金属熔焊基础第一章金属学基础.docx
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金属熔焊基础第一章金属学基础
课题
绪论
教学目的
知识目标
了解学习本课程的目的，基本内容及其发展史；了解金属熔焊基础在焊接专业中的应用。
能力目标
了解教材，明确学习内容。
德育目标
激发学习兴趣，让学生认识到学习本门课程的重要性。
教学重点
焊接、熔焊、压焊、钎焊的概念及熔焊特点。
教学难点
无
教学方法
讲授法
教学用具
多媒体
教学时数
4学时
备课时间
3月1日
授课时间
教学过程
教学环节及
学时分配
教学内容
教学活动
组织教学
（1分钟）
复习提问
（5分钟）
导入新课
（2分钟）
讲授新课
（20分钟）
课堂练习
（17分钟）
复习提问
（17分钟）
导入新课
（17分钟）
课程讲授
（20分钟）
课堂练习
（22分钟）
课堂小结
（2分钟）
布置作业
（1分钟）
师生问好、清点人数、填写日志
观察小区内健身器材的连接处，都采用哪种连接方法？
材料是人类社会发展的物质基础，材料科学的发展代表着科学的发展，而焊接技术的进步是与材料的发展密切相关的。
大部分金属材料，尤其工程结构材料的焊接性能要求是一项重要的工艺性能指标。
一、焊接与熔焊
1、焊接的定义：
焊接是通过加热或加压（或两者并用），并且用或不用填充材料，使焊件形成原子间结合的一种永久性的连接方法。
2、焊接方法的分类
三大类：
熔（化）焊、压（力）焊、钎焊
熔（化）焊：
焊接时，将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。
压（力）焊：
焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。
钎焊：
利用液体钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互
扩散实现连接的方法。
3、基本焊接方法：
提问、回答：
1、焊接与熔焊、压焊、钎焊定义
2、简述常用的焊接方法？
熔焊是指？
由复习导入
二、熔焊的特点
1．优点
①焊接可节省金属材料，接头强度高
②焊接工艺过程比较简单，生产率高
③焊接接头质量好
④焊接方法利用率高
注：
由于具备了上述优点，在锅炉压力容器、船体和桥式起重机制造中，焊接已全部取代了铆接。
在工业发达国家，焊接结构所用钢材约占钢材总产量的50％。
2．缺点
高温加热，使某些金属材料性能降低，影响产品的安全运行。
三、焊接技术的发展概况
焊接技术应用于工业生产是始于19世纪80年代，至今不过百年左右。
焊接技术的发展主要表现在新方法的研制、应用与机械化自动化程度的提高。
经济的发展对焊接技术提出了更高的要求，而科技的进步也为焊接方法与设备的发展提供了条件。
目前，各种电弧焊、电阻焊、气体保护焊已成为生产中使用的常规焊接方法，而等离子弧焊接、电子束焊接等一些高效、节能的新技术也逐步得到推广，从而大大扩展了焊接技术应用领域。
四、本教材的主要内容
（1）金属学基础
（2）焊件热处理基础
（3）常用金属材料
（4）焊接冶金过程
（5）焊接材料
（6）焊接缺陷的产生与防止
五、本教材的教学目标及学习方法
（1）本教材的教学目标
（2）对学习方法的建议
提问、回答：
熔焊的特点？
（优缺点）
这节课主要讲述了，焊接与铆接相比较的优缺点及焊接的发展史。
熔焊具有的优点？
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题
讲授法
结合图片、视频明确定义
结合视频解释各类焊接方法
结合路线图讲授基本焊接方法
以两人为一组互相提问，检验学习成果，教师验收练习成果
观察、思考。
明确教学课题
启发式教学
启发学生思考，总结熔焊的优缺点。
结合图片讲述
讲授法
以两人为一组互相提问，检验学习成果，教师验收练习成果
回忆、讨论、总结。
观察。
教学反思
第一章金属学基础
教学目标
知识目标
1、掌握金属材料性能（工艺性能、使用性能）的概念、分类及其指标
2、掌握载荷的性质、名称、分类
3、掌握强度的概念及其种类、应力的概念及符号
4、了解晶体的几种缺陷形式，掌握晶体的结构类型
5、掌握合金的概念及无相的概念
能力目标
熟练掌握工艺性能、使用性能的分类及性能指标
能看懂铁碳合金相图
德育目标
培养学生独立学习思考、善于观察的能力和谦虚好学的态度。
教学重点
1、金属材料的性能概念、分类及其指标
2、铁碳合金组织组织的名称及性能
教学难点
1、金属材料的性能概念、分类及其指标
2、铁碳合金组织组织的名称及性能
时数分配表
子课题（节）
内容
学时
1.1
金属材料的性能
6
1.2
金属的结晶结构
4
1.3
金属的结晶
4
1.4
合金结构与结晶
2
1.5
铁碳合金相图
2
1.6
金属受力时结构和性能变化
4
总学时
22
课题
§1-1金属材料的性能
教学目的
知识目标
掌握金属材料的各种力学性能
能力目标
能够掌握各力学性能的概念及指标
德育目标
培养学生独立学习思考的能力
教学重点
强度、塑性、硬度、冲击韧性
教学难点
强度、硬度
教学方法
讲授、任务驱动
教学用具
多媒体
教学时数
6学时
备课时间
3月2日
授课时间
教学过程
教学环节及
学时分配
教学内容
教学活动
组织教学
（1分钟）
复习提问
（2分钟）
导入新课
（2分钟）
讲授新课
（20分钟）
第1学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（19分钟）
复习提问
（3分钟）
导入新课
（1分钟）
课堂讲授
（20分钟）
第2学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（19分钟）
布置作业
（1分钟）
师生问好、清点人数、填写日志
1、焊接与熔焊、压焊、钎焊定义?
2、简述常用的焊接方法？
金属材料具有优良的使用性能，能生产出满足各种要求的机械零部件、工具及其他制品，因而在工农业和国防各领域应用广泛，我们作为工艺操作人员则应熟悉金属的性能、结构和结晶特点，对金属熔焊过程发生的变化规律有所理解，做到合理选材，合理加工。
金属材料的性能一般分为两类：
一类是使用性能，另一类是工艺性能。
★使用性能：
它反映金属材料在使用过程中所表现出来的特性，主要包括力学性能、物理性能和化学性能，它决定了金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命；
工艺性能：
它反映了金属材料在加工制造过程中的各种特性，如铸造性、锻造性、焊接性和切削加工性等，它决定了金属材料在制造、加工机械零件时的难易程度。
一、金属的力学性能
定义：
金属在外力作用下所表现的性能。
性能指标：
硬度、强度、塑性和韧性。
注：
在不同性质的载荷作用下，金属所表现的特性与抵抗破坏的能力不同，因而需要用不同的力学性能指标。
不同性质的载荷分为：
静载荷、冲击载荷、交变载荷。
1．硬度
定义：
材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力。
测定硬度的方法：
布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。
重点掌握金属材料的性能包括哪几种？
力学性能指标包括？
1、金属材料的性能有？
2、力学性能指标？
3、硬度？
4、测定硬度的方法？
测定硬度的方法？
由复习直接导入
一、金属的力学性能
1、硬度：
（1）布氏硬度：
符号HBW
测试原理：
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。
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）。
例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10~15s时测得的布氏硬度值为530。
特点：
误差较小，数据稳定、重复性强，但它测量费时，压痕较大。
应用：
测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等的硬度，
不适于测量成品零件或薄件的硬度。
（2）洛氏硬度
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
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。
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。
特点：
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
（3）维氏硬度。
测试原理：
与布氏硬度试验相同。
测量压痕对角线长度，从表中查出。
表示方法：
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。
应用特点：
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。
本节课学习了金属材料的性能及使用性能中力学性能的衡量指标之一硬度的定义及测量方法，要求重点掌握。
1、布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度实验法的符号？
2、解释含义：
530HBW5/750：
640HV30
简述金属材料的力学性能的各指标?
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题。
讲授法
重点讲授使用性能包括哪些及学习该部分内容的目的
重点讲授力学性能的指标
学生阅读，探究测定硬度的方法
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题
任务驱动
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
教学反馈
组织教学
（1分钟）
复习提问
（2分钟）
导入新课
（1分钟）
讲授新课
（20分钟）
第3学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（20分钟）
复习提问
（3分钟）
导入新课
（1分钟）
课堂讲授
（20分钟）
第4学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（19分钟）
布置作业
（1分钟）
师生问好、清点人数、填写日志
金属的力学性能的指标？
由复习导入新课
2、强度与塑形
（1）强度：
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。
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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
重点掌握强度的定义及性能指标
1、强度？
2、根据载荷作用方式不同，强度可分为？
3、强度指标？
强度？
金属材料的性能有？
由复习自然导入
（2）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。
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%
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。
三、韧性
韧性又称为韧度，是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，在断裂前发生明显塑性变形的材料称为韧性材料。
材料的冲击韧性用夏比摆锤冲击弯曲试验来测定。
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ形缺口试样。
它们的冲击韧度值分别以aKU和aKV。
材料的aK值愈大，韧性就愈好；材料的aK值愈小，材料的脆性愈大。
通常把aK值小的材料称为脆性材料
研究表明，材料的aK值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差，aK在值越低。
本节课我们学习了塑性和韧性两种力学性能指标，要求同学们重点掌握各性能指标的表示形式。
1、一般认为，材料（）时，其切削加工性能较好。
A、具有适当硬度和一定的脆性B、硬度低、韧性与塑性好
C、硬度高、塑性差
2、断裂前金属材料产生（）变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用（）和（）表示。
3、金属在断裂前吸收（）的能力。
1、强度、塑性定义及性能指标？
2、韧性的定义及性能指标？
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题。
讲授法
任务驱动
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题
任务驱动
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
教学反馈
组织教学
（1分钟）
复习提问
（2分钟）
导入新课
（2分钟）
讲授新课
（20分钟）
第5学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（19分钟）
复习提问
（3分钟）
导入新课
（1分钟）
课堂讲授
（20分钟）
第6学时
课堂小结
（1分钟）
课堂练习
（19分钟）
布置作业
（1分钟）
师生问好、清点人数、填写日志
金属材料的力学性能指标及各性能指标的表示形式？
金属材料的使用性能包括？
由复习自然导入
二、金属的物理性能
定义：
是指金属在固态下所表现出的一系列物理现象。
包括：
密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等。
不同金属的密度不同。
按密度的大小，将金属分为轻金属与重金属两类。
密度ρ＜5g/cm3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛等及其合金；密度ρ＞5g/cm3的金属称为重金属，如铁、铜、锡、铅等及其合金。
2.熔点
金属的熔点是指金属由固态熔化为液态的温度纯金属的熔点是固定不变的，如纯铁的熔点为1538℃。
合金从开始熔化到熔化完了是在一定的温度范围内进行的，习惯上将合金加热到最初微量液体出现时的温度作为熔点。
按熔点的高低，常将金属分为易熔与难熔金属两类。
熔点低于700℃的称为易熔金属，如锡、铅、铋及其合金；熔点高于700℃的称为难熔金属，如铁、钨、钼、铜等及其合金。
3.热膨胀性
热膨胀性是指固态金属在温度变化时热胀冷缩的能力，在工程上常用线膨胀系数来表示，符号为αl，计算公式为
4.导热性
金属的导热性是指金属传导热量的能力，用热导率λ表示，单位为W/（m·℃）或W/（m·K）。
不同金属的导热能力不同，纯金属的热导率λ一般大于合金的热导率。
在常用金属中，银、铜、铝的λ值最高。
导热性好的金属，在焊接加热时转移到焊件金属内部的热量损失多，热源的利用率低；而导热性差的金属，虽然热量损失少，但焊件上的温度分布不均匀，温度差增大，会导致较大的焊接应力与变形。
常用金属的热导率见表1-5。
5.导电性
金属传导电流的能力称导电性，常用电导率表示，符号为γ，单位S/m，是电阻率的倒数。
电导率越大，金属的导电能力越强。
金属导电能力大小的顺序与热导率基本相同，一般纯金属的导电性比合金的导电性好。
导电性是随合金化学成分的复杂化而降低的，以银、铜、铝为最佳。
工业上常用电导率高的材料制造电器零件，如电线、电缆、电器元件等；用电导率低的金属，如康铜（铜合金）、铁铬铝、铬镍合金等制造电阻器或电热元件。
重点掌握金属材料的物理性能定义及各指标对金属材料的影响。
1、金属的物理性能是指金属在（）下所表现出的一系列（）现象，它包括（）、（）、（）、（）、（）等。
2、密度ρ＜（）的金属称为轻金属，如铝、镁、钛等及其（）；密度ρ＞（）的金属称为重金属，如（）、（）、（）、（）等及其合金。
3、密度，用符号（）表示；线膨胀系数，用符号（）表示；
热导率，用符号（）表示；电导率，用符号（）表示。
金属的物理性能是指？
它包括？
金属材料的使用性能包括？
由复习直接导入
三：
金属的化学性能
定义：
指金属在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，即抵抗活泼介质的化学侵蚀能力。
常见金属材料的化学性能要求有：
1.耐蚀性
金属材料在常温时抵抗各种介质（如大气、水、酸、碱、盐等）腐蚀破坏的能力，称为耐蚀性。
金属材料耐蚀性的好坏主要取决于零件的工作环境及介质，例如：
在大气环境中，纯铝的耐蚀性比钢铁的耐蚀性好；在具有腐蚀性介质的条件中，化工设备、医疗器械等常采用化学稳定性良好的合金不锈钢制作
2.抗氧化性
金属材料在高温时抵抗氧化的能力，称为抗氧化性。
由于金属材料的氧化是随着温度的升高而加速的，因此在高温条件中工作的零部件，都必须具有良好的高温抗氧化性。
例如锅炉炉内元件、发电厂管道、加热炉炉底板等。
3.热稳定性
金属材料在高温时的化学稳定性，称为热稳定性。
化学稳定性是指金属材料在高温时同时具有耐腐蚀及抗氧化的能力。
在高温条件中运行的设备（如汽轮机、喷气发动机、加热炉等）需要选择热稳定性能优良的材料来制作。
重点掌握什么是金属材料的化学性能？
常见金属材料的化学性能要求有哪些，对金属材料的使用有哪些影响。
1、金属的化学性能指金属在（）时抵抗（）作用的能力，即抵抗（）的化学侵蚀能力。
2、常见金属材料的化学性能要求有？
1、金属的物理性能是指？
它包括？
符号是？
2、金属的化学性能指？
常见金属材料的化学性能要求有？
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题。
讲授法
任务驱动
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
思考，回答
观察、思考。
明确教学课题
任务驱动
布置学生阅读任务，请学生回答问题
教师总结概括重点内容
回忆、讨论、总结。
观察。
以小组形式，互问互考，老师检验掌握情况，评出1、2、3等奖加以奖励。
教学反馈
课题
§1-2金属的结晶结构
教学目的
知识目标
使同学们掌握晶体的结构类型及各晶体缺陷
能力目标
能够掌握过学习掌握体心、面心立方晶格分布形式
德育目标
培养学生谦虚好学的学习态度
教学重点
晶体的结构类型
教学难点
同上
教学方法
讲授、任务驱动
教学用具
多媒体
教学时数
4学时
备课时间
3月2日
授课时间
教学过程
教学环节及
学时分配
教学内容
教学活动
组织教学
（1分钟）
复习提问
（4分钟）
导入新课
（1分钟）
讲授新课
（20分钟）
第1学时
课堂小结
（2分钟）
课堂练习
（17分钟）
复习提问
（3分钟）
新课导入
（1分钟）
课程讲授
（20分钟）
第2学时
课堂小结
（2分钟）
课堂练习
（18分钟）
布置作业
（1分钟）
师生问好、清点人数、填写日志
生活中观察铁丝与钢丝有什么区别呢？
其区别在于内部结构有差异，进而表现出来的金属特性不同。
这节课我们共同学习金属材料的晶体结构。
★晶体与非晶体
晶体：
表示的是原子呈有序和有规则排列的物质。
（各向异性）
非晶体：
表示是原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质。
（各向同性）
★一、金属的的特性
在现有已知元素中，根据化学元素周期表，目前发现的金属元素有77种，约占已知化学元素的4/5。
同非金属相比，金属在固态下（少数金属在液态下）具有以下一些特性：
1）良好的导电性和导热性。
2）正的电阻温度系数，即温度升高电阻增大，而且大多数金属在温度下降到接近绝对温度值时，电阻突降而趋近于零。
3）具有金属光泽和良好的反射能力。
4）具有好的延展性。
5）除汞以外，在25℃都是固体。
本节课重点掌握晶体与非晶体的概念、性能特点、典型物质及金属在固态下的一些特性。
1、原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质叫；原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质叫。
一般固态金属都属于。
2、非晶体具有各向同性的特点。
（）
3、金属在固态下（少数金属在液态下）具有良好的。
4、大多数金属在温度下降到接近绝对温度值时，电阻突降而趋近于。
5、金属在固态下（少数金属在液态下）具有和良好的，好的性。
6、除以外，金属在25℃都是固体。
1、晶体非晶体？
2、金属在固态下的特性？
由复习直接导入
二、晶格与晶胞
晶格：
原子的排列就形成有规律的空间格架，称为结晶格子，简称晶格（图1-10b）。
晶胞：
组成晶格的最小集合单元叫做晶胞。
三、常见金属的晶体结构类型
1、体心立方晶格（9个原子）
2、面心立方晶格（14个原子）
3、密排六方晶格（17个原子）
要求同学们理解晶格、晶胞概念的同时重点掌握各类型晶体结构的性能特点。
1、原子的排
升级会员 