《數控加工機械基礎》教案,高等教育出版社

PAGEPAGE68《數控加工機械基礎》教案（高等教育出版社，，主編：浙江省教育廳職成教教研室組編）項目一，常用金屬材料。第1教案課題：材料的發(fā)展（1課時）教學要求：了解學習本課程的目的了解本課程的基本內容及其發(fā)展史了解金屬材料在各行業(yè)中的應用重點：課程是研究金屬材料的成份、組織、熱處理與金屬材料的性能間的關系和變化規(guī)律的學科。教學過程：為什么要學習機械工程材料？工程材料是現(xiàn)代技術中四大支柱之一。目前，機械工業(yè)生產中應用最廣的金屬材料，在各種機器設備所用材料中，約占90%以上。金屬材料來源豐富，具有優(yōu)良的使用性能與工藝性能。高分子材料和陶瓷材料具有一些特性，如耐蝕、電絕緣性、隔音，減振，耐高溫(陶瓷材料)、質輕，原料來源豐富、價廉以及成型加工容易等優(yōu)點，工程材料：1金屬材料2非金屬材料：【高分子材【陶瓷材料【復合材料未來發(fā)展方向：主要是非金屬材料方向（本章重點內容），金屬材料的節(jié)能【板書】一.材料是人類文明和技術進步的重要標志。(教師講解“寫給同學們的話”第一、二段)石器時代→青銅器時代→鐵器時代→鋼鐵時代→新材料時代1、司母戊大鼎發(fā)掘歷史；2、新型材料。二．課程作用1．機械制造和日常生活的基礎知識；2．學習其他后續(xù)工藝學的基礎。三．課程特點與學習要求【講解】在浩瀚的材料世界里，金屬材料是一個最大的王國。最早，我們人類使用的金屬材料主要是天然產品。（穿插講解材料史話）經歷了石器時代、青銅器時代和鐵器時代的漫長歷史過程后，在冶金技術的推動下，我們又從鋼鐵時代邁進了新材料時代。在人類文明歷程中，金屬材料對推動社會的發(fā)展，促進文明的進步，豐富文化的內容，改變人們的生活方式發(fā)揮了巨大作用。當今世界，金屬材料已成為工農業(yè)生產、人民生活、科學技術和國防發(fā)展的重要物質基礎。離開了金屬材料的“鋼筋鐵骨”，橋梁將斷，艦艇將毀，大廈將傾，工廠將?！驹O問】同學們在平時的生活中看到過哪些金屬（純金屬）？【板書】1．金屬：如鐵、銅、鋁、金、銀等，共有90種。常溫下為固體（除汞外）。【設問】金屬與非金屬比較有哪些特性？學生自由回答【板書】2．金屬特性：具有金屬光澤；（鐵、鋁等大多數金屬為銀白色，銅為紫紅色，金為黃色）有良好的導電性和導熱性；（銅、鋁是優(yōu)良的導電體）有一定的強度和塑性?！窘涣鳌啃螤钣洃浐辖鸬陌l(fā)現(xiàn)20世紀60年代初，美國海軍研究所的的一個研究小組把一些亂如麻絲的鎳-鈦合金拉直，以便使用。他們無意中發(fā)現(xiàn)，當溫度升高到一定值時的時候，這些已被拉直的鎳-鈦合金突然“記憶”起自己的模樣，又恢復到彎彎曲曲的“本來面目”。經過材料專家的反復實驗，證實了鎳-鈦合金絲“變形——恢復”的現(xiàn)象能重復進行。其實，類似的現(xiàn)象早在20世紀50年代初就不止一次被觀察到，只不過當時沒有引起人們的足夠重視。這一發(fā)現(xiàn)引起了科學家們的極大興趣，經研究發(fā)現(xiàn)，銅基合金，鐵基合金等都有這種奇妙的記憶本領?！拘〗Y】金屬：鐵、銅、鋁、金、銀等。合金：碳鋼、鑄鐵、黃銅、青銅等。金屬具有金屬光澤；有良好的導電性和導熱性；有一定的強度和塑性【作業(yè)】復習緒論，預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第2、3教案課題一【碳鋼】任務一：認識碳鋼（2課時）教學要求：1.明確金屬，掌握合金、金屬材料及其分類，熟悉常見的金屬材料；2.明確金屬特性。3、掌握碳鋼的概念，熟練掌握碳鋼的四種分類。重點：金屬材料金屬特性碳鋼的四種分類。教學過程：【交流與討論】金屬是一類重要的材料，人類的生活和生產都離不開金屬。請說出下表日常生活中使用的金屬。金屬不同的用途金屬名稱制易拉罐的金屬制作導線的紫紅色金屬燈泡中的燈絲體溫計中填充的金屬家用熱水瓶內壁上的金屬【講解】在通常情況下，金屬單質往往無法滿足使用要求。如純銅、純鋁及純鐵質軟，強度、硬度很小，無法用來制造承受大載荷的機械零件和工具。如果我們將一種金屬跟其他金屬(或非金屬)熔合制成具有金屬特性的物質就得到合金?！景鍟拷饘俨牧希轰撹F材料—--非合金鋼低合金鋼合金鋼鑄鐵銅及銅合金鋁及鋁合金軸承合金鈦及鈦合金其他非鐵合金逐一分析上述鋼種合金：一種金屬跟其他金屬(或非金屬)熔合制成具有金屬特性的物質?！窘涣髋c討論】1．組成合金的元素一定是金屬元素嗎？從概念上來理解合金至少有幾種元素組成？其中有一種肯定是什么元素？2．合金的用途遠遠比純金屬廣泛得多，請問這是為什么？金屬材料：將純金屬和合金材料統(tǒng)稱為金屬材料。1．黑色金屬：以鐵或以它們?yōu)橹餍纬傻奈镔|。如碳鋼、合金鋼和鑄鐵等。2．有色金屬：除黑色金屬以外的金屬和合金。如銅及銅合金、鋁及鋁合金和軸承合金等?！景鍟刻间摚汉剂啃∮?．11%并含有少量其他元素的鐵碳合金稱為碳鋼（非合金鋼）一、按鋼的含碳量分類低碳鋼含碳量≤0.25%。中碳鋼含碳量0.25%-0.60%。高碳鋼含碳量≥0.60%。【板書】二、按鋼的質量分類（依據S、P含量分）普通鋼S≤0.050%P≤0.045%；如Ｑ235-A.F優(yōu)質鋼S≤0.035%P≤0.035%；如45T10高級優(yōu)質鋼S≤0.030%P≤0.030%如T10A【問題】“高碳鋼的質量優(yōu)于中碳鋼，中碳鋼的質量優(yōu)于低碳鋼。”這句子話對嗎？為什么？【板書】三、按鋼的用途分類結構鋼C＜0.70％制造機械零件和工程結構件。（工程結構：指建筑、橋梁、船舶、鍋爐等）工具鋼C＞0.70％制造刀具、模具、量具等。（刀具應為金屬切削刀具。刀具大多為機用的，但也有手工的。）【問題】煉鋼過程是先氧化后脫氧？請問為什么要進行脫氧？分析鋼液中氧主要是為了除去鋼液中的雜質，硅、錳、磷，碳等雜質而加入的，同時沖入氧氣也是為了獲得較高的反應效率，因此在冶煉臨結束時，鋼液是處于“過渡氧化”的狀態(tài)。

氧對鋼性能的影響：氧是在鋼的凝固過程中偏析傾向最嚴重的元素之一，在鋼液的凝固和隨后的冷卻過程中，氧的溶解度急劇下降，鋼中原溶解的絕大部分氧以鐵氧化物、硫氧化物等微細夾雜物的形式在與γ或α晶界處富集，這些微細夾雜物會造成晶界脆化，使鋼的加工和使用過程中容易成為晶界開裂的起點，最終導致鋼材發(fā)生脆性破壞。

鋼中氧含量的增加會降低鋼材的延性、沖擊韌性、抗疲勞破壞性能，提高鋼的韌-脆轉換溫度，降低鋼材的耐腐蝕性能。此外，含氧高的鋼材還容易發(fā)生時效老化，在高溫加工時由于晶界處的雜質偏析形成了低熔點網膜，導致鋼產生熱脆?！景鍟克摹翠摰拿撗醭潭确诸愭?zhèn)靜鋼（Z）脫氧完全如10Z或10（Z也可不寫）沸騰鋼（F）脫氧不完全如10F半鎮(zhèn)靜鋼（b）脫氧介于兩者之間如10b【交流與討論】1．應用所學1．應用所學Fe—Fe3C低碳鋼：強度、硬度_______，塑性、韌性________；中碳鋼：強度、硬度_______，塑性、韌性________；高碳鋼：強度、硬度_______，塑性、韌性________。2．含碳量為1.3%、0.45%、0.60%、0.15%、0.30%0.80%、0.08%的鋼材，屬于低碳鋼的是_____________，中碳鋼的是___________，高碳鋼的是_____________?！拘〗Y】：一、碳鋼二、碳鋼四種分類：學習重點碳鋼的四種分類【作業(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第4教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能一（應力與載荷）（1課時）教學要求：1.明確力學性能，理解靜載荷、沖擊載荷、交變載荷；2.明確彈性變形、塑性變形，理解應力含義。教學重點：三種載荷、應力。教學難點：應力含義。教學器材：鍍鋅鋼絲、薄鋼板、橡皮筋、彈簧教學過程：【交流與討論】用來制造硬幣的金屬材料應具有哪些特點？（資源豐富，無毒輕便，耐磨耐腐蝕，美觀易加工。）【導入新課】制造硬幣的金屬材料要求耐磨，也就是它必須具有定的硬度和強度。硬度和強度屬于金屬材料的力學性能，本節(jié)課我們來學習討論力學性能。【板書】力學性能：金屬材料在外力作用時表現(xiàn)來的性能。力學性能包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。【講解】在機械設備及工具的設計、制造中選用金屬材料時，大多以力學性能為主要依據，因此熟悉和掌握金屬材料的力學性能是非常重要的。力學性能不僅是本章學習的重點，同時也是整個教材的學習重點，希望同學們要努力學習掌握好這些內容。本節(jié)課學習準備知識。（一）、載荷（金屬材料在加工和使用過程中所受的外力）靜載荷：指大小不變或變動很慢的載荷。如地面所受講臺的壓力，千斤頂工作所受的載荷。沖擊載荷：指突然增加的載荷。如鐵匠用鐵錘鍛打工件、高速行駛的汽車相撞的載荷。交變載荷：指周期性或非周期性的動載荷。如電扇主軸、彈簧工作時所受的載荷?！窘涣髋c討論】請根據下列的請根據下列的文字描述，判斷物體所受的載荷類型。電視機放在桌面上，桌面所受的載荷是_____________。在金屬拉伸試驗中。金屬試樣所受的載荷是_________。電動機工作時，電動機主軸所受的載荷是___________。人坐在沙發(fā)上，沙發(fā)里彈簧所受的載荷是___________。子彈擊中金屬防彈衣，防彈衣所受的載荷是_________?！景鍟浚ǘ⒆冃危ń饘俨牧鲜茌d荷作用發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化。）【演示】教師用橡皮筋、彈簧演示彈性變形，用鍍鋅鋼絲、薄鋼板演示塑性變形。【板書】彈性變形：載荷去除后，可完全恢復的變形。塑性變形：載荷去除后，不可恢復的永久變形?！局v解】金屬材料的彈性變形可用于控制機構運動、緩沖與吸振、儲存能量等。金屬材料塑性變形可用于成型產品的加工，70%的金屬材料是通過塑性變形加工成型的?！窘涣髋c討論】1、彈性變形與塑性變形的根本區(qū)別是什么？(有無永久變形。)2、生活、生產哪些地方發(fā)生彈性變形或塑性變形？你知道哪些產品產通過塑性變形加工成形的？（①沙發(fā)、席夢思中彈簧變形；汽車、拖拉機車廂下板彈簧的變形；鬧鐘發(fā)條的變形。②課桌椅上鋼板折邊、鋼管彎折；自行車鈴、彈殼的沖壓加工；轎車車身沖壓加工。）3、加工制造好的機械零件，在使用時一旦發(fā)生塑性變形有什么危害？（零件變形、失效，甚至發(fā)生斷裂。）【板書】（三）應力1、內力金屬受外力作用后，在材料內部作用著與外力相對抗的力稱為內力。F內力=F外力【板書】2、應力：單位面積上的內力。σ=EQ\F(F,S)式中F──外力（N）；S──橫截面積（mm2）；σ──應力，常用單位為MPa（N/mm2），1MPa=106Pa。【板書】結論：當橫截面積一定時，應力越大，表示材料承受載荷的能力越大。例碳鋼最大應力Ｑ235鋼（生活中最常用的鋼）460MPa45鋼（制電機主軸的鋼）600MPa65Mn鋼（制沙發(fā)彈簧的鋼）735MPa【小結】（略）【交流與討論】aa和b都是45鋼，a的直徑為20mm，b的直徑為10它們都受到10000N的載荷作用。請問：1．a所受的內力是______N，b所受的內力是______N；2．a的橫截面積為______mm2，b的橫截面積為______mm2；3．a單位橫截面積上所受的應力是______N/mm2，b的位橫截面積上所受的應力是______N/mm2?！咀鳂I(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第5教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能二（屈服）（1課時）教學要求：1.明確低碳鋼拉伸曲線的四個典型階段；2.理解掌握屈服現(xiàn)象、變形強化。教學重點：屈服現(xiàn)象，變形強化。教學難點：屈服現(xiàn)象，變形強化。教學器材：45鋼拉伸試樣、45鋼拉斷后的試樣。教學過程：【復習】1.什么是彈性變形？什么是塑性變形？它們的根本區(qū)別是什么？2.什么叫應力？應力是如何計算的？常用的單位是什么？45鋼的最大應力600MPa它的含義是什么？【導入新課】45鋼的最大應力600MPa是用什么方法測定出來的？通常是將試樣放在拉伸機上進行拉伸試驗測出來的?！景鍟坷煸嚇雍屠烨€1．拉伸試樣圓形長試樣L0=10×d0圓形短試樣工L0=5×d0【講解】d0為試樣的原始直徑（mm），L0為試樣的原始長度（mm）【板書】2．拉伸曲線【講解】拉伸曲線是指以載荷F為縱坐標，試樣伸長量△L為橫坐標繪制的曲線，如下圖為低碳鋼的拉伸曲線。【板書】（1）低碳鋼的拉伸曲線oe─彈性形變形階段試樣的伸長量△L和載荷F成正比，試樣只發(fā)生彈性形變。es─屈服階段試樣發(fā)生屈服現(xiàn)象，開始產生明顯的塑性變形。屈服現(xiàn)象：載荷保持不變或略有減小而試樣的變形繼續(xù)增加的現(xiàn)象。與低碳鋼的力—伸長曲線與低碳鋼的力—伸長曲線相比較，你認為鑄鐵的拉伸曲線有哪三無？無_______________________________；無_______________________________；無_______________________________。試樣發(fā)生變形強化，產生大量的塑性變形。變形強化：隨著塑性變形的增加，金屬材料強度、硬度增大，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。bZ─縮頸階段試樣出現(xiàn)縮頸，塑性變形所需的載荷逐漸減小?！景鍟浚?）鑄鐵的拉伸曲線【講解】屈服現(xiàn)象并不是所有金屬材料都有的，它只存在于低碳鋼等塑性材料中，但鑄鐵等脆性材料既不產生屈服現(xiàn)象，也不會縮頸，因為它們在尚未產生塑性變形時就斷了。鑄鐵的拉伸曲線如下?！居^察與思考】1．低碳鋼拉伸試驗時，發(fā)生屈服現(xiàn)象和加工硬化的載荷有什么不同？1．低碳鋼拉伸試驗時，發(fā)生屈服現(xiàn)象和加工硬化的載荷有什么不同？2．低碳鋼制造的機械零件在實際使用中發(fā)生屈服現(xiàn)象有什么危害？1．彈性變形階段2．屈服階段3．強化階段4．縮頸階段學習重點：屈服現(xiàn)象，變形強化【作業(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第6教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能三（強度與塑性）（1課時）教學要求：理解并掌握強度、塑性及其衡量指標的符號、意義。教學重點：強度、塑性及其衡量指標的符號、意義。教學難點：強度、塑性衡量指標的符號、意義。教學器材：直徑相同的細低碳鋼鍍鋅鋼絲、彈簧鋼絲。教學過程：【復習】1.低碳鋼的拉伸曲線有哪四個典型階段？什么是屈服現(xiàn)象？發(fā)生屈服現(xiàn)象時的載荷與發(fā)生變形強化的載荷有什么區(qū)別？2.什么叫應力？應力是如何計算的？Ｑ235鋼的最大應力460MPa它的含義是什么？【導入新課】有了前面四部分知識作準備，我們就可以開始學習討論力學性能的知識了?！景鍟恳?強度：金屬材料抵抗變形或斷裂的能力。【演示】讓學生演示直徑相同的細低碳鋼鍍鋅鋼絲、彈簧鋼絲塑性變形，觀察誰的抵抗能力大?！局v解】抵抗能力越大，則強度越高。衡量強度大小的指標主要有屈服點和抗拉強度?！景鍟壳c（σS）：材料產生屈服現(xiàn)象時的最小應力。計算公式如下：σs=EQ\F(Fs,So)Fs──試樣產生屈服現(xiàn)象時的載荷（N）；SO──試樣原始橫截面積（mm2）；σs──屈服點（MPa）。1．依據1．依據表4-2，查出下表的σs。碳鋼10鋼（低碳鋼）45鋼（中碳鋼）65鋼（高碳鋼）σs【板書】抗拉強度（σb）：材料拉斷前所承受的最大的應力。計算公式如下：σb=EQ\F(Fb,So)Fb──試樣承的最大載荷（N）；S0──試樣原始橫截面積（mm2）；1．依據表4-2，1．依據表4-2，查出下表的σs、σb。碳鋼10鋼（低碳鋼）45鋼（中碳鋼）65鋼（高碳鋼）σsσb2．45鋼制造的機械零件，當工作應力σ工作＞355MPa，甚至σ工作＞600MPa將發(fā)生什么時候危害？【交流與討論】【講解】金屬材料的屈服點和抗拉強度數值越大，材料的強度越大。機械零件工作時所受的應力當超過材料的屈服點時，零件則發(fā)生塑性變形，導致零件精度下降；零件工作時當所受的應力超過材料的抗拉強度時，零件則產生過量的塑性變形而造成失效甚至斷裂。因此，金屬材料的屈服點和抗拉強度是機械設計和選材的主要依據，也是評定金屬材料優(yōu)劣的重要指標?！景鍟慷?、塑性：金屬材料產生永久變形而不破壞的能力稱為塑性。【講解】衡量塑性好與差的指標主要是伸長率和斷面收縮率，它們也是通過金屬試樣拉伸試驗測得的。【演示】讓學生演示直徑相同的細低碳鋼鍍鋅鋼絲、彈簧鋼絲塑性變形，觀察誰的塑性好。【板書】伸長率（ψ）試樣拉斷后，標距的伸長量與原始標距的百分比稱為伸長率。δ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%式中L1──試樣拉斷后的標距（mm）；L0──試樣的原始標距（mm）；δ──伸長率?！局v解】同一材料的試樣長短不同，測得的伸長率是不同的。長、短試驗樣的伸長率分別用符號δ10和δ5表示。習慣上δ10也常寫成δ?！景鍟繑嗝媸湛s率（ψ）：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稱為斷面收縮率。ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%式中SO──試樣原始橫截面積（mm2）；S1──試樣拉斷處的最小橫截面積（mm2）；ψ──斷面收縮率?！局v解】金屬材料的δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。【板書】塑性好的金屬的實用意義：塑性好的金屬可以發(fā)生大量塑性變形而不破壞，便于通過塑性變形加工，制成形狀復雜的零件；塑性好的金屬在受力過大時，由于首先產生塑性變形而不致發(fā)生突然斷裂，使用比較安全。超塑性金屬材料超塑性金屬材料是指超塑性金屬材料超塑性金屬材料是指伸長率大于300%的金屬材料。它是1920年德國材料專家羅森漢在研究鋅－鋁－銅合金時發(fā)現(xiàn)的。超塑性是在特定條件下的一種奇特現(xiàn)象，超塑性金屬材料能像軟糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不會斷裂。最常用的鋁、鎳、銅、鐵、鈦合金，它們的伸長率在200~6000%之間。如碳鋼和不銹鋼在150~800%之間，鋁鋅合金為1000%純鋁高達6000%。超塑性材料加工具有很大的實用價值。難變形的合金因超塑性變成了軟糖狀，從而可以像玻璃和塑料一樣，用吹塑和可擠壓加工方法制造零件，從而大大節(jié)省能源和設備。超塑性材料制造零件的另一優(yōu)點是可以一次成形，省掉了機械加工、鉚焊等工序，達到節(jié)約原材料和降低成本的目的。據專家展望，未來超塑性材料將在航天、汽車、車廂制造等部門中廣泛采用?！景鍟俊纠坑幸恢睆綖閐o=10mm，Lo=100mmr的低碳鋼試樣，拉伸試驗時測得Fs=21000N，F(xiàn)b=29000N，d1=5.65mm，,L1=138mmr。求此試樣的σs、σb、δ、ψ。解（1）計算S0、S1S0=EQ\F(∏do2,4)=EQ\F(3.14×102,4)=78.5（mm2）S1=EQ\F(∏d12,4)=EQ\F(3.14×5.652,4)=25（mm2）(2)計算σs、σbσs=EQ\F(Fs,So)=EQ\F(21000,78.5)=267.5（MPa）σb=EQ\F(Fb,So)=EQ\F(29000,78.5)=369.4（MPa）(3)計算δ、ψδ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%=EQ\F(138—100,100)×100%=38%ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%=EQ\F(78.5—25,78.5)×100%=68%答此低碳鋼的σs為267.5MPa，σb為369.4MPa，δ為38%，ψ為68%。1．依據課本1．依據課本表4-2和純鋁、純銅內容，完成下列材料的δ、ψ填充。碳鋼10鋼（低碳鋼）45鋼（中碳鋼）60鋼（高碳鋼）鑄鐵純鋁純銅δ

≈0ψ

≈02．根據上表不同材料的δ、ψ值，可知：塑性好的是___________________________________________；塑性一般的是_________________________________________；塑性差的是___________________________________________。3．請你用收集到的純銅、純鋁、鍍鋅鋼絲和彈簧鋼絲，做一根相同直徑的彈簧，在實驗中觀察比較它們強度和塑性?！拘〗Y】本節(jié)課學習內容力學性能一、強度屈服點σs=EQ\F(Fs,So)抗拉強度σb=EQ\F(Fb,So)二、塑性伸長率δ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%斷面收縮率ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%學習重點：強度、塑性及其衡量指標的符號、意義?！咀鳂I(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第7教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能四（硬度）（1課時）教學要求：1．理解硬度概念，明確三種硬度測定方法；2．掌握三種硬度的測定方法的符號、原理和應用。教學重點：三種硬度的測定方法的符號、原理和應用。教學難點：三種硬度的測定方法的符號、原理和應用。教學器材：布氏硬度壓頭、壓痕，洛氏硬度、維氏硬度壓頭。教學過程：【復習】力學性能屈服點抗拉強度伸長率斷面收縮率符號2．上題中哪些是強度指標？哪些是塑性指標？【新課導入】金屬材料的軟硬是我們經常關注的問題，請問常見的金屬材料中哪些是比較軟的？哪些是比較硬的？在工業(yè)生產中，我們僅僅知道金屬材料軟和硬是遠遠不夠的，還必須精確知道其硬度值的大小。本節(jié)課我們來深入學習第三個力學性能硬度的有關知識?！景鍟咳⒂捕龋航饘俨牧系挚蛊渌参矬w壓入表面的能力?！局v解】硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標。各種不同的機械零件對硬度都有不同的要求，尤其是機械制造業(yè)所用的刀具、量具、模具等，都應具備足夠的硬度，才能保證使用性能和壽命，因此硬度是金屬材料重要的力學性能之一。硬度試驗設備簡單，操作方便，能在零件上進行試驗而不破壞。硬度值還可以間接地反映金屬材料的強度和金屬的化學成分、金相組織和熱處理工藝上的差異，因而硬度試驗在機械工程中得到普遍應用。硬度試驗方法很多，生產中常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等試驗方法?！景鍟坑捕葴y定方法壓頭類型原理硬度值應用HBS：淬硬鋼球以球面壓痕單位表面積HBS＜450測定較軟的原材料、布氏硬度HBW：硬質合金球上的壓力來計量硬度值。HBW＜650半成品的硬度。直徑1、2、2.5、5、10HB=EQ\F(F,S壓)（完成交流與討論1、2）HRA1200金剛石圓錐體以壓痕深度(h)來HRA20~80適用于測定硬度極高的材料和成品。如硬質合金。洛氏硬度HRB1.588mm的鋼球計量硬度值。HRB20~100適用于測定硬度較低的材料和成品。如黃銅軸套。HRC1200金剛石圓錐體HRC20~70適用于測定硬度較高的材料和成品。如淬火鋼。相對面夾角為1360以壓痕單位表面積HV10~1000適用測定極軟到極硬的各種維氏硬度的正四棱錐體金剛石上的壓力計量硬度值。材料，主要用于測試很薄工件及滲碳層等的硬度。【板書】一、各種硬度值越大，材料的硬度越大；二、不同硬度值的近似換算：（講解：HBS、HRC、HV因測定方法不同，其硬度值也不同。哪么如何比較不同硬度值的大小呢？除通過直接查閱硬度值換算表外，可用以下經驗公式進行近似換算）HRC≈EQ\F(1,10)HBSHBS≈HV如400HBS≈40HRC三、制圖時硬度值標注應注意1.硬度值范圍HBS＜450HRC20~70如銼刀硬度60~62HRC（對）600~620HBS（錯）2.不能用等號，不能有單位。如HBS=300kgf/mm2(錯)1．1．某私營企業(yè)自制了一批水泥磚，需要檢驗這批水泥磚的硬度是否達到樣品的硬度。這時有人說只要有一個小鐵球就可以做這個試驗。你認為可行嗎？應怎樣試驗，能夠測出水泥磚的硬度是否達標？（1．讓小鐵球從相同高度自由下落，檢查鐵球落在每塊水泥磚上的深度，深度淺的硬度大。2．讓水泥磚成45度角安放，小鐵球從相同高度下落，看鐵球滾動多遠。硬度大，小鐵球滾得遠些。）【小結】學習內容硬度測定方法：布氏硬度洛氏硬度維氏硬度【作業(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第8教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能五（韌性與疲勞強度）（1課時）教學要求：1．理解韌性的意義，明確韌性測定方法，掌握韌性的衡量指標（Ak）；2．了解金屬的疲勞斷裂，理解疲勞強度。教學重點：韌性、疲勞強度、疲勞斷裂。教學難點：理解韌性測定方法、疲勞強度含義。教學過程：【復習】沖擊載荷、交變載荷是什么樣的載荷？請舉例說明?！拘抡n導入】中文里“韌”是什么意思?它是指柔軟而結實,不易折斷。在生產和生活中，許多機械零件往往要受到沖擊載荷的作用，如沖床的沖頭、鑿巖石機風鎬上的活塞、快速行駛的汽車相撞、高速飛行的子彈擊中防彈衣的材料等。在金屬材料受到沖擊載荷作用時，也必須具有這種韌性?！景鍟克?、韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。1．韌性測定（1）沖擊試樣圖1-19所示V型缺口試樣10×10×55U型缺口試樣10×10×55（2）沖擊試驗大能量一次沖擊（圖1-20所示）2．韌性指標沖擊功Ak=G（H1—H2）G──擺錘重量（N）；H1──沖擊前擺錘舉起的高度（m）；H2──沖斷試樣后，擺錘回升的高度（m）；Ak──沖擊功（J）?！揪毩暋恳罁?-2，請查出下列材料的韌性（Ak）碳鋼253525韌性（Ak）【板書】韌性材料Ak≥8J如碳鋼；脆性材料Ak＜8J如鑄鐵。小結：（1）Ak值的越大，表示材料的韌性越好；【交流與討論】是否所有受到沖擊載荷作用的零件都要選用韌性大的材料制造？【板書】（2）受到大能量，一次沖擊載荷作用的零件，應選用韌性大的材料制造。如汽車保險桿、防彈材料；受到小能量，多次沖擊載荷作用的零件，應選用強度大塑性好的材料制造。如模鍛錘錘桿。五、疲勞強度空難事件：2002年5月25日下午3：08，臺灣華航公司一架波音747飛機從臺北桃園機場飛往香港，3：37當飛機飛行到離大陸很近的空難事件：2002年5月25日下午3：08，臺灣華航公司一架波音747飛機從臺北桃園機場飛往香港，3：37當飛機飛行到離大陸很近的澎湖海域上空，飛機發(fā)生解體性爆炸，機上225名乘客和機組人員全部遇難?？针y發(fā)生后，一時間境外媒體紛紛猜測空難原因。有的認為飛機遇上了惡劣天氣，也有認為是恐怖分子所為，更有甚者說是飛機被大陸導彈擊中。調查結論：＂5．25＂空難發(fā)生后，華航公司邀請美國專家協(xié)查空難原因。美國專家從海水中打撈的飛機殘胲進行分析研究，得出的結論是：飛機發(fā)動機材料疲勞斷裂導致空難發(fā)生?！拘侣劼?lián)接】【板書】1.疲勞斷裂【講解】在交變應力作用下，零件的工作應力低于材料的屈服點，但仍會發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞斷裂是機械零件失效的主要原因之一。據統(tǒng)計，在機械零件失效中約有80%以上疲勞斷裂。而且疲勞斷裂前沒有明顯的塑性變形而突然發(fā)生。所以，疲勞斷裂經常造成重大的事故?！景鍟刻卣?（1）疲勞斷裂時沒有明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有預兆，而是突然發(fā)生；（2）引起疲勞斷裂的應力很低，常低于材料的屈服點；（3）疲勞斷裂的斷口由兩部分組成，即疲勞裂紋的產生及擴展區(qū)（光滑部分）和最后斷裂區(qū)（毛糙部分）。(觀察圖1-21斷口示意圖)原因(閱讀教材內容)【設問】材料在交變載荷作用下，會產生疲勞斷裂，那么金屬材料在多少大的交變應力作用下工作是安全的呢？【板書】2.疲勞強度:金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞活的最大應力稱為疲勞強度。用σ-1表示，單位是MPa?！局v解】電風扇的軸（45鋼）受交變載荷作用,假如它的設計壽命為10年（工作107次），當它以100MPa、200MPa、300MPa、400MPa都能達到工作107次。則電風扇軸的疲勞強度為400MPa?！景鍟繃乙?guī)定：鋼鐵材料經受107次交變載荷作用時，不產生斷裂的最大應力作為疲勞強度；有色金屬經受108次交變載荷作用時，不產生斷裂的最大應力作為疲勞強度。【交流與討論】通過學習，你認為如才能避免材料疲勞斷裂？（1.提高零件的疲勞強度。a設計合理的結構;b提高零件材料的質量，避免損傷。2.嚴格執(zhí)行機械使用時間。如飛機飛行達到10000小時、轎車使用達到8年強行退役。）【小結】學習內容四、韌性AkAk值的越大，表示材料的韌性越好；五、疲勞強度σ-1學習重點：韌性、疲勞強度、疲勞斷裂【作業(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第9教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能六（物理性能）（1課時）教學要求：對常見金屬材料的物理性能有較深的認識，能運用物理性能分析解決問題。教學重點：運用物理性能分析解決問題。教學難點：運用物理性能分析解決問題。教學過程：【交流與討論】說出鋁、銅、銀和金的顏色【導入新課】金屬顏色為金屬材料的物理性能，本節(jié)課我們將深入討論金屬材料的物理性能?！景鍟课锢硇阅埽航饘俟逃械膶傩浴Ｒ?、密度（是指單位體積金屬的質量。其單位為Kg/m3。）【交流與討論】請你說出金、銀、銅、鐵、鋁、鈦等常用金屬密度大小（師生共同完成下表內容）?！景鍟拷饘黉X鈦鐵銅銀金密度（Kg/m3）2．7×1034．5×1037．87×1038．96×10310．49×10319．3×103（鋁的密度僅為鋼的1/3，鈦的密度不到鋼鐵的2/3。）【講解】大多數金屬的密度都比較大，最大的金屬鋨(e)22．48×103Kg/m3，但有些金屬密度比較小，鈉、鉀能浮在水面上，密度最小的是金屬鋰0．534×103【例1】有一塊質量為5×10-2Kg形似黃金的金屬，投入盛有125×10-6m3水的量筒中，水面升高到128×10-6m3的地方，請問這塊金屬是純金嗎？解：已知：金屬的質量m=5×10-2Kg金屬的體積V=128×10-6m3—125×10-6m3=3×10-6m3密度ρ=EQ\F(m,V)=EQ\F(5×10-2,3×10-6)=16.7×103(Kg/m3)求得此金屬密度與金的密度19．3×103Kg/m3不符，故知，這塊金屬不是純金?！窘涣髋c討論】一架波音767飛機，約70%的零件是用鋁和鋁合金制造的。請問飛機的上零件為什么要大量選用鋁和鋁合金制造？（減輕自重，提高效能。）【板書】二、熔點（金屬材料從固態(tài)向液態(tài)轉變的溫度。）易熔金屬（＜700℃）難熔金屬（＞700℃）錫鉛鋅鎢鉬釩231．2℃327．4℃419．4℃3180℃制造保險絲和防火安全閥等零件。制造耐高溫的零件，廣泛用于噴氣發(fā)動機、火箭、導彈等。【板書】三、導熱性（金屬材料傳導熱量的性能。）金屬的導熱性：銀＞銅＞鋁【講解】導熱性好的金屬散熱必然好，因此在制造散熱器、熱交換器和活塞等零件時，要選用導熱性好的金屬材料制造。導熱性是金屬材料的重要性能之一，在制訂鍛造、鑄造焊接和熱處理工藝時必須考慮金屬材料的導熱性，防止在加熱或冷卻過程中形成過大的內應力，以免金屬材料變形或開裂?！窘涣髋c討論】導熱性差的金屬材料，加熱和冷卻時會產生內外溫度差，導致內外不同的膨脹或收縮，易使金屬材料變形或開裂。請你設計出導熱性差的金屬材料在加熱時防止變形或開裂的方法。（采用分級加熱。W18Cr4V的熱處理工藝曲線）?！景鍟克摹щ娦裕ń饘俨牧蟼鲗щ娏鞯男阅芊Q為導電性。）導電性好的金屬材料：銀＞銅＞鋁，做導電材料（電線、電纜等）；導電性差的金屬材料：鐵-鉻、銅-鎳，做電熱元件（電爐絲、電熨斗等）?！就卣挂曇啊砍瑢Р牧希裕締栴}】法國巴黎的埃菲爾鐵塔是用7000噸鋼鐵材料建成的，塔身高300米，天線高24米。鐵塔管理部門檢測到，每到夏天埃菲爾鐵塔會長高21厘米，請問鐵塔為什么會長高？【板書】五、熱膨脹性（金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性。）【交流與討論】1．金屬工件加工過程中測量尺寸時從熱膨脹因素考慮應如何操作？（測量工件尺寸，應等待冷卻后再進行。）2．精密測量工具（如游標卡尺）應選用熱膨脹性大的還是熱膨脹性小的金屬材料來制造，為什么？（小，作為測量的標準，對大氣溫度的變化其熱膨脹性應很小。）【板書】六、磁性（金屬材料在磁場中受到磁化的性能。）【講解】具有磁性的金屬都能被磁鐵所吸引。對某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在自然溫度下是鐵磁性材料，但當溫度升高到770℃以上時就會失去磁性?！景鍟胯F磁性材料抗磁性材料鐵、鈷、鎳等。銅、金、銀、鋅等。制造半導體收音機的天線磁棒、錄音機制造避免磁場干擾的零件，如航海的磁頭、電子計算機中的存儲元件、校羅盤、航空儀表和炮兵瞄準環(huán)等。園一卡通的磁性卡等?！拘〗Y】學習內容：金屬的物理性能學習重點：運用物理性能分析解決問題。【作業(yè)】做好練習冊、預習下一章節(jié)內容項目一，常用金屬材料。第10教案課題一【碳鋼】任務二：了解碳鋼的力學性能七（化學性能）（1課時）教學要求：1.理解耐腐蝕性、抗氧化性；2.知道常見金屬的腐蝕性,了解金屬的防腐方法。教學重點：耐腐蝕性、抗氧化性，發(fā)藍處理。教學器材：鍍鋅、鍍鉻、發(fā)藍處理的金屬制品。教學過程：在碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、金、銀和鈦這些常見的金屬材料中：耐腐蝕的金屬是在碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、金、銀和鈦這些常見的金屬材料中：耐腐蝕的金屬是____________________________；易腐蝕的金屬是____________________________。（教師注意引導觀察教室內鋼制課桌椅腐蝕情況或展示實物。）【導入新課】金屬腐蝕的問題屬于金屬的化學性能，本節(jié)課我們學習討論：【板書】第三節(jié)金屬的化學性能一、耐腐蝕性：金屬材料在常溫抵抗氧、水蒸氣及其他化學介質腐蝕作用的能力。指出：以鋼鐵為例：常溫下鋼鐵能與氧氣及其他化學物質反應（Fe+O2→Fe2O3）當有水存在時，將發(fā)生電化學腐蝕，腐蝕的速度將大大加快?！局v解】腐蝕不僅使金屬材料本身受到損害，給生產生活帶來很大不便，嚴重時還會使金屬構件遭到破壞，引起重大的傷亡事故。據報道，全世界每年因金屬材料腐蝕造成的直接經濟損失約達7000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6倍。我國因金屬材料腐蝕造成的損失占國民生產總值（GNP）的4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數量約占鋼鐵當年產量的25%~30%。金屬材料腐蝕還可能造成環(huán)境污染。例如，重金屬制成的材料被腐蝕后重金屬離子就會進入水體、土壤中，引起重金屬污染。因此，采取各種措施防止金屬材料的腐蝕十分必要?！窘涣髋c討論】在日常生活中，你所知道的金屬材料防腐方法有哪些？【板書】金屬防腐方法（教師邊講邊展示實物）覆蓋法防腐（把金屬同腐蝕介質隔開來，以達到防腐目的。）1．噴涂油漆（最常見的防腐方法,如給汽車噴漆；國家體育館“鳥巢”的鋼結構刷6層防腐漆，可確保25年不生銹。）2．噴塑（把塑料噴涂在零件上。目前廣泛用于電器設備金屬外殼的防腐。）3．鍍層（在易腐蝕的金屬表面電鍍（或噴鍍）上一層耐腐蝕的金屬鍍層。如鍍鋅、鍍鉻、鍍銅、鍍金、鍍銀等。）鍍鋅：自來水管、鋼絲（俗稱鐵絲）、白鐵皮都經過鍍鋅處理；鍍鉻：普通自行車把手、自行車鋼圈上的通常鍍鉻防腐；4．涂油脂（當零件或工具表面需要保持光潔時，常采用上油或涂脂的方法防腐。如機床導軌、游標卡尺的防腐。）5．發(fā)藍處理：將除銹后零件放入氫氧化鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉溶液中，在140~150℃溫度下，保溫60~120分鐘，使零件表面生成一層以Fe3O46．搪瓷（在金屬表面涂覆一層或數層瓷釉，通過燒成，兩者發(fā)生物理化學反應而牢固結合的一種復合材料。它既有金屬的強度，又有涂層的耐腐蝕、耐磨、耐熱、無毒及可裝飾性。）提高金屬本身的耐腐蝕性1．在冶煉金屬材料的過程中，加入一些合金元素，以增強其耐蝕能力。如不銹鋼就是很有代表性的一例。2．采用化學熱處理（滲鉻、滲鋁、滲氮）使金屬表面產生一層耐蝕性強的表面層。電化學防腐（經常采用的是犧牲陽極法，即用電極電位較低的金屬與被除數保護的金屬接觸，使被保護的金屬成為陰極而不被腐蝕。犧牲陽極法廣泛用于防止海水及地下的金屬設施的腐蝕。如在輪船的外表面焊上一些鋅塊。）干燥氣體封存法（采用密封包裝，在包裝袋內放入干燥劑或充入干燥氣體，濕度控制在≤35%/使金屬防腐。主要用于包裝整架飛機、整臺發(fā)動機和槍械等。）【小結】金屬防腐方法比較方法噴涂油漆噴塑鍍鋅發(fā)藍處理鍍鉻熱噴涂使用不銹鋼防腐效果一般一般好好很好很好很好價格便宜便宜中等中等昂貴昂貴昂貴【講解】有許多零件在高溫下工作，制造這些零件的材料，就要求具有良好的抗氧化性?！景鍟慷?、抗氧化性：金屬材料在高溫時抵抗氧化作用的能力?！局v