn2等。
2、机械制造用钢
1）合金渗碳钢
①性能特点用于制造表面硬而耐磨，心部韧性好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。
（具有良好的渗碳能力和淬透性）
②化学成分特点低碳钢（含碳量0.1~0.25%）；
主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作用是提高淬透性和防止过热。
③热处理特点预先热处理为正火、渗碳后为淬火加低温回火。
④典型零件：
变速箱齿轮、齿轮等常用的20Cr、20CrMnTi钢。
同学们在钳工，车工实习中用到哪些碳素工具钢。
2）合金调质钢
①性能特点调质处理后具有高强度与很好塑性及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。
②化学成分特点中碳钢（0.3~0.5%）,合金元素主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高淬透性、细化晶粒和防止过热。
③热处理特点预先热处理为退火或正火，最终热处理为淬火+高温回火。
④常用钢种40Cr、40CrMn、38CrMoAlA等。
应用场合：
重载受冲击件（连杆、齿轮、汽车后桥半轴）等
3）合金弹簧钢
①性能特点：
具有高的弹性极限、高的屈强比、高的疲劳强度以及足够的韧性。
制造各种弹性元件如圈簧、板簧等。
②化学成分特点含碳量（0.5~0.7%）,合金元素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提高淬透性和回火稳定性，防止回火脆性。
③热处理特点：
淬火、中温回火
④常用钢种：
60Si2Mn
4）滚动轴承钢
①性能特点要求具有很高的强度和硬度、很高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，很高的耐磨性，而且还应有一定的抗腐蚀能力。
②化学成分特点高碳（0.95%<
Wc<
1.1%）；
加入的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐磨性。
预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火。
④常用钢种GCr15、GCr15SiMn（注意Cr的含量、C的含量）。
（二）合金工具钢
是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。
它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。
1、合金刃具钢
刃具钢应具有下列性能要求：
（1）高硬度（60HRC以上），
（2）高的耐磨性，（3）高的热硬性（红硬性）（4）具有一定的强度、韧性和塑性
（1）低合金刃具钢
①、化学成分特点高的含碳量（0.75~1.5%）；
加入Cr、Mn、Si、V、W等合金元素；
提高淬透性和回火稳定性，
②、热处理特点：
预处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火。
③、常用钢种9SiCr、9Mn2V、CrWMn，
④、主要用于制造低速切削刃具（如木工工具、钳工工具、钻头、铣刀、拉刀、丝锥、板牙等）及测量工具（如卡尺、千分尺、块规、样板等）
新课讲授
（2）高速钢
是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢、风钢、白钢。
高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，硬度和红硬性高，主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。
①、化学成分特点①高C：
0.7%~1.5%；
②加入Cr提高淬透性；
③加入W、Mo提高热硬性；
④加入V提高耐磨性。
②、热处理特点退火+1270℃淬火+560℃~580℃回火（三次）。
③、典型钢种
通用高速钢：
W18Cr4V（W18）特点：
强度较好，可磨性好，可用普通钢玉砂轮磨削，耐热性中等，热塑性差主要用途：
通用性强，广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等。
高性能高速钢：
W6Mo5Cr4V2（M2）特点：
强度高，热塑性好，耐热性、可磨性稍次于W18Cr4V，
主要用途：
适用于制作热成形刀具和承受冲击、结构薄弱的刀具
2、合金模具钢：
①、冷作模具钢
用来制造在室温下使金属塑性变形的模具。
Crl2型钢，冷冲模、拉丝模、和冷挤压模等
②、热作模具钢
用来制造对金属进行热变形加工的模具。
分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，5CrMnMo和5CrNiMo
3、合金量具钢
用于制造量具的合金钢称为合金量具钢。
例如制造卡尺、塞规、量块等。
①高精度量具（如块规）可采用Cr12、CrWMn等量具刃具钢制造，也可用轴承钢（如GCr15）制造；
②简单量具（如卡尺、样板、直尺、量规等）多用碳素工具钢（如T10A）；
③要求精密并须防止腐蚀的量具，采用不锈钢3Cr13、9Cr18。
（三）特殊性能钢
1、不锈耐酸钢：
在腐蚀性介质（如水、海水、酸、碱等）中具有抗腐蚀性能的钢，称为不锈钢。
①不锈钢：
能抵抗大气腐蚀的钢。
常用：
Cr13型
1Cr13一般刀刃，机械部件，餐具（勺,叉,刀等）2Cr13制造汽轮机叶片、水压机阀3Cr13作刃具、喷嘴、阀座、阀门等4Cr13制造弹簧、轴承、医疗器械等
②耐酸钢：
在一些化学介质（如酸类等）中能抵抗腐蚀的钢。
0Cr18Ni9、1Cr18Ni9
2、耐热钢：
耐热钢是制造在高温下工作的零件或构件。
抗氧化钢（不起皮钢）常用：
4Cr9Si2、1Cr13SiAl
热强钢：
高温下有良好的抗氧化性并具有较高的强度。
15CrMo、4Cr14Ni4WMo
3、高锰耐磨钢：
高锰耐磨钢极易冷变形强化，很难进行切削加工，因此高锰耐磨钢件大多是铸造的。
坦克履带、挖掘机铲齿等常用ZGMn13
展示钻头，
说明HSS含义
四、铸铁
铸铁是含C量在2.11～6.69%之间的铁碳合金。
其成分范围大致为：
C:
2.4%～4.0%、Si:
0.6%～3.3%、Mn:
0.2%～1.2%、P:
0.02%～1.2%、S:
0.02%～0.15%，有时还加入合金元素生产合金铸铁。
特点：
铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比碳钢低。
由于石墨的存在,具有良好的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能，生产简单，价格便宜，所以应用广泛。
（一）铸铁的分类
1、根据碳在铸铁中的存在形式
①白口铸铁：
碳主要以渗碳体（Fe3C）形态存在，断口呈银白色。
凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。
硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。
多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。
②灰口铸铁:
碳以游离的石墨（G）形式存在，使用普遍。
③麻口铸铁：
碳以Fe3C+G形式存在，过渡组织。
2、根据石墨的形态分
1）、灰铸铁
碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。
性能特点：
抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。
由于片状石墨存在，故减振性、耐磨性好，缺口敏感性低，铸造性能和切削加工较好。
用途：
用来制作各种主要承受压力，并要求减振性、耐磨性好及缺口的敏感性低的机械零件。
如：
机床床身、机架、导轨等。
牌号：
HT+数字如：
HT200、HT250等。
2、可锻铸铁
（1）概念：
由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件，再经石墨化退火而成的铸铁。
俗称玛钢、马铁，又叫展性铸铁或韧性铸铁。
（2）性能：
具有一定的强度和较高的韧性，硬度高，耐磨性好。
（3）牌号：
KTH（HTZ）+数字+数字
KTH300-06σb≥300N/mm²
δ≥6%
（4）用途：
黑心可锻铸铁（KTH）用于冲击或震动和扭转载荷的零件，用于制造管道配件、管接头、低压阀门、汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧支架、机床零件、工具扳手等。
珠光体可锻铸铁（KTZ）常用制造强度要求较高、耐磨性较好的铸件，如齿轮箱、凸轮轴、曲轴、连杆、活塞环等。
3、球墨铸铁
用球化剂对铁液进行处理，使石墨大部或全部呈球状的铁碳合金。
性能：
1）强度、塑性、韧性大大高于灰铸铁，接近铸钢。
2）具有良好的减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。
用于制作强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件。
柴油机、汽车及拖拉机的曲轴、凸轮轴、中压阀门、压缩机的曲轴、连杆等。
QT+数字+数字如QT800-02
4.蠕墨铸铁
蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。
RuT+数字。
RuT300用途：
制做各种要求强度、硬度较好和导热率较高的铸件，如重型机床床身、箱体及内燃机的气缸盖、活塞环、排气管等
HT300，KTH300-06
KTZ650-02
QT400-18
QT900-2
一、有色金属：
1.铜及铜合金
1）纯铜由于呈紫色，又名紫铜。
纯铜由电解加工得到。
主要应用于冶炼铜合金，制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。
2）铜合金是以铜为基础加入锌或锡等金属熔炼而成的。
铜合金按其成分不同可分为黄铜、青铜和白铜三种，按加工方法不同可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。
①黄铜由铜和锌组成。
黄铜常用做电线、板、管材或电气元件。
普通黄铜：
“H+数字”，H表示黄铜，数字表示铜的质量分数。
H90、H80金黄色，故称金黄铜，用于镀层、装饰品、奖章等。
H70较好的的塑性和冷成型性，制造弹壳、散热器等。
H68、H59强度高，热塑性、切削加工性、焊接性。
耐蚀性好。
应用于广泛。
如制造螺栓，螺母，垫圈、弹簧、金属网等。
特殊黄铜：
在普通黄铜的基础上添加其它合金元素的铜合金。
为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等。
如HPb59-1。
②青铜指铜与锌和镍以外的元素组成的合金。
因颜色青灰，被称为青铜。
青铜具有熔点低、硬度大、可塑性强、耐磨、耐腐蚀、色泽光亮等特点，适用于铸造各种器具、钱币、机械零件（轴承、齿轮）等。
普通青铜（锡青铜）:
具有较好的塑性和适当的强度，且有较好的耐磨性，常用来制造滑动轴承、蜗轮、齿轮等。
特殊青铜（无锡青铜）：
铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。
铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。
铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件，铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。
③白铜：
是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜。
镍白铜（有叫洋白铜），用途：
晶体振荡元件外壳，晶体壳体，电位器用滑动片，医疗机械，建筑材料等。
2.铝和铝合金
铝及其合金的应用仅次于钢铁，其密度仅为2.72g/cm3，为铁的1/3，是一种银白色的轻金属。
铝具有良好的导热性和导电性。
纯铝由电解方法得到，主要应用于制造铝合金。
铝合金是以铝为基础加入多种合金元素（如铜、锌、镁等）而组成的，。
铝合金的强度比纯铝高，所以应用较广，可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
1）变形铝合金由压力加工制造而成，其外形主要有棒材、管材和板材。
按组成的合金元素不同分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等，如飞机大梁和起落架选用超硬铝，而外壳用硬铝即可。
2）铸造铝合金用于制造内燃机气缸体、活塞、外壳等零件。
知识拓展
二、非金属材料
非金属材料在机械零件中的应用越来越广泛，如汽车中的零件有40％是由工程塑料制成的。
常用的非金属材料有工程塑料、橡胶、陶瓷和复合材料。
1.工程塑料
1）组成以高分子化合物树脂为基础，加入其他添加剂制成。
2）分类按塑料的功能分为通用塑料（用于制造日常生活用品、包装材料）、工程塑料（用于制造机械零件，如有机玻璃、尼龙、ABS塑料）和特种塑料（如医用塑料）。
3）特性质轻、耐腐蚀、绝缘性好，成形简单。
4）应用机械零部件、耐磨件、耐蚀件、密封件及透明件。
其用途广泛，可以说生活中离不开塑料，如PPR塑料管材已代替传统的镀锌管用做住宅的上下水管，不仅寿命长，而且不易形成水垢，提高了自来水的品质；
又如，建筑外墙贴上塑料泡沫，起到保温节约能源的作用。
2.橡胶
以生胶（天然和合成两种）为基础加入配合剂制成。
常用的配合剂有硫化剂等，起定型、防老化及软化作用。
1）特性高弹性是其最主要的特性，耐磨和优良的电绝缘性也是其重要的特性。
2）应用如轮胎、V带、管道与输送带、电工绝缘材料和制动件等。
3.陶瓷
陶瓷是以天然的硅酸盐泥土为原料，经过成形、烧结而成的。
其主要特性是具有极高的硬度和极低的韧性，能承受极高的温度而不变形，可应用于火箭喷嘴等在高温条件下工作的零件。
陶瓷的应用极为广泛，在化工、电子、机械等行业中都应用很广。
在生活中也离不开陶瓷，如生活用具、水龙头的阀片等。
按应用条件不同可将陶瓷分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。
4.复合材料
复合材料是由两种以上的材料组合而成的。
例如，新型自来水铝塑管代替了传统的铁管，它是由铝管外套上一层塑料管组合成的。
用于装饰材料的铝塑板不仅能够减轻建筑的重量，而且还不会生锈。
复合材料按其组成的成分不同可以分为以塑料为基体、以金属为基本、以橡胶为基本的多种复合材料。
复合材料的主要特性依所组合的材料不同而不同，主要具有强度高、减摩性好、抗振性好、吸声效果好和保温性好等优点。
使用时应根据工作条件来选择相应的复合材料的种类和牌号。
教学总结
1、钢的分类，常用非合金钢的分类
2、常用合金钢的分类
3、铸铁的分类
4、常用的有色金属
5、非金属材料
作业布置
完成教学任务书和课后习题
教学后记
本次课的内容很多，很细，学生要具体掌握需要下点功夫，特别是牌号学生对每个字母的含义要弄清楚。
教学任务书
金属材料的分类
班级
姓名
任务分解
学生活动
任务一：
1、金属的性能有哪些？
2、金属的力学性能有哪些？
任务二：
钢按照不同的方式如何分类？
任务三：
1、普通碳素结构钢的分类？
2、优质碳素结构钢的分类？
3、碳素工具钢的分类？
任务四：
铸铁的分类？
任务五：
45
08
T12
Q215-A.F
HT200
教学评价
评价内容
评价等级
综合评定
掌握
了解
不懂
钢的分类
常用合金钢的分类
铸铁的分类
铜合金的种类
铝合金的种类
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