金属材料及热处理教案2014

1xxxx职业技术学院金属材料及热处理教案(2014/2015学年第1学期)课程名称汽车机械基础授课班级14汽车电器与维修课程总学时84本学期计划学时84任课教师教研室汽车教研室制定日期2014-8-302月日（星期）总第课时课题绪论教学目标知识目标1、明确学习本课程的目的2、了解本课程的基本内容能力目标理论联系实际,培养学生分析问题和解决问题的能力情感目标培养学生的爱国主义精神，激发学生的学习热情教学重点金属材料热处理的目的和内容教学难点如何明确学习这门课的目的和内容教学用具利用教室中的各种金属物体教学方法阅读教学法、归纳法、举例分析法教学过程设计教学环节教师活动学生活动设计意图一、组织教学二、导入新课三、新课教学绪论是本课程的第一节课，也是学好本课程的动员课。因此，讲好本节课对学生以后的学习好本课程具有非常重要的意义。让学生明确学习本课程的目的，了解本课程的性质、任务及内容范围，并了解我国在金属材料及热处理方面的发展概况及所取的成就，以提高学生的学习兴趣。1、学习本课程的目的问题：为什么不同的材料会有不同的性能？为什么相同的材料经过不同的加热、保温和冷却之后能够获得不同的性能？等等通过这些问题的分析来激发学生的学习兴趣，同时说明这些问题正是我们要学习这门课的内容，同时也突出这门功课的重要性，从而使学生明白学习这门课的目的。2、本课程的基本内容通过对学习目的的学习同学们基本上已经明白了学习本课程的基本内容了，即：金属的性能、金属学的基本知识、钢的热处理及常用的金属材料。让学生例举生活中有关金属的东西增加互动活跃课堂气氛通过举例分析引发学生学习的兴趣3教学环节教师活动学生活动设计意图从基本内容的分析上来看这门课是与实际生产是有着重要联系的，因此要求学生在学习本课程的时要注重理论联系实际，同时还要注意培养学生分析问题和解决问题的能力。3、金属材料与热处理的发展史这部分内容的目的是为了提高学生的民族自信心，培养学生的爱国主义精神，从而激发学生的学习热情。举例1：例如根据大量的出土文物考证，我国在公元前16世纪就开始使用金属材料了；又如殷商时代，在生产工具、武器、生活用具等方面已大量使用青铜材料；再如我国还是生产铸铁最早的国家，早在公元前5世纪至公元前4世纪的春秋时期已出现了铸铁的铸造。特别在战国后期，铸铁件的生产得到了迅速的发展。举例2：在热处理方面，远在西汉时期就“水与火合为淬”之说，东汉时期则有“清水淬其锋”等有关热处理技术的记载。出土的文物如西汉时期的钢剑、书刀等，经金相检验，发现其内部组织接近于淬火马氏体和渗碳体组织。4、金属材料在工农业生产中的应用这部分材料的目的是为了说明金属材料与热处理在现代工业、农业和国防建设中的应用及重要的地位。可通过举例的方法来说明金属材料与热处理技术在科学技术现代化中的地位，从而激发学生的学习兴趣。举例：具统计目前机械工业部门中所用的材料有90%以上是金属材料。今年来，我国在材料工业领域取得了巨大成就：我国的钢铁产量已跃居世界前列；在金属材料生产方面已建立了符合我国特点的合金钢系列，且应用范围正在扩大；广泛采用稀土元素材料，并研制出了具有世界先进水平的稀土镁球墨铸铁；许多热处理新工艺、新技术得到了广泛的应用和推广等等。4教学环节教师活动学生活动设计意图四、课堂小结五、布置作业通过本节课内容的学习学生明确学习本课程的目的，了解本课程的性质、任务及内容范围，并了解我国在金属材料及热处理方面的发展概况及所取的成，随着科学技术的不断发展，新产品、新工艺、新材料会不断的出现，但与发达国家相比我国在材料开发方面仍有一段距离。因此，同学们要刻苦学习，不断探索，努力赶超世界先进水平，为我国材料工业的腾飞贡献自己的一份力量。课后自主复习本课的主要内容要求：弄清学习本课程的目的；本课程学习的基本内容是哪些金属材料在工农业生产中有何重要的地位。教学反思1.教学的成败得失2.学生的信息反馈3.今后的教学建议5月日（星期）总第课时课题§1-1金属的力学性能教学目标知识目标1、了解金属力学性能各指标概念2、掌握低碳钢拉伸曲线的绘制及各段曲线的含义能力目标应使学生能对常用力学指标进行查表和计算情感目标对常用力学性能指标在工业中的应用予以充分重视教学重点1、强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲劳强度的概念2、低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义教学难点掌握低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义教学用具教学方法阅读教学法、归纳法、举例分析法教学过程设计教学环节教师活动学生活动设计意图一、组织教学二、导入新课三、新课教学在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时，大多数是以其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。（一）、基本概念1、力学性能：即指金属在外力的作用下所表现出来的性能。它包括强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲劳强度等。2、载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不同分为：（1）静载荷：指大小不变或变化过程极其缓慢的载荷（2）冲击载荷：指在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷（3）交变载荷：指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷根据载荷作用形式的不同分为：拉、压、弯曲、剪切以及扭转等3、变形：指金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化举例：让学生头脑中形成概念6教学环节教师活动学生活动设计意图（1）弹性变形：指随载荷的去除而消失的变形（2）塑性变形：不能随载荷去除而消失的变形。也称为永久变形或残余变形（二）强度1、强度的概念金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力，称为强度。（金属材料强度越高，则强度越大，越不容易被破坏，承载能也就越大。）根据载荷作用方式的不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗扭强度等五种。2、强度的测定（以抗拉强度为例进行分析，其他不作介绍）（1）拉伸试样的选用为了使测试结果具有可比性，拉伸试验时必须采用国家表准规定的拉伸试样，具体拉伸试样可参照（GB/T397-1986），在该标准中对试样的形状尺寸以及加工要求均有明确的规定。（2）低碳钢拉伸曲线oe——比例阶段（弹性变形阶段）在这个阶段试样变形完全是弹性的，若撤去载荷，试样能立刻恢复原状。图中Fe为试样弹性恢复最大载荷。es——屈服阶段（塑性变形阶段）在这个阶段试样发生明显的塑性变形，试样表面出现45º滑移线，若此时撤去载荷，试样不能恢复原状。图中Ｆs为屈服载荷。sb——强化阶段在这个阶段随着外载荷的不断增加试样继续伸长，变形均匀发生，出现了加工硬化现象，抗拉强度明显提高。图中Ｆb为试样最大载荷。bz——颈缩阶段（局部塑性变形阶段）在这个阶段试样局部直径出现了明显的收缩，试样所需载荷急剧下降，伸长主要集中在颈缩部位通过举例，使学生对强度的概念有一个明确的认识7教学环节教师活动学生活动设计意图直至最后断裂，断口呈45º刀口状。（注：工程上使用的材料多数是没有明显的屈服现象的，有些脆性材料不仅没有屈服现象，而且也不产生“颈缩”，例如铸铁等。）3、强度的衡量指标常用的衡量指标有屈服点和抗拉强度两种。屈服点：在拉伸试验过程中，载荷在不增加（保持恒定）的情况下，试样仍能继续增加伸长时的应力即为屈服点。用符号σs表示。抗拉强度：材料在断裂前所能承受的最大载荷即位抗拉强度。常用符号σb表示。(注：σb为零件在工作中所承受的最大应力也是零件设计和选材的重要依据)（三）塑性１、塑性的概念塑性是指金属材料在断裂前产生变形的能力。常用伸长率（δ）和断面收缩率（Ψ）来表示。２、塑性的衡量指标（１）伸长率（δ）试样拉断后，试样的伸长量与拉断前试样的长度的百分比称为伸长率（２）断面收缩率（Ψ）试样拉断后，颈缩处横截面积的缩减量与拉伸前原试样横截面积的百分比（注：塑性好的材料，在受力过大时，首先产生塑性变形而不致突然断裂，因此比较安全）（四）硬度１、硬度的概念金属材料抵抗局部变形特别是塑性变形、表面压痕或表面划痕的能力称为硬度。它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。２、常用硬度测试方法（１）布氏硬度（ＨＢ）测试方法：压入法ＨＢＳ（普通淬火钢球压头）ＨＢＷ（硬质合金钢球压头）8教学环节教师活动学生活动设计意图表示方法：符号HBS或HBW之前的数字为硬度值，符号后面依次为钢球直径、试验力、试验力保持的时间（10~15s不标记）。应用范围及有缺点：实验压力大，压痕大，能较准确的反映金属材料的平均性能，故适用于测定会铸铁、有色金属及各种软钢等硬度不高的材料。但不宜测量成品及薄件。（2）洛氏硬度（HR）测试方法：压入法120º金刚石圆锥体压头Φ1.588mm淬火钢球表示方法：符号HR前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不同洛氏硬度的标尺。优缺点：操作简单，能直接从刻度盘上读出读数，压痕小，可以测定成品以及薄件。（3）维氏硬度（HV）测试方法：压入法相对面夹角为136º的正四棱锥体金刚石压头表示方法：符号HV前面的数字表示硬度值，后面的为试验力保持的时间（10~15s不标记）。优缺点：试验力较小，压入深度不大，故可测量薄件或表面渗碳、渗氮层的硬度，且硬度值有连续性，故可测量很软到很硬的各种金属材料，且准确性很高。（五）冲击韧性1、冲击韧性的概念金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力称为冲击韧性。通常用ak表示冲击韧性。（注：使用不同类型的试样（V型缺口或U型缺口）进行试验时，冲击韧度分别标记为akv或aku）2、小能量多次冲击实践表明：承受冲击载荷的机械零件，大多数情况下是因小能量多次冲击而遭到破坏的，所以对材料进行小能量多次冲击试验是很重要的。一次冲击韧度高的材料，小能量多次冲击抗力不一定高，反之也一样。金属材料受大能量冲击载荷作用时，其冲击抗力主要取决于冲击韧度ak的大小，而在小能量多次冲击条件下，其冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。9教学环节教师活动学生活动设计意图四、课堂总结五、布置作业（六）疲劳强度1、疲劳强度的概念疲劳强度是指金属材料在无数次的交变载荷的作用下而不断裂的最大应力称为疲劳强度。用σ-1表示。2、疲劳破坏的特征（1）疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前无预兆，而是突然的。（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裂纹的策源地及扩展区（光滑部分）和最后断裂区（粗糙部分）两部分组成。3、影响疲劳强度的因素及提高疲劳极限的措施因素：如工作条件、零件表面状态、材料成分、组织及残余应力等。措施：改善零件的结构形式、降低零件表面粗糙度、采用各种表面强化的方法（例如表面渗碳、表面渗氮等）。通过本节内容的学习，同学们要了解有关强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲劳强度的概念及其衡量指标，重点掌握对拉伸曲线各阶段的分析及其各阶段的特征。除此之外还要对疲劳破坏的特点加以认识。1、习题册P1-P32、低碳钢拉伸曲线的绘制及各阶段的分析。3、疲劳破坏有哪些特点？教学反思1教学的成败得失2学生的信息反馈3今后的教学建议10月日（星期）总第课时课题§1-2金属的工艺性能教学目标知识目标1、了解金属工艺性能的有关基本概念2、熟悉和掌握金属材料各工艺性能的衡量指标能力目标应使学生能利用工艺性能指标判别简单工件加工过程情感目标对工艺性能在加工中的重要性予以充分认识教学重点1、金属工艺性能的有关基本概念2、金属材料各工艺性能的衡量指标教学难点金属材料各工艺性能的衡量指标教学用具教学方法阅读教学法、归纳法举例分析法教学过程设计教学环节教师活动学生活动设计意图一、组织教学二、导入新课三、新课教学金属材料仅有良好的力学性能是不够的，除此之外还必须有良好的工艺性能，只有这样，才能得到生产工艺简单、质量良好、成本低廉的工件。我们可通过举一些例子来说明这个问题。例如：有色金属（如青铜）铸造性很好，常用来铸造精美的工艺品；再如铸铁的铸造性能要比钢好，因此常用铸造的方法生产零件；但是钢的锻造性能很好，可以用锻造的工艺方法生产出力学性能较高的机械零件，而铸铁则不能锻造。工艺性能：指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，主要包括铸造性能、锻造性能、