《机械工程材料》教案

1《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。金属不同的用途金属名称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【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、2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）3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）2．7×1034．5×1037．87×1038．96×10310．49×10319．3×103（铝的密度仅为钢的1/3，钛的密度不到钢铁的2/3。）【讲解】大多数金属的密度都比较大，最大的金属锇22．48×103Kg/m3，但有些金属密度比较小，钠、钾能浮在水面上，密度最小的是金属锂0．534×103Kg/m3。【例1】有一块质量为5×10-2Kg形似黄金的金属，投入盛有125×10-6m3水的量筒中，水面升高到128×10-6m3的地方，请问这块金属是纯金吗？解：已知：金属的质量m=5×10-2Kg金属的体积V=128×10-6m3—125×10-6m3=3×10-6m3密度ρ=mV=5×10-23×10-6=16.7×103(Kg/m3)求得此金属密度与金的密度19．3×103Kg/m3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6-17W18Cr4V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4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。5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】（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。在碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、金、银和钛这些常见的金属材料中：耐腐蚀的金属是____________________________；易腐蚀的金属是____________________________。6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喷塑镀锌发蓝处理镀铬使用不锈钢防腐效果一般一般好好很好很好价格便宜便宜中等中等昂贵昂贵【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