金属材料与热加工基础 教案 李蕾 第四章常用金属材料的应用.docx

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1、金属材料与热加工基础课程教案系（部）教研室课程代码学分课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）授课专业授课班级任课教师职称考核方式金属材料与兹加工及砒双嗓（章节备课）章次第四章常用金属材料的应用课时安排总学时数：14理论教学时数：12实验教学时数：2教学目的与要求本章主要通过合金元素对金属材料性能的影响，掌握金属材料的分类、牌号、性能、用途及热处理特点。初步具有根据金属材料的化学成分分析材料性能的能力以及根据零件性能的要求合理选择常用零件材料的能力。本章知识结构图示1钢铁材料基础知识常r合金钢与非合金钢的应用普钢铁材料的应用Y低合金钢的应用属4铸铁的应用北）I硬质合金的应用M非铁金属材料的应用

2、（金属材料选择及分析章重点与难点重点：钢铁材料的应用难点：金属材料选择及分析教学方法手段1教法：（1）案例引导法（2）问题法（3）小组讨论法2 .学习法：（1）文献查阅法（2）分组合作学习法（3）自主学习法3 .教学手段：多媒体、各种材料应用的视频。主要参考资料金属材料与热加工基础备注金属材料与拉加工及砒敖嗓(课时备课)第1次课2学时第一节钢铁材料基础知识次点点K民隹才Wf巩重点：钢和铸铁的分类；钢中杂质及合金元素对钢性能的影响难点：合金元素对钢性能的影响学容进安教内与程案例导入一、钢铁材料的分类钢铁材料是钢和铸铁的总称。钢和铁都是以铁和碳为主要元素组成的合金，也称为铁碳合金。1 .钢的分类钢

3、的分类方法很多，表4-1介绍了钢的主要分类方法。2 .铸铁的分类铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金的总称。表4-2介绍了铸铁的主要分类。二、钢中杂质元素及合金元素对钢性能的影响1.常存杂质元素对钢性能的影响钢中常存杂质元素是硅、镒、硫和磷(还有非金属杂质等)。(1)硅的影响(2)锌的影响备注：排(3)硫的影响硫以共晶的形式分布在晶体的界面上，易导致钢在热加工时产生开裂，也就是常说的“热脆”或“红脆”，因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。(4)磷的影响在室温下使钢的塑性、韧性急剧下降,特别是它能使钢的冷脆性急剧加大，对钢材产生很大的危害，故要严格制磷在钢中的质量分数。2.合金元素在钢中的作用(

4、1)合金元素在钢材中的存在形式及作用合金元素在钢中主要以两种形式存在：1)形成合金铁素体2）形成合金碳化物（2）合金元素对热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中的相变等方面：1）阻碍奥氏体的晶粒长大2）提高淬透性3）提高回火稳定性。除此之外，一些碳化物形成元素如铭、鸨、钥、机等，在PI火过程中又析出了新的更细的特殊碳化物，发挥了第二相的弥散强化作用，使硬度进一步提高。提示：钢中的杂质元素是炼钢过程中,随着炼钢原料中大量的杂质元素带入钢液中的，不是故意添加的；而合金元素是为了提高钢的某种性能故意添加的，两者有着本质的不同。三、小结及作业布置金属材料马拉加工基础数

5、案（课时备课）第2次课1学时第二节非合金钢的应用次点点K艮隹才W14重点：非合金钢结构钢的牌号性能和用途；非合金工具钢、非合金铸造钢的牌号性能和用途。难点：每种材料的性能和用途学容进安.教内与程，一、非合金结构钢（碳素结构钢）（15分钟）1 .普通质量非合金结构钢（1）牌号由屈服强度的“屈”拼音字首的“Q+屈服强度数值+质量等级符号+脱氧方法等四部分组成。如Q235AF钢，表示的是屈服强度大于235MPa,质量等级为A级的沸腾钢。（2）性能及用途普通质量的碳素结构钢的牌号、质量等级、化学成分和力学性能见表4-3o2 .优质非合金结构钢（1）牌号通常被称优质碳素结构钢。其牌号用两位数字表示，两位

6、数字表示该钢的平均碳的质量分数的万倍，如“45”钢表示平均碳的质量分备注：数（WC）=0.45%的优质非合金结构钢；08表示平均碳的质量分数（WC）=0.08%的优质非合金结构钢。（2）性能及用途优质非合金结构钢的牌号、质量等级、化学成分和力学性能见表4-4o二、非合金工具钢（10分钟）习惯被称碳素工具钢，是用于制造刀具、模具和量具的钢。1牌号以碳的汉语拼音字首”T开头，其后的数字表示碳的质量分数的千倍。例如，T8表示平均碳的质量分数为WC=O.80%的非合金工具钢。如T12A表示平均碳的质量分数为Wc=I.2%的高级优质非合金工具钢.如在末尾加上Mn,则表示含锦量较高。2.性能及用途见表4-

7、5三、非合金铸造钢1.牌号非合金铸造钢也称铸造碳钢，其牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度的最低值，第二组数字代表抗拉强度的最低值。例如，ZG200-400表示屈服强度2200MPa,抗拉强度2400MPa的一般工程用铸造碳钢2.性能及用途2.性能及用途见表4-6金属材料S丝加工及砒敖案（课时备课）第2次课1学时第三节合金钢的应用次点点本重难重点：低合金高强度钢的用途和牌号；低合金耐候钢、其他低合金专用钢的用途和牌号。难点：相关材料的性能与用途学容进安非教内与程排合金钢的概念一、合金结构钢1.工程用合金结构钢（I）低合金高强度结构钢是在碳素结构钢

8、的基础上加入少量合金元素而组成的。1）牌号由代表屈服强度的汉语拼音首位字“Q”+屈服强度数值+质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。例如，Q390A表示屈服强度2390MPa,质量为A级的低合金高强度结构钢。如果是专用结构钢一般则在低合金高强度结构钢牌号表示方法的基础上附加钢产品的用途符号，如Q345HP表示焊接气瓶用钢、Q345R表示压力容器用钢、Q390G表示锅炉用钢、Q420Q表示桥梁用钢等。2）化学成分、性能及用途低合金高强度结构钢具有良好的使用价值和经济价值，广泛用于制造桥梁、车辆、船舶、建筑工程、化工、锅炉等，见表4-7（2）低合金耐候钢1）牌号我国目前使用的耐候钢分

9、为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢两大类。焊接结构用耐候钢的牌号是由“Q+数字+NH”组成。其中“Q”是“屈”字汉语拼音字母的字首，数字表示钢的最低屈服强度数值，字母“NH”是“耐候”二字汉语拼音字母的字首，牌号后缀质量等级代号（C、D、E）,如Q355NHC的表示屈服强度大于355MP,质量等级为C级的焊接结构用耐候钢。焊接结构用耐候钢适用于桥梁建筑及其他要求耐候性的钢结构。备注：高耐候性结构钢的牌号是“Q+数字+GNH”组成。与焊接结构用耐候不同的是“GNH”表示“高耐候”三字汉语拼音字母的字首。含Gr、Ni元素的高耐候性结构钢在其牌号后面后缀字母“1”,如Q345GNH1钢。2）化学成分

10、及用途耐候钢是指耐大气腐蚀钢。它是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铭、银、铜等合金元素，使钢表面形成一层保护膜的低合金钢。为了进一步改善耐候钢的性能，还可再加微量的钝、钛、机、错等元索.耐候性结构钢适用于机车车辆、建筑、塔架和其他要求高耐候性的钢结构，并可根据不同需要制成螺栓连接钾接和焊接结构件等。（3）低合金专用钢为了适应某些专业的特殊需要,对低合金高强度结构钢的化学成分、加工工艺及性能作相应的调整和补充，从而发展了门类众多的低合金专用钢，如锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、工程建设混凝土及预应力用钢和建筑结构用钢等。二、小结及作业布置金

11、属材料与熬加工基础敖嗓（课时备课）第4次课4学时第三节合金钢的应用次点点重点：机械零件用的合金结构钢的用途和牌号；合金工具钢、特殊性能钢的用途和牌号难点：合金钢的应用学容进安教内与程2.机械零件用的合金结构钢机械零件用的合金结构钢主要用于制造各种机械零件，大多需经热处理后才能使用。按其用途和热处理特点，可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。前三类钢的的牌号由“数字（两位）+元素符号+数字”组成。其中，前两位数字是以平均万分数表示的碳的质量分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。（1）合金渗碳钢1）化学成分及性能含碳量一般在0

12、.100.25%之间，以保证淬火后零件心部有足够的塑性和韧性；渗碳钢中的主要合金元素是Cr,还可加入Ni、Mn.B、W、V、Ti等合金元素。在零件表层形成的合金碳化物主要提高渗碳层备注：排的耐磨性。2）热处理预先热处理和最终热处理3）用途由于具有外硬内韧的性能，主要用来制作用于承受冲击的耐磨件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮（如图4-15所示）、内燃机上的凸轮轴、活塞销等。表4-8所示为常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及用途。（2）合金调质钢1）化学成分及性能合金调质钢的WC=0.25%0.5%,以0.4%居多，合金调质钢中加入合金元素Mn、Si、Cr、Ni、B等主要作用是增大钢的淬透性；加入

13、W、M0、V、Ti等元素可形成稳定的合金碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒机防止回火脆性，以获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比。2）热处理3）用途中碳成分的调质钢一般经调质处理后使用。合金调质钢主要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件。见表4-9（3）合金弹簧钢1）化学成分及性能合金弹簧钢的含碳量一般在05%0.9%之间，以保证得到高的疲劳强度和屈服强度。合金弹簧钢中加入的合金元素主要是Mn、Si、Cr等，其作用是强化铁素体、提高钢的淬透性、弹性极限及回火稳定性。辅加少量的合金元素Mo、W、V,可减少钢的过热倾向和脱碳，

14、细化晶粒，进一步提高弹性极限、屈强比和耐热性及冲击韧度。2）热处理冷成形弹簧热成形弹簧3）用途60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产量的80%。常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途见表4-10o（4）滚动轴承钢1）牌号常见的滚动轴承钢的牌号由“G+Cr+数字”组成。其中“G”是“滚”字汉语拼音字首，“Cr”是合金元素铭的符号，数字是以名义千分数表示的格的质量分数。2）化学成分及性能目前常用的高碳高格轴承钢，其伙=095%115%,以获得高强度、硬度及高的耐磨性。主要合金元素为Cr,Wa=O.4%1.65%,Cr一部分溶入奥氏体，以提高淬透性；一部分

15、与C形成细小颗粒均匀分布的碳化物，以提高接触疲劳强度和耐磨性。另外，制造大尺寸轴承时，可加Si、Mn,以进一步提高其淬透性。同时，轴承钢还要严格限制P、S的质量分数。3）热处理滚动轴承钢预备热处理是球化退火。最终热处理是淬火后低温回火。对于精密轴承零件，为了保证使用过程中的尺寸稳定性，淬火后还应该进行冷处理，使残余奥氏体转变，然后再进行低温回火。4）用途常用的滚动轴承钢的牌号、成分、热处理及用途见表4-11所示。二、合金工具钢合金工具钢主要用于制造重要的刃具、量具和模具等。合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢类似，不同的是只用一位数字表示含碳量的千分数,且含碳量大于1%时不予标出。如3Cr2W8V（含碳量为0.