機(jī)械工程材料及應(yīng)用教案王紀(jì)安講述

1、項(xiàng)目三手鋸鋸條的選材碳素工具鋼的應(yīng)用課題：3.1手鋸鋸條的服役條件分析3.2材料的力學(xué)性能硬度與韌性（2課時(shí)）【新課導(dǎo)入】：鋸條是用什么材料做的？鋸條需要具有什么樣的力學(xué)性能？金屬材料的軟硬是我們經(jīng)常關(guān)注的問題，請(qǐng)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(chǎn)中，我們僅僅知道金屬材料軟和硬是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)習(xí)硬度的有關(guān)知識(shí)。中文里“韌”是什么意思?它是指柔軟而結(jié)實(shí),不易折斷。在生產(chǎn)和生活中，許多機(jī)械零件往往要受到?jīng)_擊載荷的作用，如沖床的沖頭、鑿巖石機(jī)風(fēng)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?jīng)_擊載

2、荷作用時(shí)，也必須具有這種韌性。教學(xué)目標(biāo)：1.了解并分析手鋸鋸條的工作條件；2. 掌握三種硬度的測(cè)定方法的符號(hào)、原理和應(yīng)用。3理解硬度概念，明確三種硬度測(cè)定方法；4.理解韌性的意義，明確韌性測(cè)定方法，掌握韌性的衡量指標(biāo)（Ak）；教學(xué)重點(diǎn)：三種硬度的測(cè)定方法的符號(hào)、原理和應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：三種硬度的測(cè)定方法的符號(hào)、原理和應(yīng)用。前測(cè)：什么是機(jī)械工程材料的硬度與塑性？測(cè)試硬度的方法有哪些？教學(xué)過程：【板書】3.1 手鋸鋸條的服役條件分析3.1.1 手鋸鋸條的工作條件摩擦高硬度；沖擊力韌性好；3.1.2 手鋸鋸條的失效分析磨損、崩刃、斷裂3.2 材料的力學(xué)性能硬度與韌性3.2.1硬度硬度：金屬材料抵抗其它

3、更硬物體壓入表面的能力?！局v解】硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。各種不同的機(jī)械零件對(duì)硬度都有不同的要求，尤其是機(jī)械制造業(yè)所用的刀具、量具、模具等，都應(yīng)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(xué)性能之一。硬度試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能在零件上進(jìn)行試驗(yàn)而不破壞。硬度值還可以間接地反映金屬材料的強(qiáng)度和金屬的化學(xué)成分、金相組織和熱處理工藝上的差異，因而硬度試驗(yàn)在機(jī)械工程中得到普遍應(yīng)用。硬度試驗(yàn)方法很多，生產(chǎn)中常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等試驗(yàn)方法?！景鍟坑捕葴y(cè)定方法壓頭類型原理以球面壓痕單位表面積硬度值HBS<450應(yīng)用測(cè)定較軟的原材料、HBS

4、:淬硬鋼球布氏硬度HBW：硬質(zhì)合金球上的壓力來計(jì)量硬度值。HBW<650半成品的硬度。直徑1、2、2.5、5、10FHB=_乙壓（完成交流與討論1、2）HRA1200金剛石圓錐體以壓痕深度（h）來HRA2080適用于測(cè)定硬度極高的材料和成品。如硬質(zhì)合金。洛氏硬度HRB1.588mm的鋼球計(jì)量硬度值。HRB20100適用于測(cè)定硬度較低的材料和成品。如黃銅軸套。HRC1200金剛石圓錐體HRC2070適用于測(cè)定硬度較高的材料和成品。如淬火鋼。相對(duì)面夾角為1360以壓痕單位表面積HV101000適用測(cè)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(jì)量硬度值。材料，主要用于測(cè)試很薄工件及滲

5、碳層等的硬度。3.2.2 沖擊韌度【板書】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(cè)定（1）沖擊試樣圖1-19所示V型缺口試樣10X10X55U型缺口試樣10X10X55（2）沖擊試驗(yàn)大能量一次沖擊（圖1-20所示）2韌性指標(biāo)沖擊功Ak=G（HH）12G擺錘重量（N）；H1沖擊前擺錘舉起的高度（m）；H沖斷試樣后，擺錘回升的高度（m）；Ak沖擊功（J）。碳鋼253525韌性（Ak）【練習(xí)】依據(jù)表4-2,請(qǐng)查出下列材料的韌性（Ak）【板書】韌性材料Ak28J如碳鋼；脆性材料AkV8J如鑄鐵。小結(jié)：（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?jīng)_擊載荷作用的零件都

6、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(yīng)選用韌性大的材料制造。如汽車保險(xiǎn)桿、防彈材料；受到小能量，多次沖擊載荷作用的零件，應(yīng)選用強(qiáng)度大塑性好的材料制造。如模鍛錘錘桿?！拘〗Y(jié)】學(xué)習(xí)內(nèi)容硬度測(cè)定方法：布氏硬度洛氏硬度維氏硬度韌性AkAk值的越大，表示材料的韌性越好【作業(yè)】書面：習(xí)題【交流與討論】1某私營(yíng)企業(yè)自制了一批水泥磚，需要檢驗(yàn)這批水泥磚的硬度是否達(dá)到樣品的硬度。這時(shí)有人說只要有一個(gè)小鐵球就可以做這個(gè)試驗(yàn)。你認(rèn)為可行嗎？應(yīng)怎樣試驗(yàn)，能夠測(cè)出水泥磚的硬度是否達(dá)標(biāo)？（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

7、角安放，小鐵球從相同高度下落，看鐵球滾動(dòng)多遠(yuǎn)。硬度大，小鐵球滾得遠(yuǎn)些。）課題：3.3金屬的結(jié)晶特點(diǎn)與鐵碳相圖【導(dǎo)入新課】從鐵碳合金組織學(xué)習(xí)中我們知道，室溫下的組織F、P、e、Fe3C隨著含碳量增加，它們的性能變化是規(guī)律的，塑性、韌性由好變差，硬度由大變小，其實(shí)這種變化規(guī)律我們是可以從材料專家繪制的鐵碳合金相圖反映出來的。Fe-Fe3C相圖不僅大大地推動(dòng)了金相學(xué)的發(fā)展，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它為研究鋼鐵的組織，合理選用鋼鐵材料，科學(xué)制訂鋼鐵材料鑄造、鍛造和熱處理等熱加工工藝提供了重要的科學(xué)依據(jù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 了解金屬的結(jié)晶條件、過程及晶粒大小對(duì)其力學(xué)性能的影響2. 了解純鐵的同素

8、異構(gòu)轉(zhuǎn)變3. 了解分析鐵碳合金相圖4. 了解鐵碳合金相圖的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：分析鐵碳合金相圖與鐵碳合金相圖應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：分析鐵碳合金相圖與鐵碳合金相圖應(yīng)用前測(cè)：1、合金的基本組織有哪三種類型？2、固溶體又有哪兩種類型？固溶體的性能是怎樣的？3、什么叫合金、請(qǐng)說明下列合金的組成。黃銅碳鋼硬鋁武德合金（Cu-ZnFe-CAI-Cu-MgPb-Sn-Bi-Cd）4、合金至少有幾種元素組成？一定是金屬元素與金屬元素組成的嗎？教學(xué)過程：【板書】3.3.1金屬結(jié)晶特點(diǎn)金屬的結(jié)晶液態(tài)一-固態(tài)【講解】金屬材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)凝固的過程，即晶體結(jié)構(gòu)形成的過程稱為結(jié)晶。金屬材料的冶煉和鑄造都要經(jīng)歷由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的

9、結(jié)晶過程。金屬材料性能與結(jié)晶后組織密切相關(guān)，所以了解金屬材料結(jié)晶過程的基本規(guī)律，對(duì)于掌握和控制金屬材料的組織及性能具有十分重要的【板書】一、金屬結(jié)晶的條件（教師引導(dǎo)分析觀察圖3-6，概括出特點(diǎn)。）純金屬是在恒定的溫度下結(jié)晶的。如：Fe1538°C,Cu1083°C。原因：結(jié)晶過程中釋放出來的結(jié)晶熱量，補(bǔ)嘗了散失在空氣中的熱量?！局v解】在實(shí)際生產(chǎn)中我們總會(huì)發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度（T0）以下才開始結(jié)晶，如圖2-6所示。實(shí)際結(jié)晶溫度（耳）低于結(jié)晶溫度（T0）。（過冷現(xiàn)象）【板書】過冷度：理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差T=T0T1【交流與討論】在寒冷季節(jié)里，北方人是怎樣吃硬

10、梆梆的凍柿子呢？他們吃法叫做“撥冰子”，其過程就是將凍柿子放入冷水中，待凍柿子外面結(jié)成大冰團(tuán)時(shí)將其撈出，此時(shí)剝開冰團(tuán)，里面的柿子已變得松軟可口了。請(qǐng)你想一想，他們是利用什么原理把凍柿子里的冰撥出來的？（利用水結(jié)冰放出的熱量熔化凍柿。）教師指導(dǎo)閱讀“你知道嗎？”【板書】二、純金屬的結(jié)晶過程【講解】液態(tài)金屬在達(dá)到結(jié)晶溫度開始結(jié)晶時(shí)，首先從液態(tài)金屬形成一些微小而穩(wěn)定的小晶體，稱為晶核，然后隨著時(shí)間推移，晶核不斷長(zhǎng)大，與此同時(shí)，液體中不斷形成新晶核，并不斷長(zhǎng)大，直到它們彼此相互接觸，液態(tài)金屬完全消失而轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，如圖2-7所示?！景鍟浚兘饘俚慕Y(jié)晶過程是）晶核形成與晶核長(zhǎng)大。三、晶粒大小對(duì)其力學(xué)性能

11、的影響（教師講讀“材料史話”）【交流與討論】晶粒大小可以用單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目來表示，數(shù)目越多晶粒越小。為了方便測(cè)量，常用單位截面上晶粒的平均直徑來表示。下表是晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響：分析上表晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響，你得出的結(jié)論是：【板書】晶粒越細(xì)，金屬材料的力學(xué)性能越好。細(xì)化晶粒的方法有：1、增大過冷度適用于中小型鑄件。2、變質(zhì)處理（孕育處理）在液態(tài)金屬結(jié)晶前，加入一些細(xì)小的變質(zhì)劑。3、振動(dòng)處理【交流與討論】細(xì)化晶粒是提高金屬材料力學(xué)性能的重要手段之一，工業(yè)上把利用細(xì)化晶粒來強(qiáng)化金屬材料的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。專家們認(rèn)為：“細(xì)晶強(qiáng)化是一種最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化金屬材料的方法?！蹦阍鯓永斫膺@一觀點(diǎn)

12、的？（金屬同樣的結(jié)晶，細(xì)晶粒，力學(xué)性能就好，反之就差。）【板書】四、臨界溫度：金屬材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的溫度。如純Fe的臨界溫度為1538°C,純Cu的臨界溫度為1083°C。教師指導(dǎo)閱讀“你知道嗎？”【板書】3.3.2鐵碳合金相圖一、鐵碳合金的基本組元與基本相1、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下隨溫度的改變,由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象?！局v解】同素就是同種元素；由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格類型的晶體稱為同素異構(gòu)體?！景鍟客禺悩?gòu)體的穩(wěn)定性：aB丫&低溫高溫純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（教師引導(dǎo)學(xué)生分析圖3-8為純鐵的冷卻曲線,師生共同概括出下式）（林心立方晶格:而心立

13、方晶格）體心立方晶格1394r“9126Fe-一/FeaFe【交流與討論】金屬晶體結(jié)構(gòu)改變,它的性能會(huì)不會(huì)改變？【講解】不僅純鐵能夠發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,而且鐵碳合金鋼、鑄鐵同樣能發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。正因?yàn)槿绱?生產(chǎn)中才有可能對(duì)鋼和鑄鐵進(jìn)行各種熱處理來改變其組織和性能?？梢娂冭F的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象具有極其重要的意義。2、鐵碳合金的基本相及其性能鋼和生鐵都是鐵碳合金,根據(jù)含碳量的不同,碳可以溶解在鐵中形成固溶體,也可以反應(yīng)形成金屬化合物,或固溶體與金屬化合物組成機(jī)械混合物。因此,在鐵碳合金中出現(xiàn)以下幾種基本組織?！景鍟拷M織名稱符號(hào)含義含碳量性能鐵素體F碳溶解在a-Fe中的0.0008塑性、韌性很好，強(qiáng)

14、度、硬度間隙固溶體。（室溫）低。(5：3050%,Ak：128160J,（指導(dǎo)觀察圖3-4、3-5）ob：180280MPa,HBS：5080)奧氏體A碳溶解在y-Fe中的0.77塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度不間隙固溶體。(727C)冋（伸長(zhǎng)率5：45&60&ob：（指導(dǎo)觀察圖3-6、3-7）400MPa,HBS：160200)滲碳體FeC鐵與碳反應(yīng)形成的金6.69硬度很高（相當(dāng)于800HBS）,塑3屬化合物。性、韌性幾乎為零，脆性很大。珠光體P鐵素體與滲碳體組成0.77強(qiáng)度較冋，硬度適中，有一的機(jī)械混合物。（(727C以下)定的塑性。（ob：800MPa,HBS：（指導(dǎo)觀察圖3-

15、8）160280，5：2025）萊氏體Ld由奧氏體和滲碳體組成。(727C以上)硬度高（相當(dāng)于700HBS）,Ld'由珠光體和滲碳體組成。727C以下)塑性很差。（指導(dǎo)觀察圖3-9）注：在完成上述內(nèi)容教學(xué)時(shí)，結(jié)合完成下列內(nèi)容教學(xué)。交流與討論】下表為純鐵的力學(xué)性能，通過學(xué)習(xí)比較可以發(fā)現(xiàn)鐵素體力學(xué)性能與純鐵基本相同，請(qǐng)問你是如何看待這一問題的？力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度（ob）硬度(HBS)伸長(zhǎng)率（5）斷面收縮率（屮）韌性(Ak)力學(xué)性能指標(biāo)值176-276MPa50-8040%-50%70%-80%128-160J【講解】滲碳體有片狀、球狀（粒狀）、網(wǎng)狀等不同形態(tài)，其數(shù)量、形態(tài)與分布對(duì)鐵碳合金的性

16、能有很大的影響。滲碳體在適當(dāng)?shù)臈l件下，能分解為鐵和石墨：FeC-3Fe+C（石墨）3【交流與討論】在鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體中：屬于合金基本相的是屬于機(jī)械混合物的是,只能存在727°C以上組織是【板書】二.鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖：表示在極緩慢加熱（或冷卻）情況下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。講解】鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系的化合物，如FeC、FeC、FeC等，如圖31032所示。FeFelCFelCFeC因此，目前應(yīng)用的鐵碳合由于含碳量6.69%的鐵碳合金脆性很大，沒有實(shí)用價(jià)值。金相圖僅研究含碳量從0%6.69%,也就是Fe-FC相圖。圖3

17、-11為簡(jiǎn)化后的Fe-FC相圖。圖中縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為含碳量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，從左向右表明含碳量從零增加到6.69%。【板書】1、Fe-FC相圖溫度(E板書】2、Fe-Fe3C相圖特性點(diǎn)特性點(diǎn)溫度（C）含碳量（%）含義A15380純鐵的熔點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)C11484.30共晶點(diǎn)（教師板書出反應(yīng)式）S7270.77共析點(diǎn)（教師板書出反應(yīng)式）E11482.11碳在Y-Fe中的最大溶解度G9120純鐵a-FeY-Fe轉(zhuǎn)變溫度【板書】3、Fe-Fe3C相圖特性線ACD線液相線。此線以上全部為液相。用L表示。鐵碳合金冷卻到此線開始結(jié)晶，在AC線以下從液相中結(jié)晶出奧氏體，在CD線以下結(jié)晶出

18、一次滲碳體（Fe3C）。AECF線相線。液態(tài)合金冷卻到此線全部結(jié)晶為固相。（此線以下全部為固相區(qū)）GS線（坷）一一卻時(shí)奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線，或加熱時(shí)鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體終了線。ES線（Acm）碳在y-Fe中溶解度曲線。此線以下開始從奧氏體中析出二次滲碳體（Fegn）oECF線一一晶線。含碳量在2.11-6.69%的合金冷卻到此線時(shí)（1148°C）都發(fā)生共晶反應(yīng),同時(shí)結(jié)晶出奧氏體與滲碳體混合物萊氏體。）PSK線（Ai）析線。含碳量在0.0218-6.69%的合金冷卻到此線時(shí)（727C）都反生共析反應(yīng)，同時(shí)析出鐵素體與滲碳體混合物光體?！揪毩?xí)】教師指導(dǎo)學(xué)生畫出Fe-FeC相圖

19、（其尺寸與圖3-11）并填寫出各區(qū)域的組織。3【板書】4、相區(qū)四個(gè)單相區(qū)、五個(gè)兩相區(qū)【板書】三、典型合金的結(jié)晶過程及組織鐵碳合金的分類鋼含碳量小于211%的鐵碳合金。分類含碳量室溫組織亞共析鋼CV0.77%F+P共析鋼C=0.77%P過共析鋼C>0.77%FeC+P3II白口鑄鐵含碳量211%6.69%的鐵碳合金。分類含碳量室溫組織亞共晶白口鑄鐵CV4.3%P+嚀嚴(yán)共晶白口鑄鐵C=4.3%L'd過共晶白口鑄鐵C>4.3%FeC+L'd分析六種典型鐵碳合金的結(jié)晶過程和組織四、含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響1、含碳量對(duì)組織的影響（教師引導(dǎo)學(xué)生分析圖3-22）亞共析鋼共

20、析鋼過共析鋼F減少全部為P卩點(diǎn)彳.增多P增多P減少2、含碳量對(duì)性能的影響含碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越低。但當(dāng)鋼的含碳量大于0.9%時(shí)，因網(wǎng)狀滲碳體的出現(xiàn)，使鋼的強(qiáng)度有所降低。為了保證工業(yè)上使用的鋼具有足夠的強(qiáng)度，并具有一定的塑性和韌性，鋼中的含碳量一般不超過1.4%。Fe-FeC相圖不僅大大地推動(dòng)了金相學(xué)的發(fā)展，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它為研究鋼鐵的組織，合理選用鋼鐵材料，科學(xué)制訂鋼鐵材料鑄造、鍛造和熱處理等熱加工工藝提供了重要的科學(xué)依據(jù)，本節(jié)課我們討論Fe-FC相圖的應(yīng)用。【板書】五、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用"1、選材方面（教師講讀教材內(nèi)容，指導(dǎo)完成“交

21、流與討論”）2、鑄造方面接近共晶成分的鑄鐵鑄造性好，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。原因：接近共晶成分的鑄鐵不僅熔點(diǎn)低，而且凝固區(qū)間小，且流動(dòng)性好，收縮性小。3、鍛造方面鋼材鍛造、軋制的溫度范圍通常選擇在FeFC相圖中奧氏體區(qū)。原因：鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形。4、熱處理方面【講解】Fe-FeC相圖誕生100多年來，它為鋼鐵金相組織的研究，鋼鐵材料的合理選用，科學(xué)制訂鋼鐵材料鑄造、鍛造和熱處理等熱加工工藝提供了重要的科學(xué)依據(jù)，發(fā)揮了巨大的指導(dǎo)作用。然而，我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)它的缺陷和不足。實(shí)際生產(chǎn)中使用的鋼鐵材料，除鐵和碳兩種元素外，還有其他雜質(zhì)元素（主要是硅、錳、硫、磷）或合金元

22、素，WFe-FC相圖僅研究鐵、碳兩種元素的相互作用和影響，沒有考慮其他雜質(zhì)元素或合金元素對(duì)鐵碳合金的影響。我們還知道，F(xiàn)eFeC相圖是鋼在極緩慢加熱（或冷卻）時(shí)測(cè)定繪制的，因而，在實(shí)際生產(chǎn)加熱時(shí)，由于加熱速度較快，鋼的組織轉(zhuǎn)變總會(huì)發(fā)生滯后現(xiàn)象，實(shí)際加熱轉(zhuǎn)變溫度總要高于FeFe3C相圖的AA3、Acm。例如，依據(jù)Fe卩點(diǎn)彳。相圖，含碳量為0.45%鋼由鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的轉(zhuǎn)變終了溫度為766°C，而含碳量為0.45%鋼在實(shí)際加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度為780C。為了將FeFC相圖的加熱臨界溫度A、A、Acm和實(shí)際生產(chǎn)加熱臨界溫度加以區(qū)別，通常把實(shí)際加熱的各臨界溫度分別用Ac、A

23、c、AC表示，13cm【板書】實(shí)際加熱的各臨界溫度相圖加熱臨界溫度A1A3Acm實(shí)際加熱臨界溫度Ac】AC3AccmAc實(shí)際加熱時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度；AC實(shí)際加熱時(shí)，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度；ACcm實(shí)際加熱時(shí)，F(xiàn)eC“溶入奧氏體的終了溫度。511311【講解】必須指出的是，在實(shí)際生產(chǎn)冷卻時(shí)，由于冷卻速度較快，鋼的組織轉(zhuǎn)變臨界溫度也會(huì)發(fā)生滯后現(xiàn)象，在此我們不作討論?！拘〗Y(jié)】一、純金屬結(jié)晶特點(diǎn)純金屬是在恒定的溫度下結(jié)晶的。二、純金屬的結(jié)晶過程晶核形成與晶核長(zhǎng)大三、晶粒大小對(duì)其力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)，金屬材料的力學(xué)性能越好。細(xì)化晶粒的方法。FPLd"FeC3含碳量小>

24、;大塑性、韌性好>差硬度小>大四、Fe-FeC相圖的分析特性點(diǎn)、相圖特性線；五、含碳量3對(duì)鋼組織和性能的影響六、Fe-FeC相圖的應(yīng)用作業(yè)】習(xí)題思考課題：3.4金屬材料的熱處理3.5碳素工具鋼及手鋸鋸條的選材（2課時(shí)）【新課導(dǎo)入】鉗工銼削用的銼刀是采用什么材料制造的？銼刀的性能是怎樣的？T13或T12,具有高硬度（6265HRC）和耐磨性。銼刀的高硬度和耐磨性是T13本身具有的嗎？不是的。它是通熱處理處理出來的。從第五章開始我們將學(xué)習(xí)討論熱處理的知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)：1、掌握熱處理含義,明確普通熱處理和表面熱處理的種類。2、能熟練應(yīng)用A®Ac3、ACcm，明確鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

25、及其影響因素。3、明確等溫冷卻、連續(xù)冷卻、過冷奧氏體；4、理解過冷奧氏體等溫圖，掌握過冷奧氏體等溫冷卻的組織和性能。5、掌握過冷奧氏體典型連續(xù)的產(chǎn)物，馬氏體及馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：熱處理含義，AcAc3、Accm應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：熱處理含義，ACAc3、Accm應(yīng)用教學(xué)過程：【板書】熱處理：將固態(tài)鋼進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。普通熱處理退火、正火、淬火、回火；表面熱處理表面淬火、化學(xué)熱處理。注意（1）任何熱處理工藝都包括加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段；（如圖5-1）（2）保溫的目的是使工件熱透，組織轉(zhuǎn)變均勻。【講解】熱處理是機(jī)械制造工藝中一個(gè)不可缺少的組成部分，它能改善

26、零件的加工性能，提高材料使用性能，充分發(fā)揮鋼材的潛力，延長(zhǎng)零件的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床制造中約有60%70%的零件，汽車、拖拉機(jī)制造中約有70%80%的零件都要進(jìn)行熱處理，各種工具和軸承幾乎全部要進(jìn)行熱處理。可見，熱處理在機(jī)械制造中占有非常重要的地位。（教師介紹“熱處理史話”【板書】（1）鋼在加熱的組織轉(zhuǎn)變一、加熱目的：獲得奧氏體（或部分奧氏體）?！緩?fù)習(xí)】請(qǐng)說出ACAC3、Accm的意義？并將A5AC3、Acc分別標(biāo)注到鋼部分相圖中去?！窘涣髋c討論】一.45鋼Ac1：724°C，Ac3：780°C。T10鋼Ac1：730°C，Accm：800°C。請(qǐng)問4

27、5鋼、T10鋼在下表不同溫度時(shí)的組織是什么？室溫35°C730°C45鋼T10鋼二亞共析鋼完全奧氏體化，應(yīng)加熱到以上；共析鋼完全奧氏體化，應(yīng)加熱到以上；過共析鋼完全奧氏體化，應(yīng)加熱到以上?！局v解】奧氏體雖然是鋼在高溫狀態(tài)下的組織，但它的晶粒大小、均勻程度，對(duì)鋼冷卻后的組織和性能有重影響。因此，了解鋼在加熱時(shí)組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，是對(duì)鋼進(jìn)行正確熱處理的先決條件。【板書】二、奧氏體的形成過程教師講讀教材相關(guān)內(nèi)容）共析鋼1. 奧氏體晶核的形成；2.奧氏體晶核的長(zhǎng)大；3.殘余滲碳體的溶解；4.奧氏體的均勻化。三、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及影響因素1、晶粒長(zhǎng)大過程2、影響晶粒長(zhǎng)大因素小結(jié)：熱處理

28、加熱時(shí)，要合理選擇并嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，合理選用鋼材。【板書】（2）鋼在冷卻的組織轉(zhuǎn)變熱處理的冷卻方式1、等溫冷卻2、連續(xù)冷卻一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（教師講解除清楚過冷奧氏體。）1. 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）（教師邊圖示邊講解分析以下內(nèi)容）共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖：aa'曲線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線；bb'曲線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線。Ms線：過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度線;Mf線：過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度線。2. 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（1）珠光體轉(zhuǎn)變?cè)贏550C溫度范圍組織名稱符號(hào)溫度范圍組織特征硬度(HRC)珠光體PA650C1粗片

29、狀<25索氏體S650C600C細(xì)片狀2535托氏體T600C550C極細(xì)片狀3540（2）貝氏體轉(zhuǎn)變?cè)?50°CMs溫度范圍。組織名稱符號(hào)溫度范圍組織特征硬度(HRC)上貝氏體B上550C350C羽毛狀4045下貝氏體B下350CMs黑色針葉狀4555二、過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變【講解】把鋼加熱到奧氏體狀態(tài)后，使奧氏體在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。因過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測(cè)定困難，故目前生產(chǎn)中通常應(yīng)用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖近似地來分析奧氏體連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變。例如我們要確定一種鋼在某種連續(xù)冷卻速度下所得到的組織，可將該連續(xù)冷卻速度線畫在此鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖

30、上，根據(jù)它與C曲線相交的位置，便可大致地估計(jì)出它可能得到組織?！景鍟?.典型連續(xù)冷轉(zhuǎn)變（教師邊圖示邊講解分析以下內(nèi)容）連續(xù)冷卻名稱平均冷卻速度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物隨爐冷卻（V）10C/分珠光體空氣冷卻（I）io。/秒索氏體油中冷卻（V3）150C/秒托氏體+馬氏體水中冷卻（V3）600C/秒馬氏體4臨界冷卻速度（V臨）：奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度。影響臨界冷卻速度的主要因素：鋼的化學(xué)成分。例如，碳鋼的V臨大，合金鋼的V臨小，2.馬氏體轉(zhuǎn)變""【講解】當(dāng)冷卻速度大于V臨時(shí)，奧氏體很快地過冷到圖5-8“C曲線”中Ms溫度以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這時(shí)Y-Fe晶格迅速向a-Fe晶格轉(zhuǎn)變。但

31、由于溫度較低，鋼中碳原子來不及擴(kuò)散，被迫全部留在a-Fe晶格，此時(shí)碳大大超過了在a-Fe中的正常溶解度。【板書】馬氏體（M）:碳溶于a-Fe的過飽和固溶體。（教師介紹材料史話）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：（1）馬氏體轉(zhuǎn)變?cè)谶B續(xù)轉(zhuǎn)變中完成（MsMf）；（2）非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度快極；（3）馬氏體轉(zhuǎn)變體積發(fā)生膨脹，并產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力；（4）轉(zhuǎn)變不徹底，存在殘余奧氏體?！景鍟浚?）鋼的普通熱處理一、退火將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。1、退火的目的 降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工； 細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分；消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止工件變形或開裂。2

32、、常用退火常用退火完全退火球化退火去應(yīng)力退火（熱史話）工藝加熱到AC3+（3050）C保溫（一般3分/毫米）隨爐冷卻加熱到AC1+（2030）C保溫隨爐緩慢冷卻（小于50C/h）加熱到略低于A1溫度保溫隨爐緩慢冷卻組織鐵素體+珠光體球狀珠光體無組織變化應(yīng)用用于亞共析鋼的鍛件、用于過共析鋼，如碳素工具用于鍛造、鑄造、焊接鑄件、焊接件的退火。鋼、合金工具鋼和軸承鋼。深度冷加工變形及切削加工后的工件應(yīng)去應(yīng)力實(shí)例用38CrMoAI用T13鋼制造銼刀用65Mn鋼制造【交流與討論】過共析鋼毛壞退火能否加熱到Aym以上?板書】二、正火1、正火工藝：將鋼加熱到AC或Acm以上3050°C，經(jīng)保溫一段

33、時(shí)間，隨后在空氣3cm中冷卻的熱處理工藝。（教師板演圖示加熱臨界溫度，并強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)）（1）加熱：亞共析鋼AC3+（3050）C過共析鋼ACCm+（3050）C（2）正火冷卻速度比退火稍快，組織較細(xì)，強(qiáng)度、硬度較高。（觀察表5-5）2、正火與退火基本相同。（讓學(xué)生復(fù)述）3、應(yīng)用1）、改善低碳鋼、中碳鋼的切削加工性?！纠坑?5鋼制造普通車床主軸，為降低硬度改善切削加工性，調(diào)整組織,消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，通常選用正火。其部分工藝過程如下：（2）作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理【例】某工廠用45圓鋼制造小型電機(jī)主軸，因?qū)αW(xué)性能要求不高,該廠選用正火作為最終熱處理。其工藝過程如下：（3）消除過共析鋼中網(wǎng)狀滲

34、碳體，改善鋼的力學(xué)性能【例】一含有網(wǎng)狀滲碳體組織的T10鋼毛坯，為改善其切削加工性能應(yīng)如何進(jìn)行熱處理？并簡(jiǎn)述所進(jìn)行的熱處理的作用。解：（1）正火。消除網(wǎng)狀滲碳體。（2）退火。降低硬度，改善切削加工性。退火與正火的選擇【觀察與思考】觀察圖5-12從切削加工性考慮：低碳鋼、中碳鋼宜選用火；高碳鋼宜選用火。1、從切削加工考慮低碳鋼、中碳鋼選用正火，高碳鋼選用退火；2、從使用性能考慮；3、從最終熱處理考慮；4、從經(jīng)濟(jì)方面考慮，優(yōu)先選用正火。例某工廠用T13鋼制造絲錐銼刀，其工藝路線為：下料一鍛造一熱處理1-切削加工一淬火.低溫回火一切削加工試分析工藝路線中熱處理1應(yīng)選用什么？請(qǐng)說明熱處理1的主要作用。

35、【板書】三、鋼的淬火淬火：將鋼加熱到AC或AC以上3050°C，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。的目：主要是獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和耐磨性。(指出：淬火是強(qiáng)化鋼材最顯著、最重要的方法。并指導(dǎo)閱讀“你知道嗎”)淬火加熱溫度的選擇(指導(dǎo)閱讀教材相關(guān)內(nèi)容。)亞共析鋼AC+(3050)C過共析鋼aC+(3050)C(教師板書圖示)【交流與討論】亞共析鋼淬火加熱溫度過低或過高有什么樣危害？過共析鋼淬火加熱溫度過高有什么樣危害？淬火冷卻(V冷三V臨)【熱處理史話】隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷卻劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)蜀人蒲元曾在陜西斜谷為諸葛亮打制3000把

36、刀，相傳是派人到800多公里外的成都取水淬火的，這說明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了?！景鍟看慊鹄硐氲睦鋮s速度【講解】淬火時(shí)為了得到馬氏體，工件在淬火介質(zhì)中的冷卻速度必須大于或等于臨界冷卻速度，但不是冷卻速度越大越好，若淬火冷卻速度過大，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大大超過馬氏體膨脹應(yīng)力，工件易出現(xiàn)變形或開裂。因此，在保證淬硬的前提下，應(yīng)盡量選擇緩和的冷卻介質(zhì)，以減少淬火應(yīng)力，防止工件變形和開裂。分共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可以看出，為了獲得馬氏體組織，并不需要整個(gè)冷卻過程中都有要快冷，關(guān)鍵應(yīng)在等溫轉(zhuǎn)變圖“鼻尖”附近快冷。圖5-14所示為理想的冷卻速度(即慢快慢)?！景鍟柯豢煲灰宦Ｓ玫拇慊?/p>

37、冷卻介質(zhì)(1)水【講解】由表5-6可知，水的冷卻特性很不理想。因?yàn)樵谛枰炖涞?505OO°C范圍它的冷卻速度卻很小，而在300200°C需要慢冷時(shí)，它的冷卻速度反而增大，使工件容易發(fā)生變形，甚至開裂；其次，水溫的變化對(duì)其冷卻能力影響很大。水溫越高，冷卻能力越小。生產(chǎn)中常通過攪拌冷卻水或讓冷卻水循環(huán)，以提高6505OO°C范圍內(nèi)的冷卻能力。另外，淬火冷卻水中若混有油、肥皂等雜質(zhì)時(shí)，會(huì)顯著降低其冷卻能力，這在使用時(shí)必須注意。然而，由于水價(jià)廉易得，使用安全，無燃燒、腐蝕等危害，水仍然是應(yīng)用最廣泛的淬火冷卻介質(zhì)。碳鋼零件通常采用水淬火。【板書】(1)水主要用于用于形狀簡(jiǎn)

38、單的碳鋼工件淬火。(2)鹽或堿的水溶液【講解】為了提高水的冷卻能力，可加入少量(1015%)的鹽或堿。常用的是食鹽水溶液和氫氧化鈉水溶液。由表5-6可知食鹽水溶液和氫氧化鈉水溶液的優(yōu)點(diǎn)在于6505OO°C范圍內(nèi)冷卻速度快，缺點(diǎn)是300200°C的冷卻速度仍然很快，容易引起變形開裂，并且對(duì)工件有腐蝕作用，淬火后工件必須清洗。(指導(dǎo)閱讀教材為什么)【板書】(2)鹽或堿的水溶液主要用于重要碳鋼零件的淬火。(3)礦物油【講解】礦物油也是一種應(yīng)用廣泛的淬火冷卻介質(zhì)，目前生產(chǎn)中用作淬火冷卻介質(zhì)的礦物油有機(jī)油、柴油、變壓器油等。由表5-6可知油的在300200°C的溫度范圍內(nèi)冷

39、卻速度比較慢，這對(duì)于減少淬火工件的變形與開裂是很有利的，但它在6505OO°C內(nèi)冷卻速度太慢，故不能能用于碳鋼，而只能用于臨界冷卻速度小的合金鋼淬火，但油價(jià)格較高，易燃，不易清洗?！景鍟?3)礦物油用于臨界冷卻速度小的合金鋼淬火。板書】淬火方法（教師采用邊圖示、邊分析、邊講解完成以下內(nèi)容）淬火方法單液淬火法雙液淬火法分級(jí)淬火法實(shí)例碳鋼在水中淬火。水淬油冷（保溫：使工件合金鋼在油中淬火。內(nèi)溫度一致）淬火組織馬氏體馬氏體馬氏體優(yōu)點(diǎn)易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自取長(zhǎng)補(bǔ)短，有效減小工件動(dòng)化，應(yīng)用廣泛。淬火應(yīng)力減小。變形或開裂。缺點(diǎn)易產(chǎn)生硬度不足或操作困難。只適用尺寸較硬度不均勻現(xiàn)象。小的零件。應(yīng)用適用于形狀簡(jiǎn)單，變用于碳素工具用于形狀復(fù)雜的形要求不高的工件。鋼制造易開裂碳鋼或合金鋼小的工件。型零件。等溫淬火法保溫：使工件內(nèi)外溫度一致，使A冷*B下）下貝氏體力學(xué)性能好，基本避免工件的淬火開裂。淬火時(shí)間長(zhǎng)，零件的直徑或厚度不能過大，用于形狀復(fù)雜，強(qiáng)度和韌性要求高的各種小型模具、成形刀具。淬硬性與淬透性1、淬硬性指鋼經(jīng)淬火后能達(dá)到的最高硬度。淬硬性主要取決于鋼中的碳含量，含碳量越高，鋼淬火后的硬度越高。淬火材料淬火硬度45鋼55HR