金屬工藝學(xué)教學(xué)PPT作者王英杰31622金屬工藝學(xué)教案高職

1、教案一【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】緒 論一、人類社會的發(fā)展歷程人類使用材料的足跡經(jīng)歷了從低級到高級、從簡單到復(fù)雜、從天然到合成的過程，目前人類已進(jìn)入金屬（如鈦金屬）、高分子、陶瓷及復(fù)合材料共同發(fā)展的時代。二、節(jié)約金屬材料一是向地殼的深部要金屬；二是向海洋要金屬；三是節(jié)約金屬材料，尋找它的代用品。三、非金屬材料的使用非金屬材料的使用，不僅滿足了機(jī)械工程中的特殊需求，而且還大大簡化了機(jī)械制造的工藝過程，降低了機(jī)械制造成本，提高了機(jī)械產(chǎn)品的使用性能。其中比較突出的非金屬材料就是：塑料、陶瓷與復(fù)合材料等。四、機(jī)械零件加工技術(shù)的發(fā)展例如，激光技術(shù)與計算

2、機(jī)技術(shù)在機(jī)械零件加工過程中的應(yīng)用，使得機(jī)械零件加工設(shè)備不斷創(chuàng)新，零件的加工質(zhì)量和效率不斷提高，如計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（MIS）的綜合應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)的機(jī)械零件加工方法，產(chǎn)生了巨大的變革。五、我國在金屬加工方面取得的成就 歷史上我國是使用和加工金屬材料最早的國家之一。2008年我國鋼鐵產(chǎn)量突破5億噸，成為國際鋼鐵市場上舉足輕重的“第一力量”。六、金屬工藝學(xué)課程的性質(zhì)金屬工藝學(xué)教材內(nèi)容廣、實踐性強(qiáng)，比較系統(tǒng)地介紹了金屬材料與非金屬材料的分類、性能、加工工藝方法及其應(yīng)用范圍

3、等知識。該課程是融匯多種專業(yè)基礎(chǔ)知識為一體的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)從事機(jī)械裝備制造行業(yè)應(yīng)用型、管理型、操作型及復(fù)合型人才的必修課程。同學(xué)們在學(xué)習(xí)本課程時，一定要多聯(lián)系自己在金屬材料和非金屬材料方面的感性知識和生活經(jīng)驗，要多討論、多交流、多分析和多研究，特別是在實習(xí)中要多觀察，勤于實踐，做到理論聯(lián)系實際，這樣才能更好地學(xué)好教材中的基礎(chǔ)知識，做到融會貫通，全面發(fā)展。第一章 金屬材料基礎(chǔ)知識第一節(jié) 金屬材料分類金屬是指具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有一定的強(qiáng)度和塑性，并具有光澤的物質(zhì)。金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主要材料，并具有金屬特性的工程材料。合金是指兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素

4、組成的金屬材料。圖1-1 金屬材料分類以鐵或以它為主而形成的金屬材料，稱為鋼鐵材料（或稱黑色金屬），如各種鋼材和鑄鐵。除鋼鐵材料以外的其它金屬材料，統(tǒng)稱為非鐵金屬（或稱有色金屬），如銅、鋁、鎂、鋅、鈦、錫、鉛、鉻、鉬、鎢、鎳等。第二節(jié) 鋼鐵材料生產(chǎn)過程概述鋼鐵材料是鐵和碳的合金。鋼鐵材料按其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（C）(含碳量)進(jìn)行分類，可分為工業(yè)純鐵（w（C）2.11 %）。一、煉鐵生鐵由鐵礦石經(jīng)高爐冶煉而得，它是煉鋼和鑄件生產(chǎn)的主要原材料。高爐煉鐵的爐料主要是鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）。高爐冶煉出的鐵不是純鐵，其中含有碳、硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素，這種鐵稱為生鐵。生鐵是高爐冶煉的主要產(chǎn)品

5、。根據(jù)用戶的不同需要，生鐵可分為兩類：鑄造生鐵和煉鋼生鐵。 二、煉鋼 鋼材生產(chǎn)是以生鐵為主要原料，首先將生鐵裝入高溫的煉鋼爐里，通過氧化作用降低生鐵中碳和雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并使其到達(dá)需要的鋼液，然后將鋼液澆鑄成鋼錠或連續(xù)坯，再經(jīng)過熱軋或冷軋后，制成各種類型的型鋼。用生鐵煉鋼，實質(zhì)上是一個氧化過程。 1煉鋼方法 表1-1 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電弧爐煉鋼法的比較煉鋼方法熱 源主要原料主要特點 產(chǎn) 品氧氣轉(zhuǎn)爐氧化反應(yīng)的化學(xué)熱生鐵、廢鋼冶煉速度快，生產(chǎn)率高，成本低。鋼的品種較多，質(zhì)量較好，適合于大量生產(chǎn)非合金鋼和低合金鋼電弧爐電能廢鋼爐料通用性大，爐內(nèi)氣氛可以控制，脫氧良好，能冶煉難熔合金鋼。鋼的質(zhì)量優(yōu)良，

6、品種多樣合金鋼 2鋼的脫氧按鋼液脫氧程度的不同，鋼可分為特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)，半鎮(zhèn)靜鋼(b)和沸騰鋼(F)四種。 3鋼的澆注 鋼液經(jīng)脫氧后，除少數(shù)用來澆鑄成鑄鋼件外，其余都澆鑄成鋼錠或連鑄坯。 4煉鋼的最終產(chǎn)品 鋼錠經(jīng)過軋制最終形成板材、管材、型材、線材及其它類型的材料。 第三節(jié) 機(jī)械制造過程概述機(jī)械產(chǎn)品的制造過程一般分為設(shè)計、制造與使用三個階段，如圖1-4所示。圖1-4 機(jī)械產(chǎn)品制造過程的三個階段第四節(jié) 金屬材料的性能金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料為保證機(jī)械零件或工具正常工作應(yīng)具備的性能，即在使用過程中所表現(xiàn)出的特性。金屬材料的使用性能包括力學(xué)性能、物

7、理性能和化學(xué)性能等；工藝性能是指金屬材料在制造機(jī)械零件和工具的過程中，適應(yīng)各種冷加工和熱加工的性能。工藝性能也是金屬材料采用某種加工方法制成成品的難易程度，它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能及切削加工性能等。一、金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在力作用下所顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能，如強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。物體受外力作用后導(dǎo)致物體內(nèi)部之間相互作用的力，稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力(N/mm2)。應(yīng)變是指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化(%)。金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。

8、 （一）強(qiáng)度與塑性金屬材料在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。金屬材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)可以通過拉伸試驗測得。 1拉伸試驗 拉伸試驗是指用靜拉伸力對試樣進(jìn)行軸向拉伸，測量拉伸力和相應(yīng)的伸長，并測其力學(xué)性能的試驗。（1）拉伸試樣。拉伸試樣通常采用圓柱形拉伸試樣，分為短試樣和長試樣兩種。長試樣L0=10d0；短試樣L0=5d0。a）拉斷前 b）拉斷后圖1-5 圓形拉伸試樣 （2）試驗方法。2力伸長曲線在進(jìn)行拉伸試驗時，拉伸力F和試樣伸長量L之間的關(guān)系曲線，稱為力伸長曲線。試樣從開始拉伸到斷裂要經(jīng)過彈性變形階段、屈服階段、變形強(qiáng)化階段、縮頸

9、與斷裂四個階段。 圖1-7 退火低碳鋼力伸長曲線 【教學(xué)重點與難點】1重點：金屬材料分類和相關(guān)基本概念2難點：力學(xué)性能概念的理解、力伸長曲線【教學(xué)方法與教學(xué)手段】1利用試樣、掛圖等教具。2利用多媒體資料進(jìn)行短時演示?！拘〗Y(jié)與布置作業(yè)】1小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識與生活經(jīng)驗相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的理解。2布置作業(yè)盡量獨立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時可相互交流與探討問題。教案二【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】 3強(qiáng)度指標(biāo)金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)主要有:屈服點s、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力0.2、抗拉強(qiáng)度b等。 （1）屈服點和規(guī)定殘余延伸應(yīng)力。屈服點是指試樣在拉

10、伸試驗過程中力不增加(保持恒定)仍然能繼續(xù)伸長(變形)時的應(yīng)力。屈服點用符號s表示。單位為N/mm2或MPa。 規(guī)定殘余延伸應(yīng)力是指試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長與原始標(biāo)距的百分比達(dá)到規(guī)定值時的應(yīng)力，用應(yīng)力符號并加角標(biāo)“r和規(guī)定殘余伸長率”表示，如r0.2表示規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應(yīng)力定為沒有明顯產(chǎn)生屈服現(xiàn)象金屬材料的屈服點。（2）抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力。用符號b表示，單位為N/mm2或MPa。 4塑性指標(biāo)（1）斷后伸長率。試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，用符號表示。使用長試樣測定的斷后伸長率用符號10表示，通常寫成；使用短試

11、樣測定的斷后伸長率用符號5表示。（2）斷面收縮率。斷面收縮率是指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。（二）硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，也是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。在壓入法中根據(jù)載荷、壓頭和表示方法的不同，常用的硬度測試方法有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和維氏硬度(HV)。 1布氏硬度布氏硬度的試驗原理是用一定直徑的硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑d，然后根據(jù)壓痕直徑d計算其硬度值的方法。

12、布氏硬度值是用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力表示的，用符號HBW表示，上限為650HBW。圖1-8 布氏硬度試驗原理圖 布氏硬度的標(biāo)注方法是：測定的硬度值應(yīng)標(biāo)注在硬度符號“HBW”的前面。除了保持時間為1015s的試驗條件外，在其他條件下測得的硬度值，均應(yīng)在硬度符號“HBW”的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗力大小和試驗力保持時間。例如，150HBW 10/1000/30。2洛氏硬度洛氏硬度試驗原理是以錐角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.5875mm的球（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球），壓入試樣表面，試驗時先加初試驗力，然后加主試驗力，壓入試樣表面之后，去除主試驗力，在保留初試驗力時，根據(jù)試

13、樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。測定的硬度數(shù)值寫在符號“HR”的前面，符號“HR”后面寫使用的標(biāo)尺，如50HRC表示用“C”標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為50。 3維氏硬度 維氏硬度的測定原理與布氏硬度基本相似，是以面夾角為136的正四棱錐體金剛石為壓頭，試驗時，在規(guī)定的試驗力F（49.03N980.7N）作用下，壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，則試樣表面上壓出一個正四棱錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線d的平均長度，可計算出其硬度值。維氏硬度用符號“HV”表示。 維氏硬度數(shù)值寫在符號“HV”的前面，試驗條件寫在符號“HV”的后面。例如，640HV30表示用30kgf(294.2N)的試

14、驗力，保持1015s測定的維氏硬度值是640；640HV30/20表示用30kgf(294.2N)的試驗力，保持20s測定的維氏硬度值是640。（三）韌性1一次沖擊試驗韌性是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。金屬材料的韌性大小通常采用吸收能量K（單位是焦?fàn)枺┲笜?biāo)來衡量。（1）夏比擺錘沖擊試樣。夏比擺錘沖擊試樣有V型缺口試樣和U型缺口試樣兩種，如圖1-11所示。帶V型缺口的試樣，稱為夏比V型缺口試樣；帶U型缺口的試樣，稱為夏比U型缺口試樣。a)夏比U型缺口試樣 b)夏比V型缺口試樣圖1-11 夏比擺錘沖擊試樣（2）夏比擺錘沖擊試驗方法。夏比擺錘沖擊試驗方法是在擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)上進(jìn)行的。計算公式

15、是：V型缺口試樣：KV2或KV8=AKV1-AKV2(J)U型缺口試樣：KU2或KU8=AKU1-AKU2(J)KV2或KU2表示用刀刃半徑是2mm的擺錘測定的吸收能量；KV8或KU8表示用刀刃半徑是8mm的擺錘測定的吸收能量。吸收能量大，表示金屬材料抵抗沖擊試驗力而不破壞的能力愈強(qiáng)。圖1-12 夏比沖擊試驗原理吸收能量K對組織缺陷非常敏感，它可靈敏地反映出金屬材料的質(zhì)量、宏觀缺口和顯微組織的差異，能有效地檢驗金屬材料在冶煉、成形加工、熱處理工藝等方面的質(zhì)量。（3）吸收能量與溫度的關(guān)系。金屬材料的吸收能量與溫度之間的關(guān)系曲線一般包括高吸收能量區(qū)、過渡區(qū)和低吸收能量區(qū)三部分。當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時

16、，吸收能量急劇下降，金屬材料由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔眩@種現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變。金屬材料在一系列不同溫度的沖擊試驗中，吸收能量急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域，稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量金屬材料冷脆傾向的指標(biāo)。金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度愈低，說明金屬材料的低溫抗沖擊性愈好。 2多次沖擊試驗 金屬材料在多次沖擊下的破壞過程是由裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)張和瞬時斷裂三個階段組成。其破壞是每次沖擊損傷積累發(fā)展的結(jié)果，不同于一次沖擊的破壞過程。多次沖擊彎曲試驗在一定程度上可以模擬零件的實際服役過程，為零件設(shè)計和選材提供了理論依據(jù)，也為估計零件的使用壽命提供了依據(jù)。在小能量多次沖擊條件下，金屬材料的多次沖擊抗

17、力大小，主要取決于金屬材料強(qiáng)度的高低；在大能量多次沖擊條件下，金屬材料的多次沖擊抗力大小，主要取決于金屬材料塑性的高低。 【教學(xué)重點與難點】1重點：金屬材料的強(qiáng)度與塑性、硬度和韌性2難點：強(qiáng)度與塑性【教學(xué)方法與教學(xué)手段】1利用試樣、掛圖等教具。2利用多媒體資料進(jìn)行短時演示。【小結(jié)與布置作業(yè)】1小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識與生活經(jīng)驗相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的理解。2布置作業(yè)盡量獨立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時可相互交流與探討問題。教案三【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】 （四）疲勞 1疲勞現(xiàn)象循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變的大小、方向，都隨時間發(fā)生周

18、期性變化的一類應(yīng)力和應(yīng)變。零件工作時在承受低于制作金屬材料的屈服點或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定時間的工作后會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞斷裂首先是在零件的應(yīng)力集中局部區(qū)域產(chǎn)生，先形成微小的裂紋核心，即微裂源。隨后在循環(huán)應(yīng)力作用下，微小裂紋繼續(xù)擴(kuò)展長大。由于微小裂紋不斷擴(kuò)展，使零件的有效工作面逐漸減小，因此，零件所受應(yīng)力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力超過金屬材料的斷裂強(qiáng)度時，則突然發(fā)生疲勞斷裂，形成最后斷裂區(qū)。金屬疲勞斷裂的斷口由微裂源、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)組成。 圖1-16 疲勞斷口示意圖2疲勞強(qiáng)度金屬在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限多次循環(huán)，而不斷裂的最大應(yīng)力值稱為金屬的疲勞強(qiáng)度。即循環(huán)

19、次數(shù)值N無窮大時所對應(yīng)的最大應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度。在工程實踐中，一般是求疲勞極限，即對應(yīng)于指定的循環(huán)基數(shù)下的中值疲勞強(qiáng)度。對于鋼鐵材料其循環(huán)基數(shù)為107，對于非鐵金屬其循環(huán)基數(shù)為108。對于對稱循環(huán)應(yīng)力，其疲勞強(qiáng)度用符號-1表示。金屬材料在承受一定循環(huán)應(yīng)力條件下，其斷裂時相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N可以用曲線來描述，這種曲線稱為-N曲線。二、金屬材料的物理性能、化學(xué)性能和工藝性能1金屬材料的物理性能 金屬材料的物理性能是指金屬在重力、電磁場、熱力（溫度）等物理因素作用下，其所表現(xiàn)出的性能或固有的屬性。它包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。（1）密度。金屬的密度是指單位體積金屬的質(zhì)量。一般將密

20、度小于5103kg/m3的金屬稱為輕金屬，密度大于5103kg/m3的金屬稱為重金屬。（2）熔點。金屬和合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點。熔點高的金屬稱為難熔金屬(如鎢、鉬、釩等)，可以用來制造耐高溫零件。熔點低的金屬稱為易熔金屬(如錫、鉛等)，可以用來制造保險絲和防火安全閥等零件。（3）導(dǎo)熱性。金屬傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。金屬導(dǎo)熱能力的大小常用熱導(dǎo)率(亦稱導(dǎo)熱系數(shù))表示。金屬材料的熱導(dǎo)率越大，說明其導(dǎo)熱性越好。一般來說，純金屬的導(dǎo)熱能力比合金好。（4）導(dǎo)電性。金屬能夠傳導(dǎo)電流的性能，稱為導(dǎo)電性。金屬導(dǎo)電性的好壞，常用電阻率表示，單位是m。金屬的電阻率越小，其導(dǎo)電性越好。（5）熱膨脹性。

21、金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。一般來說，金屬受熱時膨脹而且體積增大，冷卻時收縮而且體積縮小。金屬熱膨脹性的大小用線脹系數(shù)l和體脹系數(shù)v來表示。（6）磁性。金屬材料在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的性能稱為磁性。根據(jù)金屬材料在磁場中受到磁化程度的不同，金屬材料可分為鐵磁性材料和非鐵磁性材料。2金屬材料的化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能是指金屬在室溫或高溫時抵抗各種化學(xué)介質(zhì)作用所表現(xiàn)出來的性能，它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。金屬材料在常溫下抵抗氧、水及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，稱為耐腐蝕性。 金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性與

22、抗氧化性的總稱。3金屬材料的工藝性能 金屬在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動性、充型能力、吸氣性、收縮性和偏析等。金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛造性能。鍛造性能的好壞主要與金屬的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。焊接性能是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性能好的金屬材料可以獲得沒有裂縫、氣孔等缺陷的焊縫，并且焊接接頭具有良好的力學(xué)性能。低碳鋼具有良好的焊接性能，而高碳鋼、不銹鋼、鑄鐵的焊接性能則較差。切削加工性能是指金屬在切削加工時的難易程度。切削加工性能好

23、的金屬對刀具的磨損小，可以選用較大的切削用量，加工表面也比較光潔。第五節(jié) 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 一、晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)可分為晶體與非晶體兩類。晶體是指其組成微粒（原子、離子或分子）呈規(guī)則排列的物質(zhì)。晶體具有固定的熔點和凝固點、規(guī)則的幾何外形和各向異性特點，如金剛石、石墨及一般固態(tài)金屬材料等。非晶體是指其組成微粒無規(guī)則地堆積在一起的物質(zhì)，如玻璃、瀝青、石蠟、松香等都是非晶體。非晶體沒有固定的熔點，而且性能具有各向同性。圖1-18 簡單立方晶格及其晶胞示意圖 二、金屬的晶體結(jié)構(gòu) (一)晶格 抽象地用于描述原子在晶體中排列形式的空間幾何格子，稱為晶格。 (二)晶胞反映晶格特征、具有代表性的最小幾何單

24、元稱為晶胞。晶胞的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊的邊長（晶格常數(shù)）a、b、c和三條棱邊之間的夾角、等六個參數(shù)來描述。(三)常見的金屬晶格類型 常見的晶格類型是：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格： 1體心立方晶格 體心立方晶格的晶胞是立方體，立方體的8個頂角和中心各有一個原子，每個晶胞實有原子數(shù)是2個。具有這種晶格的金屬有：鐵(-Fe)、鎢(W)、鉬(o)、鉻(r)、釩()、鈮（Nb）等約30種金屬。圖1-19 體心立方晶格示意圖 2面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是立方體，立方體的八個頂角和六個面的中心各有一個原子，每個晶胞實有原子數(shù)是4個。具有這種晶格的金屬有：鐵(-e)、金(u)、銀

25、(Ag)、鋁(l)、銅(u)、鎳(Ni)、鉛（Pb）等金屬。圖1-20 面心立方晶格示意圖 3密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是六方柱體，在六方柱體的十二個頂角和上下底面中心各有一個原子，另外在上下面之間還有三個原子，每個晶胞實有原子數(shù)是6個。具有這種晶格的金屬有：鈦(-Ti)、鎂( Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鎘（Cd）等金屬。圖1-21 密排六方晶格示意圖 三、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)原子從一個核心（或晶核）按同一方向進(jìn)行排列生長而形成的晶體，稱為單晶體。自然界存在的單晶體有水晶、金剛石等，采用特殊方法也可獲得單晶體，如單晶硅、單晶鍺等，單晶體具有顯著的各向異性特點。由許多晶粒組成的晶體稱為

26、多晶體。多晶體材料內(nèi)部以晶界分開的、晶體學(xué)位向相同的晶體稱為晶粒。將任何兩個晶體學(xué)位向不同的晶粒隔開的那個內(nèi)界面稱為晶界。原子排列不規(guī)則的部位稱為晶體缺陷。根據(jù)晶體缺陷的幾何特點，可將晶體缺陷分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三種。 (一)點缺陷點缺陷是晶體中呈點狀的缺陷，即在三維空間上尺寸都很小的晶體缺陷。最常見的缺陷是晶格空位和間隙原子。原子空缺的位置稱為空位；存在于晶格間隙位置的原子稱為間隙原子。 (二)線缺陷線缺陷是指晶體內(nèi)部某一平面上沿一方向呈線狀分布的缺陷。線缺陷主要指各種類型的位錯。位錯是指晶格中一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。(三)面缺陷面缺陷是指晶體內(nèi)部呈面狀分布的缺陷，

27、通常是指晶界和亞晶界。圖1-25 晶界過渡結(jié)構(gòu)示意圖 【教學(xué)重點與難點】1重點：金屬材料疲勞強(qiáng)度和晶體結(jié)構(gòu)2難點：晶體缺陷【教學(xué)方法與教學(xué)手段】1利用試樣、掛圖等教具。2利用多媒體資料進(jìn)行短時演示?！拘〗Y(jié)與布置作業(yè)】1小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識與生活經(jīng)驗相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的理解。2布置作業(yè)盡量獨立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時可相互交流與探討問題。教案四【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】 第六節(jié) 純金屬的結(jié)晶過程 金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。通過凝固形成晶體的過程稱為結(jié)晶。 一、冷卻曲線與過冷度 純金屬的結(jié)晶是在一定溫度下進(jìn)行的，通

28、常采用熱分析法測量其結(jié)晶溫度。液態(tài)金屬冷卻到某一溫度時，在冷卻曲線上出現(xiàn)一水平線段，這個水平線段所對應(yīng)的溫度就是金屬的理論結(jié)晶溫度(T0)。在實際結(jié)晶過程中，液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度 (T0)以下的某一溫度時，才開始結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為過冷。理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度T1之差T，稱為過冷度。實際上金屬總是在過冷的情況下結(jié)晶的，同一金屬結(jié)晶時的過冷度不是一個恒定值，過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，過冷度就越大，金屬的實際結(jié)晶溫度也就越低。過冷是金屬結(jié)晶的必要條件，但不是充分條件。金屬要進(jìn)行結(jié)晶，還要滿足動力學(xué)條件，如必須有原子的移動和擴(kuò)散等。二、金屬的結(jié)晶過程 晶核的形成和晶核的長

29、大就是金屬結(jié)晶的基本過程。a)熔液 b)形核 c)形核與晶核長大 d) 晶核長大 e)結(jié)晶結(jié)束圖1-27 純金屬結(jié)晶過程示意圖晶核的長大方式主要是平面生長方式和樹枝狀生長方式。純金屬晶核的長大主要以結(jié)晶表面向前平移的方式進(jìn)行，即采取平面生長方式.當(dāng)過冷度較大，液態(tài)金屬中存在未熔化的微粒時，金屬晶核的長大主要以樹枝狀生長方式長大。當(dāng)液態(tài)金屬采用樹枝狀生長方式長大時，最后凝固的樹枝之間不能及時填滿，晶體的樹枝狀就很容易顯漏出來，如在很多金屬鑄錠表面可以看到樹枝狀的浮雕。 三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小 1晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性愈好。2晶粒大小的控制在生產(chǎn)

30、中為了獲得細(xì)小的晶粒組織，常采用以下一些方法：(1)加快液態(tài)金屬的冷卻速度，增大過冷度。 (2)采用變質(zhì)處理。(3)采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振動、超聲波振動和電磁振動等措施，使生長中的樹枝晶破碎和細(xì)化，而且破碎的樹枝晶又可起到新晶核作用，使晶核數(shù)量增多，從而可細(xì)化晶粒。第七節(jié) 金屬材料的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變在固態(tài)下由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的轉(zhuǎn)變過程，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變或稱同素異晶轉(zhuǎn)變。純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變是：圖1-30 純鐵的冷卻曲線和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料的一個重要特性，也是鋼鐵材料能夠進(jìn)行熱處理的理論依據(jù)。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是通過原子的重新排列來完成的，這一過程類似于隊列變換，具有如下特點： （

31、1）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核形成和晶核長大兩個基本過程完成的，新晶核優(yōu)先在原晶界處生成； （2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也有過冷(或過熱)現(xiàn)象，而且轉(zhuǎn)變時具有較大的過冷度； （3）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，有相變潛熱產(chǎn)生，在冷卻曲線上也出現(xiàn)水平線段，但這種轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行的；（4）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時常伴有金屬的體積變化等。第八節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過程 一、基本概念 組成合金最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元。 由兩種或兩種以上的組元按不同比例配制而成的一系列不同化學(xué)成分的所有合金，稱為合金系。 相是指在一個合金系統(tǒng)中具有相同的物理性能和化學(xué)性能，并與該系統(tǒng)的其余部分以界面分開的部分。 組織是指用金相觀察方法，在金屬及其

32、合金內(nèi)部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系的構(gòu)造情況。 二、合金的晶體結(jié)構(gòu) 根據(jù)合金中各組元之間的相互作用，合金中的晶體結(jié)構(gòu)可分為固溶體、金屬化合物及機(jī)械混合物三種類型。 （一）固溶體合金在固態(tài)下一種組元的晶格內(nèi)溶解了另一種原子而形成的晶體相，稱為固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。 1置換固溶體溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子，占據(jù)溶劑晶格的部分結(jié)點位置時，所形成的晶體相，稱為置換固溶體。按溶質(zhì)溶解度的不同，置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體。 a) 置換固溶體 b) 間隙固溶體圖1-32 固溶體的類型 2間隙固溶體

33、溶質(zhì)原子在溶劑晶格中不占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點位置，而是嵌入溶劑晶格的各結(jié)點之間的間隙內(nèi)時，所形成的晶體相，稱為間隙固溶體。 無論是置換固溶體，還是間隙固溶體，異類原子的插入都將使固溶體晶格發(fā)生畸變，增加位錯運動的阻力，使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高。這種通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，使合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。a）間隙固溶體 b）置換固溶體（大溶質(zhì)原子） c）固溶體（小溶質(zhì)原子）圖1-33 形成固溶體時產(chǎn)生的晶格畸變 （二）金屬化合物金屬化合物是指合金中各組元之間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的一種新相。金屬化合物具有與其構(gòu)成組元晶格截然不同的特殊晶格，

34、熔點高，硬而脆。（三）機(jī)械混合物由兩相或兩相以上組成的多相組織，稱為機(jī)械混合物。在機(jī)械混合物中各組成相仍保持著它原有晶格的類型和性能，而整個機(jī)械混合物的性能則介于各組成相的性能之間，并與各組成相的性能以及相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀況等密切相關(guān)。 三、合金結(jié)晶過程 合金的結(jié)晶過程與純金屬一樣，也是晶核形成和晶核長大兩個過程。同時結(jié)晶時也需要一定的過冷度，結(jié)晶后形成由多晶體。合金的結(jié)晶過程中具有如下特點： （1）純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行，只有一個結(jié)晶溫度。而絕大多數(shù)合金是在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶的，一般結(jié)晶的開始溫度與終止溫度是不相同，一般有兩個結(jié)晶溫度。 （2）合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)

35、相的化學(xué)成分（即濃度）有差異，當(dāng)結(jié)晶終止后，整個晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。 （3）合金結(jié)晶后一般有三種情況：第一種情況是形成單相固溶體；第二種情況是形成單相金屬化合物或同時結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)；第三種情況是結(jié)晶開始時形成單相固溶體，剩余液體又同時結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)。 四、合金結(jié)晶冷卻曲線 合金結(jié)晶過程比純金屬復(fù)雜得多，但其結(jié)晶過程仍可用結(jié)晶冷卻曲線來描述。一般合金的結(jié)晶冷卻曲線有以下三種形式：圖1-34 合金的結(jié)晶冷卻曲線形成單相固溶體 形成單相金屬化合物或析出共晶體 形成機(jī)械混合物從一定化學(xué)成分的液體合金中同時結(jié)晶出兩種固相物質(zhì)，則該轉(zhuǎn)變過程稱為共晶

36、轉(zhuǎn)變(或稱共晶反應(yīng))，其結(jié)晶產(chǎn)物稱為共晶體。共晶轉(zhuǎn)變是在恒溫下進(jìn)行的。 在固態(tài)下由一種單相固溶體同時析出兩相固體物質(zhì)，稱為共析轉(zhuǎn)變(或稱共析反應(yīng))。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變一樣，也是在恒溫條件下進(jìn)行的。第九節(jié) 金屬材料的鑄錠組織特征 一、金屬材料的鑄錠組織結(jié)構(gòu)金屬鑄錠呈現(xiàn)三個不同的結(jié)晶區(qū)：表面細(xì)晶粒區(qū)、柱狀晶粒區(qū)和等軸晶粒區(qū)。表面細(xì)晶粒區(qū)的組織特點是：晶粒細(xì)長，區(qū)域厚度較小，組織致密，成分均勻，力學(xué)性能較好。在柱狀晶粒區(qū)，兩排柱狀晶粒相遇的接合面上存在著脆弱區(qū)，此區(qū)域常有低熔點雜質(zhì)及非金屬夾雜物積聚，使金屬材料的強(qiáng)度和塑性降低。這種組織在鍛造和軋制時，容易使金屬材料沿接合面開裂。等軸晶粒區(qū)的組織特點

37、是：晶粒粗大，組織疏松，力學(xué)性能較差。在金屬鑄錠中，除存在組織不均勻外，還常有縮孔、氣泡、偏析、夾雜等缺陷。根據(jù)澆注方法的不同，金屬鑄錠分為鋼錠模鑄錠（簡稱鑄錠）和連續(xù)鑄錠。 二、定向結(jié)晶和單晶定向結(jié)晶是通過控制冷卻方式，使鑄件沿軸向形成一定的溫度梯度，從而使鑄件從一端開始凝固，并按一定方向逐步向另一端結(jié)晶的工藝方法。用該工藝方法生產(chǎn)出了整個鑄件都是由同一方向的柱狀晶所構(gòu)成的渦輪葉片。這種葉片具有良好的使用性能，其工作溫度則可達(dá)930。單晶是其原子都按照一個規(guī)律和一致的位向排列的一個晶體。單晶制備的基本原理是使液體結(jié)晶時只形成一個晶核，再由這個晶核提拉成一整塊晶體。 【教學(xué)重點與難點】1重點：

38、純金屬的結(jié)晶過程、金屬材料的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2難點：合金的晶體結(jié)構(gòu)、金屬材料的鑄錠組織特征【教學(xué)方法與教學(xué)手段】1利用試樣、掛圖等教具。2利用多媒體資料進(jìn)行短時演示?！拘〗Y(jié)與布置作業(yè)】1小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識與生活經(jīng)驗相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的理解。2布置作業(yè)盡量獨立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時可相互交流與探討問題。教案五【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】 第十節(jié) 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金是由鐵和碳兩種元素為主組成的合金。一、鐵碳合金的基本組織鐵碳合金在固態(tài)下的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。1鐵素體(F)鐵素體是指-Fe或其內(nèi)

39、固溶有一種或數(shù)種其他元素所形成的晶體點陣為體心立方的固溶體，用符號F(或)表示。鐵素體仍保持-Fe的體心立方晶格。鐵素體的溶碳量很小，在727時溶碳量最大（W（C）=0.0218%）。鐵素體的性能幾乎與純鐵相同，強(qiáng)度和硬度較低(b=180280MPa，5080HBW)，而塑性和韌性好(=30%50%，KU128160J)。鐵素體在770（居里點）有磁性轉(zhuǎn)變，在770以下具有鐵磁性，在770以上則失去鐵磁性。 2奧氏體(A)奧氏體是指-Fe內(nèi)固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶體點陣為面心立方的固溶體，常用符號A(或)表示。奧氏體仍保持-Fe的面心立方晶格。奧氏體溶碳能力較大，在1148時溶碳量最

40、大（W（C）=2.11%），隨著溫度下降溶碳量逐漸減少，在727時的溶碳量為W（C）=0.77%。奧氏體是非鐵磁性相，具有一定的強(qiáng)度和硬度(b400MPa，160220HBW)，塑性好(40%50%)。穩(wěn)定的奧氏體屬于鐵碳合金的高溫組織，當(dāng)鐵碳合金緩冷到727時，奧氏體將發(fā)生轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷慕M織。3滲碳體(Fe3C)滲碳體是指晶體點陣為正交點陣、化學(xué)成分近似于Fe3C的一種間隙式化合物，以符號Cm表示。滲碳體的晶格形式，與碳和鐵都不一樣，是復(fù)雜的晶格類型。滲碳體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是W（C）=6.69%，熔點為1227。滲碳體硬度高(約為800HV)，脆性大，塑性與韌性極低。滲碳體不發(fā)生同素異構(gòu)

41、轉(zhuǎn)變，有磁性轉(zhuǎn)變，在230以下具有弱鐵磁性，而在230以上則失去磁性。滲碳體是亞穩(wěn)定的金屬化合物，在一定條件下，滲碳體可分解成鐵和石墨。 圖1-36 鐵素體晶胞示意圖 圖1-38 奧氏體的晶胞 圖1-40 滲碳體的晶胞 4珠光體(P)珠光體是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的組織。常見的珠光體是鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相組織。珠光體也是鐵素體(軟)和滲碳體(硬)組成的機(jī)械混合物，常用符號“P”表示。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為W（C）=0.77%。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強(qiáng)度（b770MPa，160220HBW）、塑性(20%35%)和韌性(KU2432

42、J)，硬度適中（180HBW），是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。圖1-41 珠光體的顯微組織 5萊氏體(Ld)萊氏體是指高碳的鐵基合金在凝固過程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時所形成的奧氏體和碳化物滲碳體所組成的共晶體，用符號Ld表示。萊氏體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W（C）=4.3%，WC2.11%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至1148時，將同時從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物（即萊氏體）。727以上存在的萊氏體稱為高溫萊氏體(Ld )，在727以下存在的萊氏體稱為低溫萊氏體（Ld），或稱變態(tài)萊氏體。萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高(相當(dāng)于700HBW)，塑性很差。二、鐵碳合金狀態(tài)圖 1鐵碳合金狀態(tài)圖合金狀態(tài)圖是表示在

43、極緩慢冷卻(或加熱)條件下，不同化學(xué)成分的合金，在不同溫度下所具有的組織狀態(tài)的一種圖形。圖1-42 簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖 2鐵碳合金狀態(tài)圖中的特性點表1-4 鐵碳合金狀態(tài)圖中的特性點特性點溫度（）WC（%）特性點的含義A15380純鐵的熔點或結(jié)晶溫度C11484.3共晶點，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L4.3A2.11+Fe3CD12276.69滲碳體的熔點E11482.11碳在奧氏體中的最大溶碳量，也是鋼與生鐵的化學(xué)成分分界點F11486.69共晶滲碳體的成分點G9120-Fe-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點S7270.77共析點，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變A0。77F0.0218+Fe3CP7270.0218碳在鐵素體中的最大溶碳

44、量K7276.69共析滲碳體的成分點Q室溫0.0008碳在鐵素體中的最大溶碳量 3鐵碳合金狀態(tài)圖中的主要特性線 （1）液相線ACD。 （2）固相線AECF。 （3）共晶線ECF。ECF線是一條水平(恒溫)線，稱為共晶線。在ECF線上，液態(tài)鐵碳合金將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，其反應(yīng)式是：L4.3 1148 A2.11 Fe3C6.69 （4）共析線PSK。PSK線也是一條水平(恒溫)線，稱為共析線，通稱A1線。在PSK線上固態(tài)奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其反應(yīng)式是：A0.77 727 F0.0218 Fe3C6.69 （5）GS線。GS線表示冷卻時由奧氏體組織中析出鐵素體組織的開始線，通稱A3線。 （6）ES線。

45、ES線是碳在奧氏體中的溶解度變化曲線，通稱Acm線。（7）GP線。GP線為冷卻時奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線或者加熱時鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的開始線。 （8）PQ線。PQ線是碳在鐵素體中的溶解度變化曲線。它表示鐵素體隨著溫度的降低，鐵素體中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿著PQ線逐漸減少。 三、鐵碳合金的分類表1-6 鐵碳合金分類合金類別工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵W（C）/%W（C）0.02180.0218 W（C）2.112.11 W（C）6.69WC 0.77W（C）4.3室溫組織FF+PPP+ Fe3CIILd+P+ Fe3CIILdLd+ Fe3CI

46、 四、碳對鐵碳合金組織和性能的影響 隨著鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，平衡組織中的鐵素體量不斷減少，滲碳體量不斷增多，鋼的力學(xué)性能將發(fā)生明顯的變化。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W（C）0.9%時，由于Fe3CII的數(shù)量隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，而急劇增多，并明顯地呈網(wǎng)狀分布于奧氏體晶界上，這樣降低了鋼的塑性和韌性，也降低了鋼的強(qiáng)度。五、鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用鐵碳合金狀態(tài)圖在工程上為零件選材以及制定零件鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工工藝提供了理論依據(jù)。例如，將鋼加熱到單相奧氏體區(qū)，則鋼的內(nèi)部組織為奧氏體，鋼的塑性好，便于進(jìn)行壓力加工。 【教學(xué)重點與難點】1重點：鐵碳合金的基本組織、鐵碳合金的分類和鐵碳合金狀態(tài)圖2難點：鐵碳

47、合金狀態(tài)圖【教學(xué)方法與教學(xué)手段】1利用試樣、掛圖等教具。2利用多媒體資料進(jìn)行短時演示。【小結(jié)與布置作業(yè)】1小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識與生活經(jīng)驗相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的理解。2布置作業(yè)盡量獨立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時可相互交流與探討問題。教案六【教學(xué)組織】1提問10分鐘2講解70分鐘3小結(jié)5分鐘4布置作業(yè)5分鐘【教學(xué)內(nèi)容】 第二章 鋼的熱處理熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝過程由加熱、保溫、冷卻三個階段組成。常用的熱處理加熱設(shè)備有箱式電阻爐、鹽浴爐、井式爐、火焰加熱爐等。常用的冷卻設(shè)備有水槽、油槽、鹽浴、緩冷坑、吹風(fēng)

48、機(jī)等。 表2-1 熱處理工藝分類及名稱分類與名稱熱處理整體熱處理表面熱處理化學(xué)熱處理退火表面淬火和回火滲碳正火物理氣相沉積碳氮共滲淬火化學(xué)氣相沉積滲氮淬火和回火等離子體化學(xué)氣相沉積氮碳共滲調(diào)質(zhì)激光輔助化學(xué)氣相沉積滲其他非金屬穩(wěn)定化處理火焰沉積滲金屬固溶處理、水韌處理鹽浴沉積多元共滲固溶處理和時效離子鍍?nèi)軡B 第一節(jié) 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 金屬材料在加熱或冷卻過程中，發(fā)生相變的溫度稱為臨界點（或相變點）。鋼鐵材料的理論臨界點是A1、A3、Acm；鋼鐵材料實際加熱時的臨界點標(biāo)注是Ac1、Ac3、Accm；鋼鐵材料實際冷卻時的臨界點標(biāo)注是Ar1、Ar3、Arcm。圖2-2 實際加熱(或冷卻)時，鐵碳合

49、金狀態(tài)圖上各相變點的位置 一、奧氏體的形成奧氏體的形成是通過形核和核長大過程來實現(xiàn)的。珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可以分為四個階段：奧氏體形核、奧氏體核長大、殘余滲碳體繼續(xù)溶解和奧氏體化學(xué)成分均勻化。 a）奧氏體晶核形成 b）奧氏體晶核長大 c）殘余滲碳體溶解 d）奧氏體化學(xué)成分均勻化圖2-3 共析鋼奧氏體形成過程示意圖 二、奧氏體晶粒長大及其控制措施生產(chǎn)中常采用以下措施來控制奧氏體晶粒的長大。 1合理選擇加熱溫度和保溫時間 2選用含有合金元素的鋼碳與一種或數(shù)種金屬元素所構(gòu)成的金屬化合物（或稱為碳化物）。大多數(shù)合金元素，如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr等，在鋼中均可以形成難溶于奧氏體的碳化物，如

50、Cr7C3、W2C、VC、Mo2C、VC、TiC、NbC、ZrC等，這些碳化物彌散分布在晶粒邊界上，可以阻礙或減慢奧氏體晶粒的長大。第二節(jié) 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、冷卻方式鋼鐵材料在冷卻時，可以采取兩種轉(zhuǎn)變方式：等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。在共析溫度A1以下存在的奧氏體稱為過冷奧氏體，也稱亞穩(wěn)奧氏體。圖2-5 等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線二、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后，冷卻到臨界點（Ar1或Ar3）以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時，過冷奧氏體發(fā)生的相變。1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼的冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始曲線和過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線象英文字母“C”，故又稱為C曲線。2過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能根據(jù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織特征，可劃分為高溫轉(zhuǎn)變區(qū)（珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)）、中溫轉(zhuǎn)變區(qū)（貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)）和低溫轉(zhuǎn)變區(qū)（馬氏型轉(zhuǎn)變區(qū)）。表2-3 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能轉(zhuǎn)變溫度范圍過冷程度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物代表符號組織形態(tài)層片間距轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度（HRC）A1650小珠光體P粗片狀約0.3m60三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后以不同冷速連續(xù)冷卻時過冷奧氏體發(fā)生的轉(zhuǎn)變。1過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程中，只發(fā)生珠