1第一章汽车材料

1教学标准教材分析课时安排教学内容教材分析课时安排课型教学方法组织教学授课过程第一章汽车常用材料1．了解材料的物理、化学及工艺性能。2．掌握金属的强度、硬度等概念。3．掌握金属与合金的结构及铁碳合金相图。4．了解钢的常用热处理方法。重点：1．金属与合金的结构2.铁碳合金相图难点：1.铁碳合金相图1.1常用材料及其性能2课时1.2金属与合金的结构及铁碳合金相图6课时1.3钢的热处理2课时1.1常用材料及其性能重点：材料的性能难点：常用金属材料2课时新授课讲解法1．考勤：应到人实到人缺勤人2．组织好课堂秩序，充分调动学生的积极性Ⅰ交待标准诊断补偿标准：同上补偿：1．材料的性能。2．常用材料。2Ⅱ紧扣标准启发讲解引入新课材料是人类社会发展和经济建设的物质基础。现代汽车要求安全、舒适、减轻自重、低污染、节能、价廉。汽车常用材料：金属材料铜及其合金）非铁基金属材料（铝、铁）汽车工业中占铁基金属材料（钢、铸%67非金属材料：塑料、橡胶、陶瓷、复合材料（安全、经济、舒适）一、常用金属材料1、金属材料的概念：金属材料：凡由金属元素或以金属元素为主而形成的，并具有一般金属特性的材料。合金：以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经熔炼等方法生成具有金属特征的材料。2、常用金属材料：（1）铁基金属材料：钢和铸铁。钢指以铁为主要元素，含碳量在2.11%以下，并含其他元素的原料；铸铁是指含碳量大于2.11％的铁碳合金。（C%小于2.11%钢；C%大于2.11%生铁；C%小于0.02%工业纯铁）A、钢的分类钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下四种：31、按品质分类(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2)优质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.、按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。3、按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。4、按用途分类：(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。B、铸铁的分类：（1）白口铸铁（2）灰口铸铁（3）可锻铸铁（4）球墨铸铁（5）合金铸铁。4灰口铸铁——由金属基体和片状石墨组成。牌号最小抗拉强度（MPa）用途HT100100低载荷和不重要的零件，如：盖，外罩，手轮，重锤，支架HT150150承受中等载荷零件，如机床支架，箱体，带轮，刀架，阀体，锅炉省煤器，飞轮HT200200承受中等载荷的重要零件，如：汽缸，齿轮，齿条，一般机床床身HT250250承受较大载荷和重要零件，如：汽缸，齿轮，凸轮，油缸，轴承座，联轴器灰口铸铁的强度和塑性比同基体的钢低（100--300），具有优良的铸造性能，良好的切削加工性能，良好的吸震性，减摩性和耐磨性。球墨铸铁——铸铁中的石墨以球状形式存在的铸铁。（1）球墨铸铁中有石墨的存在，使它具有与灰口铸铁同样良好的切削加工性，耐磨性，减震性和铸造性能。（2）球墨铸铁的牌号和用途牌号用途举例QT400-18壳体，牵引架，阀体，阀盖，车架QT500-07内燃机机油齿轮，机车车轴的轴瓦QT600-03柴油机和汽油机的曲轴，连杆，凸轮轴，汽缸套，5空压机的曲轴，缸体，缸套QT700-02柴油机和汽油机的曲轴、连杆、凸轮轴等零件QT900-02汽车的螺旋伞齿轮，拖拉机减速齿轮（2）非铁基金属材料：有色金属材料A、铝及其合金：铝：密度2.7g/cm3，导电导热性强，硬度、塑性好，耐腐蚀性好。铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等制成铝合金，强度提高，还保持铝的优点。铝合金分为：变形铝合金和铸造铝合金。B、铜及其合金：纯铜称为紫铜，导电导热性能优良，耐腐蚀性、塑性好，强度低。常用铜合金是黄铜（铜锌合金）和青铜（铜锡合金）。还有白铜（铜镍合金）。C、轴承合金：滚动轴承中用于制造轴瓦和内衬的合金。二、金属材料的使用性能：1、金属材料的物理性能：密度：单位体积金属的质量，单位是g/cm3。轻金属：密度小于5g/cm3，重金属：密度大于5g/cm3熔点：金属或合金在加热过程中由固体熔化为液体的温度。W最高，Pb，Sn较低，保险丝：Pb，Sn。灯丝：W，Mo。导电性：金属能够传导电流的性能。Ag最好，其次是Cu，Al。合金的导电性比纯金属差。导热性：Ag，Cu，Al热膨胀性：常温下不必考虑。62、金属材料的力学性能：金属材料在承受外力作用下表现出的性能。A、弹性：与外力成正比。B、范性（塑性）：外力作用下永久变形而不至于破坏的能力。C、强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力。D、硬度：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。3、金属材料的工艺性能：制造机器零件时材料能接受各种冷加工、热加工的能力。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能等。4、金属材料的化学性能：各种温度下，抵抗各种化学作用的性能。包括耐腐蚀性、抗氧化性及化学稳定性等。三、其他常用材料1、高分子材料：高分子材料是以高分子化合物为主组成的材料。特点：（1）相对分子质量巨大（2）化学组成简单（3）构成高分子化合物的每个分子不完全一样大（4）具有长链2、陶瓷材料和复合材料：陶瓷是指以天然或人工合成的各种化合物为基本原料，经原料处理、成形、干燥、高温烧结而成的一种无机非金属固体材料。Ⅲ围绕标准，释疑解难Ⅳ完善标准，测试矫正7布置作业课后小结Ⅴ依据标准，总结评价大部分学生掌握的较好一、名词解释：金属材料，合金,钢，铸铁。二、简答：1、轻金属和重金属如何区分？2、铸铁分为哪几类，其中碳元素以什么方式存在？3、试说明铝、铜及其常用合金的特点及类别。1、常用金属材料及其分类。2、金属材料的使用性能。8教学内容教材分析课时安排课型教学方法组织教学授课过程1.2金属与合金的结构及铁碳合金相图1、掌握金属及合金的结构。2、掌握晶体的基本特性及结晶过程。3、掌握铁碳合金结晶后的组织及铁碳合金性能与碳的质量分数的关系。4、掌握铁碳合金的分类及其室温组织。重点：金属及合金的结构难点：铁碳合金结晶后的组织及铁碳合金性能与碳的质量分数的关系。6课时新授课讲解法1．考勤：应到人实到人缺勤人2．组织好课堂秩序，充分调动学生的积极性Ⅰ交待标准诊断补偿标准：同上补偿：1．材料的性能。2．常用材料。Ⅱ紧扣标准启发讲解引入新课汽车上常用的金属材料都是晶体。不同的金属材料具有不同的性能，即使同一种金属材料在不同的状态下，力学性能也不同，9这主要是由于金属材料的原子排列方式不同所致。一、纯金属的晶体结构及其结晶1、晶体结构的基本概念：晶格、结点、晶胞。2、常见的晶体结构：体心立方结构、面心立方结构、密集六方结构。3、实际金属的晶体结构特点：a、是多晶体结构，并且各向同性。b、晶体内部有缺陷，影响到金属的性能。c、金属晶粒的尺寸会发生变化。4、纯金属的结晶：结晶的定义：纯金属由液态转变成固态晶体的过程。纯金属的结晶过程：就是不断形成晶核和晶核不断张大的过程。这两个过程都需要吸收热量，这种热量被称作“结晶潜热”，由温度下降时释放的热量提供。过冷曲线与过冷度：纯金属的结晶过程可用冷却曲线来描述。实际生产中，金属液结晶的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。过冷度的影响因素：的大小与冷却速度、金属的性质和纯度10等因素有关。纯金属的结晶过程：就是不断形成晶核和晶核不断张大的过程。细化晶粒的方法：金属晶粒越大，金属的性能越差，实际生产中，采用增大冷速（过冷度增大，形核速率和长大速率都增大）和变质处理（添加变质剂，增加非自发形核）的方法细化晶粒。二、合金的结构1、合金的基本概念：合金：由两种或两种以上的金属或非金属组成的具有金属特征的物质。组元（元）：组成合金最基本、独立的物质。相：在纯金属或合金中具有相同的化学成分、晶体结构和相同物理性能，并以明显界面分开的均匀部分。组织：泛指用金相方法观察到的由形态、尺寸不同和分布形式不同的一种或多种相组成的总体。2、合金的结构：固溶体：合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。金属化合物：金属化合物是合金各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶格类型和性能不同于合金中的任一组元元素，可用分子式表示。三、铁碳合金相图1.铁碳合金的基本组织（1）铁素体碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。强度和11硬度低，塑性和韧性好。（2）奥氏体碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。高温组织，在大于727℃时存在。塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。（3）渗碳体铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe3C（4）珠光体F与Fe3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。（5）莱氏体A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。2.铁碳合金状态图12（1）状态图主要点线主要点特性点温度℃含义A1538纯铁熔点C1148共晶点D1227渗碳体熔点E1148C在γ-Fe中最大溶解度G912纯铁的同互异晶转变点P727C在α-Fe中最大溶解度S727共析点Q室温室温时C在α-Fe中最大溶解度主要线：ABCD线：液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。AHJECF线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化GS线：A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线：Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线：共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。PSK线：共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体。13（2）铁碳合金分类钢含C量0.0218-2.11%共析钢含C量0.77%亚共析钢0.0218-0.77%过共析钢0.77-2.11%白口铸铁2.11-6.69%共晶白口铸铁4.3%亚共晶白口铸铁2.11-4.3%过共晶白口铸铁4.3-6.69%3.铁碳合金相图的作用在铸造方面：选择合适的浇铸温度，流动性好在煅造方面：选择合适的温度区，奥氏体区在热处理方面：退火，正火，淬火等4.碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响一、含碳量对平衡组织的影响室温下，铁碳合金均由+Fe3C两相组成随含碳量不同，可分为七个典型组织区二、含碳量对机械性能的影响•珠光体P：为F+Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；•亚共析钢：由F+P组成，随碳量增加，珠光体量增14布置作业课后小结加，强度性能提高；•过共析钢：P+Fe3C(II)组成，当含碳量1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量1%，Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。•莱氏体：硬而脆Ⅲ围绕标准，释疑解难Ⅳ完善标准，测试矫正Ⅴ依据标准，总结评价大部分学生掌握的较好一、名词解释：相、组织、固溶体、金属化合物二、简答题：1、常见晶体结构有哪些？2、试解释金属结晶的过冷现象。3、过冷度的大小与哪些因素有关？4、简述纯金属的结晶过程。5、按铁碳相图中碳的含量及室温组织的不同，铁碳合金分为哪几类？含碳量各为多少？室温组织各是什么?三、论述题：