《金属材料与热处理》优秀教案.doc

第一章 金属的结构与结晶 11 金属的晶体结构一教学内容金属的晶体结构、 常见的晶格类型、晶体缺陷二教学要求熟悉金属的晶体结构，了解晶体的结构缺陷三教学重点 熟悉金属的晶体结构，了解晶体的结构缺陷是学习和掌握金属力学性能特点及变化的前提。四教学难点晶体缺陷的理解五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】11 金属的晶体结构表面上看来，天然水晶与普通玻璃均晶莹剔透，外观十分相似。但事实上两者却是截然不同的物质。水晶与玻璃的本质区别是两者的内部结构不同。天然水晶和普通玻璃a） 天然水晶b） 普通玻璃基本概念：一、晶体与非晶体晶体：表示的是原子呈有序和有规则排列的物质。（各向异性）非晶体：表示是原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质。（各向同性）晶体和非晶体的对比项目晶体非晶体定义原子呈有序、有规则排列的物质原子呈无序、无规则堆积的物质性能特点具有规则的几何形状有一定的熔点，性能呈各向异性没有规则的几何形状有固定的熔点，性能呈各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶二、晶体的结构的概念（基本概念：）1、晶格：表示原子在晶体中排列的有规律的空间格架。2、晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元。3、晶面：金属晶体中通过原子中心的平面。4、晶向：通过原子中心的直线，可代表晶格空间的一定方向。晶体内部原子排列模型晶格和晶胞示意图a） 晶格b） 晶胞三、金属晶格的类型1、体心立方晶格（9个原子）2、面心立方晶格（14个原子）3、密排六方晶格（17个原子）四、单晶体与多晶体晶粒组成金属的小晶体。 晶界由晶粒间不规则排列的原子构成。 单晶体晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。多晶体由许多晶粒组成的晶体。单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也称“伪无向性”。多晶体示意图单晶体示意图五、金属的晶体结构的缺陷晶体缺陷由于各种原因，实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性。1. 点缺陷空位、间隙原子和置代原子 无论是空位、间隙原子还是置代原子，在其周围都会使晶格产生变形，这种现象称为晶格畸变。 上述三种晶体缺陷造成的晶格畸变区仅限于缺陷原子周围的较小区域，故统称为点缺陷。2线缺陷位错位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性变形就是通过位错的运动来实现的。刃型位错示意图a） 立体图 b） 平面图 在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长区域，故称为线缺陷。3面缺陷晶界和亚晶界晶界晶粒与晶粒之间的分界面。亚晶界每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成, 亚晶粒之间的界面称为亚晶界。晶界过渡结构示意图在晶体中，晶界和亚晶界的晶格畸变均发生在一个曲面上，故称为面缺陷。亚晶界结构示意图 分钟【课后小结】基本概念：一、晶体与非晶体二、晶体的结构的概念三、金属晶格的类型四、金属的晶体结构的缺陷小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第一章 金属的结构与结晶 12 纯金属的结晶一教学内容纯金属的结晶过程、同素异构转变二教学要求了解纯金属的结晶过程；掌握晶粒大小对金属材料性能的影响；掌握纯金属同素异构转变的概念。三教学重点 掌握纯金属的结晶过程可为铁碳合金相图的理解打好基础，铁的同素异构转变特性是钢能够通过热处理改变组织和性能的根本原因。四教学难点纯金属的结晶过程和纯铁的冷却曲线五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】12 纯金属的结晶从市场上买到的金属材料一般都是固体状态的。但在冶炼的过程中，却存在一个由液态向固态转变的过程，即金属的结晶过程。了解纯金属的结晶过程，有助于了解铁碳合金的结晶过程，它们都有一定的变化规律，这些规律与金属材料的性能有着密切的关系。结晶金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。结晶潜热结晶的过程中放出的热量。 生铁的生产是以铁矿石为原料，首先利用炼铁设备冶炼成液体状态的生铁，然后再将其转变成固体状态；而钢的生产是以生铁为原料，在炼钢炉内继续冶炼，首先得到液体状态的钢，然后再将其浇铸成固体状态的钢锭或钢坯。 金属由液体转变成固体的过程，实际上是一个金属晶体形成的过程，称之为“结晶”。钢锭浇铸示意图 a） 浇铸示意图 b） 钢锭1盛钢桶 2滑动水口 3钢锭模 4钢液 5底盘结晶： 液体 - 晶体凝固： 液体 - 固体（晶体 或 非晶体）液体晶体液体通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。 一、纯金属的结晶过程1、过冷度理论结晶温度和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差（T= T0 T1）。金属结晶时，冷却越快，其实际结晶的温度就越低，过冷度T也就越大。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。冷却曲线：冷却时，液体温度随时间延长而降低反映时间与温度关系的图形。纯金属结晶时的冷却曲线a） 理论结晶温度 b） 实际结晶温度纯金属的结晶条件：纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度冷却速度越大，则过冷度越大。2.纯金属的结晶过程金属结晶的微观过程结晶过程是形核和长大的过程金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织二、晶粒大小对金属材料的影响晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。 形核率单位时间、单位体积所形成的晶核数，用字母N表示。 形核率N 、长大速度G 与 过冷度DT 的关系细化晶粒的方法：（1）增加过冷度 （2）变质处理 在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。（3）振动处理 机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。三、同素异构转变金属的同素异构转变在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。 由此产生的不同晶格的晶体称为同素异构晶体。大多数金属在结晶终了之后及继续冷却的过程中，其晶体结构不再发生变化，但也有一些金属（如铁、钴、钛等）在结晶之后继续冷却时，还会出现晶体结构变化，从一种晶格转变为另一种晶格。同素异构转变金属在固态下随温度的改变由一种转变为另一种晶格的现象。以不同晶格形式存在的同一种金属元素的晶体称为该金属的同素异构体。铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的同素异构转变可以用下式表示：19世纪末，著名物理家居里在实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫 “居里点”。 居里点也称居里温度或磁性转变点特点：1、金属的同素异构转变是一个重结晶过程，有恒定的转变温度；转变时需要一定的过冷度；释放结晶潜热；转变过程（晶核的形成和长大过程）2、转变时，晶核优先在原晶粒晶界中产生，大小会影响新晶粒大小，原晶粒越细，转变后可得到更细小的晶粒3、比液体的结晶具有更大过冷度。因为在固态下原子的扩散比在液态下困难，转变容易滞后。4、易发生较大内应力。由于在转变时晶格的体积会发生变化的缘故。如一Fe转变为一Fe时，体积膨胀约1%。 分钟【课后小结】一、纯金属的结晶过程二、晶粒大小对金属材料性能的影响三、同素异构转变小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第二章 金属材料的性能21 金属材料的损坏与塑性变形一教学内容与变形相关的概念、金属的变形、金属材料的冷塑性变形与加工硬化二教学要求了解机械零件失效的形式，了解金属塑性变形的基本原理及冷塑性变形对金属性能的影响。三教学重点 本章的重点为力学性能的概念及衡量指标四教学难点对拉伸曲线各阶段的分析五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】21 金属材料的损坏与塑性变形学习引导： 生活中许多物品根据用途的不同，采用不同的材料制成。有些是用金属材料制成，有些则是由非金属材料制成。你知道这些物品是用什么材料制成的吗？如：炒锅、水杯、钥匙、椅子、水龙头、工艺品生产生活中常见到一些机械零件因受力过大被破坏，而失去工作能力。如：拧断的钥匙、弯曲的自行车辐条、 扣的螺栓等。总结机械零件常见损坏形式变形断裂磨损主要原因：材料的实际使用性能达不到工作要求。使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材料应具务的性能（力学 、物理、化学性能等）。此性能决定了金属村料的应用范围、安全可靠性和使用寿命等。工艺性能：金属材料在被加工成机械零件或工具的过程中，对各种加工方法的适应能力。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和处理工艺性能等。性能一、与变形相关的几个概念变形概念塑性变形 断裂 磨损弹性变形塑性变形也有有益的一面，可以作为零件成形和强化的重要手段。工业上使用的许多金属产品一般都是先浇注成铸锭后，再经过压力加工制成的。压力加工的目的不仅使产品成形，更重要的是改善其组织和性能。1载荷载荷金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质的不同分：（1）静载荷大小不变或变化过程缓慢的载荷。 （2）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 （3）交变载荷大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。力物体之间的相互作用，是使物体发生加速度和发生形变的外因。物体受力后变形（材料学是从微观角度来研究物体受外力后发生变形甚至破坏的规律）工程技术中将外力称为载荷。根据载荷的作用形式不同，又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。工件在不同载荷形式下产生的变形 2内力内力工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。任何一种材料，在未受到外力作用时，内部原子之间都有平衡的相互作用的原子力，以保持其固定的形状。当受到外力作用时，原来的平衡被破坏，其中任何一个小单元都和邻近的各小单元之间产生了新的力（内力）强调：内力是在外力作用下，材料内部产生的那部分相互作用力。内力的特点：1、外力增加时，内力也增加，数值大小与外力相 等，当内力达到极限值时，外力再增加，材料将被破坏。2、内力的作用形式随外力作用方式而变化。 如材料在某一方向受外力为拉力时，则材料内部每一层间也互相产生拉力；若外力为压力内力也为压力。3应力同样材料、不同直径的螺栓在相同拉力作用下，细的可能拉断，粗的则可能没有拉断。因此，金属材料的力学性能只凭外力的大小是无法判定的。R：应力，Pa；F：外力，N；S：横截面面积，m2。应力假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。单位：千帕（KPa）=1103Pa 1兆帕（MPa）=1106Pa注：应力可表示不同材料的承载能力，也可以表示在现有外力作用下材料内部单位面积的受力。二、金属的变形弹塑性变形断裂弹性变形例：铁丝弯曲试验 随着力的增加，材料受力后发生变形到破坏的顺序： 弹性变形（可逆的、变形量小）弹塑性变形（变形量较大，多数变形是不可逆的，是压力加工的基础 ）断裂（材料最严重的失效形式）金属塑性变形的影响因素：1、晶粒位向的影响 多晶体与单晶体比较，无本质区别，即每个晶粒的塑性变形仍以滑移为主，但又受到晶界、晶粒位向、晶粒大小的影响。多晶体中各个晶粒位向不同，在外力的作用下，当处于有利于滑移位置的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑变时受到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑变呈逐步扩展和不均匀的形式，产生内应力。2晶界的作用 晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移。晶界越多，则晶体的塑变抗力越大。3晶粒大小的影响 在一定体积的晶体内，晶粒数目越多，晶界就越多，晶粒就越细，且不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高，且塑性和韧性也较好，故生产中总是尽可能细化晶粒。三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化形变强化（加工硬化）冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。 冷塑性变形与热塑性变形后的金属如何区别： 冷塑形变化后晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性；晶粒破碎,位错密度增加,产生加工硬化 ，产生残余内应力。 热塑形如果加工的温度过高，晶粒粗大；若温度过低，引起加工硬化、残余内应力等；形成带状组织使性能变坏。 金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。塑性变形后的金属组织形变强化应用中的优缺点：优点：1、是一种重要的金属强化手段，对那些不能用热处理强化的金属尤为重要。2、可使金属具有偶然抗超载的能力。塑性较好的金属材料在发生变形后，由于形变强化的作用，必须承受更大的外部载荷才会发生破坏，这在这一定程度上提高了金属构件在使用中的安全性。缺点：也会给金属的切削加工或进一步的变形加工带来困难。为了改善发生加工硬化金属的加工条件，生产中必须进行中间热处理，以消除加工硬化带来的不利影响。 分钟【课后小结】一、与变形相关的几个概念二、金属的变形三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第二章 金属材料的性能22 金属的力学性能一教学内容各项力学性能指标，拉伸试验方法二教学要求掌握金属的力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等的概念及各项力学性能的衡量指标；熟悉布氏硬度、维氏硬度的测量方法。三教学重点 本章的重点为力学性能的概念及衡量指标四教学难点对拉伸曲线各阶段的分析五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】22 金属的力学性能任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能。学习引导：古代弓箭都以富有弹性的木材或竹子制作弓体，当拉弦力量太大时，弓会折断，为什么？ 如采用金属制作，是不是任何金属都可以呢？金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。材料的其他性能物理性能：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。 一、强度1、强度金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。其大小用应力表示。 根据载荷的作用方式不同，可分为抗拉强度拉伸实验测定、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度、抗弯强度 2、强度指标 常用的强度指标是屈服强度和抗拉强度。都是通过拉伸试验测定的。利用拉伸试验机产生的静拉力，对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量变化的载荷及对应的试样伸长量，直至断裂，并根据测得的数据计算出有关的力学性能指标。注：不同的材料，其抵抗能力不同，强度越高，抵抗能力 就越强，越不容易被破坏，即承载能力越好。3、强度的测定为了使试验结果具有公认性，做拉伸试验时必须采用标准的拉伸试样。强度应用：是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。（1）拉伸试样 d试样直径Lo标距长度试样的标距拉伸试验过中以测量试样伸长的两标记之间的长度，称为标距。试样的分类长试样(L0 =10d0) ，100mm和200mm用短试样(L0 =5d0) ，50mm和80mm(2) 力伸长曲线 依据拉伸试验中拉力F与伸长量L之间的关系，在直角坐标系中绘出的曲线称为力伸长曲线。拉伸过程分为弹性变形阶段、 屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段弹性变形阶段（Oe段）卸除载荷，立即恢复原状。屈服阶段（es-ss段）卸除载荷，部分变形恢复，还有一部分不能恢复。强化阶段（sb段）随着塑性变形的增大，材料的变形抗力增加.缩颈阶段（bk段）载荷最大时，发生局部收缩。（3）强度指标 1）屈服强度当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。ReL 试样的下屈服强度，N/mm2；FeL 试样屈服时的最小载荷，N；So 试样原始横截面面积，mm2。除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料（如高碳钢、铜合金、铝合金等），没有明显的屈服现象。因此，这些材料规定用产生0.2%残余伸长时的应力作用屈服强度，可以替代ReL。规定产生0.2%残余伸长时的应力为条件屈服强度Rp0.2，替代ReL，称为条件（名义）屈服强度。 塑性材料：在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料脆性材料：在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，屈服强度表示材料将发生破坏。 屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。2）抗拉强度Rm 抗拉强度材料在断裂前所能承受的最大的应力。 Rm 抗拉强度，MPa；Fm 试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力（无明显屈服的材料，为试验期间的最大力）， N； So 试样原始横截面面积，mm2 。 抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力抗拉强度 是脆性材料选材的依据。屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比。屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过小，则材料强度的有效利用率太低。二、塑性塑性材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。在外力作用下的金属材料在断裂前产生不可逆的永久变形的能力材料的塑性指标通常用断后伸长率和断面收缩率来表征。1断后伸长率A 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。 2断面收缩率Z 试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。 【例】有一直径 d =10mm，Lo=100mm 的低碳钢试样，拉身实验时测得FeL=21kN，Fm=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此试样的ReL、Rm、A11.3、Z。 三、硬度 硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。 1布氏硬度 布氏硬度原理布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符号HBW表示： 表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间为1015s时可不标。 例:170HBW10/1000/30： 直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下，保持30 s时测得的布氏硬度值为170。600HBW1/30/20： 直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的实验力作用下，保持20 s时测得的布氏硬度值为600。 应用范围:主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。 2洛氏硬度 洛氏硬度原理:表示方法： 符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。例：45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。 四、冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲击韧性用夏比摆锤冲击弯曲试验来测定。 用试样所吸收的能量K的大小来作为衡量材料韧性好坏的指标，称为冲击吸收能量。用U形和V形缺口试样测得的冲击吸收能量分别用KU和KV表示*五、疲劳强度由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。疲劳极限用符号R1表示。 分钟【课后小结】小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第二章 金属材料的性能23 金属的工艺性能一教学内容金属材料的一般加工过程，各项工艺性能指标二教学要求掌握金属的工艺性能，包括铸造、锻压、焊接、切削加工和热处理等的概念；了解金属材料的一般加工过程。三教学重点 本章的重点为工艺性能的概念四教学难点理解金属材料的一般加工过程五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】23 金属的工艺性能金属材料的一般加工过程 金属材料的工艺性能金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。 一、铸造性能铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。 1流动性熔融金属的流动能力。2收缩性铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。3偏析倾向金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象。二、锻压性能用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。 三、焊接性能金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分有关（其中碳的影响最大）。 四、切削加工性能切削加工性能切削金属材料的难易程度。一般用工件切削时的切削速度、切削抗力的大小、断屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度来衡量。 表面加工硬化切削塑性金属材料时，工件在加工表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象。 五、热处理性能 【课后小结】 分钟【作业布置】章节练习：小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第三章 铁碳合金31 合金及其组织一教学内容合金的基本概念，合金的组织二教学要求掌握合金的基本概念，能够掌握合金各组织的区别三教学重点 本章的重点为合金的基本概念四教学难点合金组织的区别五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】黑色金属以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。有色金属其他金属及其合金。 31 合金及其组织一、合金的基本概念合金以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。组元组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质，简称元。 相合金中成分、结构及性能相同的组成部分。 组织合金中不同相之间相互组合配置的状态。换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。 二、合金的组织1固溶体一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。 间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。2金属化合物在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质。 3混合物两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。 固溶强化无论是间隙固溶体还是置换固溶体，在其形成过程中，都会使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对变形的抗力增加。也即通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的现象。 【课后小结】 分钟【作业布置】章节练习：小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第三章 铁碳合金32 铁碳合金的基本组织和性能一教学内容铁碳合金的基本组织定义、符号和性能等二教学要求掌握铁碳合金基本组织的定义，符号，晶体结构，能够结合晶体结构分析其性能特点。三教学重点 本章的重点为铁碳合金基本组织的定义四教学难点铁碳合金基本组织的性能五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】32 铁碳合金的基本组织和性能一、铁素体（F）碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。 二、奥氏体（A）碳溶于Fe中形成的间隙固溶体，用符号A表示。 三、渗碳体（Fe3C或Cm）渗碳体是含碳量为6.69的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。 四、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。 五、莱氏体（Ld）莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。 低温莱氏体室温下的莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示。 【课后小结】 分钟【作业布置】章节练习：小结时提出若干个问题 分钟【作业布置】章节练习：强调按时交作业并严格记录。教 学 后 记第三章 铁碳合金33 铁碳合金相图一教学内容铁碳合金相图的组成，特性点、线的含义，铁碳合金相图的应用二教学要求掌握铁碳合金相图的组成，明确特性点、线的含义，能说出相图的应用，掌握铁碳合金的分类。三教学重点 本章的重点为铁碳合金相图的组成，铁碳合金的分类四教学难点铁碳合金相图的应用五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】33 铁碳合金相图一、铁碳合金相图的组成铁碳合金相图表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。 在铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C 、Fe2C 、FeC 等。二、FeFe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织三、铁碳合金的分类纯铁含碳量小于0.0218%的铁碳合金。钢含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金。 四、典型铁碳合金结晶过程分析1共析钢共析钢在室温时的组织是珠光体，合金的组织按下列顺序变化：2亚共析钢亚共析钢的室温组织由珠光体和铁素体组成合金的组织按下列顺序变化： 3过共析钢室温下为珠光体和网状二次渗碳体组织。钢中含碳量越多，二次渗碳体也越多。 4白口铸铁五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。 六、FeFe3C相图的应用1作为选材的依据 2在铸造生产中的应用3在锻造工艺上的应用4在热处理工艺上的应用【课后小结】 分钟【作业布置】 分钟【作业布置】教 学 后 记第三章 铁碳合金34 碳素钢一教学内容钢中常存元素及其对性能的影响，碳素钢分类，碳素钢牌号及用途二教学要求掌握钢中常存元素的种类，及分别对钢性能有哪些影响，碳素钢主要有哪些分类方法，碳素钢牌号的意义和用途。三教学重点 本章的重点为碳素钢的分类四教学难点碳素钢牌号及用途五教具准备多媒体课件六参考资料金属材料与热处理第六版，全国中等职业技术学校机械类通用教材七教学方法讲授与课堂演示、举例相结合八课时安排学时九授课思路时 间分 配教 学 过 程辅助手段及说明一、组织教学：考勤、学习准备等。二、引入课题：举例引入新的课程。【新课内容】34 碳素钢碳素钢简称碳钢，是最基本的铁碳合金。它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 一、钢中常存元素及其对性能的影响锰有益元素，有很好的脱氧能力，还可与硫形成MnS，从而消除了硫的有害作用。硅有益元素，脱氧能力比锰强，还能提高钢的强度及质量，硅作为杂质一般应不超过0.4%。硫有害元素，常以FeS形式存在，易使钢材变脆（热脆性）。磷有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。氢有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷。二、碳素钢的分类1按钢的含碳量分 低碳钢：C0.25 中碳钢： 0.25C 0.60 高碳钢：C 0.602按钢的质量分 普通钢：S 0.050，P 0.045 优质钢：S 0.035，P 0.035 高级优质钢：S 0.025，P 0.0253按钢的用途分 结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70%4按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢：脱氧程度不完全的钢 镇静钢：脱氧程度完全的钢 特殊镇静钢：比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢 三、碳素钢牌号及用途化学元素符号汉语拼音字母阿拉伯数字1（普通）碳素结构钢1）前缀符号：Q（钢屈服强度“屈”，汉语拼音字首）+屈服强度值（单位MPa）。2）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。3）（必要时）脱氧方法符号：F沸腾钢、Z镇静钢、TZ特殊镇静钢，Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略。4）（必要时）在牌号尾加产品用途、特性和工艺方法表示符号。如压力容器用钢R、锅炉用钢G、桥梁用钢Q 等。2优质碳素结构钢牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。若为高级优质钢、特级优质钢时，