工程材料及热处理教案Word下载.docx
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12
11—11.
表面热处理和化学热处理
13
11.—11.
低合金金刚
14
12.—12.
合金钢
15
铸铁
16
硬质合金
17
18
12.—1.
课时计划
授课班级
数控
授课时间
9月
课型
新授课
第1.2课
课题
材料绪论
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解本书的学习方向
技能
明确机械制造过程
情感
提高学生专业素质
教材分析
重点
专业兴趣
难点
专业特点枯燥复杂
关键
培养专业兴趣
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
课程导入
新授内容
作业
导语：
由材料发展历史导入正文
正文：
本学期课程基本要求：
1了解常用工程材料的分类、牌号和用途
2了解常用热处理工艺的原理、特点及应用。
3了解新材料、新技术、新工艺的发展状况。
金属材料的分类
一、金属的定义：
具有良好的导电性和导热性、具有一定强度和塑性并具有光泽的物质。
（根据特征描述定义）
二、合金定义：
两种或两种以上的金属元素或与非金属元素组成的金属材料。
三、分类
非合金钢
低合金钢
钢铁材料：
合金钢
铸铁
金属材料：
铜及铜合金
铝及铝合金
非铁金属:
轴承合金
钛及钛合金
其他非铁合金
或者分为黑色金属和有色金属。
P9一、1、2、3、4
二、1、2
认真听讲
理解记忆
板书设计
课题
一
教学总结
数控机加
第3、4课
钢铁材料生产过程简介
了解钢铁的生产过程，
明确钢和铁的区别
提高学生专业素质
钢铁材料生产过程
掌握钢铁材料生产过程
课程导入
钢铁是铁和碳的合金，钢铁材料按碳的质量分数分为：
工业纯铁（wc＜0.0218%）
钢（wc=0.0218%～2.11%）
生铁（wc＞2.11%）
钢铁材料生产过程简介
一、炼铁
现代钢铁工业生产铁的主要方法是高炉炼铁。
高炉炼铁的炉料主要是铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）。
1、原料（铁矿石、熔剂、焦炭）→上料机→燃料吹气
↓→炉渣
→高炉→产品→生铁及煤气
产品主要是铸造生铁和炼钢生铁
二、炼钢
1、炼钢的本质是铁的还原过程。
2、炼钢的方法：
转炉炼钢法
电弧炉炼钢法
2、钢的脱氧⑴、特殊镇静钢
⑵镇静钢
⑶半镇静钢
⑷沸腾钢
3、钢的浇注
4、炼钢的最终产品：
①板材
②管材
③型材
④线材
课时计划
数控机加
第5、6课
机械制造过程简介
讲授
认知
了解机械制造过程
技能
情感
教材分析
重点
了解机械制造过程以及热处理的环节
难点
热处理所处的环节
关键
热处理所处的环节
教师讲授、指导内容
时间分配
复习
新授
小结
复习
1、钢和铁的区别？
2、炼钢的产品？
机械产品的制造过程一般分为设计、制造与使用三个阶段。
一、设计
市场分析→
产品计划→→设计图
产品设计→
试制试验→
二、制造
工艺准备→下料→锻件→热处理→装配→实验→产品
三、使用
产品→运转→修理、保养
↓
磨损
腐蚀
故障
断裂
↓
设计图←质量评价
机械制造三个阶段既各自分开又相互联系，了解其过程有助于了解机加的特点及应用。
讲解作业课后题
P9二6
P9一、1、2、3、4
回答问题
4’
20’
10’
11’
板
书
设
计
一、
二、
三、
课后小结
9月
第7、8课
第二章金属的性能第一节金属的力学性能
研究金属力学性能的意义
培养学生专业技能
提高学生的专业素质
力学性能的指标
理解力学性能的指标的意义
只有充分了解金属的力学性能，才能正确、经济、合理地选用金属材料。
可以说，金属使用性能的优劣与我们的日常生活密切相关。
金属金属力学性能是评定金属质量的主要判据，也是金属构件设计是进行选材和强度计算的主要依据。
金属的力学性能指标有强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（提问，学生思考用铝合金做车床的卡盘合适吗？
）
a）强度与塑性
1、强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
2、塑性是金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
永久变形是物体在力的作用下产生的形状和尺寸的改变。
外力去除后，永久变形不能恢复到原来的形状和尺寸。
重点理解:
屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不断增加仍然继续伸长变形时的应力。
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大表称拉应力。
退火低碳钢的力-伸长曲线图
点3为屈服点：
点4为拉伸强度：
2、塑性指标：
断后伸长率→δ%
断面收缩率→ψ%
重点理解记忆
课
数控机加
第9、10课
金属的力学性能
研究金属力学性能的意义
培养学生专业技能
提高学生的专业素质
力学性能的指标
理解力学性能的指标的意义
1、强度的意义？
2、强度指标符号？
正文：
二、1、硬度：
是衡量金属软硬程度的一种性能指标。
2、硬度测量方法有压入法、划痕法、高度回弹法，其中压入法最为常用。
在压入法中，根据载荷、压头和表示方法的不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度（hbw）、洛氏硬度（hra、hrb、hrc）和维氏硬度（hv）。
3、布氏硬度：
使用一定直径的硬质合金球下压，执行gb/t231.1—2002标准。
布氏试验硬度上限为650hbw。
实验数据准确。
4、洛氏硬度：
以120°
锥角金刚石圆锥体或直径为1.588㎜的淬火钢球压入试样表面。
执行gb/t230—1991标准。
Hr后写使用标尺。
该试验操作简单，准确性差，需却不同三点算平均值。
5、维氏硬度：
以相对夹角为136°
正四棱锥金刚石作为压头，测对角线长度值为准。
执行gb4340—1984。
该实验适用范围广，测量效率低。
6、硬度值的高低，对于机械零件的耐磨性也有直接影响，钢的硬度值越高其耐磨性越高。
三、1、韧性：
是金属在断裂前吸收变形能量的能力。
2、韧性指标：
akv→冲击韧度，单位j/㎝2。
四、疲劳：
零件在循环应力作用下，经过一定时间的工作会发生忽然断裂，这种现象称金属的疲劳。
疲劳断裂时不发生明显的塑性变形，断裂是忽然发生的因此具有很大的危险性，常常造成严重的事故。
书：
24页一、2、8
二、1、7、9
学生举例发言
同时理解记忆
学生了解
09数控
机加
第11、12课时
金属的物理性能和化学性能
教
学
目
标
了解金属的物理、化学性能
培养机加专业技能
材
分
析
金属的物理性能和化学性能的应用在机加行业中的应用
分配
金属的物理性能是指金属在重力、电磁场、热力等物理因素作用下，所表现的性能或固有性能。
一、金属的物理性能
1、密度：
金属的密度是指在一定温度下单位体积金属的质量。
2、熔点：
金属合金从固态像液压金属转变时的温度成为熔点。
3、导热性：
金属传导热量的能力成为导热性。
4、导电性：
金属能够传导电流的性能成为导电性。
5、热膨胀性：
金属随着温度变化二膨胀、收缩的特性成为热膨胀性。
6、磁性：
金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能成为磁性。
二、金属的化学性能
1、耐腐蚀性：
金属在常温下抵抗氧、水及其他化学介质腐蚀破化作用的能力，成为耐腐蚀性。
2、抗氧化性：
金属在加热时抵抗氧化作用的能力。
3、化学稳定性：
金属的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。
了解金属的物理和化学性能有助于使用性能的选择。
24页二、2、8
三、5
四、1、2、5
金属的物理和化学性能
一、二、
教学小结
09数控、机加
新授+复习
第13、14课时
讲授+讨论
了解金属的工艺性能
金属切削加工性能及硬度
复习金属的性能
金属切削加工性能的依据
金属硬度在170~230HBW时最易切削加工。
新授
1、密度的含义？
2、讲解上节课作业答案及存在的问题。
金属的工艺性能直接影响到机械零件的加工质量，同时也是选择金属时必须考虑的重要因素之一。
1、铸造性能：
金属在铸造成型中获得外形准确、内部组织健全的能力称为铸造性能。
包括流动性、吸气性、收缩性的偏析等。
在金属中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
2、压力加工性能：
金属利用压力加工方法塑造成型的难易程度称为压力加工性能。
黄铜和铝合金在室温状态下具有良好的
回答
问题
20
3、压力加工性能。
非合金钢在加热状态下压力加工性能较好。
铸铁等几乎不能进行压力加工。
4、焊接性能：
金属在限定施工条件下焊接成按规定设计要求的构件并满足预定服役要求的能力。
低碳钢具有良好的焊接性，而高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性较差。
切削加工性能是指金属在切削加工时的艰难程度。
切削加工性能好的金属对使用的刀具磨损量小，可以选用较大的切削用量，加工表面也比较光洁。
切削加工性能与金属的硬度、导热性、冷变形强化等因素有关。
铸铁、铜合金、铝合金及非合金钢都具有较好的切削加工性能，高合金钢的切削加工性能较差。
讲解思考题：
1、名词解释2、3、8
2、填空题1、2、7、9
3、选择题1、4、5
三、
四、
数控机加
第15、16课时
了解金属的内部结构及其变化规律
培养专业技能
金属晶格的类型
不同金属晶格的类型的代表
金属的性能与其化学成分和内部结构有着密切联系。
即使是同一重金属，由于加工工艺的不同也将使金属具有不同的内部组织结构，从而使金属具有不同的性能。
因此，研究金属的内部结构及其变化规律，是了解金属性能，正确选用金属，合理确定金属加工方法的基础。
一、晶体与非晶体
晶体：
物质内部的质点（原子、离子和分子）成规律性和周期性排列的物质，称晶体。
二、金属的晶体结构
1、晶格：
抽象地利用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子。
认真
听讲
2、晶胞根据晶体中原子排列规律性和周期性的特点，取最小单元格为晶胞。
3、常见晶格类型
（1）体心立方晶格：
如钨、钼、钒、α-铁。
（2）面心立方晶格：
如铝、铜、镍、γ-铁。
（3）密排六方晶格：
如镁、锌、α-钛。
4、晶界：
将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的内界面成为晶界。
P35一、1
二、1、2、
四、1
画图
一、图、体心立方
二、面心立方
三、密排六方
第17、18课时
纯金属的结晶
了解纯金属的结晶过程
纯金属的结晶过程
金属结晶后晶粒大小对金属性能的影响
形核及长大
引言
除粉末冶金外，大多数的金属制件都是经过熔化、冶炼、和浇注而获得的，这种由液态转变为固态的过程称为凝固。
通过凝固形成晶体的过程称为结晶。
一、金属的结晶过程：
1、液态金属在达到结晶温度时，首先形成极细小的微晶体，称为晶核。
随着温度降低，晶核不断长大，与此同时又有新的晶核形成、长大直至金属液全部凝固。
晶核的形成和晶核的长大就是金属结晶的基本过程。
二、金属结晶后的晶粒大小：
1、一般情况下，晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。
因此生产实践中总是使金属及其合金获得较细的晶粒组织。
2、控制晶粒大小的方法：
1）加快液态金属的冷却速度，降低浇注温度。
2）变质处理。
3）采用机械振动、超声波振动和电磁振动。
三、相：
相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。
铁-碳合金中α-铁为一个相，Fe3C为一个相。
水和冰为两个相。
P34二、4、7
数控、机加
第19、20课时
金属铸锭的组织结构
了解金属铸锭的组织结构
金属铸锭的组织结构的类型
引言：
不管是哪类结晶产品，金属的在铸造状态的组织会直接影响金属在后续加工工程中的性能。
1、表面细晶粒区：
晶粒细小，区域厚度较小，组织致密，成分均匀，力学性能较好。
2、柱状晶粒区：
晶轴垂直于模壁的晶粒，其沿着晶粒轴向模壁传热比较有利，因而她们的成长不致彼此之间相互抵触而受限制，所以这些晶粒优先得到成长，从而形成柱状晶粒区。
3、等轴晶粒区：
晶粒粗大，组织疏松，力学性能较差。
4、金属铸锭中，除存在组织不均匀外，还常有缩孔、缩松、偏析、夹渣等缺陷。
根据浇注方法不同，金属铸锭分为钢锭模铸锭和连续铸锭。
09数控
09机加
第21、22课时
铁碳合金的基本组织
增强专业认知
理解铁碳合金的基本组织的性能
理解铁碳合金的基本组织结构类型
要掌握各种钢和铸铁的组织、性能以及加工方法等，必须先了解铁碳合金的化学成分、组织和性能之间的关系。
一、铁素体（F）：
铁素体是指α-Fe或其内固溶一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用F或α。
显微镜下，铁素体呈明亮的多边形晶粒。
二、奥氏体（A）：
奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和其他元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用A或γ表示，奥氏体的显微组织成多边形晶
回忆体心立方的结构
粒状态，但晶界比铁素体的晶界平直，奥氏体是非铁磁性。
三、渗碳体（Fe3C）:
渗碳体是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙化合物。
为复杂的晶格类型。
硬度高，脆性差，塑性和韧性极低。
四、珠光体（P）：
珠光体是奥氏体从高温缓冷时发生共析转变形成的，其立体形状为铁素体薄层和渗碳体交替重叠的层状复相组织。
是铁素体和渗碳体的机械混合物。
性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度和塑性，硬度适中，是一种综合力学性能较好的组织。
五、莱氏体（Ld）：
Wc=4.3%。
高温莱氏体（Ld）:
奥氏体和渗碳体的机械混合物。
低温莱氏体（Ld`）珠光体和渗碳体的机械混合物。
硬度高塑性差。
显微组织是渗碳体的基本上分布着粒状的奥氏体。
1、4、
2、5、
3、6、
第23、24课时
了解铁碳和金状态图的内容
铁碳和金状态图的应用
理解铁碳和金状态图中的特征点，线，面的含义
铁碳合金图（自己画）
铁碳和金状态图是表示在极缓慢冷却条件下，不同化学成分的合金所具有的组织状态的一种图形。
实际上研究铁碳和金状态图就是研究Fe-Fe3C状态图。
（一）铁碳和金状态图中的特征点
特征点
温度/℃
wc%
含义
a
1538
纯铁的熔点
c
1148
4.3
共晶点
d
1227
6.69
渗碳体的熔点
e
2.11
钢与生铁的成分分界点
f
共晶渗碳体的成分点
g
912
α-Fe→γ-Fe同素异构转变点
s
727
0.77
共析点
p
0.0218
碳在α-Fe中的最大溶碳量
作业：
二）铁碳和金状态图中的主要特征线
1、液相线acd：
在液相线acd以上铁碳和进处于液体状态（l）,冷却时谈的质量分数wc＜4.3%的铁碳和金在ac线开始析出结晶奥氏体；
碳的质量分数wc＞4.3%的铁碳和金在Cd线开始结晶出
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