《金属材料与热处理》教案

理论课教案章节课题绪论§1－1金属的力学性能（一）课型新授课课时2教具学具电教设施挂图教学目标知识教学点金属力学性能的强度和塑性能力培养点通过学习使学生们了解力学性能的作用和试验原理德育渗透点培养学生的职业道德观及互相协作的精神教学重点难点重点各性能的符号、表示方法难点试验原理学法引导1、讲授法2、自主探究法教学内容更新、补充、删节补充《金属材料与热处理》相关内容参考资料《金属学与热处理》课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间（一）组织教学点名考勤，稳定学生情绪，准备上课（二）复习提问1、谈谈对于金属材料及热处理这门课的认识？2、什么是力学性能？（三）讲授新课绪论一．讲述金属的发展过程1．古代2．近代3．现在4．未来二．学习《金属材料与热处理》的方法1．认真做好课堂笔记2．理论联系实际3．按时完成作业，有不懂的问题及时问老师。三．《金属材料与热处理》的内容及重点和难点1．学习材料的两种性能（力学和工艺）2．金属的结构与结晶（微观角度看材料的性能）3．铁碳合金相图的纵向和横向分析4．碳素钢和铸铁的分类和用途5．几种有色金属的性能和用途、几种非金属的介绍第一章金属的性能由于中学的时候我们已经学习了金属的物理和化学性能，所以现在我们主要是介绍金属的另外两种性能------力学性能和工艺性能。第一节金属的力学性能（一）载荷1、概念：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。2、分类：根据载荷作用性质分，载荷分三种：⑴、静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。——如：桌上粉笔盒的受力，用双手拉住一根粉笔两端慢慢施力等。⑵、冲击载荷：突然增加的载荷。——如：用一只手捏住粉笔的一端，然后用手去弹击粉笔。⑶、变交载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。——如：通过在黑板上绘图分析自行车轮转动时辐条的受力。根据载荷作用形式分，载荷又可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭曲载荷等。准备上课学生思考并回答所提出的问题。学生认真听讲学生认真听讲并记笔记2分5分10分教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间拉伸载荷压缩载荷弯曲载荷剪切载荷扭曲载荷㈡、内力1、概念材料受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的与外力相对抗的力。注意：内力一定是在外力的作用下，材料内部所产生的相互作用力。2、特点⑴、内力的大小：外力增加时内力也增加，其数值大小与外力相等，当内力达到其极限值时，外力再增加，材料将被破坏。⑵、内力的方向：与外力相反。⑶、内力的作用方式：随外力的作用方式而变化。㈢、应力1、概念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。即：R=F/S（R——应力，Pa；F——外力，N；S——横截面面积，m2）1Pa=1N/㎡1Mpa=1*106N/mm2思考公式中的内力为什么用外力代替？答：内力=外力2、意义用“应力”可以表示不同材料的承载能力（见各种手册中的强度指标），也可以在现有外力下材料内部单位面积的受力。跟随老师思路,认真听讲学生分组讨论20分教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间——如：相同截面的粉笔和铁棒，在相同外力的作用下的结果。（粉笔先断，说明铁棒的应力比粉笔大，即承载能力较强。）——如：相同截面的同一粉笔在不同的外力的作用下的结果。（作用力大的粉笔先断，说明先断的粉笔内部单位面积的受力较大）一、强度1、定义：金属在静载荷的作用下，抵抗塑性变形或断裂的性能2、表示方法：应力抗拉强度3、强度的种类抗压强度抗弯强度抗剪强度抗扭强度4、拉伸试验：⑴拉伸试样：是国家规定的标准棒。拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。试棒直径d0与长度之间的关系：两种L0＝5d0或L0＝10d0力－伸长曲线⑵试验力－伸长曲线△L⑶什么叫力－伸长曲线：拉力与伸长量的关系叫力－伸长曲线。纵坐标为拉力F（N），横坐标为伸长量△L（mm）⑷通过力－伸长曲线图可以看出拉伸时的几个变形阶段：a、oe：弹性变形阶段：试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。Fe为试样能恢复到原始形状学生分组讨论并发言听讲记笔记30分教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间和尺寸的最大拉伸力。b、es：屈服阶段：不能随载荷的去除而消失的变形称为。在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。Fs称为屈服载荷c、sb：强化阶段：随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。Fb：试样拉伸的最大载荷。d、bz：缩颈阶段（局部塑性变形阶段）当载荷达到最大值Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”。如铸铁等。3、强度指标：（1）屈服点：在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So。屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。材料的屈服点或规定残余伸长应力是机械零件设计的主要依据，也是评定金属材料性能的重要指标。（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。计算公式为：σb=Fb/So零件在工作中所承受的应力，不于允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。二、塑性断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。塑性由拉伸试验测得的。常用伸长率和断面收率表示。1、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。用δ表示：L1——L0计算公式δ＝×100%L02、断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。用ψ表示计算公式￠=0k0AAA×100%学生认真听讲并记笔记跟随老师的思路进行分析认真听讲记笔记跟随老师的思路进行分析15分教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间金属材料的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）数值越大，表示材料的塑性越好。四、课堂小结点出重点:学生总结五、布置作业1、复习本次课的内容2、课后练习3、下一节内容预习提示学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容5分3分理论课教案章节课题§1－2金属的力学性能（二）§1－3金属的工艺性能课型新授课课时2教具学具电教设施挂图教学目标知识教学点金属力学性能的硬度、冲击韧性、疲劳强度、工艺性能能力培养点通过学习使学生们了解力学性能的作用和试验原理德育渗透点培养学生的职业道德观及互相协作的精神教学重点难点重点各性能的符号、表示方法难点试验原理学法引导1、讲授法2、自主探究法教学内容更新、补充、删节补充《金属材料与热处理》相关内容参考资料《金属学与热处理》课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间（一）组织教学点名考勤，稳定学生情绪，准备上课（二）复习提问1、强度和判据2、韧性及其判据（三）讲授新课第一节金属的力学性能（二）三、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称为硬度。在机械制造中，有些材料是需要很高硬度的，如：车刀、铣刀、钻头、量具、冲模等，硬度是金属材料重要的力学性能之材料的硬度是通过试验测定出来的，而硬度试验有三种：布氏硬度硬度洛氏硬度维氏硬度1、布氏硬度：（1）布氏硬度的测试原理：用一定直径的球体（钢球或硬质合金），以规定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压痕直径来计算硬度用HBS（HBW）表示：HBS（HBW）=0.10222DDDF当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。（2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间（10~15不标注）。例：170HBS10/1000/30表示用直径10mm的硬质合金球，在9807N的试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。练习：530HBW5/750：表示用直径5mm的硬质合金球，在7355N的试验力作用下，保持10~5s时测得的布氏硬度值为530。（3）应用范围及优缺点：测定灰铸铁、有色金属各种软钢等硬度不是很高的材料。优点：能准确反映出金属材料的平均性能。缺点：操作时间长，压痕测量较费时。2、洛氏硬度（1）测试原理：采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。表示符号：HR（2）标尺及其适用范围：准备上课学生思考并回答所提出的问题。学生分组讨论并发言听讲记笔记学生认真听讲并记笔记2分5分10分20分教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。不同标尺的洛氏硬度值不能直接进行比较，可换算。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洛氏硬度的标尺。（3）优缺点：优点：①操作简单迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值；②压痕小，可测成品及较薄工件；③测硬度范围大。缺点：数值波动大3、维氏硬度。原理：与布氏硬度试验相同。测量压痕对角线长度，从表中查出。表示：与布氏硬度相同。如：640HV30表示用294.2N试验力，保持10S~15S测定的维氏硬度值为640。可测较薄的材料，也可测量表面渗碳、渗透层的硬度，可测定很软到很硬的各种金属材料的硬度、准确。四、冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材料的冲击韧性。1、冲击试样；2、冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大，表示材料的冲击韧性越好。3、小能量多次冲击试验。五、疲劳强度1、疲劳概念：在交变应力作用下，零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。2、疲劳破坏的特征①、疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；②、引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；③、疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。3、疲劳曲线和疲劳极限疲劳曲线是指交变应力与循环次数的关系曲线。跟随老师的思路进行分析认真听讲记笔记跟随老师的思路进行分析20分5分10分σNσ1N1σ2N2σ3N3疲劳曲线示意图教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间第二节金属的工艺性能一、工艺性能的概念：金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。具体内容如下：1：铸造性（可铸性）：指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。铸造性主要包括流动性，收缩性和偏析。流动性是指液态金属充满铸模的能力，收缩性是指铸件凝固时，体积收缩的程度，偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。2：可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。3：切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。4：焊接性（可焊性）：指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适性。四、课堂小结点出重点:学生总结五、布置作业1、复习本次课的内容2、课后练习3、下一节内容预习提示学