金屬材料與熱加工基礎(chǔ)教學(xué)教案

《金屬材料與熱加工基礎(chǔ)》

課程教案

系（部）教研室

課程代碼學(xué)分

課程性質(zhì)必修（）專業(yè)選修（）公共選修（）

授課專業(yè)授課班級

任課教師職稱

考核方式

金屬材料與翔加工及砒敖嗓(章節(jié)備課)

章次第1章認(rèn)識金屬材料的性能

課時安排總學(xué)時數(shù)：6?8理論教學(xué)時數(shù)：4?6實驗教學(xué)時數(shù)2

教學(xué)本章通過對金屬材料各種性能的學(xué)習(xí)，特別是力學(xué)性能各個指標(biāo)的學(xué)習(xí)，初步掌

目的

打賺握力學(xué)性能各指標(biāo)的概念、測試方法、應(yīng)用；各個物理、化學(xué)性能指標(biāo)及對選材

的意義；了解材料的工藝性能在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。

(靜載力學(xué)性能：強度、塑性、硬度指標(biāo)

‘力學(xué)性能1

1非靜載力學(xué)性能：沖擊韌性、疲勞強度

本章

，使川性能V物理性能

〔化學(xué)性能

知識

r鑄造性能

結(jié)構(gòu)

鍛壓性能

1工藝性能《

圖示焊接性能

熱處理性能

~Q刖〃U-LI±H匕

重點：.強度、硬度的各個指標(biāo)的概念及應(yīng)用

章重點1

2.沖擊韌性、疲勞強度的概念、危害及預(yù)防措施

與難點難點：材料的強度、塑性、硬度概念及與拉伸曲線與關(guān)系

1.教法：

(1)案例引導(dǎo)法

(2)問題法

(3)小組討論法

(4)邊講邊練法

教學(xué)方法手

段2.學(xué)習(xí)法：

(1)文獻查閱法

(2)分組合作學(xué)習(xí)法

(3)自主學(xué)習(xí)法

3.教學(xué)手段：

多媒體、相關(guān)視頻或理實一體教室。

主要參

金屬材料與熱加工基礎(chǔ)

考資料

備注硬度實驗在理實一體教室或?qū)I(yè)教室進行，也可以邊講邊練（2學(xué)時）

金屬材料與翔加工雙砒敖嗓（課時備課）

第1次課2學(xué)時

本次

點

重重點：材料的拉伸試驗及拉伸曲線分析，強度指標(biāo)與塑性指標(biāo);

點

難難點：強度指標(biāo)與塑性指標(biāo)的實際應(yīng)用

備注：

引言

一、課程介紹及教學(xué)要求理實一體（多

媒體）教室授

二、案例引入

課

三、金屬材料的性能分類介紹

PPT介紹圖1-1

第一節(jié)金屬材料的使用性能.

金屬材料的使用性能：是金屬材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的性能，

包拈力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。

一、力學(xué)性能的主要指標(biāo)及測試

力學(xué)性能：是指在外力（載荷）作用時所表現(xiàn)出來的性能。

載荷分為靜載荷，非靜載荷（動載荷）。

金屬材料在靜載荷的作用下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性能主要有強度、塑性、

硬度等；在非靜載荷作用下表現(xiàn)出來的力學(xué)性能主要有沖擊韌性、疲

教學(xué)勞強度等。

內(nèi)容

與進1.強度及其測試

程安

（1）拉伸試驗：是指用靜拉伸力對標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進行緩慢的軸向拉伸,

排

直至試樣被拉斷為止的一種試驗方法。

1）拉伸試樣

按國家標(biāo)準(zhǔn)加工，試樣截面可以是圓形、矩形、多邊形，通常使用圓

形截面試樣（見圖1）。

a）b）

圖標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣

a）拉伸前b）拉伸后

長試樣（Lo=lOdo），短試樣（“尸54）

2）拉伸試驗方法

拉伸試驗一般在液壓萬能試驗機或數(shù)字萬能試驗機.匕進行（現(xiàn)場教學(xué)

或者視頻）可以掃二維碼。

3）拉伸曲線

拉伸試驗時，利用試驗機的自動繪圖器（自動繪圖軟件）可繪出力-

伸長（F-AL）曲線，通常稱作拉伸曲線。應(yīng)力?延伸率（R?e）曲線與

F-AL曲線形狀相似，但消除了幾何尺寸的影響（見圖1-5）?？梢話?/p>

二維碼

（2）拉伸曲線分析

試樣拉斷前的變形過程主要有以下幾個階段：

1）彈性變形階段（oe）

2）微塑性變形階段（es）

3）屈服階段（s點附近的平臺）

4）強化階段（sm）

5）縮頸階段（“）

提示：拉伸試驗時，低碳鋼等塑性材料在斷裂前有明顯的塑性變形，

有屈服現(xiàn)象；而鑄鐵等脆性材料在斷裂不僅沒有屈服現(xiàn)象，而且也沒

有明顯的縮頸現(xiàn)象。

（3）強度與強度指標(biāo)

1）屈服強度

在拉伸曲線中，當(dāng)材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)

生而力不增加的應(yīng)力點稱為屈服強度。屈服強度分為上屈服強度（&H）

和下屈服強度（&L）。

RCH=FCH/SO,RC\=FC\JSO

對拉伸試驗無明顯屈服現(xiàn)象的材料，以條件屈服強度Rm計算。即

Rrf）,2=尸0.2/So

屈服強度是機械零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。

2）抗拉強度

抗拉強度是指在拉伸試驗中，材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值，

用Rm（舊標(biāo)準(zhǔn)用0b）表示。即

Hm=Fm（So

對于無明顯屈服現(xiàn)象的脆性材料而言，抗拉強度是零件設(shè)計時的另一

個強度依據(jù)。

2.塑性及塑性指標(biāo)

塑性是金屬材料在外力作用下，斷裂前產(chǎn)生塑性變形（永久變形）的

能力。材料的塑性指標(biāo)有斷后伸長率A和斷面收縮率Z。良好的塑性

是塑性成形（如鍛造、軋制、沖壓等）不可缺少的條件，也是緩和應(yīng)

力集中和防止突然脆斷的美鍵因素。

A=（Lu-L<））/L<1

Lu-----試樣拉斷后標(biāo)距長度（mm）；

%——試樣原始標(biāo)距長度（mm）

Z=（Sa-Su）/Sfr

Stl---試樣斷后橫截面積（mm?）；

So---試樣原始橫截面積（mn?）。

小結(jié)及作業(yè)布置

金屬材料S盆加工雙砒敖嗓（課時備課）

第2次課2學(xué)時

本次

重點重點：硬度、沖擊韌度、疲勞強度指標(biāo)的含義及應(yīng)用

難點難點：硬度值的表示方法、測試方法

備注：

復(fù)習(xí)回顧上節(jié)課內(nèi)容，導(dǎo)入本次課內(nèi)容

3.硬度及測試?yán)韺嵰惑w教

材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力稱為硬度。一般情況下，材室（多媒體）

料的硬度越高，其耐磨性就越好。授課

（1）布氏硬度

1）測試原理

圖1-8所示

2）測試儀器及試驗規(guī)范

掃二維碼

3）表示方法

布氏硬度值+硬度符號+試驗條件。如190HBW10/I000/30

4）測試方法的優(yōu)缺點

布氏硬度試驗方法的優(yōu)點是測定結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)穩(wěn)定、重復(fù)性

好。缺點是由于其壓痕較大，對試件表面的損傷也較大，不宜測量成

品或太小、太薄的試件，布氏硬度試驗主要用來測定原材料，如鑄鐵、

非鐵金屬及經(jīng)退火、正火或調(diào)質(zhì)處理的鋼材及半成品的硬度。

（2）洛氏硬度

1）測試原理

圖1-10

排2）測試儀器及試驗規(guī)范

掃二維碼

3）表示方法

洛氏硬度的表示方法為：硬度值+硬度符號,如25HRC表示用C標(biāo)尺

測出的硬度值為25。

提示：洛氏硬度各個標(biāo)尺間沒有對應(yīng)關(guān)系，因此各個標(biāo)尺之間測

得的硬度值不能直接比較。在中等硬度情況下，洛氏硬度HRC與布

氏硬度HBVV之比約為1:10。

4）測試方法的優(yōu)缺點

洛氏硬度試驗方法是目前應(yīng)用最廣泛的硬度測試方法，其優(yōu)點是測量

迅速簡便，壓痕小，可用于測量成品件或較薄工件；缺點是測得的硬

度值不夠準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。因此，在測試試件的洛氏硬度值時，

需要選取不同部位至少測定3次，取其平均值作為該試件的洛氏硬度

值。

（3）維氏硬度

1）測試原理

見圖1-12

2）測試儀器

3）表示方法

維氏硬度值的表示方法與布氏硬度值相同，硬度值寫在HV的前面

4）測試方法的優(yōu)缺點

維氏硬度的優(yōu)點是所用試驗力小，壓痕較淺，使用范圍寬，測值范圍

為5-3000HV,可以測試從極軟到極硬的各種金屬材料，尤其適合測

量零件表面淬火層及化學(xué)熱處理的表面層。

（4））里氏硬度

1）測試原理

2）表示方法

硬度值+HL+沖擊裝置型號，常用的沖擊裝置有D、DC、G、C等四種

3）測試儀器

4）測試方法的優(yōu)缺點

里氏硬度測值范圍大，適用于所有金屬的硬度檢測，里氏硬度值和其

它硬度值（HRB、HRC、HB、HV）之間有對應(yīng)關(guān)系。里氏硬度儀可通

過機內(nèi)微電腦進行自動轉(zhuǎn)換，可直接輸出所需的布氏、洛氏、維氏等

硬度值，操作方便，測試時由主觀因素造成的浜差小，且對試件損傷

極小，適合各類工件的各個方位的測試，特別是現(xiàn)場測試是其他硬度

計無法比擬的，缺點是物理意義不夠明確。

提示：各個硬度測試方法各有優(yōu)缺點。實驗室常用洛氏硬度計檢

測鋼鐵材料，維氏硬度計檢測薄件及滲層厚度；現(xiàn)場檢測目前應(yīng)用較

多的是里氏硬度計。附錄B為各種硬度與強度換算表。

4.沖擊韌度及其測試

（1）沖擊韌度的概念、測試方法及案例

（2）韌脆轉(zhuǎn)變溫度

5疲.勞強度及測試

（1）疲勞強度的概念、測試方法及案例

（2）提高疲勞強度的方法。

二、金屬材料的物理性能主要指標(biāo)及應(yīng)用

1.密度及應(yīng)用

2.熔點及應(yīng)用

3.導(dǎo)熱性及應(yīng)用

4.導(dǎo)電性及應(yīng)用

5.熱膨脹性及應(yīng)用

6.磁性及應(yīng)用

三、金屬材料的化學(xué)性能指標(biāo)及應(yīng)用

1.耐腐蝕性

2.抗氧化

3.化學(xué)穩(wěn)定性

第二節(jié)材料的工藝性能

1.概述

2.鑄造性能

3.鍛壓性能

4.焊接性能

5.熱處理性能

6.切削加工性能

二、本章小結(jié)及作業(yè)布置

《金屬材料與熱加工基礎(chǔ)》

課程教案

系（部）教研室

課程代碼學(xué)分

課程性質(zhì)必修（）專業(yè)選修（）公共選修（）

授課專業(yè)授課班級

任課教師職稱

考核方式

金屬材料與翔加工及砒敖嗓(章節(jié)備課)

章次第二章金屬晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶分析

課時安排總學(xué)時數(shù)：8?10理論教學(xué)時數(shù)：6?8實驗教學(xué)時數(shù)：2

教學(xué)

目的本章主要通過金屬晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶分析的學(xué)習(xí)，掌握金屬晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶的基本

與歌知識，初步具有分析和應(yīng)用鐵碳合金相圖的能力。

f純金屬晶體結(jié)構(gòu)

金廠金屬的晶體結(jié)構(gòu)\

(

屬\合金的晶體結(jié)構(gòu)

本章

晶

體

結(jié)純金屬的結(jié)晶

知識金屬結(jié)晶分析\

構(gòu)<

合金的結(jié)晶

及

結(jié)構(gòu)結(jié)

晶鐵碳合金的基本相和基本組織

分

鐵碳合金的基本相和基本組織

圖示析

1鐵碳合金相圖分析碳含量對鐵碳合金組織和性能的影響

、鐵碳合金相圖的應(yīng)用

重點：1.鐵碳合金的基本相和基本組織

章重點

2.鐵碳合金的基本相和基本組織

與難點難點：鐵碳合金的基本相和基本組織

1.教法：

(1)案例引導(dǎo)法

(2)問題法

(3)小組討論法

(4)實驗法

教學(xué)方法手

段2.學(xué)習(xí)法：

(1)文獻查閱法

(2)分組合作學(xué)習(xí)法

(3)自主學(xué)習(xí)法

3.教學(xué)手段：

多媒體、教學(xué)視頻。

主要參

金屬材料與熱加工基礎(chǔ)

考資料

備注

金屬材料與翔加工及砒敖嗓（課時備課）

第1次課2學(xué)時

第一節(jié)認(rèn)識金屬的晶體結(jié)構(gòu)

K次

點

a二重點：常見的金屬晶格類型，純金屬結(jié)晶過程，晶粒大小對材料性能的影響

一

,點難點：金屬結(jié)晶過程

案例導(dǎo)入備注：

“鉆石恒久遠，一顆永流傳”

一、純金屬晶體結(jié)構(gòu)

1.晶體結(jié)構(gòu)基本知識

（1）晶格

（2）晶胞

（3）晶格常數(shù)

2.金屬中常見的晶格類型

（1）體心立方晶格晶胞是一個立方體，在立方體的8個頂角和中心

各有1個原子。

（2）面心立方晶格晶胞也是一個立方體，在立方體的8個頂角和6

個面的中心各有1個原子。

（3）密排六方晶格晶胞是六方柱體，在六方柱體的12個頂角和上

下底面中心各有1個原子，另外在上下面之間還有3個獨立排列的原

子。

教學(xué)提示：各類金屬因其晶體結(jié)構(gòu)不同，所以它們的性能也不一樣，即使

內(nèi)容同一晶格類型，但由于晶格常數(shù)不同，其性能也不相同。

與進3.實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

程安

（1）點缺陷指長、寬、高尺寸都很小的缺陷，常見的點缺陷包括空

封非

位、間隙原子和置換原子。

（2）線缺陷是指空間二維方向上尺寸較小，在另一維方面上尺寸較

大的缺陷。在晶體內(nèi)部呈線狀分布，常見的是各種類型的位錯。

（3）面缺陷是指二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷，晶體中最

常見的面缺陷主要有晶界和亞晶界。

二、合金的晶體結(jié)構(gòu)

1合.金基本知識

合金、組元、相、組織的基本概念

2.合金的相結(jié)構(gòu)

合金的結(jié)構(gòu)比純金屬復(fù)雜，根據(jù)組成合金的各組元之間的相互作用，

合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體、金屬化合物兩種類型。

（1）固溶體的基本概念、分類和性能

固溶體是指合金在液態(tài)下相互溶解，固態(tài)下也相互溶解，即一種組元

的晶格溶解了另一組元的原子而形成的均勻相。

固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同，它是一種單一均勻的物質(zhì)。

適當(dāng)控制溶質(zhì)含量，可明顯提高合金的強度和硬度，同時仍能保證足

夠高的塑性和韌性，所以說固溶體使合金一般具有較好的綜合力學(xué)性

能。

(2)金屬化合物的基本概念、分類和性能

合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種新的具有金屬特性的物質(zhì)稱為金

屬化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)與性能和原組元都不同。例如：鐵碳合金中

的滲碳體就是鐵和碳所組成的金屬化合物。其晶體結(jié)構(gòu)與性能和鐵、

碳都不同。

金屬化合物的熔點較高，性能硬而脆。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物

時，通常能提高合金的強度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。

第二節(jié)金屬結(jié)晶分析

案例導(dǎo)入：

在北方寒冷的冬天，我們莒常會看到漂亮的雪花、冰窗花和霧松，它

們堪稱大自然的杰作。你知道它們是怎樣形成的嗎？你知道金屬是怎

樣結(jié)晶的嗎？

一、純金屬的結(jié)晶

1.純金屬結(jié)晶的基本規(guī)律

o時間7。時間

(1)冷卻曲線

(2)過冷現(xiàn)象

實際生產(chǎn)中，金屬結(jié)晶的冷卻速度都很快。因此，金屬液的實際

結(jié)晶溫度Tn總是低于理論結(jié)晶溫度7b，如圖所示。金屬結(jié)晶時的這種

現(xiàn)象稱為過冷，兩者溫度之差稱為過冷度

金屬結(jié)晶時的過冷度與其冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷度

就越大，金屬的實際結(jié)晶溫度就越低。

2.在純金屬的結(jié)晶過程

(1)晶核的形成

自發(fā)晶核與非自發(fā)形核

(2)晶核的長大

3.晶粒大小及控制

(1)晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響

晶粒愈細(xì)小，金屬的強度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。所以在實

際生產(chǎn)中，總是希望獲得細(xì)小的晶粒。

(2)細(xì)化晶粒常用的方法

(1)增加過冷度

(2)變質(zhì)處理

此外，還可采用機械振動、電磁振動和超聲波振動等措施，來使生長

中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目增多，從而細(xì)化晶粒。

4.金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

小結(jié)及作業(yè)布置

金屬材料與翔加工基砒數(shù)嗓（課時備課）

第2次課2學(xué)時

第二節(jié)金屬結(jié)晶分析、第三節(jié)鐵碳合金相圖

K次

點

B二重點：合金的結(jié)晶，鐵碳相圖的基本相和基本組織

一

點

生難點：合金的結(jié)晶

第二節(jié)金屬結(jié)晶分析備注:

二、合金的結(jié)晶

1.二元合金相圖的建立

提示：與純金屬不同的是，一般合金有兩個臨界點，說明合金的結(jié)晶

過程是在一個溫度范圍內(nèi)進行的。相圖上的每個點、線、區(qū)都具有一

點的物理意義。

2.二元合金的結(jié)晶過程

（1）勻晶相圖

是兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時所構(gòu)成的相圖。如Cu-Ni、

Cu-Au,W-Mo>Fe-Ni等都屬于勻晶相圖。

（2）二元共晶相圖

二元共晶相圖是兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生

共晶反應(yīng)，形成共晶組織的相圖。如：Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si

等都屬于共晶相圖。

第三節(jié)鐵碳合金相圖分析

教

學(xué)一、鐵碳合金的基本相及基本組織

內(nèi)

容通常僅研究Wc<6.69%的鐵碳合金，又稱Fe-Fe3C合金。

與

進1.鐵素體

程

安定義：碳溶于a-隆中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用F表示。

并

非

力學(xué)性能：與純鐵接近，即強度、硬度較低，但塑性、韌性良好。

顯微組織：與純鐵近似，呈明亮白色的等軸多邊形晶粒。

2.奧氏體

定義：碳溶于Y-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用A表示。

溶碳能力：1148C時溶碳量為2.11%,在727℃時溶碳量為0.77%。

性能：強度、硬度較低，塑性、韌性好，易于壓力加工。

顯微組織：明亮的多邊形晶粒。

3.滲碳體

定義：滲碳體為鐵和碳形成的金屬化合物，用其分子式Fe3c表示。

含碳量：6.69%,熔點：1227℃,具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。

性能特點：硬而脆，是鐵碳合金的主要強化相。滲碳體在鐵碳合金中

的形態(tài)可呈片狀、網(wǎng)狀、粒狀、板條狀。滲碳體越細(xì)小，在固溶體基

體中分布越均勻，合金的力學(xué)性能越好；反之，越粗大或呈網(wǎng)狀分布

則脆性越大。

4.珠光體

珠光體是鐵素體和滲碳體相間排列而成的層片狀的機械混合物，用P

表示。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77%,強度較高，硬度適中，具有一

定的塑性。

5.萊氏體

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金，在1148c時從液態(tài)中同時結(jié)晶

出的奧氏體和滲碳體的機械混合物，用Ld表示。

室溫下的萊氏體是由珠光體和滲碳體組成，這種混合物叫低溫萊氏體，

用Ld表示。萊氏體以滲碳體為基體，性能有滲碳體相似，硬度很高，

塑性很差。

二、小結(jié)及作業(yè)布置（5分鐘）

金屬材料與翔加工基砒數(shù)嗓（課時備課）

第3次課4學(xué)時

第三節(jié)鐵碳合金相圖分析

4次

工

二

點

晝8重點：鐵碳合金特征點和特征線、典型鐵碳合金的結(jié)晶

一

點

見

隹難點：典型鐵碳合金的結(jié)晶過程和室溫組織

二、鐵碳合金相圖的分析

鐵碳合金相圖是表示在緩慢加熱（冷卻）條件下（即平衡狀態(tài)），

鐵碳合金的成分、溫度和組織之間關(guān)系的圖形。它是研究鐵碳合金的

重要工具。

教學(xué)

內(nèi)容

與進1.鐵碳合金相圖的主要特征點與特征線

程安

（1）鐵碳合金相圖的主要特征點

排

特性點溫度/CWc(%)含義

A15380純鐵的熔點

C11484.3共品點。發(fā)生共品反應(yīng)（LclAb+Fe?）

D12276.69滲碳體的熔點

E11482.11碳在y-Fe中的最大溶解度，

碳鋼與白口鑄鐵的分界點

G9120純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（a-Fe由-Fe）

P7270.0218碳在a-Fe中的最大溶解度

S7270.77共析點。發(fā)生共析轉(zhuǎn)變（AsWFp+FesC）

（2）鐵碳合金相圖的主要特征線

特性名

含義

線稱

液相此線以上合金全部為液相（L）金屬液冷卻到AC線以下和CD

ACDo

線線以下從液相中分別結(jié)晶出奧氏體和?次滲碳體FeCi

金屬液冷卻到此線全部結(jié)晶為固態(tài)，此線以下為固態(tài)區(qū)。液相

固相線與固相線之間為金屬液的結(jié)晶區(qū)。這個區(qū)域內(nèi)金屬液相與固

AKCF

線相并存，AEC區(qū)域內(nèi)為金屬液相與奧氏體，CDF區(qū)域內(nèi)為金屬液

相與滲碳體

共晶Wc>2.11%的鐵碳合金，緩冷卻到此線時（114&C）,液相將發(fā)

ECF

線生共晶轉(zhuǎn)變而生成萊氏體（Ld）

又稱兒線，Wc>0.0218%的鐵碳合金，緩冷至此線（727-0,

共析

PSK均將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，即奧氏體將生成鐵索體和滲碳體組成的機

線

械混合物珠光體（P）

也稱奧氏體和鐵素體相互轉(zhuǎn)變線。冷卻時從奧氏體中析出鐵素

GSA,線

體的開始線；加熱時，鐵素體全部轉(zhuǎn)變成奧氏體的結(jié)束線

碳在奧氏體中的溶解度曲線。碳在奧氏體中的最大溶解度是E

點（Wc=2.ll%）o隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，

Acm

ES將由奧氏體中析出滲碳體。為和直接從液相中結(jié)晶出來的滲碳

線

體（FesCi）相區(qū)別，將奧氏體中析出的滲碳體成為二次滲碳體

（FejCn）o

2.鐵碳合金的分類

3.典型鐵碳合金平衡結(jié)晶過程分析

為了進一步認(rèn)識、理解鐵碳相圖，現(xiàn)以碳鋼和白口鑄鐵的幾種典

型合金為例，分析其結(jié)晶過程及在室溫下的顯微組織。

（1）共析鋼

拿舞嚓尊

1點以上1一2點2-S點5點以下

室溫組織是珠光體。共析鋼（珠光體）的顯微組織：白色基體為鐵

素體，黑色層片為滲碳體。

（2）亞共析鋼

圖2-23中合金H為Wc=0.45%的亞共析鋼，其結(jié)晶過程如圖2-25所

不。

1點以上1一2點2—3點3-4點4點以下

室溫組織都是鐵素體與珠光體。但隨含碳量增加，鐵素體量逐漸減少，

珠光體量逐漸增多。

（3）過共析鋼

圖2-23中合金IH為Wc=l.2%的過共析鋼，其結(jié)晶過程如圖2-27所示。

室溫組織都是珠光體與網(wǎng)狀二次滲碳體。但隨含碳量的增加，珠

光體量逐漸減少，二次滲碳體量逐漸增多。二次滲碳體以網(wǎng)狀分布在

晶界上，將明顯降低鋼的強度和韌性。因此，過共析鋼在使用之前，

應(yīng)采用熱處理等方法消除網(wǎng)狀二次滲碳體。

(4)共品白口鑄鐵

圖2-23中合金IV為恥=4.3%的共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖

2-29所示。

室溫組織是珠光體和滲碳體(共晶滲碳體和二次滲碳體)組成的兩相

組織，即低溫萊氏體L，d。共晶白口鑄鐵的顯微組織如圖2-30所示，

圖中黑色部分為珠光體，白色基體為滲碳體(共晶滲碳體和二次滲碳

體連在一起難以分辨)。

(5)亞共晶白口鑄鐵

圖2-22中合金V為％=3.0%的亞共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程：

室溫組織是珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體L；圖中黑色枝狀

或塊狀為珠光體，黑白相間的基體為低溫萊氏體，珠光體周圍白色網(wǎng)

狀為二次滲碳體。

(6)過共晶白口鑄鐵

合金IV為限=5.0%的過共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖所示。

I點以上I-2A2-3點3點以下

室溫組織是低溫萊氏體L1和FesCi。圖中白色條狀為FesC”基體

為低溫萊氏體。

三、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織和性能的影響

1.含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響

隨著含碳量的增加，鐵碳合金的室溫組織變化如下：

FfF+PfPfP+Fe3CnfP+Fe3cll+!/(!—?L'd-d+Fe3cl

2.含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響

隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度增加，而塑性和韌性降低。

白口鑄鐵中含碳量大于2.11%,因其組織中含有大量硬而脆的滲

碳體，既難于切削加工，又不能鍛壓加工，故很少采用。

四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用

1.作為選用鋼鐵材料的依據(jù)

2.在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.在鍛壓工藝方面的應(yīng)用

4.在熱處理方面的應(yīng)用

五、小結(jié)及作業(yè)布置

《金屬材料與熱加工基礎(chǔ)》

課程教案

系（部）教研室

課程代碼學(xué)分

課程性質(zhì)必修（）專業(yè)選修（）公共選修（）

授課專業(yè)授課班級

任課教師職稱

考核方式

金屬材料與翔加工及砒敖嗓（章節(jié)備課）

章次第三章鋼的熱處理工藝與應(yīng)用

課時安排總學(xué)時數(shù)：12理論教學(xué)時數(shù)：10實驗教學(xué)時數(shù)：2

教

學(xué)本章主要通過鋼的熱處理原理，掌握常用熱處理的目的，工藝及應(yīng)用，初步具有

目的

躲

突熱處理工藝編制的能力及分析熱處理常見缺陷及預(yù)防的能力。

1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變

本章

的鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

知識

理由西什開”工困丁口也廣由廣鋼的退火與正火、淬火、回火工

埋）鋼整體熱處理工藝及應(yīng)用J

5\1藝及應(yīng)用

結(jié)構(gòu)

昌鋼的表面熱處理工藝及應(yīng)用［鋼的表面淬火

圖示用［鋼的化學(xué)熱處理

＜鋼的熱處理工藝制訂

章重點重點：1.鋼冷卻時組織轉(zhuǎn)變

與難點2.退火、正火、淬火和回火、表面熱處理的工藝及應(yīng)用

難點：鋼的熱處理工藝制訂

1.教法：

（1）案例引導(dǎo)法

（2）問題法

（3）小組討論法

（4）實驗法

教學(xué)方法手

段2.學(xué)習(xí)法：

（1）文獻查閱法

（2）分組合作學(xué)習(xí)法

（3）自主學(xué)習(xí)法

3.教學(xué)手段：

多媒體、熱處理視頻。

主要參金屬材料與熱加工基礎(chǔ)

考資料

備注

金屬材料與翔加工雙砒敖嗓（課時備課）

第1次課2學(xué)時

第一節(jié)鋼熱處理工藝基礎(chǔ)

次

工重點：鋼熱處理實質(zhì)、作用及分類；鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變；鋼在冷卻時的組織

二

點

覆g轉(zhuǎn)變

一

點

見

隹難點：鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

備注

一、鋼熱處理實質(zhì)、作用及分類

1.鋼熱處理實質(zhì)、作用

（1）實質(zhì)：熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM行加熱、保

溫、冷卻，以改變其組織結(jié)構(gòu)以獲得不同性能的工藝方法。

（2）作用：熱處理是提高材料使用性能和改善工藝性能的基本途徑之

一，是挖掘材料潛力、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長壽命的重要工藝。

2.鋼熱處理分類

熱處理工藝方法很多，根據(jù)工藝類型、工藝名稱和加熱和冷卻方式的

不同，熱處理工藝分類及名稱見圖3-2所示。

二、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變

.1.鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度

教學(xué)

內(nèi)容金屬材料在加熱或冷卻過程中，發(fā)生相變的溫度稱為臨界轉(zhuǎn)變溫度（或

與進

程安相變點）。

排Ai、A3、AE,；Aci、AC3、Ace；fAr】、An、A%比較。

2.奧氏體的形成過程

此過程可分為奧氏體的形核、長大，殘余滲碳體的溶解和奧氏體成分

均勻化四個階段，如圖3-4所示。

3.奧氏體晶粒的長大及其影響因素

加熱時獲得的奧氏體晶粒越細(xì)小，冷卻轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物組織晶粒也越細(xì)小,

其強度、塑性、韌性都比較好，反之，熱處理后的強度、塑性、韌性

越差。在生產(chǎn)中常采用以下措施來控制奧氏體晶粒的大小。

（1）合理選擇加熱溫度和保溫時間

（2）加熱速度

（3）合金元素

提示：鋼在熱處理加熱后必須有保溫階段，不僅是為了使工件“熱透”,

也是為了使組織轉(zhuǎn)變完全，以及保證奧氏體成分均勻。

三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

分析表3/得出結(jié)論：不同冷卻速度影響鋼的力學(xué)性能

1.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

（1）過冷奧氏體等溫圖的建立

（2）共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖分析

1）圖中各特性線的含義

2）區(qū)的含義

3）孕育期

（3）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能

表3-2共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度、產(chǎn)物的組織和性能

2.過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

（1）過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析

Ps線、P「線、K線，冷卻速度線Vk得含義

（2）過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變與等溫轉(zhuǎn)變的關(guān)系

（3）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用

注意：采用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時，由于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是在一個溫度范圍內(nèi)

進行的，因此，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物往往不是單一的，根據(jù)冷卻

速度的不同，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有可能P+S,S+T和T+M等。

（4）馬氏體的組織形態(tài)和性能

1）形態(tài)

2）性能

四、小結(jié)及作業(yè)布置

金屬材料與盆加工泉砒敖嗓（課時備課）

第2次課2學(xué)時

第二節(jié)鋼的整體熱處理工藝及應(yīng)用

歸次

a良點重點：退火、正火、淬火的目的，工藝及應(yīng)用,難點：退火，正火工藝編制的能

隹點

見力

備注：

一、退火與正火

退火和正火的主要目的有：

(1)調(diào)整硬度以便進行切削加工。

(2)消除殘余應(yīng)力，防止鋼件的變形、開裂。

(3)細(xì)化晶粒，改善組織以提高鋼的力學(xué)性能。

(4)為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備

1.退火工藝及應(yīng)用

(1)完全退火

工藝：

完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材和焊件等，通過

完全退火使熱加工造成的粗大晶粒細(xì)化，消除內(nèi)應(yīng)力。

提示：完全退火不適合用于過共析鋼，因為加熱到A%點以上隨

后緩冷時，會沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使鋼件韌性降低。

教學(xué)

內(nèi)容(2)等溫退火

與

進

程

安工藝：

利

非對某些合金鋼，生產(chǎn)中常用等溫退火來代替完全退火或球化退火。圖

3-15為高速工具鋼完全退火與等溫退火的比較

(3)球化退火

工藝：

提示：對于存在有嚴(yán)重網(wǎng)狀二次滲碳體的鋼，可在球化退火

前，先進行一次正火。

(4)去應(yīng)力退火

工藝：

若采用高溫退火(如完全退火)，也可以更徹底地消除應(yīng)力，但會使氧

化、脫碳嚴(yán)重，還會產(chǎn)生高溫變形，故為了消除應(yīng)力，一般是采用去

應(yīng)力退火。

(5)均勻化退火

工藝：

均勻化退火時間長，耗費能量大，成本高，主要用于減少中碳合金鋼、

高合金鋼鑄件或鍛、軋件億學(xué)成分和組織偏析，使之均勻化。均勻化

退火后，鋼的晶粒粗大，因此還要進行完全退火或正火。

2.正火工藝及應(yīng)用

（1）工藝

（2）一般正火主要應(yīng)用于以下場合：

1）改善低碳鋼的切削加工性能

2）可做最終熱處理

3）可消除鋼中網(wǎng)狀滲碳體

3.退火與正火的選用原則

（1）從切削加工性能方面考慮

（2）從零件的結(jié)構(gòu)形狀考慮

（3）從經(jīng)濟上考慮

4.正火和退火常見缺陷及對策

正火和退火常見缺陷及對策見表3-5所示。

二、鋼的淬火

1.淬火工藝

（1）加熱溫度

1）對于亞共析鋼

2）對于共析鋼或過共析鋼

（2）淬火加熱時間

（3）淬火冷卻介質(zhì)

1）水

2）油

3）鹽

小結(jié)及作業(yè)布置

金屬材料與翔加工基砒敖嗓（課時備課）

第3次課2學(xué)時

第二節(jié)鋼的整體熱處理工藝及應(yīng)用

1次

K

晝一點

藝安

回火工

火、

：淬

難點

應(yīng)用

藝及

火工

；回

硬性

、淬

透性

，淬

方法

火的

：淬

一重點

旦

無一點

生排

:

備注

火方法

用的淬

2.常

火

單液淬

(1)

火

雙液淬

(2)

火

分級淬

馬氏體

(3)

火

等溫淬

(4)

理

冷處

(5)

硬性

性與淬

的淬透

3.鋼

性

鋼淬透

(1)

念

1)概

受淬

鋼接

表示

性是

淬透