9299.net
大学生考试网 让学习变简单
当前位置:首页 >> 理学 >>

《机械工程材料》教案

《机械工程材料》教案

《机械工程材料》教案
编写 毛松发

第一章

金属材料的性能

课 题:第一节 金属材料(2 课时) 教学要求:1.明确金属,掌握合金、金属材料及其分类,熟悉常见的金属材料; 2.明确金属特性。 重 点:合金 金属材料 金属特性 教学过程: 教师以教材“写给同学们的话”进行课程的始学教育. 【板书】一.材料是人类文明和技术进步的重要标志。 (教师讲解“写给同学们的话”第一、二段) 石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代 1、司母戊大鼎发掘历史; 2、新型材料。 二.课程作用 1.机械制造和日常生活的基础知识; 2.学习其他后续工艺学的基础。 三.课程特点与学习要求 【板书】第一节 金属材料 【讲解】在浩瀚的材料世界里,金属材料是一个最大的王国。最早,我们人类使用的金属材 料主要是天然产品。 (穿插讲解材料史话)经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长 历史过程后,在冶金技术的推动下,我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历 程中,金属材料对推动社会的发展,促进文明的进步,丰富文化的内容,改变人们的生活 方式发挥了巨大作用。当今世界,金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国 防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨” ,桥梁将断,舰艇将毁,大厦将倾, 工厂将停?? 一、金属 【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属(纯金属)? 【板书】1.金属:如铁、铜、铝、金、银等,共有 90 种。常温下为固体(除汞外) 。 【设问】金属与非金属比较有哪些特性? 【板书】2.金属特性: 具有金属光泽; (铁、铝等大多数金属为银白色,铜为紫红色,金为黄色) 有良好的导电性和导热性; (铜、铝是优良的导电体) 有一定的强度和塑性。 【交流与讨论】金属是一类重要的材料,人类的生活和生产都离不开金属。请说出下表日常 生活中使用的金属。
金 属 不 同 的 用 途 制易拉罐的金属 制作导线的紫红色金属 灯泡中的灯丝 体温计中填充的金属 家用热水瓶内壁上的金属 金属名称

【讲解】在通常情况下,金属单质往往无法满足使用要求。如纯铜、纯铝及纯铁质软,强度、
1

硬度很小, 无法用来制造承受大载荷的机械零件和工具。 如果我们将一种金属跟其他金属(或 非金属)熔合制成具有金属特性的物质就得到合金。 二、合金:一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质。 教师指导阅读表 1-1 日常生活中常见的合金和教材内容,并介绍记忆合金。 【交流与讨论】 1. 组成合金的元素一定是金属元素吗?从概念上来理解合金至少有几种元素组成? 其中有一种肯定是什么元素? 2.合金的用途远远比纯金属广泛得多,请问这是为什么? 三、金属材料:将纯金属和合金材料统称为金属材料。 1.黑色金属:以铁或以它们为主形成的物质。如碳钢、合金钢和铸铁等。 2.有色金属:除黑色金属以外的金属和合金。如铜及铜合金、铝及铝合金和轴承合 金等。 【讲解】金属材料在机械工业中应用最为广泛,在各种机械设备所用的材料中,金属材料占 90%以上。这是由于金属材料不仅冶炼资源丰富,而且还具有优良的物理、化学、力学和工 艺性能。此外,金属材料品种多,性能各异,可以通过不同的加工方法(例如热处理),使 金属材料的某些性能获得进一步的改善,从而扩大其使用范围。 【小结】 :一、金属材料 金属:铁、铜、铝、金、银等。 金属材料 合金:碳钢、铸铁、黄铜、青铜等。 二、金属特性 具有金属光泽; 有良好的导电性和导热性; 有一定的强度和塑性。 【作业】 【交流与讨论】四.阅读下面的一段故事,谈谈你的感想。 形状记忆合金的发现 许多重大的发现都源于偶然事件。20 世纪 60 年代初,美国海军研究所的的一个研究小 组把一些乱如麻丝的镍-钛合金拉直,以便使用。他们无意中发现,当温度升高到一定值时 的时候,这些已被拉直的镍-钛合金突然“记忆”起自己的模样,又恢复到弯弯曲曲的“本 来面目” 。经过材料专家的反复实验,证实了镍-钛合金丝“变形——恢复”的现象能重复进 行。其实,类似的现象早在 20 世纪 50 年代初就不止一次被观察到,只不过当时没有引起人 们的足够重视。 这一发现引起了科学家们的极大兴趣,经研究发现,铜基合金,铁基合金等都有这种奇 妙的记忆本领。 书面:习题一、二、三; 课外:习题五、六(教师给予分组指导)

2

课 题:第二节 金属的物理性能(1 课时) 教学要求:对常见金属材料的物理性能有较深的认识,能运用物理性能分析解决问题。 教学重点:运用物理性能分析解决问题。 教学难点:运用物理性能分析解决问题。 教学过程: 【交流与讨论】说出铝、铜、银和金的颜色 【导入新课】 金属颜色为金属材料的物理性能, 本节课我们将深入讨论金属材料的物理性能。 【板书】物理性能:金属固有的属性。 一、密度(是指单位体积金属的质量。其单位为 Kg/m3 。 ) 【交流与讨论】请你说出金、银、铜、铁、铝、钛等常用金属密度大小(师生共同完成下表 内容) 。 【板书】 金属 铝 钛 铁 铜 银 金
密度 (Kg /m3) 2. 7×10
3

4. 5×10

3

7. 87×10

3

8.96×10

3

10. 49×10

3

19.3×10

3

(铝的密度仅为钢的 1/3,钛的密度不到钢铁的 2/3。 ) 3 【讲解】大多数金属的密度都比较大,最大的金属锇 22.48×10 Kg/m3,但有些金属密度比 3 较小,钠、钾能浮在水面上,密度最小的是金属锂 0.534×10 Kg/m3 。 -2 -6 3 【例 1】有一块质量为 5×10 Kg 形似黄金的金属,投入盛有 125×10 m 水的量筒中,水面 -6 3 升高到 128×10 m 的地方,请问这块金属是纯金吗? -2 解:已知:金属的质量 m=5×10 Kg -6 3 -6 3 -6 3 金属的体积 V=128×10 m —125×10 m =3×10 m 密度 m 5×10 3 3 ρ = = -6=16.7×10 (Kg/m ) V 3×10
3 3 -2

求得此金属密度与金的密度 19.3×10 Kg/m 不符,故知,这块金属不是纯金。 【交流与讨论】一架波音 767 飞机,约 70%的零件是用铝和铝合金制造的。请问飞机的上 零件为什么要大量选用铝和铝合金制造?(减轻自重,提高效能。 ) 【板书】二、熔点(金属材料从固态向液态转变的温度。 ) 易熔金属(<700℃) 难熔金属(>700℃) 锡 铅 锌 钨 钼 钒 231.2℃ 327.4℃ 419.4℃ 3180℃ 2622℃ 1919℃ 制造保险丝和防火安全阀等零件。 制造耐高温的零件,广泛用于 喷气发动机、火箭、导弹等。 【板书】三、导热性(金属材料传导热量的性能。 ) 金属的导热性:银>铜>铝 【讲解】导热性好的金属散热必然好,因此在制造散热器、热交换器和活塞等零件时,要选 用导热性好的金属材料制造。 导热性是金属材料的重要性能之一, 在制订锻造、 铸造焊接和热处理工艺时必须考虑金 属材料的导热性,防止在加热或冷却过程中形成过大的内应力,以免金属材料变形或开裂。 【交流与讨论】导热性差的金属材料,加热和冷却时会产生内外温度差,导致内外不同的膨 胀或收缩, 易使金属材料变形或开裂。 请你设计出导热性差的金属材料在加热时防止变形或 开裂的方法。 (采用分级加热。请观察图 6-17 W18Cr4V 的热处理工艺曲线)。 【板书】四、导电性(金属材料传导电流的性能称为导电性。 ) 导电性好的金属材料:银>铜>铝, 做导电材料(电线、电缆等) ; 导电性差的金属材料:铁-铬、铜-镍, 做电热元件(电炉丝、电熨斗等) 。 【拓展视野】超导材料(略) 【问题】法国巴黎的埃菲尔铁塔是用 7000 吨钢铁材料建成的,塔身高 300 米,天线高 24 米。铁塔管理部门检测到,每到夏天埃菲尔铁塔会长高 21 厘米,请问铁塔为什么
3

会长高? 【板书】五、热膨胀性(金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性。 ) 【交流与讨论】 1. 金属工件加工过程中测量尺寸时从热膨胀因素考虑应如何操作? (测量工件尺寸, 应等待冷却后再进行。 ) 2.精密测量工具(如游标卡尺)应选用热膨胀性大的还是热膨胀性小的金属材料来 制造,为什么?(小,作为测量的标准,对大气温度的变化其热膨胀性应很小。 ) 【板书】六、磁性(金属材料在磁场中受到磁化的性能。 ) 【讲解】具有磁性的金属都能被磁铁所吸引。对某些金属来说,磁性也不是固定不变的,如 铁在自然温度下是铁磁性材料,但当温度升高到 770℃以上时就会失去磁性。 【板书】 铁磁性材料 抗磁性材料 铁、钴、镍等。 铜、金、银、锌等。 制造半导体收音机的天线磁棒、录音机 制造避免磁场干扰的零件,如航海 的磁头、电子计算机中的存储元件、校 罗盘、航空仪表和炮兵瞄准环等。 园一卡通的磁性卡等。 【小结】学习内容: 金属的物理性能 学习重点:运用物理性能分析解决问题。 【作业】讨论:三、四; 书面:习题一、二。

4

课 题:第三节 金属的化学性能(1 课时) 教学要求:1.理解耐腐蚀性、抗氧化性; 2.知道常见金属的腐蚀性,了解金属的防腐方法。 教学重点:耐腐蚀性、抗氧化性,发蓝处理。 教学器材:镀锌、镀铬、发蓝处理的金属制品。 教学过程: 【交流与讨论】
见的金属材料中:

在碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、金、银和钛这些常 耐腐蚀的金属是____________________________; 易腐蚀的金属是____________________________。

(教师注意引导观察教室内钢制课桌椅腐蚀情况或展示实物。 ) 【导入新课】金属腐蚀的问题属于金属的化学性能,本节课我们学习讨论: 【板书】第三节 金属的化学性能 一、耐腐蚀性:金属材料在常温抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力。 指出:以钢铁为例:常温下钢铁能与氧气及其他化学物质反应(Fe + O2 → Fe2O3)当有水存在时,将发生电化学腐蚀,腐蚀的速度将大大加快。 【讲解】腐蚀不仅使金属材料本身受到损害,给生产生活带来很大不便,严重时还会使金属 构件遭到破坏,引起重大的伤亡事故。据报道,全世界每年因金属材料腐蚀造成的直接经济 损失约达 7000 亿美元,是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的 6 倍。我国因金属 材料腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的 4%,钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年 产量的 25%~30%。金属材料腐蚀还可能造成环境污染。例如,重金属制成的材料被腐蚀后重 金属离子就会进入水体、土壤中,引起重金属污染。因此,采取各种措施防止金属材料的腐 蚀十分必要。 【交流与讨论】在日常生活中,你所知道的金属材料防腐方法有哪些? 【板书】金属防腐方法(教师边讲边展示实物) 覆盖法防腐 (把金属同腐蚀介质隔开来,以达到防腐目的。 ) 1.喷涂油漆(最常见的防腐方法,如给汽车喷漆;国家体育馆“鸟巢” 的钢结构刷 6 层 防腐漆,可确保 25 年不生锈。 ) 2.喷塑(把塑料喷涂在零件上。目前广泛用于电器设备金属外壳的防腐。 ) 3.镀层(在易腐蚀的金属表面电镀(或喷镀)上一层耐腐蚀的金属镀层。如镀锌、 镀铬、镀铜、镀金、镀银等。 ) 镀锌:自来水管、钢丝(俗称铁丝) 、白铁皮都经过镀锌处理; 镀铬:普通自行车把手、自行车钢圈上的通常镀铬防腐; 4.涂油脂(当零件或工具表面需要保持光洁时,常采用上油或涂脂的方法防腐。如机 床导轨、游标卡尺的防腐。 ) 5.发蓝处理:将除锈后零件放入氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠溶液中,在 140~150℃ 温度下,保温 60~120 分钟,使零件表面生成一层以 Fe3O4 为主的蓝黑色的多孔氧化膜,经浸 油处理后,能有效地抵抗干燥气体腐蚀。广泛用于机械零件、钟表零件和枪支的防腐。 6.搪瓷(在金属表面涂覆一层或数层瓷釉 ,通过烧成,两者发生物理化学反应而牢固 结合的一种复合材料。它既有金属的强度,又有涂层的耐腐蚀、耐磨、耐热、无毒及可装饰 性。 ) 提高金属本身的耐腐蚀性 1.在冶炼金属材料的过程中,加入一些合金元素,以增强其耐蚀能力。如不锈钢就是 很有代表性的一例。 2.采用化学热处理(渗铬、渗铝、渗氮)使金属表面产生一层耐蚀性强的表面层。
5

电化学防腐 (经常采用的是牺牲阳极法,即用电极电位较低的金属与被除数保护的金属接触,使 被保护的金属成为阴极而不被腐蚀。牺牲阳极法广泛用于防止海水及地下的金属设施的腐 蚀。如在轮船的外表面焊上一些锌块。 ) 干燥气体封存法 (采用密封包装,在包装袋内放入干燥剂或充入干燥气体,湿度控制在≤35%/使金属防 腐。主要用于包装整架飞机、整台发动机和枪械等。 ) 【小结】
金属防腐方法比较 方 法 喷涂油漆 一般 便宜 喷 塑 一般 便宜 镀 锌 好 中等 发蓝处理 好 中等 镀 铬 很好 昂贵 使用不锈钢 很好 昂贵

防腐效果 价 格

【讲解】有许多零件在高温下工作,制造这些零件的材料,就要求具有良好的抗氧化性。 【板书】二、抗氧化性:金属材料在高温时抵抗氧化作用的能力。 【讲解】长期在高温下工作零件,如工业用的锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机、火箭、 导弹等,易发生氧化腐蚀,形成一层层的氧化铁皮。金属材料的氧化随温度升高而加速。氧 化不仅造成材料的过量的损耗,也可形成各种缺陷。因此,在高温下制造或使用金属零件, 必须考虑抗氧化性。例如,钢材在铸造、锻造、焊接、热处理等热加工作业时,常在其周围 造成一种还原气体或保护气,以免金属材料的氧化。 【交流与讨论】 耐腐蚀性 抗氧化性 耐腐条件 耐腐介质 【小结】一、化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性 二、金属防腐方法 覆盖法防腐:喷涂油漆、镀锌、镀铬、发蓝处理等 提高金属本身的耐腐蚀性 电化学防腐 干燥气体封存法 本节课的重点:耐腐蚀性、抗氧化性,发蓝处理。 【作业】 讨论:六 书面:习题一、二、三。

6

课 题:第四节 金属的力学性能(1 课时) 教学要求:1.明确力学性能,理解静载荷、冲击载荷、交变载荷; 2.明确弹性变形、塑性变形,理解应力含义。 教学重点:三种载荷、应力。 教学难点:应力含义。 教学器材:镀锌钢丝、薄钢板、橡皮筋、弹簧 教学过程: 【交流与讨论】用来制造硬币的金属材料应具有哪些特点?(资源丰富,无毒轻便,耐磨耐 腐蚀,美观易加工。 ) 【导入新课】制造硬币的金属材料要求耐磨,也就是它必须具有定的硬度和强度。硬度和强 度属于金属材料的力学性能,本节课我们来学习讨论力学性能。 【板书】第四节 金属的力学性能 力学性能:金属材料在外力作用时表现来的性能。 力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 【讲解】在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时,大多以力学性能为主要依据, 因此熟悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。 力学性能不仅是本章学习的重点, 同时 也是整个教材的学习重点,希望同学们要努力学习掌握好这些内容。本节课学习准备知识。 (一) 、载荷(金属材料在加工和使用过程中所受的外力) 静载荷:指大小不变或变动很慢的载荷。 如地面所受讲台的压力,千斤顶工作所受的载荷。 冲击载荷:指突然增加的载荷。 如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的载荷。 交变载荷:指周期性或非周期性的动载荷。 如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。 【交流与讨论】

请根据下列的文字描述,判断物体所受的载荷类型。 电视机放在桌面上,桌面所受的载荷是_____________。 在金属拉伸试验中。金属试样所受的载荷是_________。 电动机工作时,电动机主轴所受的载荷是___________。 人坐在沙发上,沙发里弹簧所受的载荷是___________。 子弹击中金属防弹衣,防弹衣所受的载荷是_________。

【板书】 (二) 、变形(金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸的变化。 ) 【演示】教师用橡皮筋、弹簧演示弹性变形,用镀锌钢丝、薄钢板演示塑性变形。 【板书】弹性变形:载荷去除后,可完全恢复的变形。 塑性变形:载荷去除后,不可恢复的永久变形。 【讲解】金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲与吸振、储存能量等。金属材料塑 性变形可用于成型产品的加工,70%的金属材料是通过塑性变形加工成型的。 【交流与讨论】 1、弹性变形与塑性变形的根本区别是什么?(有无永久变形。) 2、生活、生产哪些地方发生弹性变形或塑性变形?你知道哪些产品产通过塑性变形 加工成形的?(①沙发、席梦思中弹簧变形;汽车、拖拉机车厢下板弹簧的变形;闹钟发条 的变形。 ②课桌椅上钢板折边、 钢管弯折; 自行车铃、 弹壳的冲压加工; 轿车车身冲压加工。 ) 3、加工制造好的机械零件,在使用时一旦发生塑性变形有什么危害?(零件变形、

7

失效,甚至发生断裂。 ) 【板书】 (三)应力 1、内力 金属受外力作用后,在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。 F 内力= F 外力 【板书】 2、应力:单位面积上的内力。 F σ= S 式中 F──外力(N) ; 2 S──横截面积(mm ) ; σ ──应力,常用单位为 MPa(N/mm2) ,1MPa=106 Pa。 【板书】结论:当横截面积一定时,应力越大,表示材料承受载荷的能力越大。 例 碳钢 最大应力 Q235 钢(生活中最常用的钢) 460 MPa 45 钢 (制电机主轴的钢) 600 MPa 65Mn 钢(制沙发弹簧的钢) 735 MPa 【小结】 (略) 【交流与讨论】

a 和 b 都是 45 钢,a 的直径为 20mm,b 的直径为 10mm,
它们都受到 10000N 的载荷作用。请问: 1.a 所受的内力是______N ,b 所受的内力是______N; 2.a 的横截面积为______ mm2,b 的横截面积为______ mm2; 3.a 单位横截面积上所受的应力是______N/ mm2,

b 的位横截面积上所受的应力是______N/ mm2。

8

课 题:第四节 金属的力学性能(1 课时) 教学要求:1.明确低碳钢拉伸曲线的四个典型阶段; 2.理解掌握屈服现象、变形强化。 教学重点:屈服现象,变形强化。 教学难点:屈服现象,变形强化。 教学器材:45 钢拉伸试样、45 钢拉断后的试样。 教学过程: 【复习】1.什么是弹性变形?什么是塑性变形?它们的根本区别是什么? 2.什么叫应力?应力是如何计算的?常用的单位是什么?45 钢的最大应力 600 MPa 它的含义是什么? 【导入新课】 钢的最大应力 600 MPa 是用什么方法测定出来的?通常是将 45 钢制成标准 45 试样(教师展示 45 钢拉伸试样),放在拉伸机(课本图 1-11)上进行拉伸试验测出来的。 【板书】 (四)拉伸试样和拉伸曲线 1.拉伸试样 圆形长试样 L0=10×d0 圆形短试样工 L0= 5×d0 【讲解】d0 为试样的原始直径(mm) L0 为试样的原始长度(mm) , 【板书】2.拉伸曲线 【讲解】拉伸曲线是指以载荷 F 为纵坐标,试样伸长量△L 为横坐标绘制的曲线,如下图为 低碳钢的拉伸曲线。

【板书】 (1)低碳钢的拉伸曲线 oe─弹性形变形阶段 试样的伸长量△L 和载荷 F 成正比,试样只发生弹性形变。 es─屈服阶段 试样发生屈服现象,开始产生明显的塑性变形。 屈服现象:载荷保持不变或略有减小而试样的变形继续增加的现象。 sb─强化阶段 试样发生变形强化,产生大量的塑性变形。 变形强化:随着塑性变形的增加,金属材料强度、硬度增大,塑性、韧性下降的现 象。 bZ─缩颈阶段 试样出现缩颈,塑性变形所需的载荷逐渐减小。 【板书】 (2)铸铁的拉伸曲线 【讲解】屈服现象并不是所有金属材料都有的,它只存在于低碳钢等塑性材料中,但铸铁等 脆性材料既不产生屈服现象,也不会缩颈,因为它们在尚未产生塑性变形时就断了。铸铁的 拉伸曲线如下。

9

【观察与思考】
与低碳钢的力—伸长曲线相比较, 你认为铸铁的拉伸曲线有哪三无? 无_______________________________; 无_______________________________; 无_______________________________。

【小结】本节课学习的内容有拉伸试样和拉伸曲线 低碳钢的拉伸曲线: 1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段 学习重点:屈服现象,变形强化 【作业】 【观察与思考】 1.低碳钢拉伸试验时,发生屈服现象和加工
硬化的载荷有什么不同?

2.低碳钢制造的机械零件在实际使用中发生
屈服现象有什么危害?

10

课 题:第四节 金属的力学性能(2 课时) 教学要求:理解并掌握强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 教学重点:强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 教学难点:强度、塑性衡量指标的符号、意义。 教学器材:直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝。 教学过程: 【复习】 1.低碳钢的拉伸曲线有哪四个典型阶段?什么是屈服现象?发生屈服现象时的载荷 与发生变形强化的载荷有什么区别? 2.什么叫应力?应力是如何计算的?Q235 钢的最大应力 460 MPa 它的含义是什 么? 【导入新课】有了前面四部分知识作准备,我们就可以开始学习讨论力学性能的知识了。 【板书】一.强度:金属材料抵抗变形或断裂的能力称为强度。 【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形,观察谁的抵抗能力 大。 【讲解】抵抗能力越大,则强度越高。衡量强度大小的指标主要有屈服点和抗拉强度。 【板书】屈服点(σ S):材料产生屈服现象时的最小应力。计算公式如下: Fs σ s= So Fs──试样产生屈服现象时的载荷(N) ; SO──试样原始横截面积(mm2) ; σ s──屈服点(MPa) 。 【交流与讨论】
1.依据表 4-2,查出下表的σ s。 碳 钢 10 钢 (低碳钢) 45 钢 (中碳钢) 65 钢 (高碳钢)

σs 【板书】抗拉强度(σ b):材料拉断前所承受的最大的应力。计算公式如下: σ b= Fb So

Fb──试样承的最大载荷(N) ; S0──试样原始横截面积(mm2) ; σ b──抗拉强度(MPa) 。 【交流与讨论】
1.依据表 4-2,查出下表的σ s、σ b。 碳 钢 10 钢 (低碳钢) 45 钢 (中碳钢) 65 钢 (高碳钢)

σs σ
b 工作

2.45 钢制造的机械零件,当工作应力σ MPa 将发生什么时候危害?

>355MPa,甚至σ

工作

>600

【讲解】金属材料的屈服点和抗拉强度数值越大,材料的强度越大。机械零件工作时所受的
11

应力当超过材料的屈服点时,零件则发生塑性变形,导致零件精度下降;零件工作时当所受 的应力超过材料的抗拉强度时,零件则产生过量的塑性变形而造成失效甚至断裂。因此,金 属材料的屈服点和抗拉强度是机械设计和选材的主要依据, 也是评定金属材料优劣的重要指 标。 【板书】二、塑性:金属材料产生永久变形而不破坏的能力称为塑性。 【讲解】 衡量塑性好与差的指标主要是伸长率和断面收缩率, 它们也是通过金属试样拉伸试 验测得的。 【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形,观察谁的塑性好。 【板书】伸长率(ψ ) 试样拉断后,标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率。 L1—L0 δ= ×100% L0 式中 L1──试样拉断后的标距(mm) ; L0──试样的原始标距(mm) ; δ──伸长率。

【讲解】同一材料的试样长短不同,测得的伸长率是不同的。长、短试验样的伸长率分别用 符号δ10 和δ5 表示。习惯上δ10 也常写成δ。 【板书】断面收缩率(ψ ):试样拉断后,缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的 百分比称为断面收缩率。 SO—S1 ψ= ×100% SO SO──试样原始横截面积(mm2) ; S1──试样拉断处的最小横截面积(mm2) ; ψ ──断面收缩率。 【讲解】金属材料的δ、ψ 值越大,表示材料的塑性越好。 式中 【板书】塑性好的金属的实用意义: 塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏, 便于通过塑性变形加工, 制成形状 复杂的零件; 塑性好的金属在受力过大时, 由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂, 使用比 较安全。 【拓展视野】

超塑性金属材料
超塑性金属材料是指伸长率大于 300%的金属材料。它是 1920 年德国材料专家 罗森汉在研究锌-铝-铜合金时发现的。超塑性是在特定条件下的一种奇特现象, 超塑性金属材料能像软糖一样伸长 10 倍、20 倍甚至上百倍,既不出现缩颈,也不会 断裂。最常用的铝、镍、铜、铁、钛合金,它们的伸长率在 200~6000%之间。如碳 钢和不锈钢在 150~800%之间,铝锌合金为 1000%纯铝高达 6000%。 超塑性材料加工具有很大的实用价值。难变形的合金因超塑性变成了软糖状, 从而可以像玻璃和塑料一样,用吹塑和可挤压加工方法制造零件,从而大大节省能 源和设备。超塑性材料制造零件的另一优点是可以一次成形,省掉了机械加工、铆 焊等工序,达到节约原材料和降低成本的目的。据专家展望,未来超塑性材料将在 航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用。

【板书】 【例】有一直径为 do=10mm,Lo=100mmr 的低碳钢试样,拉伸试验时测得 Fs= 21000N,Fb=29000N,d1=5.65mm,,L1=138mmr。求此试样的σ s、σ b、δ、ψ 。 解 (1)计算 S0、S1

12

S0= S1= (2) 计算σ s、σ
b

∏do

2

4
∏d1
2

= =

3.14×102 =78.5(mm2) 4 3.14×5.652 =25(mm2) 4

4

Fs 21000 σ s= = =267.5(MPa) So 78.5 σ (3) 计算δ、ψ L1—L0 138—100 δ= ×100%= ×100%=38% L0 100 SO—S1 78.5—25 ψ= ×100%= ×100%=68% SO 78.5 答 此低碳钢的σ s 为 267.5MPa,σ b 为 369.4MPa,δ为 38%,ψ 为 68%。 【交流与讨论】 1.依据课本表 4-2 和纯铝、纯铜内容,完成下列材料的δ、ψ 填充。
碳 钢 δ ψ 10 钢
(低碳钢) b

Fb 29000 = = =369.4(MPa) 78.5 So

45 钢
(中碳钢)

60 钢
(高碳钢)

铸铁 ≈0 ≈0

纯铝

纯铜

2.根据上表不同材料的δ、ψ 值,可知:
塑性好的是___________________________________________; 塑性一般的是_________________________________________; 塑性差的是___________________________________________。 3.请你用收集到的纯铜、纯铝、镀锌钢丝和弹簧钢丝,做一根相同直径的弹 簧,在实验中观察比较它们强度和塑性。

【小结】本节课学习内容 力学性能 一、强度 屈服点 抗拉强度 二、塑性 伸长率 断面收缩率 L1—L0 δ= ×100% L0 SO—S1 ψ= ×100% SO Fs σ s= So σ b= Fb So

学习重点:强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 【作业】一、1,2,3,4;二、1,2,3,4;四

13

课 题:第四节 金属的力学性能(2 课时) 教学要求:1.理解硬度概念,明确三种硬度测定方法; 2.掌握三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。 教学重点:三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。 教学难点:三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。 教学器材:布氏硬度压头、压痕,洛氏硬度、维氏硬度压头。 教学过程: 【复习】 1.填写下列力学性能名称或符号:
力学性能 符号 屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率

2.上题中哪些是强度指标?哪些是塑性指标? 【新课导入】 金属材料的软硬是我们经常关注的问题, 请问常见的金属材料中哪些是比较软 的?哪些是比较硬的? 在工业生产中, 我们仅仅知道金属材料软和硬是远远不够的, 还必须精确知道其硬度值 的大小。本节课我们来深入学习第三个力学性能硬度的有关知识。 【板书】三、硬度:金属材料抵抗其它更硬物体压入表面的能力。 【讲解】 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标。 各种不同的机械零件对硬度 都有不同的要求,尤其是机械制造业所用的刀具、量具、模具等,都应具备足够的硬度,才 能保证使用性能和寿命,因此硬度是金属材料重要的力学性能之一。 硬度试验设备简单,操作方便,能在零件上进行试验而不破坏。硬度值还可以间接地反 映金属材料的强度和金属的化学成分、 金相组织和热处理工艺上的差异, 因而硬度试验在机 械工程中得到普遍应用。 硬度试验方法很多,生产中常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。 【板书】 硬度测定方法 压头类型 原 理 硬度值 应 用 HBS:淬硬钢球 以球面压痕单位表面积 HBS<450 测定较软的原材料、 布氏硬度 HBW:硬质合金球 上的压力来计量硬度值。 HBW<650 半成品的硬度。 F 直径 1、2、2.5、5、10 HB = (完成交流与讨论 1、2) S压 HRA 1200 金刚石圆锥体 洛氏硬度 HRB 1.588 mm 的钢球 HRC 1200 金刚石圆锥体
以压痕深度(h)来 计量硬度值。

HRA 20~80 HRB 20~100 HRC 20~70

适用于测定硬度极高的材 料和成品。如硬质合金。 适用于测定硬度较低的材 料和成品。如黄铜轴套。 适用于测定硬度较高的 材料和成品。如淬火钢。

相对面夹角为 1360

以压痕单位表面积 上的压力计量硬度值。

HV 10~1000 适用测定极软到极硬的各种
材料,主要用于测试很薄工 件及渗碳层等的硬度。

维氏硬度 的正四棱锥体金刚石

【小结】学习内容 硬度测定方法: 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 【板书】一、各种硬度值越大,材料的硬度越大; 二、不同硬度值的近似换算:
(讲解:HBS、HRC、HV 因测定方法不同,其硬度值也不同。哪么如何比较不同硬度值的大小呢?除通 14

过直接查阅硬度值换算表外,可用以下经验公式进行近似换算) HRC≈

1 HBS 10

HBS≈HV

如 400 HBS≈40 HRC 三、制图时硬度值标注应注意 1.硬度值范围 HBS <450 HRC 20~70 如锉刀硬度 60~62 HRC (对) 600~620 HBS (错) 2 2.不能用等号,不能有单位。如 HBS=300kgf/mm (错) 【交流与讨论】
1.某私营企业自制了一批水泥砖,需要检验这批水泥砖的硬 度是否达到样品的硬度。这时有人说只要有一个小铁球就可 以做这个试验。你认为可行吗?应怎样试验,能够测出水泥 砖的硬度是否达标?

(1.让小铁球从相同高度自由下落,检查铁球落在每块水泥砖上的深度,深度浅的硬度 大。 2.让水泥砖成 45 度角安放,小铁球从相同高度下落,看铁球滚动多远。硬度大,小 铁球滚得远些。) 【作业】略

15

课 题:第四节 金属的力学性能(1 课时) 教学要求:1.理解韧性的意义,明确韧性测定方法,掌握韧性的衡量指标(Ak) ; 2.了解金属的疲劳断裂,理解疲劳强度。 教学重点:韧性、疲劳强度、疲劳断裂。 教学难点:理解韧性测定方法、疲劳强度含义。 教学过程: 【复习】 冲击载荷、交变载荷是什么样的载荷?请举例说明。 【新课导入】中文里“韧”是什么意思?它是指柔软而结实,不易折断。在生产和生活中,许 多机械零件往往要受到冲击载荷的作用,如冲床的冲头、凿岩石机风镐上的活塞、快速行驶 的汽车相撞、高速飞行的子弹击中防弹衣的材料等。在金属材料受到冲击载荷作用时,也必 须具有这种韧性。 【板书】四、韧性:金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 1.韧性测定 (1)冲击试样 图 1-19 所示 V 型缺口试样 10×10×55 U 型缺口试样 10×10×55 (2)冲击试验 大能量一次冲击(图 1-20 所示) 2.韧性指标 冲击功 Ak=G(H1—H2) G──摆锤重量(N); H1──冲击前摆锤举起的高度(m); H2──冲断试样后,摆锤回升的高度(m); Ak──冲击功(J) 。 【练习】依据表 4-2,请查出下列材料的韧性(Ak) 碳 钢 25 35 25 韧性(Ak) 【板书】韧性材料 Ak≥8 J 如碳钢; 脆性材料 Ak<8 J 如铸铁。 小结: (1)Ak 值的越大,表示材料的韧性越好; 【交流与讨论】是否所有受到冲击载荷作用的零件都要选用韧性大的材料制造? 【板书】 (2)受到大能量,一次冲击载荷作用的零件,应选用韧性大的材料制造。如汽车 保险杆、防弹材料; 受到小能量,多次冲击载荷作用的零件,应选用强度大塑性好的材料制造。 如模锻锤锤杆。 五、疲劳强度 【讲解】我们人长时间工作会觉得疲劳,那么没有生命的金属材料长时间工作会产生疲劳 吗?请阅读下例空难事件和调查结论。 【新闻联接】 空难事件: 2002 年 5 月 25 日下午 3:08,台湾华航公司一架波音 747
飞机从台北桃园机场飞往香港,3:37 当飞机飞行到离大陆很近的澎湖海域 上空,飞机发生解体性爆炸,机上 225 名乘客和机组人员全部遇难。空难发 生后,一时间境外媒体纷纷猜测空难原因。有的认为飞机遇上了恶劣天气, 也有认为是恐怖分子所为,更有甚者说是飞机被大陆导弹击中。

调查结论:"5.25"空难发生后,华航公司邀请美国专家协查空难
原因。美国专家从海水中打捞的飞机残胲进行分析研究,得出的结论是:飞 机发动机材料疲劳断裂导致空难发生。

16

【板书】1.疲劳断裂 【讲解】在交变应力作用下,零件的工作应力低于材料的屈服点,但仍会发生突然断裂的现 象称为金属的疲劳。疲劳断裂是机械零件失效的主要原因之一。据统计,在机械零件失效中 约有 80%以上疲劳断裂。而且疲劳断裂前没有明显的塑性变形而突然发生。所以,疲劳断 裂经常造成重大的事故。 【板书】特征: (1)疲劳断裂时没有明显的宏观塑性变形,断裂前没有预兆,而是突然发生; (2)引起疲劳断裂的应力很低,常低于材料的屈服点; (3)疲劳断裂的断口由两部分组成,即疲劳裂纹的产生及扩展区(光滑部分)和最 后断裂区(毛糙部分) 。 (观察图 1-21 断口示意图) 原因(阅读教材内容) 【设问】材料在交变载荷作用下,会产生疲劳断裂,那么金属材料在多少大的交变应力作用 下工作是安全的呢? 【板书】 2.疲劳强度: 金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏活的最大应力称为疲劳 强度。用σ -1 表示,单位是 MPa。 【讲解】电风扇的轴(45 钢)受交变载荷作用,假如它的设计寿命为 10 年(工作 107 次), 当它以 100MPa、200MPa、300MPa、400MPa 都能达到工作 107 次。则电风扇轴的疲劳强度 为 400MPa。 【板书】国家规定: 钢铁材料 经受 107 次交变载荷作用时,不产生断裂的最大应力作为疲劳强度; 有色金属 经受 108 次交变载荷作用时,不产生断裂的最大应力作为疲劳强度。 【交流与讨论】通过学习,你认为如才能避免材料疲劳断裂?(1.提高零件的疲劳强度。a 设计合理的结构;b 提高零件材料的质量,避免损伤。2.严格执行机械使用时间。如飞机飞 行达到 10000 小时、轿车使用达到 8 年强行退役。 ) 【小结】学习内容 四、韧性 Ak Ak 值的越大,表示材料的韧性越好; 五、疲劳强度 σ -1 学习重点:韧性、疲劳强度、疲劳断裂 【作业】略

17

课 题:第五节 金属的工艺性能(1 课时) 教学要求:1.了解一般机械零件的生产工艺,从而明确铸造、压力加工、焊接和切削加工 等四种工艺; 2.初步明确常用材料的四种工艺性能。 教学重点:铸造、压力加工、焊接和切削加工等四种工艺,常用材料的工艺性能。 教学难点:常用材料的工艺性能。 教学过程: 【新课导入】 工厂是怎能样把金属材料加工制造成机械零件的? (教师指导学生观察下图。” )

【板书】第五节 金属的工艺性能 工艺性能 指金属材料是否易于加工成形的的性能。 【讲解】工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 工艺性能的好坏直接影响机械零件的质量, 它是选择 、 制订工艺必须考虑的因素。 【板书】一、铸造性能(指导学生观察图 1-22,阅读教材内容。 ) 铸造性能指标: 1、流动性 响流动性的主要因素:化学成分。钢铁材料中含磷量越高流动性越好。 2、收缩性 铸铁的收缩率为 1.0%,而铸钢的收缩率为 2.0%。 3、偏析 小结:铸造性 铸铁>碳钢 二、压力加工性(指导学生阅读教材内容,观察图 1-23。 ) 1、压力加工方法:锻造、挤压、轧制、拉制、冲压等。 2、塑性好、变形抗力小的材料压力加工性能也好。 小结: 塑性: 低碳钢>中碳钢>高碳钢>铸铁 压力加工性:低碳钢>中碳钢>高碳钢>铸铁 (铸铁不能进行压力加工。 ) 【设问】钢制的零件毛坯为什么要进行反复的锻造?(阅读教材内容。 ) 【板书】三、焊接性能(指导学生阅读教材内容。 ) 【讲解】 全世界每年生产的钢材约 45%是经焊接成型的, 焊接方法有人工焊接, 机器人焊接, 还有激光焊接。 金属材料的化学成分对金属的焊接性能有很大的影响。 【板书】焊接性能:低碳钢>中碳钢>高碳钢>铸铁 四、切削加工性能(指导阅读教材内容,让学生进一步明确常用的切削加工方法) 1、切削加工性能难易主要与金属材料的硬度有关。 最佳切削硬度:170~230HBS 硬度高难于切削加工,刀具易磨损; 硬度低易粘刀,表面光洁度低。 2.切削加工性能:铸铁>碳钢 【小结】学习内容 工艺性能:铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 重点:常用材料的工艺性能。 学习“新闻联接” 【作业】略
18

第二章

金属的晶体结构与结晶

课 题:第一节 金属的晶体结构(1 课时) 教学要求:1.初步了解金相学及显微组织; 2.掌握金属的三种常见晶格。 教学重点:金属的三种常见晶格。 教学器材:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格模型(用彩色塑料球、乒乓球沾粘 的模型) 。 教学过程: 【新课导入】 人类对金属结构的认识: 早期 用肉眼观察; 1860 年 英国索拜第一次采用显微镜观察到了钢铁六种不同的组织结构,并由 此推动了金相学的创立。 (指导观察纯铜、纯铁的显微组织。 ) 【板书】第一节 金属的晶体结构 一、金属晶体结构: 金属材料内部的原子是有序、有规律排列的晶体。 (指阅读“你 知道吗” ) 1、晶格:用于描述原子在晶体中排列方式的空间格架。 (指导观察图 2-3a) 2、晶胞:完整反映晶格特征的最小几何单元。 (指导观察图 2-3b) 二、常见金属的晶格 1、体心立方晶格 a-Fe、钨、铬、钒等; (教师展示模型,教师描述清楚具体的空间结构。 ) 2、面心立方晶格 γ —Fe、铝、铜、铅、镍等; (教师展示模型,指出具有这种晶格类型的金属塑性、韧性良好。 ) 3、密排六方晶格 锌、镁、铍、镉等。 (教师展示模型) 【交流与讨论】请计算体心立方晶胞、面心立方晶胞的原子数。 2,4) ( 教师指导阅读“拓展视野” 【小结】学习内容 一、金属晶体结构: 晶格、晶胞 二、常见金属的晶格 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 学习重点:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 【作业】略

19

课 题:第二节 纯金属的结晶(1 课时) 教学要求:1.掌握纯金属结晶的特点、过程,理解临界温度、过冷度概念; 2.明确晶粒越细力学性能越好,懂得细化晶粒的方法。 教学重点:纯金属结晶的特点,细化晶粒的方法。 教学难点:临界温度和过冷度概念的建立。 教学过程: 【复习】金属常见的晶格类型有哪三种?请描述具体的空间结构。 【新课导入】在通常情况下,金属都为晶体,本节课我们将讨论纯金属结晶的知识。 【板书】第二节 纯金属的结晶 金属的结晶 液态─→固态 【讲解】金属材料由液态转变为固态时凝固的过程,即晶体结构形成的过程称为结晶。金属 材料的冶炼和铸造都要经历由液态转变为固态的结晶过程。 金属材料性能与结晶后组织密切 相关, 所以了解金属材料结晶过程的基本规律, 对于掌握和控制金属材料的组织及性能具有 十分重要的 【板书】一、纯金属结晶特点(教师引导分析观察图 2-5,概括出特点。 ) 纯金属是在恒定的温度下结晶的。 如:Fe 1538℃, Cu 1083℃。 原因:结晶过程中释放出来的结晶热量,补尝了散失在空气中的热量。 【讲解】在实际生产中我们总会发现液态金属冷却到理论结晶温度(T0)以下才开始结晶, 如图 2-6 所示。实际结晶温度(T1)低于结晶温度(T0)(过冷现象) 。 【板书】过冷度:理论结晶温度和实际结晶温度之差 △T=T0—T1 【交流与讨论】
在寒冷季节里,北方人是怎样吃硬梆梆的冻柿子呢? 他们吃法叫做“拨冰子” ,其过程就是将冻柿子放入冷水 中, 待冻柿子外面结成大冰团时将其捞出, 此时剥开冰团, 里面的柿子已变得松软可口了。请你想一想,他们是利用 什么原理把冻柿子里的冰拨出来的?

(利用水结冰放出的热量熔化冻柿。 ) 教师指导阅读“你知道吗?” 【板书】二、纯金属的结晶过程 【讲解】 液态金属在达到结晶温度开始结晶时, 首先从液态金属形成一些微小而稳定的小晶 体,称为晶核,然后随着时间推移,晶核不断长大,与此同时,液体中不断形成新晶核,并 不断长大,直到它们彼此相互接触,液态金属完全消失而转变为固态,如图 2-7 所示。 【板书】 (纯金属的结晶过程是)晶核形成与晶核长大。 三、晶粒大小对其力学性能的影响 (教师讲读“材料史话” ) 【交流与讨论】

20

晶粒大小可以用单位体积内晶粒数目来表示,数目越多晶粒越小。 为了方便测量,常用单位截面上晶粒的平均直径来表示。下表是晶粒大 小对纯铁力学性能的影响: 晶粒平均直径(μm) 70 25 2.0

σ b(MPa)
184 216 268

δ(%) 30.6 39.5 48.8

【板书】晶粒越细,金属材料的力学性能越好。 270 1.6 50.7 细化晶粒的方法有: 分析上表晶粒大小对纯铁力学性能的影响,你得出的结论是: 1、增大过冷度 适用于中小型铸件。 ______________________________________________________。 2、变质处理(孕育处理) 在液态金属结晶前,加入一些细小的变质剂。 3、振动处理 【交流与讨论】
细化晶粒是提高金属材料力学性能的重 要手段之一,工业上把利用细化晶粒来强化 金属材料的方法称为细晶强化。 专家们认为: “细晶强化是一种最经济的强化金属材料的 方法。 ”你怎样理解这一观点的?

(金属同样的结晶,细晶粒,力学性能就好,反之就差。 ) 【板书】四、临界温度:金属材料结构发生改变的温度。 如纯 Fe 的临界温度为 1538℃, 纯 Cu 的临界温度为 1083℃。 教师指导阅读“你知道吗?” 【小结】学习内容 一、纯金属结晶特点 纯金属是在恒定的温度下结晶的。 二、纯金属的结晶过程 晶核形成与晶核长大 三、晶粒大小对其力学性能的影响 晶粒越细,金属材料的力学性能越好。 细化晶粒的方法。 学习重点:纯金属结晶的特点,细化晶粒的方法。 【作业】略

21

课 题:第三节 纯铁的同素异构转变(1 课时) 教学要求:明确同素异构转变,掌握纯铁的同素异构转变。 教学重点:纯铁的同素异构转变。 教学难点:应用纯铁的同素异构转变分析问题。 教学过程: 【复习】1、纯金属结晶的特点是什么?请解释其原因。 2、金属结晶时,结晶出来的晶体大好还是小好?细化晶粒的方法有哪些? 3、金属常见的晶格类型有哪三种?请描述具体的空间结构。 【新课导入】通过前面的学习,我们知道金属结晶后是晶体结构,每种金属都有它自己的晶 格类型。如纯铁在 1538℃,结晶出来的晶格类型是体心立方晶格的 a-Fe 。那么固体金属 温度改变晶格类型会不会改变?请同学们阅读第三节第一段前两行内容。 【板书】第三节 纯铁的同素异构转变 一、同素异构转变:金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的 现象。 【讲解】同素就是同种元素; 由同素异构转变所得到的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。 【板书】同素异构体的稳定性: α β γ δ 低温 高温 二、纯铁的同素异构转变 (教师引导学生分析图 2-8 为纯铁的冷却曲线,师生共同概括出下式)

例一.下列说法不你认为对的打√,错的打× 1.在任何情况下, 铁及其合金都是体心立方晶格。 ------------------------------( ) 2. 纯铁在 780℃时晶体结构为面心立方晶格的γ —Fe。 ------------------------- ( ) 3.45 钢从室温加热到 1000℃时,硬度降低,塑性提高,可进行锻造。这是因为内部发生了 改变的缘故。---------------------------------------------------------- ( ) 例二.填写出纯铁在下列温度下的组织和晶体结构:
温度(℃) 室温 1000 1450 组织名称 晶体结构

【交流与讨论】金属晶体结构改变,它的性能会不会改变? (教师可引导学生再次阅读例一、3 和“材料史话” ,得出结论) 【讲解】不仅纯铁能够发生同素异构转变,而且铁碳合金——钢、铸铁同样能发生同素异构 转变。正因为如此,生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理来改变其组织和性能 。可 见纯铁的同素异构转变现象具有极其重要的意义。 【小结】学习内容 一、同素异构转变 二、纯铁的同素异构转变 学习重点:纯铁的同素异构转变 【作业】略

22

第三章

铁碳合金

课 题:第一节 合金的组织(1 课时) 教学要求:1、初步了解合金的组元、相的含义; 2、掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能; 3、明确固溶强化及其原因。 教学重点:固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能,固溶强化。 教学难点:固溶强化。 教学过程: 【复习】1、什么叫合金、请说明下列合金的组成。 黄铜 碳钢 硬铝 武德合金 (Cu-Zn Fe-C AI-Cu-Mg Pb-Sn-Bi-Cd ) 2、合金至少有几种元素组成?一定是金属元素与金属元素组成的吗? 【新课导入】今天我们将开始讨论学习第三章合金的有关知识。 【板书】第一节 合金的组织 合金:一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质。 组元:组成合金最基本的独立的物质。 【讲解】黄铜中的铜、锌就是组元,组元可以是金属元素、非金属元素,也可以是稳定的化 合物。根据合金中组元的多少,合金可分为: 【板书】 二元合金 黄铜 碳钢 三元合金 硬铝 多元合金 武德合金 相:合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。 【讲解】相与相之间具有明显的界面。 我们假设 100 克水最多溶解 36 克食盐。 水 食盐 相 0克 20 克 固相 100 克 20 克 液相 100 克 40 克 液相+固相 固体物质不一定是单相。如钢筋混凝土可以把水泥、沙子、石子、钢筋看成单独的 相。固体合金也是如此。 【板书】合金组织 一、固溶体:合金的组元相互溶解形成的均匀固相。 【讲解】固溶体中一般含量多者为溶剂,含量少者溶质。固溶体的结构特点是它仍然保持溶 剂组元的晶体结构,溶质原子则分布在溶剂晶格之中。例如,单相黄铜就是锌(Zn)溶解在 铜(Cu)中的固溶体。其中铜是溶剂而所锌是溶质,黄铜保持了铜的面心立方晶格,如图 3-1 所示。根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置,可将固溶体分为: 【板书】置换固溶体(溶质、溶剂原子直径接近) (图 3-2a 所示) 间隙固溶体(溶质原子直径大大小于溶剂原子直径) (图 3-2b 所示) 1、晶格 固溶体晶格与溶剂晶格相同。 纯铜:面心立方晶格 黄铜:面心立方晶格 2、性能 固溶强化:通过溶入溶质元素形成固溶体,使金属材料强度、硬度提高的 现象。 原因:溶质原子的溶入使溶剂晶格发生畸变。 (如图 3-3 所示)

23

二、金属化合物:合金的组元相互发生化学作用形成一种具有金属特性的物质。 如 Fe3C、Cr7C3、Cr23C6 等。 1、晶格 金属化合物晶格复杂。 2、性能 熔点较高、硬度高、脆性大。 【讲解】当合金组织中出现金属化合物化合物时,通常能提高合金的硬度和耐磨性,但塑性 和韧性会降低。金属化合物是许多合金的重要组成相。 【板书】三、机械混合物:合金的组元相互混合形成多相组织。 【讲解】可以是两种或多种纯金属、固溶体、金属化合物各自组成的机械混合物,也可以是 它们之间组成的机械混合物。 工业上生产的大多数合金是由机械混合物组成。 例如焊锡、 钢、 生铁等。 【板书】1、晶格 各个组成相仍然保持了各自的晶格。 2、性能 性能介于组成相的性能之间。 【小结】学习内容 一、合金的组元、相 二、合金的基本组织 固溶体 最基本的相 金属化合物 最基本的相 机械混合物 多相组织 学习重点:合金的基本组织、固溶强化 【交流与讨论】
请比较加工硬化与固溶强化的异同。 加工硬化 不同点 相同点 固溶强化

【作业】略

24

课 题:第二节 铁碳合金的基本组织(1 课时) 教学要求:熟练掌握铁碳合金基本组织——铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的含 义、符号、性能。 教学重点:铁碳合金基本组织的含义、符号、性能。 教学难点:铁碳合金基本组织的性能 教学过程: 【复习】1、纯铁的同素异构转变是如何进行的?α-Fe 、γ-Fe 晶格类型分别是怎样的? 它们一般存在于什么什么温度之间? 2、合金的基本组织有哪三种类型? 3、固溶体又有哪两种类型?固溶体的性能是怎样的? 【新课导入】钢和生铁都是铁碳合金,根据含碳量的不同,碳可以溶解在铁中形成固溶体, 也可以反应形成金属化合物,或固溶体与金属化合物组成机械混合物。因此,在铁碳合金中 出现以下几种基本组织。 【板书】 组织名称 符号 含义 含碳量 性能 铁素体 F 碳溶解在 α-Fe 中的 0.0008% 塑性、韧性很好,强度、硬度 间隙固溶体。 ( 室温) 低。 (δ:30~50%,Ak:128~160J, (指导观察图 3-4、3-5) σ b:180~280MPa,HBS:50~80) 奥氏体 A 碳溶解在 γ-Fe 中的 0.77% 塑性、韧性好,强度、硬度不 间隙固溶体。 (727℃) 高(伸长率 δ:45%~60%σ b: (指导观察图 3-6、3-7) 400MPa,HBS:160~200) 渗碳体 Fe3C 铁与碳反应形成的金 6.69% 硬度很高 (相当于 800HBS) 塑 , 属化合物。 性、韧性几乎为零,脆性很大。 珠光体 P 铁素体与渗碳体组成 0.77% 强度较高,硬度适中,有一 的机械混合物。 (727℃以下) 定的塑性。 σ b:800MPa,HBS: ( (指导观察图 3-8) 160~280,δ:20%~25%) 莱氏体 Ld 由奥氏体和渗碳体组成。 (727℃以上) 硬度高(相当于 700HBS) , Ldˊ 由珠光体和渗碳体组成。 (727℃以下) 塑性很差。 (指导观察图 3-9) 注: 在完成上述内容教学时,结合完成下列内容教学。 【交流与讨论】
下表为纯铁的力学性能,通过学习比较可以发现铁素体力学性能与纯铁基本 相同,请问你是如何看待这一问题的? 力学性能 力学性能 指标值 176-276 MPa 50-80 40%-50% 70%-80% 128-160J 抗拉强度 (σ b) 硬度 (HBS) 伸长率 (δ) 断 面 收 缩率(ψ) 韧性 (Ak)

【讲解】渗碳体有片状、球状(粒状) 、网状等不同形态,其数量、形态与分布对铁碳合金 的性能有很大的影响。渗碳体在适当的条件下,能分解为铁和石墨: Fe3C─→3Fe+C(石墨) 【交流与讨论】
在铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体中: 属于合金基本相的是____________________________, 属于机械混合物的是____________________________, 只能存在 727℃以上组织是______________________。 25

【小结】 含碳量 塑性、韧性 硬度 F P Ldˊ Fe3C 小 ————————————————→ 大 好 ————————————————→ 差 小 ————————————————→ 大

【作业】 课堂练习 开展记忆铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体比赛。 书面作业 ( 略)

26

课 题:第三节 铁碳合金相图(1 课时) 教学要求:了解铁碳合金相图,掌握 Fe-Fe3C 相图特性点、特性线和各区域的组织。 教学重点:Fe-Fe3C 相图特性点、特性线。 教学难点:共析点、共晶点。 教学过程: 【复习】1、请说出铁碳合金五种组织的名称和符号。 2、 铁碳合金五种组织中, 哪一种是存在于 727℃以上温度的?它的性能是怎样的? 3、铁碳合金五种组织中,室温下存在的是哪是哪四种?它们的性能各是怎样的? 【新课导入】从铁碳合金组织学习中我们知道,室温下的组织 F、P、Ldˊ、Fe3C 随着含碳 量增加,它们的性能变化是规律的,塑性、韧性由好变差,硬度由大变小,其实这种变化规 律我们是可以从材料专家绘制的铁碳合金相图反映出来的。我们今天的新课就是学习讨论: 【板书】 第三节 铁碳合金相图 铁碳合金相图:表示在极缓慢加热(或冷却)情况下,不同成分的铁碳合金的状态 或组织随温度变化的图形。 【讲解】铁碳合金中,铁和碳可以形成一系的化合物, 如 Fe3C、Fe2C、FeC 等,如图 3—10 所示。

由于含碳量>6.69%的铁碳合金脆性很大,没有实用价值。 因此,目前应用的铁碳合 金相图仅研究含碳量从 0%~6.69%, 也就是 Fe-Fe3C 相图。 3-11 为简化后的 Fe-Fe3C 相图。 图 图中纵坐标为温度, 横坐标为含碳量的质量百分数, 从左向右表明含碳量从零增加到 6.69%。 【板书】Fe-Fe3C 相图

(教师指导阅读“材料史话” )

27

【板书】一、Fe-Fe3C 相图特性点 特性点 温度(℃) 含碳量(%) 含 义 A 1538 0 纯铁的熔点 D 1227 6.69 渗碳体的熔点 C 1148 4.30 共晶点(教师板书出反应式) S 727 0.77 共析点(教师板书出反应式) E 1148 2.11 碳在 γ -Fe 中的最大溶解度 G 912 0 纯铁 α -Fe ?γ -Fe 转变温度 【板书】二、Fe-Fe3C 相图特性线 ACD 线——液相线。此线以上全部为液相。 〔用 L 表示。铁碳合金冷却到此线开始结晶,在 AC 线以下从液相中结晶出奥氏体,在 CD 线以下结晶出一次渗碳体(Fe3CI)〕 。 AECF 线——固相线。液态合金冷却到此线全部结晶为固相。 (此线以下全部为固相区) GS 线(A3)——冷却时奥氏体开始转变为铁素体的开始线,或加热时铁素体全部转变为奥氏 体终了线。 ES 线 (Acm) ——碳在 γ -Fe 中溶解度曲线。 此线以下开始从奥氏体中析出二次渗碳体 (Fe3C 。 Ⅱ) ECF 线——共晶线。 〔含碳量在 2.11-6.69%的合金冷却到此线时(1148℃)都发生共晶反应, 同时结晶出奥氏体与渗碳体混合物——莱氏体。〕 ) PSK 线(A1)——共析线。 〔含碳量在 0.0218-6.69%的合金冷却到此线时(727℃)都反生共 析反应,同时析出铁素体与渗碳体混合物——珠光体。 〕 【练习】教师指导学生画出 Fe-Fe3C 相图(其尺寸与图 3-11)并填写出各区域的组织。 【小结】学习内容 Fe-Fe3C 相图 一、Fe-Fe3C 相图特性点 二、Fe-Fe3C 相图特性线 学习重点:Fe-Fe3C 相图特性点、特性线和钢部分的相图的各区域的组织。 【作业】略

28

课 题:第三节 铁碳合金相图(1 课时) 教学要求:明确铁碳合金的分类,掌握含碳量对钢组织和性能的影响。 教学重点:钢的分类和组织,含碳量对钢组织和性能的影响。 教学难点:含碳量对钢组织和性能的影响。 教学过程: 【复习】1、请说明 C 点、S 点的意义。 2、请说明 A3、Acm、A1 的意义 3、画出 Fe-Fe3C 相图,写出各区域的组织。 【新课导入】本节课我们将继续讨论 Fe-Fe3C 相图的知识。 【板书】三、铁碳合金的分类 钢 含碳量小于 2.11%的铁碳合金。 分类 含碳量 室温组织 亚共析钢 C<0.77% F+P 共析钢 C = 0.77% P 过共析钢 C>0.77% Fe3CⅡ+P 白口铸铁 含碳量 2.11%~6.69%的铁碳合金。 分类 含碳量 室温组织 亚共晶白口铸铁 C<4.3% P+ Fe3CⅡ+L`d 共晶白口铸铁 C = 4.3% L`d 过共晶白口铸铁 C>4.3% Fe3CI+L`d 四、含碳量对钢组织和性能的影响 1、含碳量对钢组织的影响 (教师引导学生分析图 3-12a) 亚共析钢 共析钢 过共析钢 F 减少 全部为 P Fe3CⅡ增多 P 增多 P 减少 2、含碳量对钢性能的影响 (教师引导学生分析图 3-12b) 含碳量越高,钢的强度、硬度越高,塑性、韧性越低。但当钢的含碳量大于 0.9%时,因网状渗碳体的出现,使钢的强度有所降低。 为了保证工业上使用的钢具有足够的强度,并具有一定的塑性和韧性,钢中的 含碳量一般不超过 1.4%。 【小结】学习内容 一、铁碳合金的分类 二、含碳量对钢组织和性能的影响 学习重点 1、钢的分类和组织 2、含碳量对钢性能的影响 【作业】略

29

课 题:第三节 铁碳合金相图(1 课时) 教学要求:理解 Fe-Fe3C 相图的应用,明确钢的实际加热临界温度。 教学重点:钢在锻造和铸造中的应用,钢的实际加热临界温度。 教学难点:理解钢的实际加热临界温度。 教学过程: 【复习】1、请说明 A3、Acm、A1 的意义。 2、画出 Fe-Fe3C 钢这一部分的相图。 3、含碳量对钢组织和性能产生怎样的影响? 【新课导入】Fe-Fe3C 相图不仅大大地推动了金相学的发展,而且在生产实践中具有重要的 现实意义。它为研究钢铁的组织,合理选用钢铁材料,科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处 理等热加工工艺提供了重要的科学依据,本节课我们讨论 Fe-Fe3C 相图的应用。 【板书】五、Fe-Fe3C 相图的应用 1、选材方面 (教师讲读教材内容,指导完成“交流与讨论” ) 2、铸造方面 接近共晶成分的铸铁铸造性好,在铸造生产中获得广泛应用。 原因: 接近共晶成分的铸铁不仅熔点低, 而且凝固区间小, 且流动性好, 收缩性小。 3、锻造方面 钢材锻造、轧制的温度范围通常选择在 Fe—Fe3C 相图中奥氏体区。 原因:钢处于奥氏体状态时,强度较低,塑性较好,便于塑性变形。 4、热处理方面 【讲解】Fe-Fe3C 相图诞生 100 多年来,它为钢铁金相组织的研究,钢铁材料的合理选用, 科学制订钢铁材料铸造、 锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据, 发挥了巨大的 指导作用。然而,我们也应认识它的缺陷和不足。实际生产中使用的钢铁材料,除铁和碳两 种元素外,还有其他杂质元素(主要是硅、锰、硫、磷)或合金元素,而 Fe-Fe3C 相图仅研 究铁、 碳两种元素的相互作用和影响, 没有考虑其他杂质元素或合金元素对铁碳合金的影响。 我们还知道,Fe—Fe3C 相图是钢在极缓慢加热(或冷却)时测定绘制的,因而,在实际 生产加热时,由于加热速度较快,钢的组织转变总会发生滞后现象,实际加热转变温度总要 高于 Fe—Fe3C 相图的 A1、A3、Acm。例如,依据 Fe—Fe3C 相图,含碳量为 0.45%钢由铁素体 转变为奥氏体的转变终了温度为 766℃,而含碳量为 0.45%钢在实际加热时铁素体转变为奥 氏体的终了温度为 780℃。为了将 Fe—Fe3C 相图的加热临界温度 A1、A3、Acm 和实际生产加 热临界温度加以区别,通常把实际加热的各临界温度分别用 Ac1、Ac3、Accm 表示, 【板书】六、实际加热的各临界温度 相图加热临界温度 A1 A3 Acm 实际加热临界温度 Ac1 Ac3 Accm Ac1 实际加热时,珠光体转变为奥氏体的终了温度; Ac3 实际加热时,铁素体转变为奥氏体的终了温度; Accm 实际加热时,Fe3CⅡ溶入奥氏体的终了温度。 (教师指导观察表 3-2) 【讲解】必须指出的是,在实际生产冷却时,由于冷却速度较快,钢的组织转变临界温度也 会发生滞后现象,在此我们不作讨论。 【练习】从附录Ⅱ中查出 50 的 Ac、Ac3,12 钢的 Ac、Accm。 【小结】学习内容 一、Fe-Fe3C 相图的应用; 二、钢的实际加热临界温度。 学习重点 钢在锻造和铸造中的应用,钢的实际加热临界温度。
30

【作业】略

第四章

碳钢

课 题:第一节 钢铁材料的生产过程(2 课时) 教学要求:1、掌握高炉炼铁、现代工业炼钢方法,知道中国是第一产钢大国; 2、明确生铁和钢在组成上差别。 教学重点:高炉炼铁、现代工业炼钢方法,生铁和钢在组成上差别。 教学难点:炼铁、炼钢的原理。 教学过程: 【新课导入】纯铁是一种塑性很好的金属,既不能制刀枪,也不能铸铁锅、犁锄。但当纯铁 中加入一定量的碳后,就变成了现代工业的骨骼——钢铁材料了。钢铁材料是机械制造、建 筑、交通运输、国防及其他各部门应用最广泛的金属材料。当今世界,钢铁产量占世界金属 总产量的 95%,钢铁的品种和使用量已成为衡量一个国家科学技术和经济发展水平的重要 标志。 【板书】第一节 钢铁材料的生产过程 钢铁材料:钢和生铁的总称。生产过程是:

一、炼铁 【讲解】在铁矿石中,铁多以氧化物的形式存在。铁矿石中除铁的氧化物外,还含有其他的 氧化物(如 SiO2、MnO、AI2O3 等)称为脉石。 炼铁的任务,就是把铁矿石的铁从氧化物中还原出来,并将脉石分离,从而获得生铁。 现代工业炼铁是在高炉中进行的,高炉(见图 4-1)是两端较小,中间较大的圆形竖炉。炉 壳用钢板焊成,内切耐火砖。 一般炼铁厂的高炉有 30~40 米高,我国目前最大的高炉 113 米高,有效容积 4063 米 3, 能装炉料 1800 吨,一昼夜可出铁水 800~1000 吨。 【板书】1、高炉炼铁炉料 作用 (1)铁矿石 提供铁元素。 磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等。 (教师结合介绍开采、贫矿,进口铁矿石等问题) (2)燃料 既提供炼铁的热量, 焦炭 又提供还原剂 CO。 (3)熔剂 造渣 石灰石 2、炼铁的原理 Fe2O3 +3CO=2Fe+3CO2 (还原) 3、生铁 由 Fe 、C、Si、Mn、P、S 等组成的混合物。 【材料史话】
人类在使用钢铁的历史上曾发生过许多惨痛事故。如 1938 年 4 月 13 日早晨,在摄氏 0℃的气温下,比利时境内的一座钢铁大桥突然发出巨大 声响,大桥自动崩裂成几段坠入河中,造成了巨大的经济损失。事故发生 后,材料专家研究发现:造成钢铁大桥自动崩裂的原因竟是钢铁中含磷量 过高产生冷脆性所致。 后来,材料专家研究又发现,钢铁材料中含硫量高将会产生热脆性。 钢铁材料中硫和磷都是有害元素。 怎样除去生铁中的硫和磷就是炼钢 的问题了。 31

【板书】二、炼钢 1、炼钢目的 降碳、除硫磷、调硅锰。 2、炼钢方法 【材料史话】

中国古代“炒钢”术
中国是世界上最早掌握炼钢技术的国家。中国古代工匠先后发明了 “块炼铁渗碳钢”“ 百炼钢”“ 炒钢”等炼钢工艺,其中以炒钢术最为 、 、 先进。 炒钢——就是把生铁加热到熔融或半熔融状态下,在熔炉中不断 地搅拌,利用空气中的氧气把生铁中较高的碳氧化反应掉,从而获得含碳 量较低质量较高的钢。

【板书】 平炉炼钢法 转炉炼钢法 1864 年,法国 1952 年,奥地利林茨 马丁发明。 和多纳维茨发明。 300 吨/7 小时 120 吨的转炉:160~220 吨/小时。 3、炼钢过程 氧化 Fe+O2=2FeO 脱氧 FeO + Si =2Fe+ S O2 【新闻联接】
中国钢铁工业发展概况

电炉炼钢法 1899 年,法国埃鲁发明。 用于高级优质合金钢、 特殊钢的冶炼

中国钢铁工业经过一百年的发展,钢产量居世界首位,已经占到全世界 钢产量的 30%,并且比第二、三、四名钢产量的总和还要多。2005 年中国共 有八家钢铁公司的钢产量超 1000 万吨。 时间 产量(吨) 时间 1898 年 1万 1979 年 1943 年 92.3 万 1996 年 1亿 1949 年 15.85 万 2003 年 2.22 亿 1957 年 535 万 2005 年 3.49 亿 1958 年 1080 万 2006 年 4.18 亿 1971 年 2000 万 2008 年 5.32 亿

产量(吨) 3000 万

三、生铁与钢比较 生铁 钢 相同点: 都是铁碳合金。 不同点: 含碳量 >2.11% <2.11% 含硫、磷 多 少 【小结】学习内容 一、炼铁 二、炼钢 三、生铁与钢比较 学习重点 高炉炼铁、现代工业炼钢方法,生铁和钢在组成上差别。 【作业】略

32

课 题:第二节 碳钢的分类(1 课时) 教学要求:掌握碳钢的概念,熟练掌握碳钢的四种分类。 教学重点:碳钢的四种分类。 教学过程: 【复习】1、钢与生铁组成上有什么相同点和不同点? 2、钢和生铁总称为钢铁材料,请问冶炼生铁主要设备是什么?现代工业炼钢的方 法有哪些?哪一种炼钢速度最快?哪一种炼钢质量最好? 【新课导入】对钢而言,有碳钢、合金钢之分,今天将先开始学习碳钢的知识。 【板书】碳钢:含碳量小于 2.11%并含有少量其他元素的铁碳合金称为碳钢(非合金钢) 一、按钢的含碳量分类 低碳钢 含碳量≤0.25%。 中碳钢 含碳量 0.25%-0.60%。 高碳钢 含碳量≥0.60%。 【交流与讨论】
1.应用所学 Fe—Fe3C 相图知识,完成以下填充: 低碳钢:强度、硬度_______,塑性、韧性________; 中碳钢:强度、硬度_______,塑性、韧性________; 高碳钢:强度、硬度_______,塑性、韧性________。 2.含碳量为 1.3%、0.45%、0.60%、0.15%、0.30% 0.80%、0.08%的钢材,属于低碳钢的是_____________, 中碳钢的是___________,高碳钢的是_____________。

【板书】二、按钢的质量分类(依据 S、P 含量分) 普通钢 S≤0.050% P≤0.045%; 如Q235-A.F 优质钢 S≤0.035% P≤0.035%; 如 45 T10 高级优质钢 S≤0.030% P≤0.030% 如 T10A 【问题】 “高碳钢的质量优于中碳钢, 中碳钢的质量优于低碳钢。 这句子话对吗?为什么? ” 【板书】三、按钢的用途分类 结构钢 C<0.70% 制造机械零件和工程结构件。 (工程结构:指建筑、桥梁、船舶、锅炉等) 工具钢 C>0.70% 制造刀具、模具、量具等。 (刀具应为金属切削刀具。 刀具大多为机用的, 但也有手工的。 ) 【问题】炼钢过程是先氧化后脱氧?请问为什么要进行脱氧? 【板书】四、按钢的脱氧程度分类 镇静钢 (Z) 脱氧完全 如 10Z 或 10(Z 也可不写) 沸腾钢 (F) 脱氧不完全 如 10F 半镇静钢 (b) 脱氧介于两者之间 如 10b 【小结】学习内容 一、碳钢 二、碳钢四种分类: 学习重点 碳钢的四种分类。 【作业】略

33

课 题:第三节 常用碳钢(1 课时) 教学要求:1、明确碳钢材料的优点; 2、熟练掌握普通碳素结构钢的牌号、成分、性能和用途。 教学重点:普通碳素结构钢的牌号、性能和用途: 。 教学难点:普通碳素结构钢的牌号。 教学过程: 【复习】1、低碳钢的拉伸曲线中,屈服现象发生在哪一阶段?屈服现象是什么意思?做好 的机械零件在使用中出现屈服现象意味着什么?发生屈服现象的应力叫什么? (教师画出低 碳钢的拉伸曲线) 2、请说出“普通钢”“ 结构钢”的含义。 、 3、什么叫碳钢? 【新课导入】碳钢是目前应用最为广泛的金属材料。对工农业生产、交通运输、国防乃至日 常生活来说,碳钢是最基本、最重要的材料,这是因为碳钢具有下面的优点: 【板书】碳钢的优点:具有良好的力学性能和工艺性能,且冶炼方便,价格便宜。 【讲解】实际生产中使用的碳钢材料种类很多,常用的有以下四类: 【板书】一、普通碳素结构钢(C:0.06%~0.38%,硫、磷含量较高,一般不需要热处理。 ) 1、牌号(先指导学生阅读教材相关内容,然后师生共同完成以下内容) Q + 数字──质量等级 + 脱氧程度 屈服点 屈服点 (A B C D) (F b Z TZ) 数 值 差 → 好 Q215-B. b 表示屈服点为 215MPa 的 B 级半镇静钢。 Q235-A.F 表示σ s 为 235MPa 的 A 级沸腾钢。 【练习】说出牌号Q195-A. z,Q235-D. Br 含义。 【板书】2、性能、用途 牌号 Q195、Q215 Q235 Q255 Q275 含碳量 低碳钢 中碳钢 性能 塑性、韧性和焊接性能好,有一定的 强度、硬度较高,塑 强度和硬度。 性、韧性良好。 用途 用于制造受力小的零件。 广泛用于一般要求的零件 用于制造承受中等载荷 如铁钉、铁丝、白铁皮、 和加工时需要冷弯、铆接、 的零件。如自行车、三 黑铁皮、轻负荷的冲压 焊接及工程结构件。如螺 轮车上的心轴、农机零 件和焊接件。 钉、螺母、建筑结构、桥 件等。 梁、钢结构课桌椅等。 【小结】学习内容 普通碳素结构钢 一、牌号 Q + 数字──质量等级 + 脱氧程度 二、性能、用途 学习重点 普通碳素结构钢的牌号和典型用途。 【作业】略

如Q235-A.F

34

课 题:第三节 常用碳钢(1 课时) 教学要求:熟练掌握优质碳素结构钢的牌号、性能和用途。 教学重点:优质碳素结构钢的牌号和典型用途。 教学难点:根据优质碳素结构钢的牌号换算出含碳量。 教学过程: 【复习】1、普通碳素结构钢的牌号是如何表示的?说出牌号Q235-C. b 含义。 2、请说出“优质钢”和“结构钢”的含义。 【新课导入】碳钢中常用的结构钢除普通碳素结构钢还有优质碳素结构钢,本节课讨论: 【板书】二、优质碳素结构钢(S≤0.035% P≤0.035%,用于质量要求高的机械零件。) 1、牌号(指导学生阅读教材相关内容,共同完成以下内容。 ) 二位数字──表示平均含碳量的万分之几。 牌号 08 20 45 65 80 含碳量 0.08% 0.20% 0.45% 0.65% 0.80% 60 表示平均含碳量为 0.60%的优质碳素结构钢。 65 Mn 表示平均含碳量为 0.65%的较高含锰量的优质碳素结构钢。 【交流与讨论】 1、普通碳素结构钢、优质碳素结构钢的牌号表示各有什么特点?(普通碳素结构钢的 牌号着重表示屈服点和质量等级,而优质碳素结构钢的牌号着重于表示含碳量。 ) 2.表 4-2 中,从 08 到 85 钢哪些是低碳钢、中碳钢、高碳钢? 【板书】2、性能、用途 牌号 性能 用途 08~25 塑性、韧性好,焊接性能好, 08、10钢称为冷冲压钢。主要用于制造 (低碳钢) 强度、硬度低。 深冷冲压件和焊接件。如汽车驾驶室、 油箱、压力容器等。(引导观察图示) 15、20、25 钢称为渗碳钢。 a、制造渗碳件。链条,小齿轮。 b、制作冷冲压件和焊接件,如风扇叶 片、法兰盘等。 30~55 具有较高的强度、硬度,塑性、 广泛用于受力较大的零件,如机床 (中碳钢) 韧性良好。 主轴、发动机曲轴、连杆等。 60~85 具有较高的强度、硬度和弹性, 主要用于制造弹性零件和耐磨件, (高碳钢) 但塑性较低,焊接性能不好,切削 如弹簧、板簧、弹簧垫圈、弹簧片、钢 加工性差。 轨、钢丝绳等。 【小结】学习内容 优质碳素结构钢 一、牌号 二位数字──表示平均含碳量的万分之几。 二、性能、用途 学习重点 优质碳素结构钢的牌号和典型用途。 【作业】略

35

课 题:第三节 常用碳钢(1 课时) 教学要求:熟练掌握碳素工具钢、铸造碳钢的牌号、性能和用途。 教学重点:碳素工具钢的牌号和典型用途。 教学难点:根据碳素工具钢的牌号换算出含碳量。 教学过程: 【复习】1、普通碳素结构钢、优质碳素结构钢的牌号是如何表示的?说出牌号Q235-A.F 和 45 钢的含义。 2、请说出“优质钢” “高级优质钢”和“工具钢”的含义。 、 【新课导入】本节课讨论常用碳钢中的碳素工具钢和铸造碳钢。 【板书】三、碳素工具钢(制造刀具、模具、量具等。 ) 1、牌号(指导学生阅读教材相关内容,共同完成以下内容。 ) T+数字 数字为平均含碳量的千分之几。 牌号 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 含碳量 0.7% 0.8% 0.9% 1.0% 1.1% 1.2% 1.3% T7表示平均含碳量为0.7%的碳素工具钢; T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 强调: (1)碳素工具钢含碳量在 0.7%以上; (2)碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。 【板书】2、性能 (1)热处理后具有高的硬度、耐磨性; (2)随含碳量的增加,其硬度和耐磨性逐渐增大,韧性逐渐下降。 【提问】碳素工具钢中,哪一种钢的韧性最好,哪一种钢的硬度、耐磨性最大? 【板书】3、用途──制造形状复杂,切削速度较低(<5 米/分),工作温度不高(200℃以 下)的工具和耐磨件。 T7、 T8: 用于制造受冲击, 需要高硬度和耐磨性的工具 (工作部分 48~60HRC) 。 如铁锤、冲头、錾子、螺丝刀、打炮眼的钢钎、简单模具、木工工具等。 T9、T10、T11:用于受中等冲击的工具和耐磨件(工作部分60~62HRC)。如 手工锯条、丝锥、板牙、冲模。 T12、T13钢用于制造不受冲击,硬度极高的工具和耐磨件(工作部分 62~65HRC)。如锉刀、刮刀、钻头等。 【板书】四、铸造碳钢 1、牌号(指导学生阅读教材相关内容,共同完成以下内容。 ) ZG 数字 — 数字 〔铸钢 σ S σ b〕 ZG340—640表示σ S为340MPa,σ b为640MPa的铸造碳钢。 2、成分特点 含碳量: 0.15%~0.60% 3、用途 制造形状复杂,力学性能要求较高的机械零件。像变速箱体、水泵壳体等。 (教师介绍教材“你知道吗” 【小结】学习内容 一、碳素工具钢 二、铸造碳钢 学习重点 碳素工具钢的牌号和典型用途。 【作业】略

36

课 题:第一节 钢在加热的组织转变(2 课时) 教学要求:1、掌握热处理含义,明确普通热处理和表面热处理的种类。 2、能熟练应用 Ac1、Ac3、ACcm,明确钢加热时的组织转变及其影响因素。 教学重点:热处理含义, Ac1、Ac3、ACcm 应用。 教学难点: Ac1、Ac3、ACcm 应用。 教学过程: 【新课导入】钳工锉削用的锉刀是采用什么材料制造的?锉刀的性能是怎样的?〔 T13 或 T12,具有高硬度(62~65HRC)和耐磨性。〕锉刀的高硬度和耐磨性是 T13 本身具有的吗? 不是的。它是通热处理处理出来的。从第五章开始我们将学习讨论热处理的知识。 【板书】 热处理: 将固态钢进行加热、 保温和冷却, 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 普通热处理──退火、正火、淬火、回火; 表面热处理──表面淬火、化学热处理。 注意(1)任何热处理工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段;(如图 5-1) (2)保温的目的是使工件热透,组织转变均匀。 【讲解】热处理是机械制造工艺中一个不可缺少的组成部分,它能改善零件的加工性能,提 高材料使用性能,充分发挥钢材的潜力,延长零件的使用寿命。据统计,机床制造中约有 60%~70%的零件,汽车、拖拉机制造中约有 70%~80%的零件都要进行热处理,各种工具和轴 承几乎全部要进行热处理。可见,热处理在机械制造中占有非常重要的地位。 (教师介绍“热处理史话” ) 【板书】第一节 钢在加热的组织转变 一、加热目的:获得奥氏体(或部分奥氏体)。 【复习】请说出 Ac1、Ac3、ACcm 的意义?并将 Ac1、Ac3、ACc 分别标注到钢部分相图中去。 【交流与讨论】
一. 45 钢 Ac1:724℃,Ac3:780℃。T10 钢 Ac1:730℃, ACcm: 800℃。请问 45 钢、T10 钢在下表不同温度时的组织是什 么? 室温 45 钢 T10 钢 二.亚共析钢完全奥氏体化,应加热到______以上; 共析钢完全奥氏体化,应加热到________以上; 过共析钢完全奥氏体化,应加热到______以上。 735℃ 830℃

【讲解】奥氏体虽然是钢在高温状态下的组织,但它的晶粒大小、均匀程度,对钢冷却后的 组织和性能有重影响。因此,了解钢在加热时组织结构的变化规律,是对钢进行正确热处理 的先决条件。 【板书】二、奥氏体的形成过程 (教师讲读教材相关内容) 共析钢 1.奥氏体晶核的形成; 2.奥氏体晶核的长大; 3.残余渗碳体的溶解; 4.奥氏体的均匀化。 三、奥氏体晶粒长大及影响因素
37

1、晶粒长大过程(教师讲读教材相关内容) 2、影响晶粒长大因素(教师讲读教材相关内容) 小结: 热处理加热时, 要合理选择并严格控制加热温度和保温时间, 合理选用钢材。 【小结】学习内容 一、热处理概念 二、第一节 钢在加热的组织转变 学习重点 热处理含义, Ac1、Ac3、ACcm 应用。 【作业】略

38

课 题:第二节 钢在冷却的组织转变(2 课时) 教学要求:1、明确等温冷却、连续冷却、过冷奥氏体; 2、理解过冷奥氏体等温图,掌握过冷奥氏体等温冷却的组织和性能。 3、掌握过冷奥氏体典型连续的产物,马氏体及马氏体转变特点。 教学重点: 过冷奥氏体等温冷却的组织和性能过冷奥氏体典型连续的产物, 马氏体及马氏体 转变特点。 教学难点:理解过冷奥氏体等温图。 教学过程: 【复习】 热处理时加热的目的是什么?亚共析钢、 共析钢和过共析钢奥氏体化分别时加热到 什么临界温度?请画出图示。 【新课导入】中冷却是热处理最关键的操作,冷却方式不同,得到的组织也不同,请阅读表 5-1 45 钢经 840℃加热后在不同条件冷却后的力学性能。本节课我们将学习讨论: 【板书】第二节 钢在冷却的组织转变 热处理的冷却方式 1、等温冷却 图 5-4(1) 2、连续冷却 图 5-4(2) 一、过冷奥氏体等温转变 (教师讲解除清楚过冷奥氏体。 ) 1.过冷奥氏体等温转变图(C 曲线) (教师边图示边讲解分析以下内容) 共析钢过冷奥氏体等温转变图: aa‵曲线为过冷奥氏体转变开始线; bb‵曲线为过冷奥氏体转变终了线。 Ms 线:过冷奥氏体发生马氏体转变的开始温度线; Mf 线:过冷奥氏体发生马氏体转变的终了温度线。 2.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1)珠光体转变 在 A1~550℃温度范围 组织名称 符号 温度范围 组织特征 硬度(HRC) 珠光体 P A1~650℃ 粗片状 <25 索氏体 S 650℃~600℃ 细片状 25~35 托氏体 T 600℃~550℃ 极细片状 35~40 (2)贝氏体转变 在 550℃~Ms 温度范围。 组织名称 符号 温度范围 组织特征 硬度(HRC) 上贝氏体 B上 550℃~350℃ 羽毛状 40~45 下贝氏体 B下 350℃~Ms 黑色针叶状 45~55 二、过冷奥氏体连续转变 【讲解】 把钢加热到奥氏体状态后, 使奥氏体在温度连续下降的过程中发生的转变称为过冷 奥氏体连续冷却转变。 因过冷奥氏体连续冷却转变曲线测定困难, 故目前生产中通常应用过 冷奥氏体等温转变图近似地来分析奥氏体连续冷却时的转变。 例如我们要确定一种钢在某种 连续冷却速度下所得到的组织, 可将该连续冷却速度线画在此钢的等温转变图上, 根据它与 C 曲线相交的位置,便可大致地估计出它可能得到组织。 【板书】1.典型连续冷转变(教师边图示边讲解分析以下内容) 连续冷却名称 平均冷却速度 转变产物 随炉冷却(V1) 10℃/分 珠光体 空气冷却(V2) 10℃/秒 索氏体

39

油中冷却(V3) 150℃/秒 托氏体+马氏体 水中冷却(V4) 600℃/秒 马氏体 临界冷却速度(V 临):奥氏体向马氏体转变的最小冷却速度。 影响临界冷却速度的主要因素:钢的化学成分。 例如,碳钢的 V 临大,合金钢的 V 临小, 2.马氏体转变 【讲解】当冷却速度大于 V 临时,奥氏体很快地过冷到图 5-8“c 曲线”中 Ms 温度以下发生 马氏体转变,这时γ -Fe 晶格迅速向α -Fe 晶格转变。但由于温度较低,钢中碳原子来不及 扩散,被迫全部留在α -Fe 晶格,此时碳大大超过了在α -Fe 中的正常溶解度。 【板书】马氏体(M):碳溶于α -Fe 的过饱和固溶体。(教师介绍材料史话) 马氏体转变的特点: (1)马氏体转变在连续转变中完成(Ms~Mf); (2)非扩散型转变,转变速度快极; (3)马氏体转变体积发生膨胀,并产生很大的内应力; (4)转变不彻底,存在残余奥氏体。 【小结】学习内容 一、过冷奥氏体等温转变 1、珠光体转变 2、贝氏体转变 二、过冷奥氏体连续转变 1、典型连续冷转变 2、马氏体转变 学习重点 过冷奥氏体等温冷却的组织和性能过冷奥氏体典型连续的产物, 马氏体及马氏体转 变特点。 【作业】略

40

课 题:第三节 退火和正火(2 课时) 教学要求:理解退火概念,掌握完全退火、球化退火、去应力退火的工艺、目的和应用; 教学重点:完全退火、球化退火、和去应力退火工艺、目的和应用。 教学难点:依据完全退火、球化退火和去应力退火分析出其主要作用。 教学过程: 【复习】1、请在(仅画有线的)Fe-Fe3C 钢部分相图标注出 Ac1、Ac3、ACcm,并说出各区域的 组织; 2、过冷奥氏体随炉冷却、空气冷却、油中冷却和水中冷却谁的冷却最慢?谁的冷 却最快?分别得到什么组织? 3、切削加工的方法有哪些?最佳切削硬度是多少?硬度过高或过低有什么危害? 【复习】今天我们将开始学习第三节 退火和正火。退火和正火是应用非常广泛的热处理, 在机械零件或工具制造过程中,通常作为预先热处理工序,安排在铸造或锻造之后,粗加工 之前用来消除前一道工序(如铸造、锻造、轧制、焊接等)所造成的某些缺陷并为随后的工 序(如切削加工、最终热处理)作组织准备,故也称预备热处理。对于少数要求不高和铸件、 锻件亦可作为最终热处理。 【板书】一、退火 将钢加热到适当温度,保温一定时间,然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。 1、退火的目的 ①降低硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷变形加工; ②细化晶粒,均匀钢的组织及成分; ③消除钢中的残余内应力,以防止工件变形或开裂。 2、常用退火 常用退火 完全退火 球化退火 去应力退火 (热史话) 加热到 Ac3+(30~50)℃ 加热到 Ac1+(20~30)℃ 加热到略低于 A1 温度 工艺 保温(一般 3 分/毫米) 保温 保温 随炉冷却 随炉缓慢冷却(小于 50℃/h) 随炉缓慢冷却 组织 铁素体+珠光体 球状珠光体 无组织变化 应用 用于亚共析钢的锻件、 用于过共析钢,如碳素工具 用于锻造、铸造、焊接、 铸件、焊接件的退火。 钢、合金工具钢和轴承钢。 深度冷加工变形及切削 加工后的工件应去应力。 实例 用 38CrMoAI?? 用 T13 钢制造锉刀?? 用 65Mn 钢制造?? 【交流与讨论】过共析钢毛坏退火能否加热到 ACcm 以上? 【小结】学习内容 一、退火 1、退火的目的 2、常用退火 学习重点 完全退火、球化退火、和去应力退火工艺、目的和应用 【作业】略

41

课 题:第三节 退火和正火(2 课时) 教学要求:1、掌握正火的工艺、目的和应用; 2、学会从切削加工选择退火与正火。 教学重点:正火的工艺,从切削加工选择退火与正火。 教学难点:退火与正火选择。 教学过程: 【复习】常用的退火有哪几种?请说出它们的工艺和目的。 【板书】二、正火 1、正火工艺:将钢加热到 Ac3 或 Accm 以上 30~50℃,经保温一段时间,随后在空气 中冷却的热处理工艺。(教师板演图示加热临界温度,并强调以下两点) (1)加热:亚共析钢 Ac3+(30~50)℃ 过共析钢 Accm+(30~50)℃ (2)正火冷却速度比退火稍快,组织较细,强度、硬度较高。(观察表 5-5) 2、正火与退火基本相同。 (让学生复述) 3、应用 (1) 、改善低碳钢、中碳钢的切削加工性。 【例】 45 钢制造普通车床主轴, 用 为降低硬度改善切削加工性, 调整组织, 消除锻造内应力,通常选用正火。其部分工艺过程如下:

(2)作为普通结构零件的最终热处理 【例】 某工厂用 45 圆钢制造小型电机主轴, 因对力学性能要求不高,该厂选 用正火作为最终热处理。其工艺过程如下:

(3)消除过共析钢中网状渗碳体,改善钢的力学性能 【例】一含有网状渗碳体组织的 T10 钢毛坯,为改善其切削加工性能应如 何进行热处理?并简述所进行的热处理的作用。 解: (1)正火。消除网状渗碳体。 (2)退火。降低硬度,改善切削加工性。

三、退火与正火的选择 【观察与思考】 观察图 5-12 从切削加工性考虑: 低碳钢、 中碳钢宜选用_____火; 高碳钢宜选用______ 火。 1、从切削加工考虑低碳钢、中碳钢选用正火,高碳钢选用退火; 2、从使用性能考虑; 3、从最终热处理考虑; 4、从经济方面考虑,优先选用正火。 例 某工厂用 T13 钢制造丝锥锉刀,其工艺路线为:
42

下料→锻造→热处理 1→切削加工→淬火. 低温回火→切削加工 试分析工艺路线中热处理 1 应选用什么?请说明热处理 1 的主要作用。 【小结】学习内容 二、正火 三、退火与正火的选择 学习重点 正火的工艺,从切削加工选择退火与正火 【作业】略

43

课 题:第四节 钢的淬火(2 课时) 教学要求:1、掌握淬火的工艺、目的; 2、理解淬火加热温度的选择; 3、理解淬火的理想冷却速度,熟悉常用的淬火冷却介质。 教学重点:淬火的工艺、目的,淬火加热温度。 教学难点:淬火的理想冷却速度。 教学过程: 【复习】1、什么叫临界冷却速度?要获得马氏体应如何冷却? 2、什么叫正火?亚共析钢、过共析钢正火分别应加热到什么临界温度? 3、 为改善T10 钢的毛坯的切削加工性应选择什么热处理?进行这种热处理的目的 是什么? 【引入新课】 降低硬度,改善切削加工性。 选择退火 (如果我们要大大)提高硬度、硬度。 选择_____ 【板书】第四节 钢的淬火 淬火:将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30~50℃,保温一定时间,然后快速冷却,以获 得马氏体组织的热处理工艺。 的目:主要是获得马氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性。 (指出:淬火是强化钢材最显著、最重要的方法。并指导阅读“你知道吗”) 一、淬火加热温度的选择 (指导阅读教材相关内容。) 亚共析钢 Ac3+(30~50)℃ 过共析钢 Ac1+(30~50)℃(教师板书图示) 【交流与讨论】亚共析钢淬火加热温度过低或过高有什么样危害? 过共析钢淬火加热温度过高有什么样危害? 二、淬火冷却(V 冷≥V 临) 【热处理史话】随着淬火技术的发展,人们逐渐发现冷却剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲 元曾在陕西斜谷为诸葛亮打制 3000 把刀,相传是派人到 800 多公里外的成 都取水淬火的,这说明中国 在古代就注意到不同水质的冷却能力了。 【板书】1、淬火理想的冷却速度 【讲解】 淬火时为了得到马氏体, 工件在淬火介质中的冷却速度必须大于或等于临界冷却速 度 ,但不是冷却速度越大越好,若淬火冷却速度过大,产生的收缩应力大大超过马氏体膨 胀应力, 工件易出现变形或开裂。 因此, 在保证淬硬的前提下, 应尽量选择缓和的冷却介质, 以减少淬火应力,防止工件变形和开裂。分共析钢的过冷奥氏体等温转变图可以看出,为了 获得马氏体组织,并不需要整个冷却过程中都有要快冷,关键应在等温转变图“鼻尖”附近 快冷。图 5-14 所示为理想的冷却速度(即慢──快──慢)。 【板书】慢──快──慢 2、常用的淬火冷却介质 (1)水 【讲解】由表 5-6 可知,水的冷却特性很不理想。因为在需要快冷的 650~500℃范围它的冷 却速度却很小,而在 300~200℃需要慢冷时,它的冷却速度反而增大,使工件容易发生变形, 甚至开裂;其次,水温的变化对其冷却能力影响很大。水温越高,冷却能力越小。生产中常 通过搅拌冷却水或让冷却水循环,以提高 650~500℃范围内的冷却能力。另外,淬火冷却水 中若混有油、肥皂等杂质时,会显著降低其冷却能力,这在使用时必须注意。 然而,由于水价廉易得,使用安全,无燃烧、腐蚀等危害,水仍然是应用最广泛的淬火 冷却介质。碳钢零件通常采用水淬火。 【板书】 (1)水 主要用于用于形状简单的碳钢工件淬火。
44

(2)盐或碱的水溶液 【讲解】为了提高水的冷却能力,可加入少量(10~15%)的盐或碱。常用的是食盐水溶液和 氢氧化钠水溶液。 由表 5-6 可知食盐水溶液和氢氧化钠水溶液的优点在于 650~500℃范围内冷却速度快, 缺点是 300~200℃的冷却速度仍然很快,容易引起变形开裂,并且对工件有腐蚀作用,淬火 后工件必须清洗。(指导阅读教材为什么) 【板书】(2)盐或碱的水溶液 主要用于重要碳钢零件的淬火。 (3)矿物油 【讲解】 矿物油也是一种应用广泛的淬火冷却介质, 目前生产中用作淬火冷却介质的矿物油 有机油、柴油、变压器油等。由表 5-6 可知油的在 300~200℃的温度范围内冷却速度比较慢, 这对于减少淬火工件的变形与开裂是很有利的,但它在 650~500℃内冷却速度太慢,故不能 能用于碳钢,而只能用于临界冷却速度小的合金钢淬火,但油价格较高,易燃,不易清洗。 【板书】 (3)矿物油 用于临界冷却速度小的合金钢淬火。 【小结】学习内容 淬火 的目 一、淬火加热温度的选择 二、淬火冷却 1、淬火理想的冷却速度 2、常用的淬火冷却介质 学习重点 淬火的工艺、目的,淬火加热温度。 【作业】略

45

课 题:第四节 钢的淬火(2 课时) 教学要求:1、熟悉常用淬火方法; 2、理解淬透性、淬硬性。 教学重点:淬透性。 教学难点:淬透性概念。 教学过程: 【复习】1、什么叫淬火?淬火的目的是什么? 2、亚共析钢、过共析钢淬火分别加热到什么临界温度? 3、淬火理想的冷却速度是怎样的? 【引入新课】 为了使淬火时最大限度地地减少变形和避免开裂, 除了正确地进行加热和合理 选择冷却介质外,还应该根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。 【板书】三、淬火方法(教师采用边图示、边分析、边讲解完成以下内容) 淬火方法 单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 实例 碳钢在水中淬火。 水淬油冷 (保温:使工件 (保温:使工件内外温 合金钢在油中淬火。 内温度一致) 度一致,使 A 冷→B 下) 淬火组织 马氏体 马氏体 马氏体 下贝氏体 优点 易实现机械化、自 取长补短, 有效减小工件 力学性能好,基本避 动化,应用广泛。 淬火应力减小。 变形或开裂。 免工件的淬火开裂。 缺点 易产生硬度不足或 操作困难。 只适用尺寸较 淬火时间长,零件的直 硬度不均匀现象。 小的零件。 径或厚度不能过大, 应用 适用于形状简单,变 用于碳素工具 用于形状复杂的 用于形状复杂,强度和 形要求不高的工件。 钢制造易开裂 碳钢或合金钢小 韧性要求高的各种小型 的工件。 型零件。 模具、成形刀具。

四、淬硬性与淬透性 1、淬硬性 指钢经淬火后能达到的最高硬度。 淬硬性主要取决于钢中的碳含量,含碳量越高,钢淬火后的硬度越高。 淬火材料 淬火硬度 45 钢 55HRC T13 钢 65HRC 2、淬透性 指在规定条件下,钢淬火后获得淬硬层深度的能力。 碳 钢 合金钢 牌 号 45 60 40Cr 水冷淬透层(mm.) 18 25 36 (1)影响淬透性的主要因素:钢的临界冷却速度(V 临)
46

临界冷却速度越小,钢淬透性越好。 合金钢易淬透,而碳钢难淬透。 (2)淬透性好的钢的优点 a 能使大截面零件淬透,获得理想的力学性能; b 可用冷却能力弱的介质淬火,减少零件的变形与开裂。 【小结】学习内容 三、淬火方法 单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 四、淬硬性与淬透性 注意:淬透性好的钢,淬硬性不一定高。 淬硬性高的钢,淬透性不一定好。 学习重点 淬透性 【作业】略

47

课 题:第五节 钢的回火(1 课时) 教学要求:1、明确淬火钢不能直接使用; 2、理解淬火钢回火时组织与性能的变化; 3、掌握回火工艺、目的、分类和应用。 教学重点:回火工艺、目的、分类和应用。 教学难点:淬火钢回火时组织与性能的变化。 教学过程: 【交流与讨论】淬火是强化钢材最显著、最重要的方法,请问工件淬火后,能否直接使用? 为什么? 【板书】 淬火工件 组织:马氏体+A 残,不稳定。 性能:硬度高,强度大,脆性大,内应大。 结论:不能直接使用。淬火后紧接着进行回火。 【板书】第五节 钢的回火 回火 将淬火钢加热到 Ac1 以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处 理工艺。 【交流与讨论】 回火的组织与冷却方式无关, 只温度有关。 请思考采用何种冷却方式最经济? 一、回火目的(教师边讲边分析) 1.减少或消除淬火应力; 2.获得所需要的力学性能; 3.稳定组织,稳定尺寸。 二、淬火钢在回火时组织和性能变化 1、组织的变化 (1) 80℃~200℃ 马氏体分解 → 回火马氏体 200℃~300℃ 残余奥氏体也开始分解 (特殊细小的 Fe2。4C) (2) 300℃~400℃ Fe2。4C→Fe3C (3) 400℃~500℃ 回火托氏体 (细小的 Fe3C) (4) 500℃~650℃ 回火索氏体 (球状 Fe3C + F) 2、 性能的变化 【交流与讨论】45 钢力学性能与回火温度的关系如图 5-16 所示,请分析随着回火温度的升 高,强度、硬度、塑性和韧性是如何变化的?并由此完成以下结论的填充。 结论:随着回火温度的升高,钢的强度、硬度_________,塑性、韧性_________。 (推而广之,其他淬火钢回火) 【板书】随着回火温度的升高,钢的强度、硬度降低,塑性、韧性提高。 三、回火的分类和应用(教师边讲边分析) 分类 低温回火 中温回火 高温回火 温度 150℃~250℃ 250℃~500℃ 500℃~650℃ 组织 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体 性能 高的硬度和耐磨性,有 具有高的弹性强度、屈服点 具有良好的综合力学性 一定的韧,内应力降低。 和适当的韧性,内应力基本 能,内应力全部消除。 消除。 应用 主要用于高硬度工具和 主要用于弹性零件和热模具 广泛用于受力构件的热 耐磨件的回火。如刀具、 的回火。 处理。如主轴、曲轴、连 冷模具、量具、滚动轴 杆、螺栓、齿轮等。 承、渗碳件等。
48

【板书】综合力学性能:强度、硬度、塑性和韧性良好配合的性能。 调质处理:淬火与高温回火相结合的热处理。 调质处理与正火相比,不仅强度较高,而且塑性、韧性远高于正火钢。(见表 5-8) 原因 调质处理 正火 组织 回火索氏体 索氏体 Fe3C 形态 球粒状 薄片状 【小结】学习内容 回火 一、回火目的 二、淬火钢在回火时组织和性能变化 三、回火的分类和应用 学习重点 回火工艺、目的、分类和应用。 【作业】一、活动与探究 二、书面作业(略)

49

课 题:第六节 钢的表面热处理(2 课时) 教学要求:1、理解钢的表面热处理; 2、初步了解表面淬火和化学热处理的常用方法。 教学重点:感应加热表面淬火,渗碳、渗氮工艺特点。 教学难点:感应加热表面淬火原理。 教学过程: 【交流与讨论】发动活塞、齿轮、链条这类零件,受冲击载荷、交变载荷作,心部需保持足 够的塑性和韧性,但表面受摩擦、磨损,要求零件表面硬度高、耐磨。想一想冶炼厂能炼出 这种要求表面硬而心部软材料吗?采用整体淬火或正火能达到这种要求吗? 【板书】表面热处理:使零件表层具有高的硬度和耐耐磨性,而心部具有足够的塑性和韧性 的热处理。 一、表面淬火 表面淬火(阅读教材内容,观察图 5-20) (1)火焰加热表面淬火 火焰 乙炔-氧火焰(3200℃) 淬硬层 2~6mm. 特点 a 设备简单; b 加热温度不易控制,淬火质量不够稳定; c 适用于单件或小批量生产。 2、感应加热表面淬火 原理 (阅读教材内容,观察图 5-21) 淬硬层 电流频率 淬硬层 高频感应加热(200~300 千赫) 1~2mm 中频感应加热(1~10 千赫) 3~8mm 工频感应加热(50 赫) 10~15mm 特点 a 加热迅速(几秒到几十秒) ,生产率高; b 淬硬层易于控制,淬火质量好,淬火变形小; c 易于实现机械化,自动化,适用于大批量生产; 3、激光表面淬火(指导阅读教材内容) 二、化学热处理 (指导阅读教材内容) 化学热处理基本过程——分解、吸收、扩散 1、渗碳 渗碳方法 固体渗碳、盐浴渗碳、体渗碳 渗碳材料 低碳钢或低碳合金钢 渗碳层 0.5mm~2mm 渗碳层含碳量 0.85%~1.05% 注意:渗碳还必须进行淬火和低温回火。 2、渗氮 渗氮方法 气体渗氮、离子渗氮 特点 a 渗氮温度低(500~600℃),渗氮后不用淬火,零件变形小; b 渗氮层具有很高的表层硬度和耐磨性; c 渗氮后具有很好的耐蚀性; d 渗氮的周期长,成本高,不宜承受集中的载荷, 3、碳氮共渗(指导阅读教材内容) 【小结】学习内容
50

表面热处理 一、表面淬火 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 激光表面淬火 二、化学热处理 渗碳 渗氮 碳氮共渗 学习重点 感应加热表面淬火,渗碳、渗氮工艺特点 【作业】 (略)

51

第六章

合金钢

课 题:第一节 合金钢的优良性能(1 课时) 教学要求:1、掌握合金钢及其优良性能; 2、明确红硬性,合金钢为什么易淬透。 教学重点:合金钢及其优良性能。 教学难点:合金钢易淬透。 教学过程: 【复习】1、什么叫碳钢?碳钢材料有哪些特点? 【引入新课】随着工业和科学技术的不断发展,对钢材的要求也越来越高。如大型重要的结 构零件,要求具有更高的综合力学性能;切削速度较高的车刀,要求更高的硬度、耐磨性和 红硬性;大型的电站设备、军事设备、化工设备、航空发动机械等,不仅要有高的力学性能, 而且还要求具有耐蚀、耐热、抗氧化等特殊物理、化学性能需求。显然,碳钢是不能满足这 些要求,于是人们就研制各种合金钢,以适应日益发展的科学技术和工业生产的需要。 【板书】合金钢 为改善钢的性能,特意加入一种或数种合金元素的钢。 (强调:合金元素是特意加入的。 ) 常见的合金元素 硅、锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛、铝、硼、铌、锆和稀土 Si、Mn、Cr、Ni、 W、 Mo、V、Ti、AI、B 、Nb、Zr 、Re 【新闻联接】

稀土元素
稀土的英文是 Rare Earth,意即“稀少的土”。其实这不过是 18 世纪遗留给人们的误会。1787 年后人们相继发现了若干种稀土元素,但相应的矿物发现却很少。由于当时科学技术水平的限 制,人们只能制得一些不纯净的、像土一样的氧化物,故人们便给这组元素留下了这么一个别 致有趣的名字。 其实稀土元素是钪、 钇和镧等 17 种元素的总称。 我国是稀土储量最丰富的国家, 占全世界总储量的 70%。内蒙古包头钢铁公司主要冶炼稀土金属,包头市有“稀土之城”之美 誉。 稀土被人们称为新材料的“宝库”,是各国科学家,尤其是材料专家最关注的一组元素,被 美国、 日本等国家有关政府部门列为发展高技术产业的关键元素。 稀土除具有金属通用性以外, 还具有自己的一些“绝招” 。钢中加入适量稀土,可细化晶粒,改善加工性能 ,提高钢的耐高 温、抗腐蚀的本领。铸铁中加入稀土,可大大提高铸铁的塑性。另外,稀土还可很好地改善玻 璃、陶瓷的性能 。

【板书】第一节 合金钢的优良性能 【讲解】 合金元素在钢中不仅与铁和碳这两个基本元素发生作用, 而且合金元素之间也可能 相互作用,从而使合金钢具有优良的性能。 【板书】一、力学性能好 1、合金元素溶入铁后,形成合金铁素体,使铁素体的强度和硬度提高。 2、合金元素能与碳形成较稳定的特殊碳化物,显著提高钢的强度、硬度和耐磨性, 而对塑性和韧性影响不大。 二、红硬性高

52

【讲解】合金元素在淬火时大部分能溶入马氏体,因而在回火过程中,合金元素对扩散过程 起阻碍作用,使马氏体不易分解,碳化物不易析出,使钢在回火过程中硬度下降较慢。淬火 钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回火性。 高的耐回火性使钢在较高的温度条件下,仍能保持高硬度和耐磨性。 【板书】红硬性 金属材料在高温(>550℃)下保持高硬度(≥60HRC)的能力。 金属材料 碳钢 合金钢 保持 60HRC 的温度 200℃ 600℃ 【讲解】制造刀具只能在以下保持高硬度,而的红硬性最高可达。红硬性高的材料可用于制 造切削速度高的刀具,在金属切削加工中发挥重要作用。 【板书】三、淬透性好 原因 合金元素(除钴外)溶入奥氏体后,能增加过冷奥氏体的稳定性,从而使 C 曲线右移,减小了钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性。 碳 钢 合金钢 牌 号 45 40CrNiMoA 淬透层(mm.) 18 100 (水冷) (油冷) 【设问】淬透性好的钢有何优点?(教师指导阅读相关内容。) 【板书】四、具有特殊的物理、化学性能 【讲解】一些合金元素合加入钢后,能使钢具有一些特殊的物理、化学性能。加入铬、镍、 钼等合金元素可使钢有很好的耐腐蚀性和耐热性;若加入 11%~14%的锰元素,钢将具有特 别高的耐磨性。钢的这些特殊的物理、化学性能,使钢发挥着特殊的作用。 【材料史话】

合金材料左右着战争的胜负
1916 年,第一次世界大战期间,法国索玛河畔的战场上,英、德两国军队 用猛烈的炮火相互射击,双方的士兵都隐蔽在战壕里,谁也不敢“越雷池一步” 。 9 月 15 日黎明,英军又开始炮击,德军照常还击。突然,从英军陈地发出一隆 隆的怪声。不一会,许多像大铁盒似的庞然大物向德军陈地直冲过来。这些大家 伙没有轮子却能快速奔跑,炮弹不断从它的两侧飞出来,德军慌忙向它射击,可 是子弹一打上就反弹回来,很快就突破德军防线。这种驰骋疆场,越障跨壕,不 怕枪弹,无所阻挡,能攻能防的怪物就是坦克(如图 6-1) ,它在战场上一出现 就显示出巨大的威力。可是过了不久,所向披靡的英国坦克,出乎意料地被德国 的一种特殊炮弹击穿了。英方很恼火,经反复化验才知道,德军炮弹壳里含有少 量的金属钨,钨和钢中的碳结合,生成很硬的碳化钨,用这种钢制成的炮弹穿透 力很强,所以能摧毁坦克。然而, “道高一尺,魔高一丈 ” 。英国人在制造坦克 装甲的钢中加入了少量的铬、锰、镍和钼后,硬度超过了钨钢炮弹。这种钢板仅 有原来钢板厚度的 1/3,但防弹能力很强,德军炮弹再也打不透了。

【小结】学习内容 合金钢 合金钢的优良性能 一、力学性能好 二、红硬性高 三、淬透性好 四、具有特殊的物理、化学性能 学习重点 合金钢及其优良性能。 【作业】 (略)
53

课 题:第二节 合金钢的分类和牌号(1 课时) 教学要求:了解合金钢的分类,掌握合金钢牌号的表示方法; 教学重点:合金钢牌号的表示方法。 教学难点:合金钢牌号的表示方法。 教学过程: 【复习】1. 45、60、T7、T12 分别属于哪类碳钢?请说出它们的含碳量。 2. 请说出 Mo、V、Cr、Ni、W、Ti、AI、B 、Si、Mn、Nb、Zr 分别表示什么元素? 【引入新课】合金钢的品种很多。为便于生产、管理和使用,必须对其进行科学的分类、命 名和编号。 【板书】一、合金钢的分类 1.按合金元素含量分类 低合金钢 合金元素总含量≤5%; 中合金钢 合金元素总含量 5%~10%; 高合金钢 合金元素总含量≥10%。 2.按主要用途分类 合金结构钢 主要用于制造重要的机械零件和工程结构; 合金工具钢 主要用于制造重要工具; 特殊性能钢 具有某些特殊物理、化学性能的合金钢。如不锈钢、耐磨钢等。 (强调: 同学们应懂得,合金钢的价格较碳钢贵, 一般在碳钢难于胜任工作时才考 虑使用合金钢。) 二、合金钢的牌号的表示方法 1. 合金结构钢牌号的表示方法 (指导学生阅读教材相关内容, 共同完成以下内容。 )

例 40Mn2 表示含 C:0.40% ,Mn:2.0% 20Cr2Ni4 表示含 C:0.20% ,Cr:2.0%,Ni:4.0% 若高级优质钢,则在牌号后加“A”,特级优质钢在牌号后加“E”。 例如 20Cr2Ni4A。 【练习】请说出下列合金结构钢牌号的含碳量和合金元素含量。 20Cr 37CrNi3 2.合金工具钢牌号的表示方法(指导学生阅读教材相关内容,共同完成以下内容。 )

例 3Cr2W8V 表示含 C:0.30% ,Cr:2.0%,V:1.0% Cr12MoV 表示含 C≥1.0%,Cr:12.0%,V:1.0% 【练习】请说出下列合金工具钢牌号的含碳量和合金元素含量。 9CrSi CrWMn 【交流与讨论】合金结构钢和合金工具钢牌号表示:
54

不同点是: _______________________________; 相同点: _________________________________。 3.特殊性能钢牌号的表示方法 【讲解】特殊钢的牌号表示方法基本上与合金工具相同,只是当含碳量在 0.03%~0.1%之间 时,牌号中用 0 表示;当含碳量≤0.03%时,牌号中用 00 表示。例如不锈钢的牌号有 2Cr13、 0Cr18Ni9、00Cr30Mo2 等。 【板书】不锈钢 2Cr13、0Cr18Ni9、00Cr30Mo2 滚动轴承钢 GCr15SiMn 表示平均含 Cr:1.5%、Si:1.0%、Mn:1.0%的滚动轴承钢。 【小结】学习内容 一、合金钢的分类 二、合金钢的牌号的表示方法 学习重点 合金钢牌号的表示方法 【作业】 (略)

55

课 题:第三节 合金结构钢(2 课时) 教学要求:1、明确合金结构钢的类别; 2、掌握各类合金结构钢的典型牌号、性能、热处理和用途。 教学重点:合金结构钢的典型牌号、性能、热处理和用途。 教学难点:合金结构钢的用途。 教学过程: 【复习】1.普通碳素结构钢的牌号是如何表示的?请说明牌号Q235-A.F 的意义。 2.请说明合金结构钢的含义。 【板书】第三节 合金结构钢(教师边讲解边启发边图示边板书,完成以下内容。 ) 类别 成分特点 最终热处理 性能 用途 低合金高 低碳低合金 一般不进行 强度较高,塑性、韧性 Q345 南京长江大桥 强度结构钢 C<0.2% 热处理 和焊接性良好,冷脆 Q420 江西九江大桥 Q345-A 合金<3% 转变温度低。 Q460 “鸟巢”(观图) 合金渗碳钢 低碳合金钢 渗碳、淬火 20CrMnTi C: 0.10%~0.25% 低温回火 表面硬度高、耐磨, 心部具有足够的塑 性和韧性。 综合力学性能好。 制造重要的渗碳件。如 汽车变速齿轮、 凸轮轴、 活塞销 制造重要的受力构件。 如机床主轴、 发动机轴。

合金调质钢 中碳合金钢 40Cr C: 0.25%~0.50% 合金弹簧钢 中高碳合金钢 60Si2Mn C:0.45%~0.70%

淬火、 高温回火 淬火、 中温回火

具有高的弹性强度、 制造重要的弹簧、板簧。 高的疲劳强度和足够 (直径>15 mm) 的韧性。 具有高的硬度、耐磨 性、弹性强度、疲劳 强度及一定的韧性。 制造滚动轴承,也可制 作模具、量具。

滚动轴承钢 高碳低铬 GCr15 C:0.95%~1.05%
Cr:0.45%~1.65%

淬火、 低温回火

【小结】学习内容 合金结构钢 低合金高强度结构钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢 学习重点 合金结构钢的典型牌号、热处理、性能和用途 【作业】 (略)

56

课 题:第四节 合金工具钢(2 课时) 教学要求:1、明确合金工具钢的类别; 2、掌握各类合金工具钢的典型牌号、性能、热处理和用途。 教学重点:高速钢的牌号、性能、热处理和用途。 教学难点:高速钢性能与热处理的关系。 教学过程: 【复习】1. 4Cr9Si、CrWMn 属于合金结构钢还是合金工具钢?请说含碳量和合金元素含量。 2.请说明合金工具钢的含义。 【板书】第四节 合金工具钢(教师边讲解边启发边图示边板书,完成以下内容。 ) 类别 成分特点 最终热处理 性能 用途 一、合金刀具钢 低合金刀具钢 高碳低合金 淬火、 具有高的硬度、耐磨 制作制造尺寸较大、切 9CrSi C:0.8%~1.5% 低温回火 性、红硬性 300℃~ 削速度较低、形状比较 CrWMn 合金<5% 400℃, 最大切削速 复杂、 要求淬火后变形 度 8 米/分。 小的刀具。如拉刀等。 (介绍材料史话) 高速钢 高碳高合金 高温淬火、 具有高的硬度、耐磨 制造切削速度较高的刀 W18Cr4V C:0.7%~1.05% 多次高温回火 性,红硬性较高( 具(如车刀、铣刀、钻 (18-4-1 钢) 合金>10% (观察图示) 600℃)。 头等)和形状复杂、载 W6Mo5Cr4V2 荷较重的成型刀具(如 (6-5-4-2 钢) 齿轮铣刀、拉刀等)。 二、合金模具钢 冷模具钢 高碳高铬 淬火、 具有高的强度、硬度、 制造大型冷模。如冷冲 Cr12 C≥1.0% 低温回火 耐磨性。 模、冷挤压模、拉丝模 Cr12MoV Cr>12.0% 等。 热模具钢 中碳合金钢 淬火、 具有高的热强性、良 制造使金属在高温下成 3Cr2W8V C:0.30%~0.60% 低温回火 好的韧性、一定的硬 型的模具。如热锻模、 5CrMnMo 度和耐磨性。 热挤压模和压铸模等。 三、合金量具钢 量具用钢具有高硬度(62~65HRC)、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。 简单量具用碳钢制造,精密量具用低合金刀具钢、滚动轴承钢制造。 【小结】学习内容 合金工具钢 一、合金刀具钢 1、低合金刀具钢 2、高速钢 二、合金模具钢 1、冷模具钢 2、热模具钢 三、合金量具钢 学习重点 高速钢的牌号、性能、热处理和用途。

57

【作业】 (略)

课 题:第五节 特殊钢(2 课时) 教学要求:1、掌握不锈钢的类别、牌号、组成、性能和主要用途; 2、了解耐热钢、耐磨钢的牌号、性能特点和用途。 教学重点:不锈钢的牌号、组成、性能和主要用途。 教学难点:耐热钢和耐磨钢性能特点。 教学过程: 【引入新课】 请问碳钢材料的耐腐蚀性能如何?它的腐蚀速度如何?我们人类对碳钢的耐腐 蚀并不是束手无策的,通常采用刷油漆、喷塑、镀锌、镀铬等方法进行防腐处理。然而,这 些防腐都存在这样或那样的缺陷(如??) ,哪么有没有不会生锈的钢?回答是肯定的。 【板书】一、不锈钢 是指能抵抗大气或其它介质腐蚀而不生锈的钢。 【讲解】美观、耐蚀的不锈钢是一种应用十分广泛,大家非常熟悉的金属材料。我们通常讲 的不锈钢是指能抵抗大气或其它介质腐蚀而不生锈的钢。 【材料史话】不锈钢不生锈这一独特的性能,是 1913 年英国材料专家哈里.布里尔和偶然 发现和发明的。当时,他试验用不同成分的合金钢研制枪管材料,约一个月后,他竟意外地 发现有一种枪管材料没有腐蚀生锈,于是他赶紧去检测了这种钢的化学成分,发现是含 Cr 为 13%的合金钢,世界上第一种不锈钢就这样诞生了。经过将近 100 年的发展,不锈钢已成 为品种较多,与我们联系很密切的材料了。 【板书】 1、铬不锈钢 2、铬镍不锈钢 (Cr13 型) (18-8 型、奥氏体不锈钢) 牌号 1Cr13、2Cr13 3Cr13、4Cr13 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 成分特点 低碳高铬 中碳高铬 低碳高铬镍 热处理 淬火+高温回火 淬火+低温回火 淬火 组织 回火索氏体 马氏体 奥氏体 性能 在大气、水和弱腐蚀介质 在大气、水和弱腐蚀介质 耐腐蚀很好。塑性、韧性 中耐腐蚀能力好,塑性、 中耐腐蚀能力好,强度、 好,无铁磁性。 韧性好,具有铁磁性。 硬度高,具有铁磁性。 制造强腐蚀介质(如盐 用途 制造家用物品及弱腐蚀条 制造要求不锈的弹簧、滚 酸、硝酸)工作的结构零 件下受冲击载荷的零件。 动轴承、量具、医疗器械 件。如化工厂的反应釜、 如茶杯、刀具、螺栓、螺 及在弱腐蚀条件下工作的 吸收塔、贮槽;也广泛用 母、汽轮机叶片等。 强度要求较高的耐蚀零件。于装潢、装饰材料。 【交流与讨论】 现在有 1Cr13 和 1Cr18Ni9 两种不锈钢, 请问用什么方法可以把它鉴别出来? 【板书】二、耐热钢 通常把在高温下具有高的抗氧化性能和较高强度的钢称为耐热钢。 1.抗氧化钢 4Cr9Si2、1Cr13SiAI 制造在高温(<650℃)下工作,但强度要求不高的零件。 如各种加热炉的炉底板、渗碳处理用的渗碳箱等。 2、热强钢 15CrMo、4Cr14Ni14W2Mo 制造 600℃以下工作的零件,如汽轮机叶片、大型发动机排气阀等。 【新闻联接】
2002 年,我国武汉钢铁公司成功冶炼出性能优异 的耐热钢──耐火耐候钢,这种钢耐高温达到 1200℃ 以上,使用我国建筑用钢、耐热钢冶炼挤身于国际领 先的地位。

【板书】三、耐磨钢(.哈德菲尔德) 牌号 ZGMn13—1、ZGMn13—2、ZGMn13—3 和 ZGMn13—4。
58

成分 C:0.9~1.4%, Mn:11~14% 特点 1、热处理后的的高锰钢,硬度很低,塑性、韧性很好。 2、受到强烈冲击、强大压力和剧烈的摩擦时,显示高耐磨性。 3、极易产生加工硬化,难于进行切削加工,故应尽量避免对铸件进行加工。 用途 制造坦克履带、挖掘机铲齿、铁道道岔、球磨机衬板等。 【小结】学习内容 一、不锈钢 1、铬不锈钢 2、铬镍不锈钢 二、耐热钢 1、抗氧化钢 2、热强钢 三、耐磨钢 学习重点 不锈钢的牌号、组成、性能和主要用途。 【作业】 (略)

59

第七章

铸铁

课 题:第一节 铸铁的石墨化(1 课时) 教学要求:1、掌握铸铁概念,明确中国在铸铁冶炼方面作出的贡献; 2、明确铸铁的石墨化及其影响因素。 教学重点:铸铁概念,影响石墨化的主要因素。 教学难点:冷却速度对石墨化的影响。 教学过程: 【引入新课】学习讨论完碳钢、合金钢的知识,今天我们将开始学习讨论铸铁的有关知识。 【板书】铸铁:含碳量大于 2.11%的铁碳合金。 工业铸铁 C:2.5%~4.0%之间,Si、Mn、S、P 含量较高。 【讲解】铸铁在机械制造中应用很广。按质量百分比计算,在农业机械中约占 40%~60%,汽车制造业中约占 50%~70%,而在机床和重型机械中约占 60%~90%。 【材料史话】专家研究发现:中华民族是世界上最早发明生铁冶炼的国家,我们的祖先远在 三千年前就掌握了一些冶铁、炼钢、铸锻和热处理的技艺,比欧洲各国要早 2000 多年,对 世界文明与人类进步作出过重要的贡献。为此,有专家认为“生铁冶铸技术”应排在我国古代 发明的第一位。 【板书】第一节 铸铁的石墨化 【设问】何为石墨?它的性能如何?(教师指导阅读“你知道吗?” ) 【讲解】在铸铁中,碳可以渗碳体(Fe3C)形式存在,也可以石墨的形式存在。 【板书】一、石墨化 碳原子以石墨形式析出的过程。 (断口呈银灰色) 白口化 碳原子以渗碳体(Fe3C)形式析出的过程。 (断口呈银白色) 【讲解】在常用的铸铁中,绝大部分都以石墨形式的形式存在,因此,很有必要深入讨论铸 铁石墨化的知识。 【板书】二、影响石墨化的因素 1、化学成分的影响(教师指导学生自学教材相关内容) 促进石墨化元素 C 、Si 强烈 P 微弱 阻碍石墨化元素 S 强烈 Mn 微弱 【讨论】从促进石墨化考虑,应如何控制化学成分? 【板书】2、冷却速度的影响(教师指导学生自学教材相关内容) 冷却速度越慢,越有利于石墨化; 冷却速度越快,越有利于白口化。 结论: 提高浇注温度, 增大铸铁件的厚度, 降低材料的导热性都有利于促进石墨化。 【观察与思考】
冷却速度与化学成分对石墨化的影响如图 7-1 所示。 从图中可以看出: 铸件越____,碳、硅含量越____,越易形成灰口组织; 铸件越____,碳、硅含量越____,越易形成白口组织。 因此 ,调整碳、硅含量,控制冷却速度是确保所需铸 铁组织和性能的重要措施。

60

【小结】学习内容

铸铁:含碳量大于 2.11%的铁碳合金。 C:2.5%~4.0%,Si、Mn、S、P 含量较高。
一、石墨化 白口化 二、影响石墨化的因素 1、化学成分的影响 2、冷却速度的影响 学习重点 铸铁概念,影响石墨化的主要因素。 【作业】 (略)

61

课 题:第二节 铸铁的分类和性能(1 课时) 教学要求:明确铸铁分类和组织,掌握铸铁的优良性能; 教学重点:铸铁分类、组织、优良性能。 教学难点:理解铸铁的优良性能。 教学过程: 【复习】1、何为铸铁? 2、何为白口化、石墨化?化学成分和冷却速度是如化影响铸铁石墨化的? 【板书】一、铸铁的分类 1、按铸铁中碳的存在形式分类 分类 白口铸铁 灰口铸铁 麻口铸铁 碳的存 在形式 断口特征 应用 渗碳体 (Fe3C) 银白色 制造机犁铧、轧辊、球 磨机磨球、可锻铸铁毛 坯,炼钢原料。 2、铸铁中的石墨形态分类 灰铸铁 可锻铸铁 片状 团絮状 石墨 渗碳体+石墨

灰色 应用广泛。

灰白相间成麻点 没有应用价值。

分类 石墨 形态

球墨铸铁 球状

蠕墨铸铁 蠕虫状

(教师指导观察显微组织图 7-7、7-12 、7-16 和 7-20) 二、铸铁组织 金属基体 + 石墨 F P F + P 三、铸铁的优良性能 【讲解】因常用铸铁组织中的石墨割裂了金属基体,破坏了金属基体的连续性,严重削弱了 金属基体的强度、塑性和韧性,所以常用铸铁力学性能明显比钢差。然而,正是由于石墨的 存在,铸铁具有许多钢所不及的优良性能。 【板书】铸造性好 熔点低,结晶区间小,而且流动性好,收缩性小。适合浇注形状复杂的 零件或毛坯。 切削加工性好 切削易脆断,刀具不易磨损。 减摩 石墨本身具有润滑作用,常用铸铁制造机床导轨、车轮制动片等。 减震 减震能力比钢大十倍。常用作承受震动的零件,如机床床身、机器的支架、 底座等。 缺口敏感性小 对孔、键槽等缺口并不敏感。 【小结】学习内容 一、铸铁的分类 二、铸铁的组织 三、铸铁的优良性能 “两好、两减、一小”
62

学习重点 铸铁分类、组织、优良性能。 【作业】 (略) 课 题:第三节 灰铸铁(2 课时) 教学要求:1、知道灰铸铁成分、生产,掌握灰铸铁的牌号、组织、性能和用途; 2、了解灰铸铁的热处理。 教学重点:灰铸铁的牌号、性能和用途。 教学难点:从灰铸铁的组织理解力学性能。 教学过程: 【复习】1.按铸铁中石墨存在形态,按铸铁可分为哪儿类? 2.从化学成分这个角度考虑,如何促进石墨化? 【板书】 第三节 灰铸铁 3 【讲解】灰铸铁密度为 7.25×10 Kg/m3,熔点在 1150~1250℃,它是工业上应用最为广泛的 铸铁。在各类铸铁中,灰铸铁的产量约占 80%以上。 【板书】一、灰铸铁的生产和成分 1、生产

(教师指导观察图 7-5、7-6) 2、化学成分 【交流与讨论】 灰铸铁以片状石墨存在, 从石墨考虑我们应如何控制化学成分? (高碳、 硅, 低硫。) (教师指导阅读表表 6-1) 二、灰铸铁的组织和性能 1、组织 F + 片状石墨 (F-P)+片状石墨(指导观察图 7-7 灰铸铁的显微组织) P + 片状石墨 2、性能 (1)力学性能差:抗拉强度低,塑性、韧性差。 原因:片状石墨严重割裂了金属基体,极大地破坏了金属基体的连续性。 【设问】灰铸铁的力学性能差,抗拉强度<300MPa,能否通过细化晶粒的方法来提高力学 性能?(可以) 【板书】孕育铸铁:往生铁水中加入硅铁,?30 mm 铸铁棒由 186MPa 提高到 300MPa。 (2)铸造性好,切削加工性好,减摩、减震,缺口敏感性小。 三、灰铸铁的牌号和用途 1、牌号 HT200 表示抗拉强度为 200MPa 的灰铸铁。 2、用途 主要用于制造承受压力、要求减震、减摩以及许多力学性能要求不高而形状复 杂的零件。如机床的床身、导轨,机器的机架、底坐(台虎钳底坐、泵体),汽车、 拖拉机气缸、气缸套等。 HT200:制造机床的床身、机器的机架。 四、灰铸铁的热处理 【设问】碳钢我们可以通过淬火进行强化(即提高强度硬度) ,灰铸铁能否通过淬火进行强 化?(请阅读教材相关内容) 【板书】灰铸铁不能通过热处理进行强化。
63

【讲解】灰铸铁不能通过热处理进行强化,但仍可以通过退火等热处理改善其他性能。 【板书】1、去应力退火 消除铸件内应力 加热 500~600℃ 保温 冷却 随炉冷却至 150~200℃,出炉空冷 2、高温退火 降低硬度,改善切削加工性 加热 850~900℃ 保温 2~5 小时 冷却 随炉冷却至 400~500℃,再出炉空冷 3、表面淬火 用于机床道轨表面、内燃机气缸内壁等 火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火等 【小结】学习内容 一、灰铸铁的生产 二、灰铸铁的组织和性能 1、组织 2、性能 力学性能差:抗拉强度低,塑性、韧性差。 其他性能:铸造性好,切削加工性好,减摩、减震,缺口敏感性小。 三、灰铸铁的牌号和用途 1、牌号 HT200 2、主要用于制造承受压力、要求减震、减摩以及许多力学性能要求不高而形状复杂 的零件。如机床的床身、导轨,机器的机架、底坐(台虎钳底坐、泵体),汽车、 拖拉机气缸、气缸套等。 四、灰铸铁的热处理 学习重点 灰铸铁的牌号、性能和用途。 【问题解决】
形状和大小一样的三块铁合金, 一块是低碳钢, 一块是灰铸铁,一块是是白口铸铁,用什么简便方 法可迅速将它们区分开来?

【作业】 (略)

64

课 题:第四节 可锻铸铁(1 课时) 教学要求:1、了解可锻铸铁成分、生产; 2、掌握可锻铸铁的组织、性能、牌号和用途。 教学重点:可锻铸铁的牌号、性能和用途。 教学难点:从可锻铸铁的组织理解力学性能。 教学过程: 【复习】 1.灰铸铁它是怎样生产出来的?它的牌号如何表示?它的性能又是怎样的?主要用 于制造哪些机械零件? 2. 可锻铸铁石墨形态是怎样的(观察图 7-12)?它是怎样生产出来的? 【板书】一、可锻铸铁的生产和成分

【交流与讨论】1、生产时为了得到白口渗碳体组织,我们应该如何控制碳、硅含量?(碳、 硅较灰铸铁低。) 2、为什么只适用制造薄壁零件? 【板书】二、可锻铸铁的组织和性能 1、组织 (观察图 7-11) 黑心可锻铸铁 F + 团絮状石墨 珠光体可锻铸铁 P + 片状石墨 2、性能 (观察表 6-5,并灰铸铁性能作比较) 力学性能:强度较高,有一定的塑性和韧性。 原因:可锻铸铁中的石墨呈团絮状,割裂金属基体的作用减轻。 切记:可锻铸铁不可锻造。 三、可锻铸铁的牌号和用途 1、牌号 KTH370-12 表示σ b 为 370 MPa、δ为 12%的黑心可锻铸铁; KTZ700-02 表示σ b 为 700 MPa、δ为 2%的珠光体可锻铸铁。 2、用途 主要用于制造形状复杂承受冲击的中小型薄壁零件。如板手、管接头、中 低压阀门、汽车后桥外壳等(观察图 7-13、7-14、7-15)。 【小结】学习内容 一、可锻铸铁的生产 二、可锻铸铁的组织和性能 1、组织 2、性能 力学性能:强度较高,有一定的塑性和韧性。 三、灰铸铁的牌号和用途 1、牌号 KTH370-12 KTZ700-02 2、用途 形状复杂承受冲击的中小型薄壁零件。 学习重点:可锻铸铁的牌号、性能和用途。
65

【作业】 (略)

课 题:第五节 球墨铸铁(2 课时) 教学要求: 1、掌握球墨铸铁的组织、性能、牌号和用途; 2、了解球墨铸铁成分、生产和热处理。 教学重点:球墨铸铁的牌号、性能和用途。 教学难点:从球墨铸铁的组织理解力学性能。 教学过程: 【复习】1、请问制造受力大的结构件如机床主轴、发动机曲轴应选用什么材料制造,为什 么?(优质碳素结构钢 45、合金调质钢 40Cr、38CrMoAIA 等。要求综合力学性能好。) 2、制造上述零件能否选用灰铸铁制造,为什么?(不能。灰铸铁的力学性能差。 ) 【引言】由于灰铸铁的力学性能差,一千多年来它的用途受到很大的限制。但是我们人类研 制新型铸铁的步伐从来就没有停止过。 (指导阅读教材的第五节材料史话) 【板书】第五节 球墨铸铁 一、球墨铸铁的生产和成分

促使铸铁中的碳结晶成球状石墨。 球化剂:a.纯镁 b.稀土镁 孕育处理 促进石墨化,并细化球墨铸铁的晶体。 孕育剂:硅铁合金、硅钙合金。 【设问】为保证球墨铸铁石墨化充分,我们应该如何控制碳、硅、硫、磷含量? (观察 6-6) 【板书】二、球墨铸铁的性能和牌号 1、性能 【讲解】球墨铸铁的研制成功是铸铁生产上的一次革命。球墨铸铁最突出的是力学性能好。 (指导阅读教材相关内容) 【板书】 (1)力学性能好,可与钢相媲美: 除塑性、韧性比钢略低外,其它性能与钢相近,屈服点甚至比钢还高。 (观察 6-8 抗拉强度、屈服点和伸长率) 原因:球墨铸铁的石墨呈球状,割裂金属基体的作用大大减小,金属基体可以充分 发挥作用。 (2)其它性能:铸造性好,切削加工性好,减摩、减震,缺口敏感性小。 2、牌号 【提问】灰铸铁、可锻铸铁的牌号是如何表示的?(学生回答) 【板书】例如 QT400-18 表示σ b 为 400 MPa、δ为 18%的球墨铸铁。 三、球墨铸铁的热处理 【提问】灰铸铁能否通过淬火来提高强度和硬度? 【板书】球墨铸铁能像钢一样进行进行各种热处理? 退火 降低硬度 ,改善切削加工性能; 正火 提高其强度和耐磨性; 调质处理 获得良好的综合力学性能; 等温淬火 获得高强度、高硬度和高韧性的性能。 四、球墨铸铁的用途
66

球化处理

机械制造可实现“以铁代钢,以铸代锻” 用于制造强度、 硬度、 韧性要求高, 形状复杂的零件。 发动机曲轴, 车床主轴。 (指 导观察图 7-18) 【交流与讨论】球墨铸铁具有哪些特点?(也作课堂小结) 【板书】1、球墨铸铁能像钢一样进行进行各种热处理; 2、力学性能好,可与钢相媲美; 3、 “两好两减一低” ; 4、价格低廉。 【作业】 (略)

67

课 题:第六节 蠕墨铸铁(1 课时) 教学要求: 1、掌握蠕墨铸铁的组织、性能、牌号和用途; 2、了解蠕墨铸铁成分、生产和热处理。 教学重点:蠕墨铸铁的牌号、性能和用途。 教学难点:从蠕墨铸铁的组织理解力学性能。 教学过程: 【复习】1、在灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中,哪一种铸铁的力学性能最差?哪一种铸铁 的力学性能最好? 2、蠕墨铸铁的石墨形态是怎样的? 【板书】一、蠕墨铸铁的成分和生产 1、成分(教师指导阅读教材相关内容,并作如下板书) 高碳、低硫、磷 2、生产

(教师指导阅读教材蠕化处理、孕育处理内容) 二、蠕墨铸铁的组织和牌号 (教师指导阅读教材相关内容,观察图 7-20) 1、组织 F + 蠕虫状石墨 (F-P)+ 蠕虫状石墨 P + 蠕虫状石墨 2、牌号 (教师引导复习灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的牌号。 ) RuT420 表示σ b 为 420 MPa 的蠕墨铸铁。 三、蠕墨铸铁的性能和用途 1、性能 力学性能:比灰铸铁好,比球墨铸铁差。 其他性能:铸造性好,切削加工性好,减摩、减震,缺口敏感性小。 2、用途 适宜于制造受热循环、抗热冲击,要求组织致密,强度较高,形状复杂的大型 铸件和大型机床零件。如机床立柱、缸套、气缸盖、制动盘、刹车毂、排气管、阀 体等。(观察图 7-21、7-22、 7-23) 【小结】学习内容 一、蠕墨铸铁的成分和生产 二、蠕墨铸铁的组织和蠕墨 1、组织 2、牌号 RuT300 三、蠕墨铸铁的性能和用途 1、性能 力学性能 其他性能 2、用途
68

学习重点:蠕墨铸铁的牌号、性能和用途。 【作业】 (略)

第八章

有色金属及硬质合金

课 题:第一节 铝及铝合金(2 课时) 教学要求: 1、掌握纯铝的性能、牌号和用途; 2、掌握铝合金的性能、牌号和用途。 教学重点:铝及铝合金的牌号、性能和用途。 教学难点:铝及铝合金的牌号。 教学过程: 【复习】 黑色金属:碳钢、合金钢、铸铁等。 金属材料 有色金属:铝、铜、镁、钛、金、银等金属及其合金等。 【引言】 (详见教材) 【板书】第一节 铝及铝合金 (教师介绍材料史话“攻克铝冶炼难关的人——霍尔” ) 一、工业纯铝 1、性能 3 密度小 2.7×10 Kg/m3,仅为铁的 1/3,是一种轻型金属。 导电、导热性好 仅次于银和铜。 银 铜 相同体质的导电性 1 0.64 相同质量的导电性 1 2 耐腐蚀性好 原因:铝在表面形成一层致密的氧化膜(AI2O3),将大气隔离而防止表 面进一步氧化。 注意:a、生活中铝制品炊具洗涤要注意保护氧化膜,且不能用肥皂洗涤; b、铝在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化现象。 塑性好 δ为 50%,ψ 为 80% 可加工成丝、线、片、棒、管、箔等型材。 2、牌号(教师指导阅读教材相关内容) 1A99,表示 99.99%的纯铝; 1A93,表示 99.93%的纯铝。 3、用途 工业纯铝主要用作食品、药品和烟草的包装,制作电线、电缆、电器和散热 器、配制铝合金及生活用品。(指导观察图 8-1、图 8-2、图 8-3) 【交流与讨论】
1989 年世界卫生组织确认,长期或大量摄入铝元素对人 体的脑组织和神经系统造成损害。建议限制能导致人体摄入 铝元素的各种应用。根据你的生活经验,这些受限制的应用 可能包括: 1.____________________________________; 2.____________________________________; 3.____________________________________。 (1.铝制炊具;2.食品、药品的铝箔包装;3 含铝的食 品添加剂,如明矾等。) 69

【板书】二、铝合金 1、变形铝合金 牌号(教师指导阅读教材相关内容) 2A11:表示 11 号铝铜合金; 5A50:表示 50 号铝镁合金。 变形铝合金 常用牌号 组织 性能 (1)防锈铝 3A21 AI-Mn 系 具有很好的耐腐蚀性(故称 5A50 AI-Mg 系 防锈铝) ,塑性优良,抛光 性好。 (2)硬铝 2A01 AI-Cu-Mg 系 强度较高,比强度与高强 2A11 度钢相近,耐腐蚀性差。 2A12 (3)超硬铝 7A04 AI-Cu-Mg-Zn 系 具有很高的强度,比强度 相当于超高强度钢。耐腐 蚀性差。 (4)锻铝 6A02 AI-Cu-Mg-Si 系 可锻造,力学性能与硬铝 相近。

用途 制造耐腐蚀、保光泽的零 件。如装饰材料、日用器 具,飞机、车辆的蒙皮。 主要用于航空业制造中等 强度的结构件。如飞机的 隔框、支架、叶片等。 主要用于航空业制造受力 大的结构件。如飞机的大 梁、起落架等。 适合制造航空及仪表工业 各种形状复杂、 要求比强度 较高的锻件。 如汽车控制臂 轿车轮圈、内燃机活塞等。

铝合金的热处理特点 【复习】碳钢、合金钢淬火后的性能是怎样的?(淬火后强度、硬度显著提高。 ) 【讲解】我们将可以淬火的铝合金(硬铝、超硬铝、锻铝)淬火后快速冷,性能是怎样变化 的?(教师指导阅读教材相关内容) 【板书】时效硬化:热处理后的铝合金随时间延长而发生硬化的现象。 时效硬化的应用:铝合金冷加工(如铆接、弯曲、卷边等)通常在淬火后的孕育期 内进行。 2、铸造铝合金 铸造铝合金 牌号 代号 用途 铝硅合金 ZAISi2 ZL102 用来制造质轻、耐蚀、形状复杂但强度要求不高 ZAISi7Mg ZL101 的铸件, 如发动机气缸、 手提电动工具、 带轮等。 铝铜合金 ZAICu5Mn ZL201 用于铸造高强度或高温条件下工作的零件。 铝镁合金 ZAIMg10 ZL301 用作腐蚀介质条件下工作的铸件,如氨用泵体、 泵盖及海轮配件。 【小结】学习内容 一、工业纯铝 性能:密度小,导电、导热性好,耐腐蚀性好,塑性好。 牌号:2A11、5A50 二、铝合金 1、变形铝合金 防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝 2、铸造铝合金 铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金等。 学习重点:铝及铝合金的牌号、性能和用途。 【作业】 (略)

70

课 题:第二节 铜及铜合金(2 课时) 教学要求: 1、掌握纯铜的性能、牌号和典型用途; 2、掌握黄铜、白铜、青铜的性能、牌号和用途。 教学重点:黄铜、青铜的性能、牌号和用途。 教学难点:黄铜、青铜性能与成分的关系。 教学过程: 【复习】通过铝及铝合金的学习,你认为铝是一种什么样的金属? 【引言】 (详见教材) 【板书】第二节 铜及铜合金 一、纯铜(紫铜、电解铜) (教师指导阅读纯铜第一段内容,板书出紫铜、电解铜) 1、优良性能 导电、导热性好 仅次于银。 耐腐蚀 原因:铜的化学活泼性差,一般难与其它物质发生化学作用。 塑性好 δ为 50%,ψ 为 70% 可加工成丝、线、片、棒、管、箔等型材。 2、牌号 一号铜 T1 99.95% 二号铜 T2 99.90% 三号铜 T3 99.70% 【提问】牌号 T7- T13 分别表示哪一类材料? 【板书】3、用途 主要用作导电材料,如电线、电缆、艺术品、加热器等。(教师引导观察教材 图示,并指出纯铜及其合金对于制造不允受磁性干扰的磁学仪器,如软盘、航空仪 表和炮兵瞄准环等具有重要价值。) 一、铜合金 1、黄铜 以锌为主加元素的铜合金。(教师引导阅读教材,明白黄铜的由来) (1)普通黄铜 铜锌合金 性能 耐腐蚀,铸造性好,加工性能好,七三黄铜塑性特好。 牌号 H + 数字 H90 表示平均含铜 90%、含锌 10%的普通黄铜。 用途 H90、H80 金色黄铜。常用于镀层、艺术装饰品、奖章、钱币及散热器等。 H70、H68 七三黄铜,具有优良的冷、热塑性变形能力,适用于冷冲压制造 形状复杂而要求耐蚀的管、 套类零件。 如弹壳、 乐器、 波纹管等, 故又有弹壳黄铜之称。 H62、H59 六四黄铜。强度较高,并有一定的耐用蚀性价格便宜,故广泛用 来制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件,如螺栓、螺 母弹簧及机器中的轴套等,有商业黄铜之称。 (2)特殊黄铜 普通黄铜中加入其它合金元素所组成的合金。 性能 锡黄铜(海军黄铜) 耐腐蚀。用于与海水和汽油接触的船舶零件。如螺旋桨。 铅黄铜 切削加工性能好。用于热冲压及切削加工零件,如螺钉、螺母、轴套。 牌号 H+主加元素符号+数字

71

例如 HPb59-1,表示含铜 59%、含铅 1%的铅黄铜。 2、白铜 以镍为主加元素的铜合金。 (教师引导阅读教材:1、明白白铜的由来;2、普通白铜和特殊白铜的性能、牌号) 3、青铜 除黄铜、白铜以外所有的铜合金。(教师引导阅读教材,明白青铜的由来 和历史) 牌号 Q + 第一个主加元素符号和质量分数+数字(其他合金元素的质量分数) 例如 QSn4-3 表示含锡 4%、含锌 3%、含铜 93%的锡青铜; QAI7 表示含铝 7%、含铜 93%的铝青铜。 性能和用途 锡青铜 耐腐蚀、耐磨、铸造性好。广泛用于制造耐磨零件(如轴瓦、轴套、 蜗轮)与酸、碱、蒸汽等接触的零件。 铝青铜 强度、硬度较高,耐腐蚀、耐磨、耐寒及受冲击时不发生火花。广泛 用于制造耐磨、耐蚀和弹性零件。如齿轮、蜗轮、轴套和弹簧等。 铍青铜 具有高的强度、硬度、耐磨性、弹性和疲劳强度;此外还有好的耐蚀 性、 导电性、 导热性、 耐寒性、 无磁性和受冲击时不发生火花等特性。 因此铍青铜广泛用于电子、 仪器、 航空等工业部门制作各种重要的弹 性元件、耐磨件、防爆零件及其他重要零件。如钟表齿轮、弹簧、电 接触器、电焊机电极、航海罗盘以及在高温下工作的轴承和轴套等。 【小结】学习内容 一、纯铜 性能:导电、导热性好,耐腐蚀性好,塑性好。 牌号:T1、T2、T3。 用途:导电材料 二、铜合金 1、黄铜 2、白铜 3、青铜 学习重点:黄铜、青铜的性能、牌号和用途。 【作业】 (略)

72

课 题:第三节 钛及钛合金(1 课时) 教学要求:掌握钛及钛合金的性能、牌号和典型用途; 教学重点:钛及钛合金的性能、牌号和典型用途。 教学难点:钛合金的牌号。 教学过程: 【复习】 QSn4-3 QAI7 H70 HMn58-2 【引言】 (详见教材) 【板书】一、纯钛 1、性能(教师指导阅读教材内容,并作如下板书) 3 密度小 4.5×10 Kg/m3,比铝重 1.7 倍,轻金属。 塑性好 δ为 36%,ψ 为 64%。 耐腐蚀好 在海水、蒸气抗腐蚀能力很强,超过铝合金、不锈钢。 2、牌号 TA1、TA2、TA3 3、用途 制造强度要求不高的各种耐蚀、耐热零件,如飞机蒙皮,火箭、发动机上 形状复杂的零件,也用于船舶、化工、日常生活及医疗器械方面。 二、钛合金 比强度高、耐蚀性好、耐热性高。 类别 α 型钛合金 β 型钛合金 α +β 型钛合金 主加元素 铝和锡 铬、钼、钒 铝、锡、铬、钼、钒 牌号 TA5、TA6、TA7 TB2 TC1、TC2、TC4 性能 热处理不能强化。耐热 具有较高的抗拉强度, 可以通过热处理得到强化。 性高,强度较高,塑性 良好的塑性及焊接性, 力学性能范围广,可适应 及焊接性良好。 但其生产工艺复杂,应 各种不同的用途,应用广 用较少。 泛。 【拓展视野】

钛合金人造骨
经科学检测证明,在目前所有的金属材料中,钛金属是唯一无毒且与人体组织及血液有良 好相溶性的金属,钛金属的这一优良的天然性能目前正在被医疗界广泛采用。以前使用的人造 骨节大多采用的是医用不锈钢,现在包括人造骨、手术刀和几乎所有的与人体亲密接触的医疗 器械,都在开始推广使用钛金属制造。第一个在医疗领域中广泛使用的钛合金是 1954 年美国研 制成功的 Ti-6Al-4V 合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和 生物相容性均较好, 而成为钛合金中的王牌合金。 世纪 80 年代中期便开始研制出无铝、 20 无钒、 具有生物相容性的钛合金,将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作, 并取得一些新的进展。例如,日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α +β 钛合金。

【小结】学习内容 一、纯钛 性能 密度小,塑性好,耐腐蚀好,耐腐蚀好。 二、铜合金 1、α 型钛合金 2、β 型钛合金 3、α +β 型钛合金
73

学习重点:钛及钛合金的性能、牌号和典型用途。 【作业】 (略) 课 题:第四节 黄金(1 课时) 教学要求: 1、了解黄金的作用及采集。 教学重点:黄金的性能。 教学过程: 【引言】请问你哪些地方可以看到黄金? (学生回答后,教师指导阅读教材引言。 ) 【板书】一、黄金的性能 1.赤黄色 纯金为赤黄色。九成金(90%Au-10%Ag)美丽悦目。 K金 K=4.1666%
K金 含金量 24K 100% 18K 75%
3

14K 58.3%
3

12K 50%

9K 37.5%

K 4.16%

2、密度大 19.3×10 Kg/m 。 3.塑性很好 1 克纯金可拉成 4000 米的金丝。 4.有很好的耐腐蚀性 原因:化学性能稳定, 5.有良好的导电性、导热性 二、黄金的作用 1、黄金是一种货币,具有保值功能; 2、理想的装饰材料; 3、在高科技科技领域发挥着独特的作用。 (教师指导完成下例填空) 工业上—— 电子工业—— 宇宙航天工业—— 【交流与讨论】
铝作为地壳中含量最高的金属元素,直到近代才被人们大量 运用,而金、银、铜在地壳中的含量很少,但人们却更早的使用 了这些材料,这里面说明了什么问题呢?

【板书】三、黄金的采集和冶炼 1、采集 每千吨矿石含有 3.5 克金就有开采价值。 黄金资源大国:南非、美国、中国、俄罗斯 2、冶炼 重选法 浮选法 2003 产金大国 南非 美国 澳大利亚 中国 俄罗斯 秘鲁 印度尼西亚 加拿大 376 吨 285 吨 284 吨 213 吨 182 吨 172 吨 163 吨 141 吨 【你知道吗】真假黄金鉴别方法 【小结】学习内容 一、黄金的性能 赤黄色,密度大,塑性很好,有很好的耐腐蚀性,导电性、导热性好。 二、黄金的作用 三、黄金的采集和冶炼 学习重点:黄金的性能。
74

【作业】 (略)

课 题:第五节 轴承合金(1 课时) 教学要求: 1、认识滑动轴承,了解滑动轴承合金的性能要求,理解滑动轴承合金组织中软 基体和硬质点的作用; 2、掌握锡基轴承合金、铅基轴承合金和铝基轴承合金的性能和用途。 教学重点:常用的三种滑动轴承合金的性能和用途。 教学难点:滑动轴承合金组织中软基体和硬质点的作用。 教学过程: 【复习】滚动轴承的工作特点是怎样的?它选用什么材料制造? 【引言】支撑机械的轴,除了滚动轴承,还有滑动轴承(教师指导阅读教材引言。 ) 【板书】第五节 轴承合金 一、轴承合金的性能要求 (教师指导阅读教材相关内容,强调性能上归突出的是: ) 软硬兼备 二、轴承合金的组织 ①与轴颈磨合; 软基体 ②承受轴的冲击; ③储存润滑油。 理想组织 硬质点 支承轴颈 (教师指导观察图 8-43) 滑动轴承合金的组织也可以硬基体上均匀分布着软质点。 三、常用滑动轴承合金 1、锡基轴承合金(锡基巴氏合金) 2、铅基轴承合金(锡基巴氏合金) 牌号 ZSnSb8Cu4 、ZSnSb16Cu6 ZPbSb15Sn5 、 ZPbSb16Sn16Cu2 软基体 ɑ固溶体 (ɑ+β )共晶体 硬质点 SnSb、Cu6Sn5 Cu2Sb 性能 硬度适中,塑性和韧性较好,导 强度、硬度、韧性均低于锡基 热性及耐蚀性良好,磨擦系小。 轴承合金,且磨擦系数大。 用途 一般用于制造重要的滑动轴承, 适用于制造承受中等载荷的轴 如发动机、汽轮机等高速轴承。 承。 3、铝基轴承合金 (1)铝锑镁轴承合 软基体 AI+ SbAI 组织 硬质点 SbAI 用途 大量应用在低速柴油机的轴承上。 (2)高锡铝基轴承合金 硬基体 AI 组织 软质点 球状锡 性能 具有高的疲劳强度,良好的耐热、耐磨和抗蚀性。 用途 在汽车、拖拉机、内燃机上广泛使用。 【小结】学习内容 一、轴承合金的性能要求 软硬兼备 二、轴承合金的组织 软基体上均匀分布着硬质点或硬基体上均匀分布着软质点。
75

三、常用滑动轴承合金 锡基轴承合金 铅基轴承合金 铝基轴承合金 学习重点:常用的三种滑动轴承合金的性能和用途。 【作业】 (略) 课 题:第六节 硬质合金(1 课时) 教学要求: 1、了解粉末冶金方法,认识硬质合金,掌握硬质合金的性能特点; 2、掌握常用硬质合金牌号和用途。 教学重点:常用硬质合金牌号和用途。 教学难点:常用硬质合金的用途。 教学过程: 【复习】何为红硬性?高速钢的红硬性温度是多少?它的刀具适合多少切削速度的加工? 【引言】铸铁零件如车床床身、汽车、拖拉机气缸是通过熔炼方法铸造得到的,请问除了熔 炼方法制造机械零件或工具,还有没有其它方法?回答是肯定的。 【拓展视野】

粉末冶金
粉末冶金是一种独特的冶金工艺方法,它以金属粉末(或金属粉末与非金属粉 末的混合物)作为原料,采用下图生产工艺制造的具有某些特殊性能的材料。

粉末冶金是一种无切削或少切削的加工方法,具有生率高和材料利用率高,节 省机床等优点。 但粉末冶金成本高、 模具费用高, 制品大小和形状受到一定的限制, 产品的韧性较差。 常用粉末冶金制作硬质合金、减摩材料、难熔金属材料(如钨丝、高温材料) 等。 世界上第一批硬质合金是 1926 年由德国克虏伯公司施勒特研制发明的。硬质 合金研制成功是机械加工上一次革命,它使机械加工切削速度达到了 32 米/分,红 硬性达 900℃~1000℃,为制造红硬性高,耐磨性更好的高速切削刀具开拓了广阔 的前景。

【板书】一、硬质合金 1、 硬质合金: 以一种或多种高硬度的难熔碳化物的粉末为主要成分,加入金属钴作 粘结剂,用粉末冶金方法制得的金属材料。 2、硬质合金性能特点 (1)硬度高,红硬性高,耐磨性好,抗压强度高; (2)抗弯强度低,韧性差,导热性差; (3)耐腐蚀性好,抗氧化性良好; (4)线膨胀系数小。 (教师指导阅读相关内容) 二、常用硬质合金 类别 牌号 硬基体 钨钴类硬质合金 YG3 YG6X YG8N 碳化钨 钨钴钛类硬质合金 YT5 YT15 YT30 碳化钨 碳化钛 通用硬质合金 YW1 YW2 碳化钨、碳化钛
76

组织 粘结剂 钴 钴 钴

用途 用于加工脆性材料。 如铸铁等。 用于加工塑性材料。 如一般钢材。 特别适用于加工不锈钢、耐热

碳化钽或碳化铌

钢、高锰钢等难加工的钢材。

(讲解牌号知识时,并作如下)板书 1、YG3 含碳化钨 97%、钴 3%的钨钴类硬质合金。 X-细颗粒。 YT30 含碳化钛 30%的钨钴钛类硬质合金。 YW2 2 号通用硬质合金。 2、同一类硬质合金中,含钴量较高者适宜粗加工;反之适宜于制造精加工。 【小结】学习内容 一、硬质合金 1、硬质合金 2、硬质合金性能特点 二、常用硬质合金 钨钴类硬质合金 钨钴钛类硬质合金 通用硬质合金 YG6 YT15 YW1 学习重点:常用硬质合金牌号和用途。 【作业】 (略)

77

第九章

非金属材料

课 题:第一节 高分子材料(1 课时) 教学要求:1、明确高分子材料含义,熟悉塑料的组织、性能特点,理解热塑性塑料和热固 性塑料。 2、初步了解常用的工程塑料组织、性能及用途。 教学重点:塑料的组织、性能特点。 教学难点:常用的工程塑料性能和用途。 教学过程: 【复习】可谓金属材料?截止第八章你学习了哪几大类金属材料? 【引言】长期以来,金属材料因具有良好的使用性能和工艺性能,在机械制造业中占主导地 位。但近几十年来,一些密度小、电绝缘性好、外形美观、性能优良、成本低廉的非金属材 料发展非常迅速,越来越多地应用于工业、农业、国防和科学技术各个领域,正逐步取代一 部分金属材料。有专家预言:在不久的将来,非金属材料在工程上的应用将超过金属材料。 本章学习讨论高分子材料、陶瓷、复合材料等三种非金属材料。 【板书】第一节 高分子材料 高分子化合物:分子量大于 5000 的化合物。 (教师指出:分子量小于 1000 的化合物称为低分子化合物。 ) 高分子材料:指以高分子化合物为主要组成的材料。 (教师指导阅读教材天然高分子材料和合成高分子材料) 一、塑料 可塑性的高分子材料 成分 树脂+添加剂 特点 密度小、耐磨、耐腐蚀、消音、绝缘性好,但易老化。 1.塑料的分类 (1)按塑料的热性能分类 热塑性塑料 如聚乙烯薄膜、聚酰胺(尼龙)等。 热固性塑料 如酚醛塑料、氨基塑料、ABS 塑料等。 (2)按塑料的应用范围分类 (教师指导阅读教材内容) 2.常用工程塑料 类别 性能特点 典型用途 聚乙烯 无毒、强度较高,耐腐蚀性,电绝 主要用于制造塑料薄膜(用于食品、药 (PE) 缘性好。 品包装)、家庭用品、医疗器械电线电 缆的绝缘的材料及管道、中空制品等。 (教师演示聚乙烯薄膜黏结温度和操作方法) 聚氯乙烯 软聚氯乙烯:强度较低,柔而韧, 主要用于薄膜(包装和农用) 、汽车 (PVC) 手感粘。 内饰品、手袋、人造革、标签、电线 电缆、医用制品等。 硬聚氯乙烯:强度较高,化学性 主要用于管材、门窗型材、片材等挤 质稳定,不易被酸、碱腐蚀,耐 出产品,以及塑料凉鞋、排水管、管 热较差。 接头、电气零件等。 聚酰胺塑料 具有较高的抗拉强度及良好的 (尼龙) 冲击韧性,且耐磨、耐疲劳、 (PA ) 耐油、耐水等综合性能。但吸
78

制作一般机械零件,如螺钉、螺母、轴 承、齿轮、、凸轮轴、蜗轮、管子、泵 及阀门零件等。

湿性大,在日光曝晒下或浸在 热水中都易老化。 ABS 塑料 坚韧、质硬、刚性好、易着色, 缺点是不耐高温,能燃烧。 广泛用于机械工业、电气工业、纺织工 业、化学工业、汽车、轮船等。例如,可 用 ABS 塑料制造电视机、洗衣机外壳,各 种玩具,电脑键盘,方向盘,仪表盘,车 辆灯罩等。 主要用作特殊性能要求的零件和设备。如 化工机械中各种耐腐蚀部件,耐磨零件如 自润滑轴承、耐磨片、密封环等。生产、 生活中各种塑料软管、垫片、胶带、生料 带 常用作要求透明的零件,如飞机挡风罩、 显示器屏幕、光学镜片、油标等。 广泛用于电器工业,如电绝缘板、电灯开 关、插座、整流罩等;也常用于制作摩擦 磨损零件,如轴承、齿轮、刹车片等。 主要用来生产各种餐具、日用品、纤维板、 装饰板、电器仪表外壳等。

聚四氟乙烯 (塑料王)

具有突出的耐低温、耐腐蚀、 耐候性、电绝缘性,化学稳定 性超过玻璃、陶瓷、不锈钢和 金,但力学性能和加工性能较 差。 透明,强度高,耐磨性 低,易老化。

聚甲基丙烯酸甲酯 (有机玻璃) 酚醛塑料 (电木)

耐热、绝缘、硬而耐磨,但脆 性大,光照易变色,加工性能 差。

氨基塑料

耐热、耐磨,易着色,价格低 廉, 【你知道吗】

塑料的“白色污染”

塑料制品在给我们人类带来福祉的同时,也给我们地球家园 造成触目惊心的“白色污染” ,一个白色塑料袋或泡沫饭盒在地 球降解消失需要 200 多年的时间, “白色污染”也是野生动物非 自然死亡的重要原因。 有人曾指出: “塑料是人类最愚蠢的发明” 。 因此,节减塑料制品的用量,不随便乱扔遗弃塑料制品,保护好 地球家园是我们每一个人的共同责任。

【小结】
塑料是一种与我们人类关系很密切的材料, 我们的生活中大量 使用着塑 料制品,请根据你的经验和认识谈谈塑料的优点和缺点。 塑料的优点____________________________________________

____________________________________________; 塑料的缺点____________________________________________。

【作业】 (略)

79

课 题:第一节 高分子材料(1 课时) 教学要求:明确橡胶的组成,掌握橡胶的性能特点,初步了解常用橡胶。 教学重点:橡胶的组成和性能特点。 教学过程: 【复习】何谓塑料,塑料的性能特点怎样的? 【引言】今天的课我们来讨论大家很熟悉的高分子材料橡胶。 【板书】二、橡胶 【交流与讨论】生活中哪些物品是橡胶制造的? 1.橡胶的组成 (1)生胶 天然橡胶 胶乳→凝固→干燥→加压→片状固体(观察图教材割胶图) 合成橡胶 丁苯橡胶、氯丁橡胶等 (2)配合剂 【材料史话】

橡胶生产上革命——硫化处理
天然橡胶是利用天然胶乳作为原料制得的。天然胶乳主要从原产于巴西,后盛产在泰国、马来 西亚、菲律宾、越南、印尼等国的三叶橡树中取得。由于天然橡胶(生胶)是线型高分子,物理与 力学性能都比较差,在受力较大或温度较高时,容易发生变形或脆裂,且形变后不能复原,因而天 然橡胶在 170 多年前并不是一种很有用东西。 然而, 天然橡胶命运却在 1839 年发生了彻底的改变, 英国橡胶商古德伊尔(Goodyear)一次意外将硫磺掉进生胶桶里,竟然意外地发现天然橡胶变成受热 不黏,遇冷不脆,弹性变得特别的好。受此启迪,古德伊尔和汉考特(Handcock)共同发明了橡胶生 产上革命——硫化处理,由此开创了天然橡胶生产和应用的新天地。尔后,随着人工橡胶的不断合 成和应用,橡胶已成为我们生活、生产的一种重要材料,大大丰富了人类现代生活。

【板书】硫化剂、促进剂、软化剂、补强剂、着色剂等。 2.橡胶的性能和应用 性能 橡胶具有很好的弹性和伸长率(100~1000%),良好的耐磨性、隔音性和绝 缘性,其缺点是易老化。 应用 橡胶的应用很广, 如机械制造中的密封件、 减震件; 电气工业中的各种导线、 电缆的绝缘件;橡胶的模压制品、橡胶带和热收缩管等在电气、电子工业和 日常生活也有广泛应用。 3.常用橡胶 (教师讲读教材内容或指导学生阅读教材内容) 【小结】学习内容 橡胶 一、橡胶的组成 (1)生胶 天然橡胶 合成橡胶 (2)配合剂 硫化剂、促进剂、软化剂、补强剂、着色剂等。 二、橡胶的性能 具有很好的弹性和伸长率(100~1000%),良好的耐磨性、隔音 性和绝缘性,其缺点是易老化。 学习重点: 橡胶的组成和性能特点。 【作业】 (略)
80

课 题:第二节 陶瓷材料(1 课时) 教学要求: 了解陶瓷的生产历史, 掌握陶瓷的性能特点, 初步了解常用工业陶瓷特点和应用。 教学重点:陶瓷的性能特点。 教学过程: 【交流与讨论】你所知道的陶瓷有哪些用途? 【引言】今天的课我们来讨论陶瓷的有关知识。 (教师讲读教材引言和拓展视野) 【板书】一、陶瓷的分类与性能 1、分类 普通陶瓷 主要用作日用品、建筑、卫生 特种陶瓷 用人工合成材料制成。主要用于化工、冶金、机械、电子等行业。 2、性能 具有硬度高,抗压强度大,抗氧化性能好,耐高温、耐磨损、耐腐蚀等 特点,但塑性差,脆性大,经不起急冷急热。 二、常用的工业陶瓷 名称 性能特点 主要应用 普通陶瓷质 质地坚硬、不氧化、不导电、耐腐 大量用作日用、建筑、卫生外,还广 蚀、成本低,加工性能好,强度低, 泛用于电气、化工、建筑和纺织行业。 脆性大。 如电气工业中的绝缘件、机械的支持 构件。 氧化铝陶瓷 强度比普通陶瓷高 2~3 倍,硬度 作高温容器(如坩埚),内燃机火花 很高耐高温) ,电绝缘性和耐蚀性 塞,切削高硬度材料的刀具,耐磨件 优良。缺点是脆性大,抗急冷急 (如拉丝模),高温轴承。 热性差。 氮化硅陶瓷 稳定性好,硬度高,耐磨、耐高 用于耐磨、耐蚀、耐高温、绝缘的零件。 温,电绝缘性和急冷急热性能优 如切削刀具、高温轴承、输送铝液的电 异。 液泵管道、阀门、燃气轮机叶片等。 氮化硼陶瓷 硬度极高,是一种优良的耐磨材 制造陶瓷切削刀具、模具、热电偶套管、 料,其刀具的耐用性比硬质合金 熔炼金属的坩埚、冶金用高温容器和管 高 3~15 倍,红硬性可达 1400~ 道、玻璃制品成型模具、高温绝缘材料 1500℃,热导率与不锈钢差相当, 等。 绝缘性、化学稳定性良好。但 抗弯强度低。 【小结】学习内容 一、陶瓷的分类 普通陶瓷和特种陶瓷 二、陶瓷的性能 具有硬度高,抗压强度大,抗氧化性能好,耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特 点,但塑性差,脆性大,经不起急冷急热。 三、常用的工业陶瓷 学习重点: 陶瓷的性能特点。 【作业】 (略)

81

课 题:第三节 复合材料(1 课时) 教学要求:理解复合材料含义,了解常用复合材料的种类,掌握玻璃纤维复合材的碳纤维复 合材的性能特点及应用。 教学重点:玻璃纤维复合材料的碳纤维复合材的性能特点及应用。 教学难点:玻璃纤维复合材料的碳纤维复合材的性能特点及应用。 教学过程: 【交流与讨论】 橡胶的性能特点是怎样的?你知道汽车橡胶轮胎由哪些材料构成的?这些材 料在橡胶轮胎起什么作用?(橡胶、钢丝和帆布帘) 【引言】汽车橡胶轮胎是橡胶、钢丝和帆布帘组合在一起的复合材料。今天的课我们来讨论 【板书】第三节 复合材料 复合材料:由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的材料。 (指导阅读教材第 二段内容) 一、常用复合材料的种类 1、纤维增强复合材料 基体材料:金属、塑料和橡胶 增强剂:玻璃纤维、碳纤维、硼纤维 如橡胶轮胎、玻璃钢、纤维增强陶瓷等。 2、层叠复合材料:将两种以上不同材料层叠一起而成的材料。 如三合板、五合板和由钢、铜、塑料复合的无油润滑轴承等。 3、细粒复合材料:是一种或多种颗粒均匀分布在基体中所组成的材料。 如硬质合金是由碳化钨和钴或碳化钨和钛、钴等组成的。 二、纤维复合材料 1、玻璃纤维复合材料 玻璃纤维(指导阅读教材第二段内容) 玻璃钢 组成:用塑料树脂作基体材料,玻璃纤维作增强剂。 性能:密度小(只有同体积钢铁的四分之一) ,强度高(超过铜合金、铝合金) , 耐腐蚀,绝缘等优良性能。但弹性模量小(作受力构件时,强度有余,刚 性不足) ,耐热性差,易老化。 用途:广泛用于机械零件和工程结构。如齿轮、轴承、游艇外壳、大型罐车,在 化工、石油行业,玻璃钢广泛用于制造各种耐腐蚀的管道、泵、贮槽等。 玻璃钢也大量用来制造日常生活用品,如桌椅、安全帽、门窗、建筑型材 等。 2、碳纤维复合材料 (1)碳纤维增强塑料 组成:用塑料树脂作基体材料,碳纤维作增强剂。 性能:是密度小,只有钢铁密度的 1/4,而它的强度是钢的 4 倍还多,在弹性、 抗疲劳断裂、热膨胀性方面具有超优异的性能。 用途:在航天、航空、导弹、汽车、风车、机械、电子、纺织、医疗等领域获 得广泛的应用,新一代的体育运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球 杆、滑雪板、撑杆、弓箭、钓鱼杆等也都是用增强塑料制成的。 (2)碳纤维增强铝 组成:用铝作基体材料,碳纤维作增强剂。 性能:密度只有钢的 1/3,强度比中碳钢好,具有耐高温、耐热疲劳、耐紫外 线和耐潮湿等特性。 用途:航空、航天领域的结构材料。
82

(3)碳纤维增强陶瓷 组成:用陶瓷作基体材料,碳纤维作增强剂。 用途:高速喷气飞机的涡轮叶片,航天飞机机身的耐高温材料。 【小结】学习内容 复合材料 一、常用复合材料的种类 二、纤维复合材料 1、玻璃纤维复合材料 玻璃钢 2、碳纤维复合材料 碳纤维增强塑料、碳纤维增强铝和碳纤维增强陶瓷 学习重点: 玻璃钢和碳纤维增强塑料 【作业】 (略)

83


网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 大学生考试网 9299.net
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@qq.com