1、金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院1金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院2第一章 金 属 材 料 的 性 能金属的概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6几种非金属的介绍四小结 五作业第一章 金属的性能由于中学的时候我们已经学习了金属的物
2、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。基本概念：1 载荷：金属材料在加工使用过程中所受的外力。2 静载荷：是指大小不变或变动很慢的载荷。3 冲击载荷：是指载荷突然增加的增荷。4 疲劳载荷：是指所经受的周期性或周期性的动载荷。11 金属的力学性能基本概念：何谓力学性能？金属在外力的作用下所表现出来的性能就是金属的力学性能。 （它包括：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度五个方面）1 强度：材料在静载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。（一般来说用屈服点和抗拉强度来衡量它的大小即 s 和 b 来表示）s 是材料抵抗变形的应力值；b 是材料抵抗断裂的应力值。例如要想
3、看一个材料的强度的高低只要看这两个值的大小，它们和材料的强度是成正比的。金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院32 塑性：材料断裂前产生永久变形的能力。（一般来说用伸长率断面收缩率来衡量它的大小即 和 来表示）=伸长量原长百分百=截面收缩量原截面百分百例如要看材料的塑性的好坏只要看两个值的大小，它们与之也是成正比的。3硬度：材料抵抗硬物压入和产生划痕的能力。（一般来说用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三参数来衡量其大小即HBS、HRC、 HV）HBS：是应用最广泛的HRC：是最快的HV： 是最精确的4韧性：材料抵抗冲击载荷的作用而不被破坏的能力。（一般来说用冲击韧性值来衡量
4、它的大小即 k 来表示） 。也是与韧性成正比的。5疲劳强度：材料抵抗周期载荷的作用而在低于一般的载荷的作用下易于破坏的一种能力。（一般来说用疲劳强度衡量它的大小即 -1 来表示）也就是说其值是衡量材料疲劳的指标。12 金属的工艺性能基本概念：何谓金属的工艺性能呢？一 概念即是指材料在不同的加工方法的作用下所表现出来的性能。 （它的内容包括有铸造性能、锻造性能、切削性能、焊接性能等四种性能）1 铸造性能对材料的要求： 流动性好要求材料的流动性要好，否则在加工的时候容易出成型不好等缺陷。 收缩性小要求材料的收缩性要小，否则在加工的过程中易出现开裂和应力分布不均等缺陷。 偏析少要求材料偏析性小是因为
5、如果严重的话易使加工的难度增加，使加工成本提高。2锻造性能结合力学性能做介绍 3切削加工性能针对数控和模具专业的特点来介绍金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院44焊接性能理论联系实际：例举说明铸铁和低碳钢的焊接性来说明第二章 金属结构与结晶世界上的物质大部分是由晶体和非晶体组成的，而中学时学习这两个概念的区别是有无固定熔点来定义的，目前我们在金材料的角度上来定义它们。21 金属的晶体结构基本概念：一 晶体与非晶体晶体：表示的是原子呈有序和有规则排列的物质。 （各向异性）非晶体：表示是原子呈无序的杂乱无章的排列形式的物质。 （各向同性）二 晶体的结构的概念（ 基本概念：
6、 ）1 晶格：表示原子在晶体中排列的有规律的空间格架。2 晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元。3 晶面：金属晶体中通过原子中心的平面。4 晶向：通过原子中心的直线，可代表晶格空间的一定方向。三 金属晶格的类型1 体心立方晶格（9 个原子）2 面心立方晶格（14 个原子）3 密排六方晶格（17 个原子）四 金属的晶体结构的缺陷1 空位和间隙原子（使晶格产生变形）2 位错（晶格发生畸变）塑性变形3 晶界和亚晶界（原子排列不规则，处于不稳定状态）22 纯金属结晶了解材料的结晶过程及规律对于控制材料的内部组织和性能十分重要。一 纯金属的冷却曲线及过冷度基本概念：1 过冷度：理论结晶温度和实际结
7、晶的温度之差。二 纯金属的结晶过程晶核 晶体 晶粒 单晶体多晶体三 晶粒的大小对力学性能的影响金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院5细晶粒金属具有较高的强度和韧性，因此为了提高金属的力学性能则必须控制晶粒的大小，可以采用以下几种常用的细化晶粒的办法。1 增加过冷度（适用于中小型铸件）2 变质处理（钢中加入钛、硼、铝等铸件中加入硅铁等）3 振动处理（采用机械振动、超声波振动和电磁振动等）23 金属的同素异构转变一 基本概念：1 金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变成另一种晶格的现象叫同素异构转变。如：纯铁的冷却过程1538 度(结晶 -Fe) 1394 度(-Fe)
8、 （体心立方晶格） （面心立方晶格） 912 度(-Fe)（密排六方晶格）二 同素异构转变的特点固态相变是需要较大的过冷度的，则体积变化时造成较大的内应力，以致于淬火时引起应力导致工件变形和开裂，因此要控制冷却速度，可以改变同素异构后的晶粒的大小，从而改变金属的性能。作业布置：1、6、9小结：本章节主要是从金属的微观的角度加以理解，也就是要让学生通过对本章节的学习明白金属的晶体结构的特点。情况反馈：作业情况反应学生对于金属的微观结构已有一定的认识第三章 金属的塑性变形与再结晶（本章属于阅读的内容）31 金属的塑性变形基本概念：1、塑性变形：就是金属材料在外力去除以后变形无法恢复的现象。理论联系
9、实际： 塑性变形产生的原因：就是金属通过位错和滑移来实现的，在同一个晶面或晶向金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院6上发生位错和滑移。3、位错：就是同一晶面或晶向上的原子在外力的作用下离开了原本的位置而出现的一种外形变形的现象。4、滑移： 原子在同一晶向上或晶面上平行移动的现象。32 冷塑性变形对金属的组织和性能的影响（略）33 回复与再结晶（略）34 金属的热变形1、 热加工：就是加工工艺方法在金属的再结晶的温度以上的工艺。2、 冷加工：就是加工工艺方法在金属的再结晶的温度以下的工艺。作业布置：看书预习下一章的内容小结：本章节是一篇阅读的内容，因此在本章节的讲述过程
10、中，主要是以一种介绍的方式来给学生讲解。情况反馈：通过作业的批改情况，学生对本节内容已经完成大纲的要求。第四章 铁碳合金通过对本章的学习让我们进一步明白了金属的力学性能的特点。又由于学生在今后的工作中所要接触的金属材料大多数是铁碳合金，因此本章将利用铁碳合金相图详细地解析铁碳合金的性能和组织。基本概念：合金：就是金属与金属或是非金属通过一定的方式化合而得到一种具有金属性能的材料。 （合金的最小单元是相）金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院741 合金的组织金属由于相互的结合方式不同可以把组织分为以下三种（固溶体、化合物、混合物）1、 固溶体：就是溶质原子通过一定的方式
11、溶入溶剂原子中（分为间隙固溶体和置换固溶体）2、 金属化合物：就是通过化合的方法而形成的组织。3、 混合物：就是通过一定的方式混合而成的组织。42 铅锑合金分别取铅锑合金五种金属来作以下实验：化学成份 熔点1、 100%铅、0%锑 325 纯铅2、 95%铅、 5%锑 2523253、 87%铅、 13%锑 252 共晶反应4、 50%铅、 50%锑 3256305、 0%铅、 100%锑 630字 纯锑基本概念：共晶反应：就是由液态共同结晶出两种固态的过程。（图略）43 铁碳合金相图一、铁碳合金有五大基体组织：金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院8铁素体（F） 、
12、奥氏体（A） 、渗碳体（F e3C） 、珠光体（P） 、莱氏体（Ld）1、铁素体（F）：概念：就是碳溶解在 -Fe 中形成的间隙固溶体。性能：塑性、韧性很好，强度硬度低。产生温度：7272、奥氏体（A）：概念：就是碳溶解在 -Fe 中形成的间隙固溶体。性能：塑性、韧性好，强度硬度一般。产生温度：7279123、渗碳体（F e3C）：概念：就是含碳量为 6.69%的碳与铁形成的金属化合物。性能：塑性、韧性差，强度硬度很高。产生温度：12274、珠光体（P）：概念：就是铁素体与渗碳体所形成的混合物。性能：塑性、韧性较好，强度硬度较高。产生温度：11485、莱氏体（Ld）：概念：就是铁素体与渗碳体所
13、形成的具有一定特点的混合物。性能：塑性、韧性差，强度硬度很高。产生温度：1148 二、要掌握的点：A：纯铁的熔点（1538） D：渗碳体的熔点（ 1227）G：纯铁的同素异构转变点 （912） S：共析点（ 727）E：奥氏体的最大溶解度（1148） C：共晶点（ 1148）三、要掌握的线：PSK：共析线、A1 线 ACD：液相线ECF：共晶线 AECF：固相线GS：A3 线ES：Accm 线四、要掌握的区：GPQ：铁素体区 DFK：渗碳体区SN：珠光体区 ACD 以上：液相区CM：莱氏体区 AECF 以下：固相区AGSE；奥氏体区五、共析反应：就是固相由一种组织共同结晶出两种组织的过程。共析
14、转变式：A 727 F + Fe3C金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院9共晶转变式： L 1148 A + F e3C 理论联系实际：1、 问：含碳量为 0.45%的钢从 1200冷却到室温的组织和性能的变化？2、 问：随着含碳量的增加钢的组织和性能的变化？七、钢和铸铁的区分：C：0.0218 2.11% （钢）0.02180.77% 亚共析钢0.77% 共析钢0.772.11% 过共析钢C: 2.116.69% （铸铁）2.114.3% 亚共晶白口铸铁4.3% 共晶白口铸铁4.36.69% 过共晶白口铸铁作业布置：课后题全做小结：本章是本学期的重点，因此将用大篇幅
15、进行讲解，其中铁碳合金相图中的点、线、区要结合理论联系实际的题进行学习，达到活学活用的效果。情况反馈：根据上课的提问以及作业的情况反应出学生对本章的内容基本掌握。碳 素 钢51 概述碳素钢是指碳含量低于 2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过 1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表 现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低 ，所以综合机械性能比普通碳素钢好。金属材料热处理教案广东省轻工业高级技工学校广东省轻工业技师学院10(1)生
16、产制造方法。碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而 平炉可以冶炼各种优质钢。近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。钢锭经过锻压或轧制后便加工成各种形状的钢材和锻件。钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。(2)用途。碳素钢主要用来制造强度要求不高的机器零件和各种金属构件。广泛应用于机械制造的各个方面。如农业机械、机床、船舶等。它是一种应用最广、用途最大的钢材。2.主要生产及输往国家、地区我国的鞍山钢厂、宝山钢厂、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂等是出
17、口碳素钢的主要产地。一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。3.主要进口生产国家我国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。进口到货后缺重问题较为突出。收用货部门要加强到货后重量的验收。4.种类碳素钢按含碳量可划分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。高碳钢属于工具钢，详见“工具钢”部分。低碳钢如 20 号钢一般多用来制作渗碳零件。热处理工艺是先进行渗碳处理，随后进行淬火和低温回火。经这样处理后零件表面具有较高的硬度而心部具有良好的塑性。而中碳钢如 45 号钢根据使用条件不同，热处理方式也不同。一般做热加工使用的要进行调
18、质处理，即淬火后高温回火。其他条件使用的可进行正火处理。5.规格及外观质量碳素钢的品种主要有圆钢、扁钢、方钢等。经冷、热加工后钢材的表面不得有裂缝、结疤、夹杂、折叠和发纹等缺陷。尺寸和允许公差必须符合相应品种国家标准的要求。6.化学成分现把国标、日本标准中某些主要钢号的化学成分列举，如下表碳素钢化学成分指标化 学 成 分 %标准号 钢号C Si Mn P S Ni Cr CuGB/T699-8830 0.27-0.350.17-0.370.50-0.800.040 0.040 0.25 0.25 GB/T699-8845 0.42-0.500.17-0.370.50-0.800.040 0.040 0.25 0.25 JISG4051-79(94)S30C 0.27-0.330.15-0.350.60-0.90 0.0300.035 0.20 0.20 0.30JISG4051-79(94)S45C 0.42-0.480.15-0.350.60-0.90 0.0300.035 0.20 0.20 0.30S30C、S45C 钢号中 Ni-Cr 应小于 0.35%，其他国家的标准号有
