金屬材料與熱處理教案（精編版）

1、第一章金屬的結構與結晶§ 1 1金屬的晶體結構一教學內容金屬的晶體結構、常見的晶格類型、晶體缺陷二教學要求熟悉金屬的晶體結構，了解晶體的結構缺陷三教學重點熟悉金屬的晶體結構，了解晶體的結構缺陷是學習和掌握金屬力學性能特點及變化的前提。四教學難點晶體缺陷的理解五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時 間分 配教學過程輔助手段及說明一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程。【新課內容 】§ 1 1金屬的晶體結構表面上看來，天然水晶與普通玻璃均晶瑩剔

2、透，外觀十分相似。但事實上兩者卻是截然不同的物質。水晶與玻璃的本質區(qū)別是兩者的內部結構不同。天然水晶和普通玻璃a） 天然水晶b）普通玻璃基本概念：一、晶體與非晶體晶體：表示的是原子呈有序和有規(guī)則排列的物質。（各向異性）非晶體：表示是原子呈無序的雜亂無章的排列形式的物質。（各向同性）晶體和非晶體的對比項目晶體非晶體定義原子呈有序、有規(guī)則排列的物質原子呈無序、無規(guī)則堆積的物質性能特點具有規(guī)則的幾何形狀 有一定的熔點，性能呈各向異性沒有規(guī)則的幾何形狀 有固定的熔點，性能呈各向同性典型物質石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠二、晶體的結構的概念（ 基本概念： ）1、晶格

3、 ：表示原子在晶體中排列的有規(guī)律的空間格架。2、晶胞 ：能夠完整地反映晶格特征的最小幾何單元。3、晶面 ：金屬晶體中通過原子中心的平面。4、晶向 ：通過原子中心的直線，可代表晶格空間的一定方向。三、金屬晶格的類型1、體心立方晶格（9 個原子）2、面心立方晶格（14 個原子）3、密排六方晶格（17 個原子） 四、單晶體與多晶體晶粒 組成金屬的小晶體。晶界 由晶粒間不規(guī)則排列的原子構成。晶體內部原子排列模型晶格和晶胞示意圖a）晶格b） 晶胞單晶體晶體內部原子的排列位向是完全一致的晶體。多晶體由許多晶粒組成的晶體。單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體顯示出各向同性，也稱“偽無向性”。五、金屬的晶體結構的缺陷

4、晶體缺陷 由于各種原因，實際晶體中原子的規(guī)律排列受到干擾和破壞，使晶體中的某些原子偏離正常位置，造成原子排列的不完全性。1.點缺陷空位、間隙原子和置代原子無論是空位、間隙原子還是置代原子， 在其周圍都會使晶格產生變形，這種現(xiàn)象稱為晶格畸多變晶。體示意圖上述三種晶體缺陷造成的晶格畸變區(qū)僅限于缺陷原子周圍的較小區(qū)域，故統(tǒng)稱為點缺陷。2線缺陷位錯位錯的特點之一是很容易在晶體中移動，金屬材料的塑性變形就是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。在晶體中，位錯的晶格畸變發(fā)生在沿半原子面端面的狹長區(qū)域，故稱為線缺陷。單晶體示意圖刃型位錯示意圖a）立體圖b ）平面圖3面缺陷晶界和亞晶界晶界晶粒與晶粒之間的分界面。亞晶界每個

5、晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成,亞晶粒之間的界面稱為亞晶界。在晶體中，晶界和亞晶界的晶格畸變均發(fā)生在一個曲面上，故稱為面缺陷。亞晶界結構示意圖晶界過渡結構示意圖分鐘【課后小結 】基本概念：一、晶體與非晶體二、晶體的結構的概念三、金屬晶格的類型四、金屬的晶體結構的缺陷分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記小結時提出若干個問題強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第一章金屬的結構與結晶§12純金屬的結晶一教學內容純金屬的結晶過程、同素異構轉變二教學要求三教學重點了解純金屬的結晶過程；掌握晶粒大小對金屬材料性能的影響；掌握純金屬同素異構轉變的概念。掌握純金屬的結晶過程可為鐵碳合金相圖的理解

6、打好基礎，鐵的同素異構轉變特性是鋼能夠通過熱處理改變組織和性能的根本原因。四教學難點純金屬的結晶過程和純鐵的冷卻曲線五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時 間分 配教學過程輔助手段及說明一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程。【新課內容 】§ 1 2 純金屬的結晶從市場上買到的金屬材料一般都是固體狀態(tài)的。但在冶煉的過程中，卻存在一個由液態(tài)向固態(tài)轉變的過程，即金屬的結晶過程。了解純金屬的結晶過程，有助于了解鐵碳合金的結晶過程，它們都有一定的變化規(guī)律，這

7、些規(guī)律與金屬材料的性能有著密切的關系。結晶 金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體狀態(tài)的過程。結晶潛熱 結晶的過程中放出的熱量。生鐵的生產是以鐵礦石為原料，首先利用煉鐵設備冶煉成液體狀態(tài)的生鐵，然后再將其轉變成固體狀態(tài)；而鋼的生產是以生鐵為原料，在煉鋼爐內繼續(xù)冶煉，首先得到液體狀態(tài)的鋼，然后再將其澆鑄成固體狀態(tài)的鋼錠或鋼坯。金屬由液體轉變成固體的過程，實際上是一個金屬晶體形成的過程，稱之為“結晶”。結晶 ：液體 ->晶體凝固：液體 ->固體（晶體或 非晶體）液體晶體鋼錠澆鑄示意圖a）澆鑄示意圖b） 鋼 錠1 盛鋼桶2 滑動水口3 鋼錠模4 鋼液5 底盤通常把金屬從液態(tài)轉變?yōu)?/p>

8、固體晶態(tài)的過程稱為一次結晶。而把金屬從一種固體晶態(tài)轉變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過程稱為二次結晶或重結晶。一、純金屬的結晶過程1、過冷度理論結晶溫度和實際結晶溫度（t1）之間存在的溫度差（t= t0 t 1）。金屬結晶時，冷卻越快，其實際結晶的溫度就越低，過冷度t 也就越大。金屬結晶時過冷度的大小與冷卻速度有關。冷卻速度越快，金屬的實際結晶溫度越低，過冷度也就越大。冷卻曲線：冷卻時，液體溫度隨時間延長而降低反映時間與溫度關系的圖形。純金屬結晶時的冷卻曲線a） 理論結晶溫度b ） 實際結晶溫度純金屬的結晶條件：純金屬結晶的條件就是應當有一定的過冷度冷卻速度越大，則過冷度越大。2.純金屬的金屬結晶的微觀過

9、程結晶過程是形核和長大的過程金屬結晶微觀過程兩個過程重疊交織形核長大形成多晶體二、晶粒大小對金屬材料的影響晶粒愈細，強度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。形核率 單位時間、單位體積所形成的晶核數(shù)，用字母n 表示。形核率 n 、長大速度g 與過冷度t 的關系細化晶粒的方法：（ 1）增加過冷度（ 2）變質處理在液體金屬中加入變質劑( 孕育劑 ) ，以細化晶粒和改善組織的工藝措施。變質劑的作用：作為非自發(fā)形核的核心，或阻礙晶粒長大。（ 3）振動處理機械振動、超聲振動，或電磁攪拌等。振動的作用：使樹枝晶破碎，晶核數(shù)增加，晶粒細化。三、同素異構轉變金屬的同素異構轉變在固態(tài)下，金屬隨溫度的改變由一種晶格轉變?yōu)?/p>

10、另一種晶格的現(xiàn)象。由此產生的不同晶格的晶體稱為同素異構晶體。大多數(shù)金屬在結晶終了之后及繼續(xù)冷卻的過程中，其晶體結構不再發(fā)生變化， 但也有一些金屬（如鐵、鈷、鈦等）在結晶之后繼續(xù)冷卻時，還會出現(xiàn)晶體結構變化，從一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格。同素異構轉變金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種轉變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。以不同晶格形式存在的同一種金屬元素的晶體稱為該金屬的同素異構體。鐵是典型的具有同素異構轉變特性的金屬。純鐵的同素異構轉變可以用下式表示：19世紀末，著名物理家居特點 ：里在實驗室里發(fā)現(xiàn)磁石的 1一、個金物理特性，就是當磁素異構石轉加熱到一定溫度時，原個重結來晶的過磁程性，就有會恒消定失的。轉后變溫度

11、；轉變時需要一定的過冷度；釋放結晶潛熱；轉來，人們把這個溫度叫變過程（晶核的形成和長大過程）“居里點 ”。居里點也稱2、轉變時，晶核優(yōu)先在原晶粒晶界中產生，大小會影響新晶粒大小，原晶粒居里溫度或磁性轉變點越細，轉變后可得到更細小的晶粒3、比液體的結晶具有更大過冷度。因為在固態(tài)下原子的擴散比在液態(tài)下困難，轉變容易滯后。4、易發(fā)生較大內應力。由于在轉變時晶格的體積會發(fā)生變化的緣故。如一fe 轉變?yōu)橐籪e 時，體積膨脹約1%。屬的同變是一【課后小結 】分鐘一、純金屬的結晶過程二、晶粒大小對金屬材料性能的影響小結時提出若干個問題三、同素異構轉變分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記強調按時交作業(yè)并嚴格記

12、錄。第二章金屬材料的性能§ 21金屬材料的損壞與塑性變形一教學內容與變形相關的概念、金屬的變形、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化了解機械零件失效的形式，了解金屬塑性變形的基本原理及冷塑性變形對金屬性二教學要求能的影響。三教學重點本章的重點為力學性能的概念及衡量指標四教學難點對拉伸曲線各階段的分析五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時 間分 配教學過程輔助手段及說明一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】§ 2 1金屬材料的損壞與

13、塑性變形學習引導：生活中許多物品根據用途的不同，采用不同的材料制成。有些是用金屬材料制成，有些則是由非金屬材料制成。你知道這些物品是用什么材料制成的嗎如：炒鍋、水杯、鑰匙、椅子、水龍頭、工藝品生產生活中常見到一些機械零件因受力過大被破壞，而失去工作能力。如：擰斷的鑰匙、彎曲的自行車輻條、扣的螺栓等。總結機械零件常見損壞形式變形主要原因：材料的實際使用性能達不到斷工裂作要求。使用性能 ：為保證機械零件磨或損工具正常工作，材性能料應具務的性能（力學、物理、化學性能等）。此性能決定了金屬村料一、與變形相關的幾個概念的應用范圍、安全可靠性和使用壽命等。概念塑性工變藝形性也能有有：益金的屬一材面料，在可

14、被以加作工為成零機件械成零形件和或強工化具的的重過要程手中段，。對工各業(yè)種上加使工用方變形塑性變形斷裂磨損的許多金屬法產的品適一應般能都力是。先包澆括注鑄成造鑄性錠能后、，鍛再造經性過能壓、力焊加接工性制能成、的沖。壓壓性力能加、工切的削目加彈性變形工性能和處理工藝性能等。的不僅使產品成形，更重要的是改善其組織和性能。1載荷載荷金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。根據載荷作用性質的不同分：（ 1）靜載荷大小不變或變化過程緩慢的載荷。（ 2）沖擊載荷在短時間內以較高速度作用于零件上的載荷。（ 3）交變載荷大小、方向或大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。力物體之間的相互作用，是使物體發(fā)生加速度

15、和發(fā)生形變的外因。物體受力后變形（材料學是從微觀角度來研究物體受外力后發(fā)生變形甚至破壞的規(guī)律）工程技術中將外力稱為載荷。根據載荷的作用形式不同，又可分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉載荷等。工件在不同載荷形式下產生的變形2. 內力內力工件或材料在受到外部載荷作用時，為保持其不變形，在材料內部產生的一種與外力相對抗的力。任何一種材料，在未受到外力作用時，內部原子之間都有平衡的相互作用的原子力，以保持其固定的形狀。當受到外力作用時，原來的平衡被破壞，其中任何一個小單元都和鄰近的各小單元之間產生了新的力（內力）強調：內力是在外力作用下，材料內部產生的那部分相互作用力。內力的特點：1、外

16、力增加時，內力也增加，數(shù)值大小與外力相等，當內力達到極限值時， 外力再增加，材料將被破壞。2、內力的作用形式隨外力作用方式而變化。如材料在某一方向受外力為拉力時，則材料內部每一層間也互相產生拉力；若外力為壓力內力也為壓力。3. 應力同樣材料、不同直徑的螺栓在相同拉力作用下，細的可能拉斷，粗的則可能沒有拉斷。因此，金屬材料的力學性能只憑外力的大小是無法判定的。應力假設作用在零件橫截面上的內力大小均勻分布，單位橫截面積上的內力。單位：千帕（kfpa ） =1r：1應03力pa， pa； 1r兆帕（ mpa ） =f1：外1力06，pa n；ss：橫截面面積，m2。注：應力可表示不同材料的承載能力，

17、也可以表示在現(xiàn)有外力作用下材料內部單位面積的受力。二、金屬的變形彈性變形例：鐵絲彎曲試驗彈塑性變形斷裂隨著力的增加，材料受力后發(fā)生變形到破壞的順序：彈性變形（可逆的、變形量小）彈塑性變形（變形量較大，多數(shù)變形是不可逆的，是壓力加工的基礎）斷裂（材料最嚴重的失效形式）金屬塑性變形的影響因素：1、晶粒位向的影響多晶體與單晶體比較，無本質區(qū)別，即每個晶粒的塑性變形仍以滑移為主， 但又受到晶界、晶粒位向、晶粒大小的影響。多晶體中各個晶粒位向不同，在外力的作用下，當處于有利于滑移位置的晶粒要進行滑移時，必然受到周圍位向不同的其他晶粒的約束，使滑移的阻力增加，從而提高了塑性變形的抗力。同時，多晶體各晶粒在

18、塑變時受到周圍位向不同的晶粒與晶界的影響，使多晶體的塑變呈逐步擴展和不均勻的形式，產生內應力。2. 晶界的作用晶界處原子排列比較紊亂，阻礙位錯的移動，因而阻礙了滑移。晶界越多， 則晶體的塑變抗力越大。3. 晶粒大小的影響在一定體積的晶體內，晶粒數(shù)目越多，晶界就越多，晶粒就越細，且不同位向的晶粒也越多，因而塑性變形抗力也越大。細晶粒的多晶體不僅強度較高，且塑性和韌性也較好，故生產中總是盡可能細化晶粒。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化形變強化（加工硬化）冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會使晶粒內部的位錯密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強 度、硬度提高，而塑性、韌性

19、下降。金屬材料在再結晶溫度以下時強度和升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。冷塑性變形與熱塑性變形后的金屬如何區(qū)別：冷塑形 變化后晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性；晶粒破碎, 位錯密度增加 , 產生加工硬化，產生殘余內應力。熱塑形 如果加工的溫度過高，晶粒粗大；若溫度過低，引起加工硬化、殘余內應力等；形成帶狀組織使性能變壞。金屬的塑性變形，在外形變化的同時，晶粒的形狀也會發(fā)生變化。通常晶粒會沿變形方向壓扁或拉長。形變強化應用中的優(yōu)缺點： 優(yōu)點 ：1、是一種重要的金屬強化手段，對那些不能用熱處理強化的金屬尤為重要。2、可使金屬具有偶然抗超載的能力。塑性較好的金屬材料在發(fā)生變形后，由于形

20、變強化的作用，必須承受更大的外部載荷才會發(fā)生破壞，這在這一定程度上提高了金屬構件在使用中的安全性。缺點 ：也會給金屬的切削加工或進一步的變形加工帶來困難。為了改善發(fā)生加工硬塑性變形后的金屬組織化金屬的加工條件，生產中必須進行中間熱處理，以消除加工硬化帶來的不利影響。【課后小結 】分鐘一、與變形相關的幾個概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記小結時提出若干個問題強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第二章金屬材料的性能§ 2 2金屬的力學性能一 教學內容各項力學性能指標，拉伸試驗方法二教學要求掌握金屬的力學性能，包括強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞

21、強度等的概念及各項力學性能的衡量指標；熟悉布氏硬度、維氏硬度的測量方法。三教學重點本章的重點為力學性能的概念及衡量指標四教學難點對拉伸曲線各階段的分析時 間分 配教一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】§2 2學過程輔助手段及說明金屬的力學性能任何機械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學性能。學習引導：古代弓箭都以富有彈性的木材或竹子制作弓體，當拉弦力量太大時，弓會折斷，為什么如采用金屬制作，是不是任何金屬都可以呢金屬材料的力學性能

22、是指金屬材料在不同環(huán)境（溫度、介質）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、交變應力等）時所表現(xiàn)出的力學特征。主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強度等。五六七教具準備參考資料教學方法多媒體課件金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路材料的其他性能物理性能：密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性、磁性等； 化學性能：耐腐蝕性、抗氧化性、化學穩(wěn)定性等；工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性、熱處理工藝性等。一、強度1、強度 金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應力表示。根據載荷的作用方式不

23、同，可分為抗拉強度拉伸實驗測定、抗壓強度、抗剪強度、抗扭強度、抗彎強度2、強度指標常用的強度指標是屈服強度和抗拉強度。都是通過拉伸試驗測定的。利用拉伸試驗機產生的靜拉力，對標準試樣進行軸向拉伸，同時連續(xù)測量變化的載荷及對應的試樣伸長量，直至斷裂，并根據測得的數(shù)據計算出有關的力學性能指標。注：不同的材料，其抵抗能力不同，強度越高，抵抗能力就越強，越不容易被破壞，即承載能力越好。3、強度的測定為了使試驗結果具有公認性，做拉伸試驗時必須采用標準的拉伸試樣。強度應用：是機械零件（或工程構件）在設計、加工、使用過程中的主要性能指標，特別是選材和設計的主要依據。（ 1）拉伸試樣d 試樣直徑l o 標距長度

24、試樣的標距拉伸試驗過中以測量試樣伸長的兩標記之間的長度，稱為標距。試樣的分類長試樣 ( l0 =10 d0)， 100mm和 200mm用短試樣 ( l0 =5 d0)， 50mm和 80mm(2)力伸長曲線依據拉伸試驗中拉力f 與伸長量 l 之間的關系，在直角坐標系中繪出的曲線稱為力伸長曲線。拉伸過程分為彈性變形階段、屈服階段、強化階段、縮頸階段 彈性變形階段（oe段）卸除載荷，立即恢復原狀。屈服階段（es-ss 段）卸除載荷，部分變形恢復，還有一部分不能恢復。強化階段（sb 段）隨著塑性變形的增大，材料的變形抗力增加.縮頸階段（bk 段）載荷最大時，發(fā)生局部收縮。（ 3） 強 度 指 標1

25、）屈服強度當金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在實驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應力點。屈服強度分為上屈服強度reh 和下屈服強度rel。除低碳鋼、中碳鋼及少數(shù)合金re鋼l有屈服試現(xiàn)樣象的外下，屈大服多強數(shù)度金，屬材料n（/m如m高2；碳鋼、銅合金、鋁合金等），沒有明顯的f屈el服現(xiàn)象。試因樣此屈，服這時些的材最料小規(guī)載定荷用，產生n；時的應力作用屈服強度，可以替代so re試l 。樣原始橫截面面積，mm。2%殘余伸長規(guī)定產生殘余伸長時的應力為條件屈服強度，替代 rel，稱為 條件（名義） 屈服強度 。塑性材料 ：在外力作用下，雖然產生較顯著變形而不被破壞的材料：在外力作用下，發(fā)生微小變形即被破壞的材料

26、，表示材料將發(fā)生破壞。屈服強度 是塑性材料選材和評定的依據。2）抗拉強度rm抗拉強度 材料在斷裂前所能承受的最大的應力。rm 抗拉強度，mpa； 抗拉強度是材料在拉斷前承受最大載荷時的應力。fm 試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯它表征了材料在拉伸條件下所能承受的最大應力。屈服的材料，為試驗期間的最大力），n ； 物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力抗拉強度s o 試樣原始橫截面面積，mm2。 是脆性材料選材的依據。屈服強度與抗拉強度的比值稱為屈強比。屈強比小，工程構件的可靠性高，說明即使外載荷或某些意外因素使金屬變形，也不至于立即斷裂。但若屈強比過小，則材料強度的有效利用率太低。二

27、、塑性塑性材料受力后在斷裂前產生塑性變形的能力。在外力作用下的金屬材料在斷裂前產生不可逆的永久變形的能力材料的塑性指標通常用斷后伸長率和斷面收縮率來表征。1. 斷后伸長率a試樣拉斷后，標距的伸長量與原始標距之比的百分率。2. 斷面收縮率z試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率?！纠坑幸恢睆絛 =10mm，lo=100mm 的低碳鋼試樣，拉身實驗時測得 fel=21kn， fm=29kn， du=，lu=138mm。求此試樣的rel 、rm、 z。 三、硬度硬度 材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗機上實驗測得的。1. 布氏硬度布氏硬

28、度原理布氏硬度值 用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為mpa，但一般均不標出，用符號hbw表示： 表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直徑、實驗力及實驗力保持時間表示。當保持時間為10 15s 時可不標。例:170hbw10/1000/30 ：直徑 10mm的壓頭，在9807n（ 1000kg ）的試驗力作用下，保持30 s 時測得的布氏硬度值為170 。600hbw1/30/20 ：直徑為1mm壓頭，在（ 30kg ）的實驗力作用下，保持20 s 時測得的布氏硬度值為600。應用范圍 :主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調質處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。2. 洛

29、氏硬度 洛氏硬度原理:表示方法：符號 hr前面的數(shù)字表示硬度值。hr后面的字母表示不同的洛氏硬度標尺。例： 45hrc表示用 c標尺測定的洛氏硬度值為45 。四、沖擊韌性沖擊韌性 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗來測定。用試樣所吸收的能量k 的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標，稱為沖擊吸收能量。用u 形和 v 形缺口試樣測得的沖擊吸收能量分別用ku和 kv 表示* 五、 疲勞強度由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應力雖低于材料的屈服強度，但經過長時間的工作后，仍會產生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂 。金屬材料抵抗交變載荷作用而

30、不產生破壞的能力稱為疲勞強度 。疲勞極限用符號 r1 表示?！菊n后小結 】小結時提分鐘出若干個問題分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第二章金屬材料的性能§ 2 3金屬的工藝性能一教學內容金屬材料的一般加工過程，各項工藝性能指標掌握金屬的工藝性能，包括鑄造、鍛壓、焊接、切削加工和熱處理等的概二教學要求念；了解金屬材料的一般加工過程。三教學重點本章的重點為工藝性能的概念四教學難點理解金屬材料的一般加工過程五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教

31、學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】輔助手段及說明金屬材料的一般加工過程§2 3金屬的工藝性能金屬材料的工藝性能金屬材料對不同加工工藝方法的適應能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。一、鑄造性能鑄造成形過程中獲得外形準確、內部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動性、收縮性 和偏析傾向 等。1. 流動性熔融金屬的流動能力。2. 收縮性鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。3. 偏析傾向金屬凝固后，內部化學成分和組織不均勻現(xiàn)象。二、鍛壓性能用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性

32、和變形抗力 兩個指標來綜合衡量。三、焊接性能金屬材料對焊接加工的適應性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。對碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學成分 有關（其中碳的影響最大）。四、切削加工性能切削加工性能切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度來衡 量。表面加工硬化切削塑性金屬材料時，工件在加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。五、熱處理性能【課后小結 】分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記小結時提出若干個問題強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第三章鐵碳合金§31

33、合金及其組織一教學內容合金的基本概念，合金的組織二教學要求掌握合金的基本概念，能夠掌握合金各組織的區(qū)別三教學重點本章的重點為合金的基本概念四教學難點合金組織的區(qū)別五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】黑色金屬 以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬 其他金屬及其合金。§3 1合金及其組織輔助手段及說明一、合金的基本概念合金以一種金屬為基礎，加入其他金屬或非金屬，經過熔合而獲得的具有

34、金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。組元組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存在的元物質，簡稱元。相合金中成分、結構及性能相同的組成部分。組織合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構成了合金不同的組織。二、合金的組織1. 固溶體一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。間隙固溶體溶質原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。置換固溶體溶質原子置換了溶劑晶格結點上某些原子而形成的固溶體。2. 金屬化合物在合金中，當溶質含量超過固溶體的溶解度時，除可形成固溶體外，還將出現(xiàn)新的相，其晶體結構不同于任一組元，而是組元之間相互作用形成一種

35、具有金屬特性的物質。3. 混合物兩種或兩種以上的相按一定的質量百分數(shù)組成的物質。固溶強化 無論是間隙固溶體還是置換固溶體，在其形成過程中，都會使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而使合金對變形的抗力增加。也即通過溶入溶質元素形成固溶體而使金屬材料強度、硬度提高的現(xiàn)象。【課后小結 】分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記小結時提出若干個問題強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第三章鐵碳合金§ 32鐵碳合金的基本組織和性能一教學內容鐵碳合金的基本組織定義、符號和性能等掌握鐵碳合金基本組織的定義，符號，晶體結構，能夠結合晶體結構分析其性能特點。三教學重點本章的重點為鐵碳合金基本組織的定義

36、四教學難點鐵碳合金基本組織的性能五教具準備多媒體課件二教學要求六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】輔助手段及說明一、鐵素體（f）§3 2鐵碳合金的基本組織和性能碳溶解在fe 中形成的間隙固溶體，用符號f表示。二、奧氏體（a）碳溶于fe 中形成的間隙固溶體，用符號a 表示。三、滲碳體（fe3c 或 cm）滲碳體是含碳量為的鐵與碳的金屬化合物，其化學式為fe3c。四、珠光體（p）珠光體是鐵素體和滲碳體的混

37、合物，用符號p 表示。五、萊氏體（ld）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號ld 表示。低溫萊氏體室溫下的萊氏體，由珠光體和滲碳體組成，用符號ld 表示?！菊n后小結 】分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：分鐘【作業(yè)布置 】章節(jié)練習：教學后記小結時提出若干個問題強調按時交作業(yè)并嚴格記錄。第三章鐵碳合金§33鐵碳合金相圖一教學內容鐵碳合金相圖的組成，特性點、線的含義，鐵碳合金相圖的應用掌握鐵碳合金相圖的組成，明確特性點、線的含義，能說出相圖的應用，掌握鐵碳合金的分類。三教學重點本章的重點為鐵碳合金相圖的組成，鐵碳合金的分類四教學難點鐵碳合金相圖的應用五教具準備多媒體課件二教學要求六參考資料金屬

38、材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程。輔助手段及說明【新課內容 】一、鐵碳合金相圖的組成§3 3鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。在鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系列的化合物，如fe3c 、fe2c 、fec等。二、 fe fe3c 相圖中特性點、線的含義及各區(qū)域內的組織三、鐵碳合金的分類純鐵含碳量小于%的鐵碳合金。鑄鐵含碳量大于%的鐵碳合金。四、典型鐵碳合

39、金結晶過程分析 1共析鋼鋼含碳量大于%而小于%的鐵碳合金。共析鋼在室溫時的組織是珠光體，合金的組織按下列順序變化：2. 亞共析鋼亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成合金的組織按下列順序變化：3. 過共析鋼室溫下為珠光體和網狀二次滲碳體組織。鋼中含碳量越多，二次滲碳體也越多。4. 白口鑄鐵五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關系含碳量越高，鋼的強度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯。六、 fe fe3c 相圖的應用1作為選材的依據2. 在鑄造生產中的應用3. 在鍛造工藝上的應用4. 在熱處理工藝上的應用【課后小結 】分鐘 【作業(yè)布置 】分鐘 【作業(yè)布置 】教學后記第三章鐵

40、碳合金§34碳素鋼一教學內容鋼中常存元素及其對性能的影響，碳素鋼分類，碳素鋼牌號及用途掌握鋼中常存元素的種類，及分別對鋼性能有哪些影響，碳素鋼主要有哪些二教學要求分類方法，碳素鋼牌號的意義和用途。三教學重點本章的重點為碳素鋼的分類四教學難點碳素鋼牌號及用途五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】輔助手段及說明§3 4碳素鋼碳素鋼簡稱碳鋼，是最基本的鐵碳合金。它是指在冶煉時沒有

41、特意加入合金元素，且含碳量大于%而小于 %的鐵碳合金。一、鋼中常存元素及其對性能的影響錳有益元素，有很好的脫氧能力，還可與硫形成mns，從而消除了硫的有害作用。硅有益元素，脫氧能力比錳強，還能提高鋼的強度及質量，硅作為雜質一般應不超過%。硫有害元素，常以fes 形式存在，易使鋼材變脆（熱脆性）。磷有害元素，它使鋼在低溫時變脆（冷脆性）。氫有害元素，能造成氫脆、白點等缺陷。二、碳素鋼的分類1. 按鋼的含碳量分低碳鋼： c中碳鋼： <c < 高碳鋼： c 2. 按鋼的質量分普通鋼： s ， p 優(yōu)質鋼： s ， p 高級優(yōu)質鋼：s， p3. 按鋼的用途分結構鋼：含碳量一般均小于%工具鋼

42、：含碳量一般均大于% 4按冶煉時脫氧程度的不同分沸騰鋼：脫氧程度不完全的鋼鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度完全的鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更充分徹底的鋼三、碳素鋼牌號及用途化學元素符號漢語拼音字母阿拉伯數(shù)字1（普通）碳素結構鋼1） 前綴符號：q（鋼屈服強度“屈”，漢語拼音字首）+屈服強度值（單位mpa）。2） 質量等級符號：a、b、 c、d 級，從a到 d 依次提高。3）（必要時）脫氧方法符號：f沸騰鋼、z鎮(zhèn)靜鋼、tz特殊鎮(zhèn)靜鋼，z與 tz 符號在鋼號組成表示方法中予以省略。4）（必要時）在牌號尾加產品用途、特性和工藝方法表示符號。如壓力容器用鋼 r、鍋爐用鋼g、橋梁用鋼q 等。2優(yōu)質碳素結構鋼牌號用兩位

43、數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的萬分數(shù)。 若為高級優(yōu)質鋼、特級優(yōu)質鋼時，分別在牌號尾加a、e 表示。3碳素工具鋼牌號以漢字“碳”的漢語拼音字母字頭“t”及后面的阿拉伯數(shù)字表示，其數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)。4鑄造碳鋼牌號由“鑄鋼”兩漢字的漢語拼音字母字頭“zg”后面加兩組數(shù)字組成： 第一組數(shù)字代表屈服強度，第二組數(shù)字代表抗拉強度值?！菊n后小結 】分鐘【作業(yè)布置 】分鐘【作業(yè)布置 】教學后記第四章鋼的熱處理§41熱處理的原理及分類§ 4 2鋼在加熱及冷卻時的組織轉變一教學內容熱處理的原理、分類，鋼在加熱及冷卻時的組織轉變二教學要求掌握熱處理的原理、分類，了解鋼在

44、溫度變化時的組織轉變三教學重點本章的重點熱處理的原理、分類四教學難點鋼在加熱和冷卻時的組織轉變五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】輔助手段及說明§ 4 1熱處理的原理及分類現(xiàn)象： 放在水中冷卻的一根鋼絲硬而脆，很容易折斷；放在空氣中冷卻的一根較軟、有較好的塑性，可以卷成圓圈而不斷裂。實驗說明： 雖然鋼的成分相同，加熱的溫度也相同，但采用不同的冷卻方法，卻得到了不同的力學性能。這主要

45、是因為在不同冷卻速度的情況下，鋼的內部組織發(fā)生了不同的變化。熱處理的分類：§42鋼在加熱及冷卻時的組織轉變一、鋼在加熱時的組織轉變1鋼在加熱和冷卻時的相變溫度在加熱時鋼的轉變溫度要高于平衡狀態(tài)下的臨界點；在冷卻時要低于平衡狀態(tài)下的臨界點。加熱時的各臨界點：ac1、ac3 和 accm冷卻時的各臨界點：ar1 、ar3 和 arcm 2奧氏體的形成鋼在加熱時的組織轉變，主要包括奧氏體的形成和晶粒長大兩個過程。3奧氏體晶粒的長大晶粒的長大是依靠較大晶粒吞并較小晶粒和晶界遷移的方式進行。二、鋼在冷卻時的組織轉變兩種冷卻方式：等溫處理、連續(xù)冷卻1. 奧氏體的等溫轉變2. 奧氏體的連續(xù)冷卻轉變

46、【課后小結 】分鐘 【作業(yè)布置 】分鐘 【作業(yè)布置 】教學后記第四章鋼的熱處理§43熱處理的基本方法一教學內容熱處理的基本方法，退火、正火、淬火和回火的原理和作用二教學要求掌握熱處理基本方法的原理和作用，相互之間的區(qū)別與聯(lián)系三教學重點本章的重點熱處理的基本方法四教學難點熱處理基本方法之間的區(qū)別與聯(lián)系五教具準備多媒體課件六參考資料金屬材料與熱處理第六版，全國中等職業(yè)技術學校機械類通用教材七教學方法講授與課堂演示、舉例相結合八課時安排學時九授課思路時間分配教學過程一、組織教學：考勤、學習準備等。二、引入課題：舉例引入新的課程?！拘抡n內容 】輔助手段及說明§ 4 3熱處理的基本方

47、法機械零件一般的加工工藝順序：作用： 消除前一工序所造成的某些組織缺陷及內應力，可以改善材料的切削性能，為隨后的切削加工及熱處理（淬火回火）做好組織準備。一、退火與正火1. 退火退火將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。退火目的：降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工 細化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理作好組織上的準備消除殘余內應力，防止工件的變形與開裂常用退火方法：完全退火、球化退火、去應力退火2. 正火正火 將鋼加熱到c3 或 ccm以上 30 50，保溫適當?shù)臅r間后，在空氣中冷卻的工藝方法。亞共析鋼：正火目的是細化晶粒，均勻組織，提高機械性能。

48、 力學性能要求不高的普通結構零件：正火可作為最終熱處理。低、中碳結構鋼：調整硬度，改善切削加工性能。高碳過共析鋼：正火的目的是消除網狀滲碳體，有利于球化退火，為淬火做好組織準備。二、淬火與回火1. 鋼的淬火淬火 將鋼件加熱到ac3 或 ac1 以上的適當溫度，經保溫后快速冷卻（冷卻速度大于v 臨），以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。目的： 獲得馬氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。（ 1）淬火加熱溫度的選擇亞共析鋼：ac3 以上 30 50（過）共析鋼： ac1 以上 30 50（ 2）淬火冷卻介質的選擇淬火的冷卻速度必須大于該鋼種的臨界冷卻速度。冷卻中要避免引起鋼件的變形和開裂。冷卻介質對鋼的理想淬火冷卻速度應是“慢快慢”。（ 3）常用的淬火方法單液淬火法雙介質淬火馬氏體分級淬火貝氏體等溫淬火（ 4）鋼的淬透性與淬硬性淬透性 規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時獲得馬氏體組織深度的能力。取決于鋼的臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越低，則鋼的淬透性越好。鋼的臨界冷卻速度又主要取決于其化學成份。淬硬性 鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后