金屬及其性能介紹課件

“金屬材料及熱處理”總課時(shí)45課程內(nèi)容課題一認(rèn)識(shí)并掌握金屬材料基本性能（6課時(shí)）課題二認(rèn)識(shí)并應(yīng)用金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（5課時(shí)）課題三掌握并運(yùn)用鐵碳合金相圖（3課時(shí)）課題四掌握鋼的熱處理工藝與應(yīng)用（8課時(shí)）課題五熟悉并正確選用碳素鋼（3課時(shí)）課題六掌握常用合金鋼的性能與應(yīng)用（5課時(shí)）課題七掌握常用鑄鐵性能與應(yīng)用（3課時(shí)）課題八非鐵金屬及其合金（4課時(shí)）課題九金屬材料工程選用（8課時(shí)）課題十了解工程前沿新材料的特點(diǎn)與應(yīng)用（選學(xué)）課程考核課程考核

1）平時(shí)成績(jī)：（課堂紀(jì)律、課堂提問、出勤率）占25%；

2）作業(yè)占15％；

3）期末考試占60％。課題一認(rèn)識(shí)并掌握金屬材料基本性能課題一認(rèn)識(shí)并掌握金屬材料基本性能任務(wù)1認(rèn)識(shí)金屬材料任務(wù)2了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程任務(wù)3掌握金屬材料的物理與化學(xué)性能任務(wù)4掌握并能測(cè)量金屬材料的力學(xué)性能任務(wù)5掌握金屬材料的工藝性能思考與練習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)金屬材料

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解材料的歷史；熟悉材料的分類；認(rèn)識(shí)新材料。能力目標(biāo)：能夠區(qū)分金屬材料與非金屬材料；能夠辨別金屬材料物理性能和化學(xué)性能。

青銅器1.材料的歷史與發(fā)展什么是材料呢？材料是人類用來制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是先于人類存在且能為人類制造有用器件的物質(zhì)，材料是人類生活、社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)文明基礎(chǔ)。材料的特性是能用于結(jié)構(gòu)、機(jī)器、器件或其他產(chǎn)品。

青銅器石器陶器瓷器公元前10萬年，人類只能使用天然的石頭、木棒作為狩獵工具--石器時(shí)代.

公元前8000年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器，人類對(duì)材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，--陶器時(shí)代.

青銅器青銅器公元前3000年，隨著制陶技術(shù)的發(fā)展，又為煉銅準(zhǔn)備了必要的條件，緊接著是青銅器時(shí)代電弧爐是利用石墨制成的電極與廢鋼料或鋼水之間產(chǎn)生的高溫電弧作為熱源來進(jìn)行熔煉的。鐵礦石：磁鐵礦（主要含F(xiàn)e3O4，含鐵量最高）、赤鐵礦（主要含F(xiàn)e2O3，）和菱鐵礦（主要含F(xiàn)eCO3）。目前澆注方法主要有鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種。用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。1）平時(shí)成績(jī)：（課堂紀(jì)律、課堂提問、出勤率）占25%；缺點(diǎn)是要消耗大量的電能，成本比平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼高，用廢鋼作為煉鋼原料。硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還原FeO中的鐵；指標(biāo)有強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等。焊接性：金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)能力。課題一認(rèn)識(shí)并掌握金屬材料基本性能（6課時(shí)）知識(shí)目標(biāo)：了解煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程。金屬鑄造性能及影響因素疲勞強(qiáng)度：當(dāng)零件所受的應(yīng)力低于某一值時(shí)，即使循環(huán)周次無窮多也不發(fā)生斷裂，稱此應(yīng)力值為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限，用σ－1表示。強(qiáng)度：金屬材料抵抗塑性變形或者破壞（斷裂）的能力平爐構(gòu)造復(fù)雜、建廠投資大、燃料利用率很低、氧化過程緩慢及熔煉時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，已被淘汰。分層實(shí)體快速成形減速機(jī)箱體原型用線脹系數(shù)（αl）和體脹系數(shù)（αv）表示。切削加工性能的好壞與金屬的硬度、導(dǎo)熱性、加工硬化、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等有關(guān)。能力目標(biāo)：能說出煉鐵與煉鋼生產(chǎn)過程的差別。鐵礦石經(jīng)高爐冶煉獲得生鐵，生鐵再經(jīng)過冶煉得到鋼。

青銅器鐵人黃河鎮(zhèn)河大鐵牛

隨著冶煉技術(shù)的提高，人類步入了鐵器時(shí)代新材料新工藝

滌綸安全帶尼龍齒輪耐磨陶瓷絕緣陶瓷玻璃鋼賽車殼體光纜玻璃鋼儲(chǔ)液罐磁浮列車（時(shí)速430公里）鎂鋁合金手機(jī)殼20世紀(jì)40年代材料科學(xué)的技術(shù)革命產(chǎn)生了復(fù)合材料，人類進(jìn)入了新材料時(shí)代（硅器時(shí)代）新材料新工藝

新型轎車電動(dòng)汽車鎂鋁合金葉輪分層實(shí)體快速成形減速機(jī)箱體原型熔融沉積快速成形葉輪原型人造衛(wèi)星運(yùn)載火箭飛船“神舟”五號(hào)飛行成功隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲10戰(zhàn)斗機(jī)21世紀(jì)的人類已進(jìn)人金屬（如鈦金屬）、高分子、陶瓷及復(fù)合材料共同發(fā)展的時(shí)代2.材料的分類

按不同的分類方法可以將材料分成五種.（1）按材料的化學(xué)組成分類根據(jù)材料的化學(xué)組成分為金屬材料和非金屬材料兩大類。非金屬材料分為高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料三種類型。（2）按材料的特性和用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。①結(jié)構(gòu)材料②功能材料（3）按材料內(nèi)部原子排列分為晶體材料與非晶體材料兩大類。（4）按材料的熱力學(xué)狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)材料及亞穩(wěn)態(tài)材料兩大類。（5）按材料尺寸分為一維（纖維及晶須）材料、二維（薄膜）材料及三維（大塊）材料三大類。3.金屬材料的應(yīng)用在近代，材料專家把金屬材料比做現(xiàn)代工業(yè)的骨架，隨著金屬材料大規(guī)模生產(chǎn)及其使用量的急劇上升，極大地促進(jìn)了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。如果沒有耐高溫、高強(qiáng)度、高性能的鈦合金等金屬材料，就不可能有現(xiàn)代宇航工業(yè)的發(fā)展。任務(wù)二了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程。能力目標(biāo)：能說出煉鐵與煉鋼生產(chǎn)過程的差別。鋼鐵材料是鋼和生鐵的總稱，是鐵和碳的合金，按含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc可分為：工業(yè)純鐵wc＜0.0218％、鋼wc＝0.0218％～2.11％）、白口鑄鐵或生鐵2.11％＜wc＜6.69％。鐵礦石經(jīng)高爐冶煉獲得生鐵，生鐵再經(jīng)過冶煉得到鋼。焊接：將兩部分金屬材料通過加熱、加壓使其牢固結(jié)合為一體的工藝方法。流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。例題測(cè)量某一金屬材料布氏硬度值，d=4mm,查表求硬度值？HR＝Κ－bd/0.導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性一樣，金屬越純導(dǎo)電能力越好，銀、銅、鋁、鎂、鎢、鎳。金屬材料的韌性及其測(cè)試公元前8000年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器，人類對(duì)材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，--陶器時(shí)代.金屬越純導(dǎo)熱能力越好（銀、銅、鋁、鉻、鐵）。金屬鑄造性能及影響因素不同金屬，密度不同，查表１－1金屬材料的工藝性能是其機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能的綜合。導(dǎo)熱性：能夠傳導(dǎo)熱量的性能，用λ表示。強(qiáng)度：金屬材料抵抗塑性變形或者破壞（斷裂）的能力1）載荷：金屬材料在加工和使用過程中所受的外力。焊接性能好的金屬能獲得沒有裂縫、氣孔等缺陷的焊縫，焊接接頭具有較高的力學(xué)性能。洛氏硬度操作簡(jiǎn)便、迅速，應(yīng)用范圍廣，壓痕小，硬度值可直接從表盤上讀出，應(yīng)用廣泛。2，3，4，6，7，8寫在作業(yè)本上。對(duì)金屬材料而言，評(píng)價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮率、偏析傾向。隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲10戰(zhàn)斗機(jī)用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。任務(wù)三掌握金屬材料的物理與化學(xué)性能1．煉鐵鐵礦石中除鐵外，還含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化錳、三氧化二鋁等，這些雜質(zhì)稱為脈石。煉鐵實(shí)質(zhì)是從鐵礦石（鐵的氧化物）中還原鐵并使之與雜質(zhì)分離的過程。1）煉鐵的原料及其作用：原料有鐵礦石、燃料和熔劑。鐵礦石：磁鐵礦（主要含F(xiàn)e3O4，含鐵量最高）、赤鐵礦（主要含F(xiàn)e2O3，）和菱鐵礦（主要含F(xiàn)eCO3）。含鐵量在30％以上就有開采價(jià)值。2）燃料。高爐煉鐵的燃料是焦炭。焦炭是煙煤隔絕空氣加熱分解的干餾物。作用是燃燒后提供高溫，并提供一氧化碳還原劑3）熔劑。常用的熔劑是石灰石（CaCO3），作用是造渣。礦石中的脈石熔點(diǎn)很高，加人熔劑與脈石發(fā)生化學(xué)作用，生成熔點(diǎn)低、密度小、流動(dòng)性好的爐渣，將鐵分離出來。2.煉鐵的基本過程煉鐵的設(shè)備是高爐。鐵礦石、焦炭、石灰石由裝料機(jī)構(gòu)分層在高爐上部裝料口裝人?；具^程包括燃料燃燒、鐵的還原和增碳、其他元素的還原、造渣等。流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還原FeO中的鐵；抗氧化性：在室溫或加熱時(shí)抵抗氧氣氧化作用的能力。金屬材料的工藝性能是其機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能的綜合。用于生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的合金鋼和特殊鋼種。有些零件在工作過程中受到的是動(dòng)載荷，如鍛錘的錘桿、沖床的沖頭等，這些零件除要求強(qiáng)度、塑性、硬度外，還應(yīng)有足夠的韌性。錳——有益元素，有很好的脫氧能力，還原FeO中的鐵；20世紀(jì)40年代材料科學(xué)的技術(shù)革命產(chǎn)生了復(fù)合材料，人類進(jìn)入了新材料時(shí)代（硅器時(shí)代）熔點(diǎn)：從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。HR＝Κ－bd/0.課題七掌握常用鑄鐵性能與應(yīng)用（3課時(shí)）知識(shí)目標(biāo)：掌握金屬材料的物理和化學(xué)性能知識(shí)。任務(wù)一認(rèn)識(shí)金屬材料石器陶器瓷器材料的工藝性能主要包括:課題五熟悉并正確選用碳素鋼（3課時(shí)）出鋼前進(jìn)行鋼液的脫氧和合金化，根據(jù)鋼種要求加人脫氧劑和合金料，最后將鋼水注入鋼包以各連鑄或模鑄使用。切削加工性能好的金屬材料使刀具磨損小、切削量大、加工表面比較光滑。煉好的鋼液放人盛鋼桶內(nèi)，少數(shù)直接澆注成鑄鋼件，大部分澆注成鋼錠，送往軋鋼車間或鍛壓車間，軋制或鍛壓成型材、坯料等。知識(shí)目標(biāo)：掌握金屬材料的物理和化學(xué)性能知識(shí)。355KN)試驗(yàn)力作用下，保持10～15s所測(cè)得的布氏硬度值為450HBW。1）燃料燃燒2）氧化鐵的還原和鐵的增碳3）造渣。石灰石在加熱到一定的溫度后，會(huì)發(fā)生分解生成生石灰，生石灰與雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成熔渣，渣物密度比鐵水小，浮在鐵水上，從出渣口排出。3.高爐的產(chǎn)品（1）鑄造生鐵（Wc＞1.25％）和煉鋼生鐵（Wc＜1.25％）（2）高爐煤氣和爐渣2．煉鋼1）煉鋼的基本過程鋼和鐵的區(qū)別是鋼中含碳量和硅、錳、磷、硫的含量比鐵中少。把生鐵水或生鐵塊中的碳及雜質(zhì)元素降到規(guī)定的水平。煉鋼與煉鐵不同，煉鐵是一個(gè)還原過程，而煉鋼則主要是一個(gè)氧化過程。氧化過程結(jié)束后，鐵水就變成了鋼水，鋼水中形成了大量Fe0使力學(xué)性能變壞，需進(jìn)行脫氧。向鋼液中加入脫氧劑（如錳鐵、硅鐵、純鋁塊），脫氧劑與FeO反應(yīng)，生成爐渣。2）煉鋼的方法平爐煉鋼法、轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電爐煉鋼法。平爐構(gòu)造復(fù)雜、建廠投資大、燃料利用率很低、氧化過程緩慢及熔煉時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，已被淘汰。1）轉(zhuǎn)爐煉鋼法：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用一根或幾根吹氧管從鋼液上方吹人純氧，利用爐中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱進(jìn)行冶煉，不需外加熱源。首先是裝料，將鐵水注人爐內(nèi)，并按比例向爐內(nèi)加入一定量的廢鋼和造渣材料。向爐中吹入18～12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氧氣。劇烈的氧化反應(yīng)使鐵水溫度升高，使Si、Mn、S、P被氧化進(jìn)入渣中，碳被氧化形成CO氣體逸出爐外。當(dāng)鋼液中S、P、Si、Mn、C的含量均達(dá)到要求時(shí)停止吹氧。出鋼前進(jìn)行鋼液的脫氧和合金化，根據(jù)鋼種要求加人脫氧劑和合金料，最后將鋼水注入鋼包以各連鑄或模鑄使用。轉(zhuǎn)爐煉鋼法2）電爐煉鋼法用于生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的合金鋼和特殊鋼種。電爐具有爐溫高，氧、硫及非金屬夾雜含量低，合金元素?zé)龘p少等優(yōu)點(diǎn)。電爐是電弧爐。電弧爐是利用石墨制成的電極與廢鋼料或鋼水之間產(chǎn)生的高溫電弧作為熱源來進(jìn)行熔煉的。缺點(diǎn)是要消耗大量的電能，成本比平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼高，用廢鋼作為煉鋼原料。3.鋼的澆注

煉好的鋼液放人盛鋼桶內(nèi)，少數(shù)直接澆注成鑄鋼件，大部分澆注成鋼錠，送往軋鋼車間或鍛壓車間，軋制或鍛壓成型材、坯料等。目前澆注方法主要有鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種。任務(wù)三掌握金屬材料的物理與化學(xué)性能

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握金屬材料的物理和化學(xué)性能知識(shí)。能力目標(biāo)：能具體應(yīng)用金屬材料的物理和化學(xué)性能。通常把金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。使用性能是在使用過程中所表現(xiàn)出的特性，包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。工藝性能是金屬材料在加工過程中適應(yīng)各種冷熱加工的性能。鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響錳——有益元素，有很好的脫氧能力，還原FeO中的鐵；還可與硫形成MnS，消除了硫的有害作用；溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。鋼中含量WMn=0.25～0.8％硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還原FeO中的鐵；溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)含量在WSi＝0.1～0.4%。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(shí)變脆（冷脆性）。氫——有害元素，能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷。1.金屬材料物理性能與應(yīng)用2，3，4，6，7，8寫在作業(yè)本上。（2）按材料的特性和用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。材料的分類

按不同的分類方法可以將材料分成五種.知識(shí)目標(biāo)：掌握金屬材料的物理和化學(xué)性能知識(shí)。黑色金屬：以鐵或以鐵為主形成的金屬材料，外觀顏色成黑色，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。金屬鑄造性能及影響因素向鋼液中加入脫氧劑（如錳鐵、硅鐵、純鋁塊），脫氧劑與FeO反應(yīng)，生成爐渣。煉鋼與煉鐵不同，煉鐵是一個(gè)還原過程，而煉鋼則主要是一個(gè)氧化過程。流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。絕緣陶瓷玻璃鋼賽車殼體光纜1）煉鐵的原料及其作用：原料有鐵礦石、燃料和熔劑。切削加工性能好的金屬材料使刀具磨損小、切削量大、加工表面比較光滑。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成本。金屬鑄造性能及影響因素課題四掌握鋼的熱處理工藝與應(yīng)用（8課時(shí)）硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還原FeO中的鐵；用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。公元前8000年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器，人類對(duì)材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，--陶器時(shí)代.可鍛性好壞主要以材料的塑性和變形抗力來衡量。純金屬：鐵（Fe)、鋁（Al）、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、錳(Mn)、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈦（Ti）、鋅（Zn）、錫（Sn)、鉛（Pb）、鈹（Be）、鈮（Nb）、鋯（Zr）、鈷（Co）等合金：合金是由兩種或兩種以上金屬元素、或金屬元素與非金屬元素組成，具有金屬特性的物質(zhì)。合金比純金屬具有更好的性能，更高的強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐蝕性、電磁性。常見的非金屬元素：碳（C）、氮（N）、硫(S）磷（P）、硼（B）、硅（Si）等。黑色金屬：以鐵或以鐵為主形成的金屬材料，外觀顏色成黑色，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。非鐵金屬材料（有色金屬材料）：除黑色金屬外的金屬和合金，如銅及銅合金、鋁及鋁合金等。

金屬材料又可分為：用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。非金屬材料分為高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料三種類型。金屬材料的疲勞強(qiáng)度及其測(cè)試?yán)煸囼?yàn)機(jī)緩慢加載，對(duì)載荷變化進(jìn)行記錄，直至拉斷。焊接：將兩部分金屬材料通過加熱、加壓使其牢固結(jié)合為一體的工藝方法。知識(shí)目標(biāo)：了解煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)過程。劇烈的氧化反應(yīng)使鐵水溫度升高，使Si、Mn、S、P被氧化進(jìn)入渣中，碳被氧化形成CO氣體逸出爐外。常用的切削加工方法有車削、銑削、鉆削、鏜削、刨削和磨削及鉗工加工。出鋼前進(jìn)行鋼液的脫氧和合金化，根據(jù)鋼種要求加人脫氧劑和合金料，最后將鋼水注入鋼包以各連鑄或模鑄使用。（1）通過靜拉伸試驗(yàn)測(cè)定金屬材料的強(qiáng)度和塑性2）變形：金屬材料受載荷作用發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化。1）載荷：金屬材料在加工和使用過程中所受的外力。課題九金屬材料工程選用（8課時(shí)）化學(xué)穩(wěn)定性：耐腐蝕性和抗氧化性的總成。目前澆注方法主要有鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種。平爐構(gòu)造復(fù)雜、建廠投資大、燃料利用率很低、氧化過程緩慢及熔煉時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，已被淘汰。20世紀(jì)40年代材料科學(xué)的技術(shù)革命產(chǎn)生了復(fù)合材料，人類進(jìn)入了新材料時(shí)代（硅器時(shí)代）355KN)試驗(yàn)力作用下，保持10～15s所測(cè)得的布氏硬度值為450HBW。用線脹系數(shù)（αl）和體脹系數(shù)（αv）表示。洛氏硬度操作簡(jiǎn)便、迅速，應(yīng)用范圍廣，壓痕小，硬度值可直接從表盤上讀出，應(yīng)用廣泛。S0切削加工性能好的金屬材料使刀具磨損小、切削量大、加工表面比較光滑。常見的非金屬元素：碳（C）、氮（N）、硫(S）當(dāng)鋼液中S、P、Si、Mn、C的含量均達(dá)到要求時(shí)停止吹氧。焊接性能好的金屬能獲得沒有裂縫、氣孔等缺陷的焊縫，焊接接頭具有較高的力學(xué)性能。2）氧化鐵的還原和鐵的增碳B點(diǎn)處的應(yīng)力稱作抗拉強(qiáng)度，用σb表示。溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度?？慑懶院脡闹饕圆牧系乃苄院妥冃慰沽砗饬?。沖擊載荷－突然增加的載荷（釘釘子、打樁）課題九金屬材料工程選用（8課時(shí)）新型轎車電動(dòng)汽車沖擊韌度ak＝Ak/Fk劇烈的氧化反應(yīng)使鐵水溫度升高，使Si、Mn、S、P被氧化進(jìn)入渣中，碳被氧化形成CO氣體逸出爐外。缺點(diǎn)：壓痕大，操作不夠簡(jiǎn)便。金屬材料的韌性及其測(cè)試HRC≈HBS公元前8000年，火的發(fā)現(xiàn)使人類有了改造自然的武器，人類對(duì)材料的使用由天然材料向人工材料發(fā)展，--陶器時(shí)代.1)金屬材料的疲勞現(xiàn)象鑄造性是指澆注鑄件時(shí)，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。任務(wù)2了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程(2)伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量ΔL與原始標(biāo)距L0之比常見合金組成成分與用途密度：ρ＝m/Ｖkg/m3

不同金屬，密度不同，查表１－1熔點(diǎn)：從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。純金屬有固定的熔點(diǎn)。比較表１－1導(dǎo)熱性：能夠傳導(dǎo)熱量的性能，用λ表示。金屬越純導(dǎo)熱能力越好（銀、銅、鋁、鉻、鐵）。比較表１－1導(dǎo)電性：能夠傳導(dǎo)電流的性能，用電阻率（ρ）來衡量。導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性一樣，金屬越純導(dǎo)電能力越好，銀、銅、鋁、鎂、鎢、鎳。比較表１－1一、金屬材料的物理性能熱膨脹性：隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。用線脹系數(shù)（αl）和體脹系數(shù)（αv）表示。

αv≈αlαl＝（l2-l1）/l1Δt

比較表１－1磁性：在磁場(chǎng)中能內(nèi)磁化的性能。鐵磁性材料：能被強(qiáng)烈磁化，如Fe、Ni、Co

順磁性材料：呈微弱磁性，如Mn、Gr、Al

抗磁性材料：抗拒或弱化磁場(chǎng)作用，如Au、Ag、Cu、Pb、Sn、Zn

鐵磁性材料在溫度升高到一定溫度時(shí)就會(huì)失去磁性，變?yōu)轫槾朋w，該溫度為居里點(diǎn)，如鐵的居里點(diǎn)為770℃金屬材料的物理性能耐腐蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。金屬防腐措施：覆蓋法(噴漆、鍍鋅、鍍鉻、噴塑、發(fā)藍(lán)、涂油)提高金屬本身耐腐蝕性：合金化、化學(xué)處理法（滲鉻、滲鋁、滲氮）抗氧化性：在室溫或加熱時(shí)抵抗氧氣氧化作用的能力。（熱加工包括鑄造、鍛造、焊接、熱處理）化學(xué)穩(wěn)定性：耐腐蝕性和抗氧化性的總成。二、金屬材料的化學(xué)性能任務(wù)4掌握并能測(cè)量金屬材料的力學(xué)性能學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)金屬材料力學(xué)性能；掌握金屬材料力學(xué)性能的測(cè)試方法。能力目標(biāo)：能利用相關(guān)測(cè)試設(shè)備測(cè)量金屬材料的力學(xué)性能。金屬材料力學(xué)性能（機(jī)械性能）：外力作用是表現(xiàn)出來的性能。指標(biāo)有強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等。1）載荷：金屬材料在加工和使用過程中所受的外力。靜載荷－大小不變或變動(dòng)很?。ɡK上掛重物）沖擊載荷－突然增加的載荷（釘釘子、打樁）交變載荷－周期或非周期的動(dòng)載荷（摩托、汽車減震彈簧）2）變形：金屬材料受載荷作用發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化。彈性變形－受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)載荷去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸。塑性變形－受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)載荷去掉后不能恢復(fù)到原來形狀及尺寸。1.認(rèn)識(shí)并理解載荷、變形、內(nèi)力、應(yīng)力的概念3）內(nèi)力：金屬材料受外力作用，為保持其原狀，材料內(nèi)部作用著與外力相對(duì)抗的力。4）應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)力，用σ表示

σ＝F/A式中F-外力（N），A－橫截面積（mm2）

σ－應(yīng)力，MPa（N/mm2)-兆帕

1MPa=106Pa5）剛度：零(構(gòu))件加載受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積，即E·A提高零件剛度的方法：增加橫截面面積改變截面形狀選用彈性模量較大的材料2.金屬材料強(qiáng)度與塑性及其測(cè)定強(qiáng)度：金屬材料抵抗塑性變形或者破壞（斷裂）的能力（1）通過靜拉伸試驗(yàn)測(cè)定金屬材料的強(qiáng)度和塑性實(shí)驗(yàn)室采用圓形標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量金屬材料的強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)實(shí)物拉伸試驗(yàn)機(jī)緩慢加載，對(duì)載荷變化進(jìn)行記錄，直至拉斷。當(dāng)拉伸力由零逐漸增加到Fe（OE）時(shí)，伸長(zhǎng)量與拉伸力成正比例，此時(shí)去除拉伸力，試樣能完全恢復(fù)到原來形狀和尺寸，處于彈性變形階段，此時(shí)應(yīng)力用彈性極限σe表示。當(dāng)拉伸力超過Fe后，試件既有彈性變形又有微量的塑性變形。當(dāng)拉伸力增大到Fs時(shí)，曲線出現(xiàn)水平段，表示拉伸力不增加，試件繼續(xù)伸長(zhǎng)，此現(xiàn)象稱作屈服，S點(diǎn)稱作屈服點(diǎn)，此時(shí)的應(yīng)力稱作屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度，用σs表示。σs＝Fs/A0當(dāng)拉伸力超過Fs后，試件產(chǎn)生大量塑性變形，直到拉伸力達(dá)到Fb時(shí)，試樣局部產(chǎn)生嚴(yán)重縮頸，所能承受的拉伸力迅速減小，直到拉斷（K點(diǎn)）。B點(diǎn)處的應(yīng)力稱作抗拉強(qiáng)度，用σb表示。σb＝Fb/A0

塑性:材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。用斷面收縮率ψ和伸長(zhǎng)率δ來衡量。

(1)斷面收縮率:

試樣拉斷處橫截面積的收縮量Δ

S與原始橫截面積S0之比。

S0-S1

ψ=——-—×100%S0塑性的衡量指標(biāo)

l1

-

l0

δ=——-—×100%l0

(2)伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量ΔL與原始標(biāo)距L0之比長(zhǎng)試樣用δ10表示，短試樣用δ5表示，同種材料δ5＞δ10不同金屬，密度不同，查表１－1切削加工：用刀具切削金屬材料毛坯，使其達(dá)到一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的零件的工藝方法。方法二：經(jīng)驗(yàn)公式近似換算常用夏比沖擊試驗(yàn)（擺錘式一次沖擊試驗(yàn)）來測(cè)定金屬材料的韌性，是在專門的擺錘試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。課題七掌握常用鑄鐵性能與應(yīng)用（3課時(shí)）鐵礦石中除鐵外，還含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化錳、三氧化二鋁等，這些雜質(zhì)稱為脈石。新型轎車電動(dòng)汽車耐腐蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。任務(wù)2了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程用一定載荷P，將直徑為D的球體（淬火鋼球HBS、硬質(zhì)合金球HBW），壓入被測(cè)材料的表面，保持一定時(shí)間后卸去載荷，測(cè)量被測(cè)試件表面上所形成的壓痕直徑d，計(jì)算壓痕的球缺面積A，單位面積所受載荷稱為布氏硬度。250HBS10/1000/30、280HBW10/3000/30,保載時(shí)間10～15秒時(shí)不標(biāo)注。ψ=——-—×100%優(yōu)點(diǎn)：測(cè)得結(jié)果較準(zhǔn)確、穩(wěn)定。能力目標(biāo)：能利用相關(guān)測(cè)試設(shè)備測(cè)量金屬材料的力學(xué)性能。選用彈性模量較大的材料工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成本。σ－應(yīng)力，MPa（N/mm2)-兆帕σ＝F/A鋼中常存元素及其對(duì)性能的影響沖擊載荷－突然增加的載荷（釘釘子、打樁）二、金屬材料的化學(xué)性能4．認(rèn)識(shí)金屬切削加工工藝性能及其影響因素3.金屬材料的硬度及其測(cè)試方法硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力。硬度也反映材料抵抗其它物體壓入的能力。通常材料的強(qiáng)度越高，硬度也越高。工程上常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度HB、洛氏硬度HR(A、B、C)和維氏硬度HV等。金屬材料硬度的高低是通過特定的方法來測(cè)試。無論哪種測(cè)量方法，均要求工件平整，測(cè)量表面與壓頭垂直，工件表面無氧化皮，且需測(cè)量多處，求其平均值。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)1）洛氏硬度洛氏測(cè)量方法：將標(biāo)準(zhǔn)壓頭用規(guī)定壓力壓入被測(cè)材料的表面，根據(jù)壓痕深度來確定硬度值。用bd大小來判斷材料的硬度高低，bd越大，硬度越低；反之，硬度越高。為適應(yīng)數(shù)值越大，硬度越高的習(xí)慣，用一常數(shù)Κ減去bd作為硬度值（每0.002mm的壓痕深度為一個(gè)硬度單位），直接由硬度計(jì)表盤上讀出。洛氏硬度用符號(hào)HR表示，其計(jì)算公式為

HR＝Κ－bd/0.002用金剛石作壓頭Κ＝100；用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)根據(jù)壓頭的材料及所加的負(fù)荷不同又可分為HRA、HRB、HRC三種。HRC應(yīng)用最多h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度操作簡(jiǎn)便、迅速，應(yīng)用范圍廣，壓痕小，硬度值可直接從表盤上讀出，應(yīng)用廣泛。表盤外圈黑子適用于HRA、HRC，內(nèi)圈紅字適用于HRB缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)量誤差稍大，常在工件不同部位測(cè)量數(shù)次取平均值2）布氏硬度用一定載荷P，將直徑為D的球體（淬火鋼球HBS、硬質(zhì)合金球HBW），壓入被測(cè)材料的表面，保持一定時(shí)間后卸去載荷，測(cè)量被測(cè)試件表面上所形成的壓痕直徑d，計(jì)算壓痕的球缺面積A，單位面積所受載荷稱為布氏硬度。布氏硬度值HB=P/A。測(cè)量時(shí)不需計(jì)算，只需測(cè)量壓痕直徑d，查附錄表1可得硬度值。例題測(cè)量某一金屬材料布氏硬度值，d=4mm,查表求硬度值？250HBS10/1000/30、280HBW10/3000/30,保載時(shí)間10～15秒時(shí)不標(biāo)注。例1：250HBS10/1000/30表示用直徑10mm的淬火鋼球作壓頭，在1000kgf(9.807KN)試驗(yàn)力作用下，保持30s所測(cè)得的布氏硬度值為250HBS例2：450HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球作壓頭，在750kgf(7.355KN)試驗(yàn)力作用下，保持10～15s所測(cè)得的布氏硬度值為450HBW。布氏硬度測(cè)量方法特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)得結(jié)果較準(zhǔn)確、穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，操作不夠簡(jiǎn)便。布氏硬度表示方法3）維氏硬度（ＨＶ）維氏硬度的測(cè)量原理與布氏硬度相同，不同點(diǎn)是壓頭為一相對(duì)面夾角為136°金剛石正四方棱錐體，所加負(fù)荷為5~120kgf（49.03~1176.80N）維氏硬度不需計(jì)算，根據(jù)對(duì)角線長(zhǎng)度平均值查表得出。與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可直接從屏幕讀出或打印機(jī)打出。其他維氏硬度計(jì)布、洛、維硬度計(jì)數(shù)顯布、洛、維硬度計(jì)操作簡(jiǎn)便迅速，界面直觀，較少人為操作誤差，具有很高的靈敏度，穩(wěn)定性，適用于車間和試驗(yàn)室（4）按材料的熱力學(xué)狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)材料及亞穩(wěn)態(tài)材料兩大類。ψ=——-—×100%影響金屬材料熱處理性能的主要因素：材料的化學(xué)成分、原始組織、加熱溫度。機(jī)械結(jié)構(gòu)零件硬度在25～45HRC課題七掌握常用鑄鐵性能與應(yīng)用（3課時(shí)）一般用焊接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來衡量金屬材料焊接性磷——有害元素，它使鋼在低溫時(shí)變脆（冷脆性）。鐵磁性材料：能被強(qiáng)烈磁化，如Fe、Ni、Co對(duì)金屬材料而言，評(píng)價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮率、偏析傾向。數(shù)顯布、洛、維硬度計(jì)操作簡(jiǎn)便迅速，界面直觀，較少人為操作誤差，具有很高的靈敏度，穩(wěn)定性，適用于車間和試驗(yàn)室課題一認(rèn)識(shí)并掌握金屬材料基本性能（6課時(shí)）隨著冶煉技術(shù)的提高，人類步入了鐵器時(shí)代向鋼液中加入脫氧劑（如錳鐵、硅鐵、純鋁塊），脫氧劑與FeO反應(yīng)，生成爐渣。任務(wù)5掌握金屬材料的工藝性能用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。（5）按材料尺寸分為一維（纖維及晶須）材料、二維（薄膜）材料及三維（大塊）材料三大類。煉好的鋼液放人盛鋼桶內(nèi)，少數(shù)直接澆注成鑄鋼件，大部分澆注成鋼錠，送往軋鋼車間或鍛壓車間，軋制或鍛壓成型材、坯料等。課題五熟悉并正確選用碳素鋼（3課時(shí)）常用的切削加工方法有車削、銑削、鉆削、鏜削、刨削和磨削及鉗工加工。等于材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積，即E·A選用彈性模量較大的材料耐腐蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。常用硬度之間換算硬度是檢驗(yàn)零件的一項(xiàng)重要指標(biāo)，零件圖中都有標(biāo)注。調(diào)質(zhì)硬度180～320HBS機(jī)械結(jié)構(gòu)零件硬度在25～45HRC彈簧零件硬度在40～50HRC刀具、量具硬度在60～65HRC硬質(zhì)合金硬度700～2980HV材料硬度值比較：

HB、HRC（A、B)、HV測(cè)定方法不同，硬度值也不同，三者之間如何比較？方法一：查硬度值換算表方法二：經(jīng)驗(yàn)公式近似換算HRC≈HBSHBS≈HV4.金屬材料的韌性及其測(cè)試有些零件在工作過程中受到的是動(dòng)載荷，如鍛錘的錘桿、沖床的沖頭等，這些零件除要求強(qiáng)度、塑性、硬度外，還應(yīng)有足夠的韌性。韌性:金屬材料抗沖擊載荷作用而不破壞的能力.韌性的性能指標(biāo)是通過沖擊試驗(yàn)確定。常用夏比沖擊試驗(yàn)（擺錘式一次沖擊試驗(yàn)）來測(cè)定金屬材料的韌性，是在專門的擺錘試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。1)韌性：金屬材料在抗擊沖擊載荷作用下而不破壞的能力。2)沖擊韌性：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。3)衡量指標(biāo)：沖擊吸收功Ak＝mgh1-mgh2=mg（h-h2)

沖擊韌度ak＝Ak/Fk4)應(yīng)用：評(píng)價(jià)材料韌性的好壞，與屈服強(qiáng)度結(jié)合用于一般零件抗斷裂設(shè)計(jì)。沖擊韌性及衡量指標(biāo)5.金屬材料的疲勞強(qiáng)度及其測(cè)試1)金屬材料的疲勞現(xiàn)象交變應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力）：機(jī)械零件，如軸、齒輪、彈簧等，在工作過程中各點(diǎn)所受的應(yīng)力隨時(shí)間而呈周期性變化。疲勞:交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，工作應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，經(jīng)過一定循環(huán)周次后仍會(huì)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞斷裂過程：裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個(gè)階段。疲勞強(qiáng)度：當(dāng)零件所受的應(yīng)力低于某一值時(shí)，即使循環(huán)周次無窮多也不發(fā)生斷裂，稱此應(yīng)力值為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限，用σ－1表示。影響疲勞強(qiáng)度的因素：載荷類型材料本質(zhì)零件表面狀態(tài)工作溫度腐蝕介質(zhì)任務(wù)5掌握金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是其機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能的綜合。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成本。材料的工藝性能主要包括:鑄造性能；壓力加工性能；焊接性能；熱處理工藝性能；切削加工性能。1.金屬鑄造性能及影響因素鑄造性是指澆注鑄件時(shí)，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。對(duì)金屬材料而言，評(píng)價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮率、偏析傾向。（1）流動(dòng)性；（2）收縮性；（3）成分偏析。流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。一般來說，共晶成份的合金鑄造性好。2．金屬壓力加工性能及影響因素壓力加工性能:金屬材料在壓力加工中承受壓力發(fā)生變形而不破壞的能力，包括鍛造性能、軋制性能、擠壓性能、拉制性能和沖壓性能。可鍛性好壞主要以材料的塑性和變形抗力來衡量。鋼的可鍛性較好，而鑄鐵不能進(jìn)行任何壓力加工。塑性越好，變形抗力越小，金屬的壓力加工性能就越好。3．掌握金屬焊接性能及其影響因素焊接：將兩部分金屬材料通過加熱、加壓使其牢固結(jié)合為一體的工藝方法。焊接性：金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)能力。焊接性能好的金屬能獲得沒有裂縫、氣孔等缺陷的焊縫，焊接接頭具有較高的力學(xué)性能。一般用焊接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來衡量金屬材料焊接性低碳鋼具有優(yōu)良持焊接性，而高碳鋼、不銹鋼、鑄鐵和鋁的焊接性能較差。4．認(rèn)識(shí)金屬切削加工工藝性能及其影響因素切削加工：用刀具切削金屬材料毛坯，使其達(dá)到一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的零件的工藝方法。常用的切削加工方法有車削、銑削、鉆削、鏜削、刨削和磨削及鉗工加工。切削加工性能：金屬材料在切削加工中的難易程度。切削加工性能好的金屬材料使刀具磨損小、切削量大、加工表面比較光滑。切削加工性能的好壞與金屬的硬度、導(dǎo)熱性、加工硬化、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等有關(guān)。有利切削的材料硬度為160～230HB熔點(diǎn)：從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。（1）按材料的化學(xué)組成分類“金屬材料及熱處理”總課時(shí)45缺點(diǎn)：壓痕大，操作不夠簡(jiǎn)便。對(duì)金屬材料而言，評(píng)價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮率、偏析傾向。1）平時(shí)成績(jī)：（課堂紀(jì)律、課堂提問、出勤率）占25%；金屬材料力學(xué)性能（機(jī)械性能）：外力作用是表現(xiàn)出來的性能。355KN)試驗(yàn)力作用下，保持10～15s所測(cè)得的布氏硬度值為450HBW。壓力加工性能:金屬材料在壓力加工中承受壓力發(fā)生變形而不破壞的能力，包括鍛造性能、軋制性能、擠壓性能、拉制性能和沖壓性能。用淬火鋼球作壓頭Κ＝130。氫——有害元素，能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷。韌性的性能指標(biāo)是通過沖擊試驗(yàn)確定。選用彈性模量較大的材料硅——有益元素，脫氧能力比錳強(qiáng)，還原FeO中的鐵；沖擊載荷－突然增加的載荷（釘釘子、打樁）抗氧化性：在室溫或加熱時(shí)抵抗氧氣氧化作用的能力。力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。熔融沉積快速成形葉輪原型金屬材料硬度的高低是通過特定的方法來測(cè)試?？寡趸裕涸谑覝鼗蚣訜釙r(shí)抵抗氧氣氧化作用的能力。金屬鑄造性能及影響因素5．了解熱處理工藝性能及其影響因素金屬材料熱處理性能：材料在熱處理時(shí)的難易程度和產(chǎn)生熱處理缺陷的傾向，熱處理是改變其性能的主要途徑。熱處理性能包括：淬透性、淬硬性、回火穩(wěn)定性、回火脆性、過熱傾向、氧化脫碳傾向、變形傾向和開裂傾向等。影響金屬材料熱處理性能的主要因素：材料的化學(xué)成分、原始組織、加熱溫度。作業(yè)P25頁(yè)，思考與練習(xí)一、二、三、四題，課堂提問。五、簡(jiǎn)答題1，2，3，4，5寫在作業(yè)本上。六、分析題2，3，4，6，7，8寫在作業(yè)本上。課題九金屬材料工程選用（8課時(shí)）一、二、三、四題，課堂提問。方法二：經(jīng)驗(yàn)公式近似換算任務(wù)2了解鋼鐵材料的生產(chǎn)過程常用的熔劑是石灰石（CaCO3），作用是造渣。熔融沉積快速成形葉輪原型任務(wù)一認(rèn)識(shí)金屬材料長(zhǎng)試樣用δ10表示，短試樣用δ5表示，同種材料δ5＞δ10新型轎車