【正文】 質(zhì)量等級(jí)分 A、 B、 C、 D 四級(jí)，從左至右質(zhì)量依次提高。磷是有害元素 。硅有利于改善鋼的質(zhì)量，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和彈性，但降低鋼的塑性和 錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧后殘留在鋼中的雜質(zhì)元素。 【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(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識(shí)的理解。 電子束的能量遠(yuǎn)高于 激光，而且其能量利用率也高于激光熱處理，可達(dá) 80%。 工件經(jīng)形變熱處理后，可以獲得形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化綜合效果。 1．滲碳 ● 為提高工件表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳?；瘜W(xué)氣相沉積在硬質(zhì)合金刀具涂層、鋼制模具涂層以及耐磨件涂層等 方面 得到應(yīng)用，而且其使用壽命較未涂層前提高 3～ 10 倍。感應(yīng)加熱表面淬火具有工件加熱速度快、時(shí)間短，變形小，基本無氧化和無脫碳特點(diǎn)；工件表面經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后，在淬硬的表面層中存在較大的殘余壓應(yīng)力，可以有 ③ 感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用。 第七節(jié) 表面熱處理與化學(xué)熱處理 一、表面熱處理 ● 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進(jìn)行熱處理的工藝。 二、熱時(shí)效 ● 熱時(shí)效是指隨著溫度的不同，α Fe中碳的溶解度發(fā)生變化，使鋼的性能發(fā)生改變的過程稱為熱時(shí)效。淬火鋼經(jīng)高溫回火后，獲得的組織為回火索氏體（ S185。 淬火鋼經(jīng)低溫回火后，鋼的硬度一般為 58～ 62HRC。 【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(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對所學(xué)知識(shí)的理解。 ● 工件加熱時(shí)介質(zhì)與工件中的碳發(fā)生反應(yīng)，使表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象稱為脫碳。 4．貝氏體等溫 淬火 貝氏體等溫淬火是指工件加熱奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火方法。 共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度 是 Ac1以上 30℃～ 50℃ 。 加熱溫度是： Ac3+（ 150～ 200） ℃，一般在（ 1050～ 1150）℃進(jìn)行 加熱 。球化退火主要用于過共析鋼和共析鋼制造的刃具、量具、模具 、軸承鋼件 等。 28 教案七 【 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 】 第三節(jié) 一、退火 ● 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)由三條線構(gòu)成： Ps線是 過冷奧氏體 向 珠光體轉(zhuǎn)變開始線； Pf線是 過冷奧氏體 向 珠光體轉(zhuǎn)變終了線； K線是 過冷奧氏體 向 珠光體轉(zhuǎn)變終止線，它表示冷卻曲線碰到 K線時(shí)， 過冷奧氏體 向 珠光體 轉(zhuǎn)變 即停止， 27 剩余的 過冷奧氏體 一直冷卻到 Ms線以下時(shí)會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變 。 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 Cr7C 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。 熱處 理工藝過程由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) W（ C） %時(shí)，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的強(qiáng) 度和硬度提高，而塑性和韌性降低；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) W（ C） %時(shí)，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。 ES線是碳在奧氏體中的溶解度變化曲線，通稱 Acm線。 77?+Fe3C P 727 碳在 鐵素體 中的最大溶碳量 K 727 共 析 滲碳體的成分點(diǎn) Q 室溫 碳在鐵素體中的最大溶碳量 3． 鐵碳合金狀態(tài)圖中的 （ 1） 液相線 ACD。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為 W（ C） =%。 3． 滲碳體 (Fe3C) ● 滲碳體是指晶體點(diǎn)陣為正交點(diǎn)陣、化 學(xué)成分近似于 Fe3C的一種間隙式化合物 ，以符號(hào) Cm表示 。 鐵素體 的溶碳量很小，在 727℃時(shí)溶碳量最大（ W（ C）=%） 。 【 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 】 1．重點(diǎn)： 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(diǎn)： 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。 等軸晶粒區(qū)的組織特點(diǎn)是：晶粒粗大，組織疏松，力學(xué)性能較差。 合金的結(jié)晶過程中具有如下特點(diǎn) （ 1） 純金屬 的 結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行，只有一個(gè) 結(jié)晶溫度 。 a) 置換固溶體 b) 圖 132 固溶體的類型 2 ● 溶質(zhì)原子在溶劑晶格中不占據(jù)溶劑 晶格的 結(jié)點(diǎn)位置，而 是 嵌入 溶劑晶格的各 結(jié)點(diǎn)之間的間隙內(nèi) 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(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高。 純鐵 的同素異晶轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變 是 圖 130 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(gè)重要特性，也是鋼鐵材料能夠進(jìn)行熱處理的理論依據(jù)。金屬要進(jìn)行結(jié)晶，還要滿足動(dòng)力學(xué)條件，如必須 二、金屬的結(jié)晶過程 晶核的形成和晶核的長大就是金屬結(jié)晶的基本過程。 2．布置作業(yè) 盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必 要時(shí)可相互交流與探討問題。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 。 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 ， 14 單晶體具有顯著的各向異性特點(diǎn) 。 圖 118 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 ● (二 )晶胞 ● 反映 晶格 特征、具有代表性 的最小幾何單元稱為晶胞。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。 ● 化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱。 ● 金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。 （ 3） 導(dǎo)熱性 。它包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。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(shí)，則突然發(fā)生疲勞斷裂，形成最后斷裂區(qū)。 【 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 】 1．重點(diǎn)：金屬材料 的強(qiáng)度與塑性、硬度和韌性 2．難點(diǎn)： 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。 112 夏比沖擊試驗(yàn)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(yàn)金屬材料在冶煉、成形加工、熱處理工藝等方面的質(zhì)量。 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。例如 ， 150HBW 10/1000/30。 ● 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。屈服點(diǎn)用符號(hào)σ s表示。 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、縮頸與斷裂四個(gè)階段。 ● 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。 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。 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） %） ；鋼（ w（ C） =%～ %） 和 白口鑄鐵或 生鐵 （ w（ C） %） 一、煉鐵 高爐煉鐵的爐料主要是鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）。 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(shí)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 范圍等 知識(shí) 。 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(huì)的發(fā)展歷程 人類使用 材料的 足跡 經(jīng)歷了從低級(jí) 到 高級(jí)、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(shí)代。該課程 是融匯多種專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)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。 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。 4 鋼錠經(jīng)過軋制最終形成板材、管材、型材、 線 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(jì)、制造與使用三個(gè)階段，如圖 14 圖 14 機(jī)械產(chǎn)品制造過程的三個(gè)階段 4 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。 （一） ● 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。 5 圖 17 退火低碳鋼力伸長曲線 【 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 】 1．重點(diǎn) ：金屬材料分類和相關(guān)基本概念 2．難點(diǎn)：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。 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(shí)的應(yīng)力，用應(yīng)力符號(hào)σ并加角標(biāo)“ r和規(guī)定殘余伸長率”表示 ， 如σ % （ 2） 抗拉強(qiáng) 度 。 （ 二 ） ● 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。 2． 洛氏硬度試驗(yàn)原理是以錐角為 120176。 （ 1） 夏比擺錘沖擊試樣 。 （ 3） 吸收能量與溫度的關(guān)系 。 2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。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。 （ 1） 密度 。 ● 金屬傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。 一般來說，金屬受熱時(shí)膨脹而且體積增大，冷卻時(shí)收縮而且體積縮小。 3． 金屬 材料 ● 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。 ● 切削加工性能是指金屬在切削加工時(shí)的難易程度。 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 α、 β 、γ 等六個(gè)參數(shù)來描述。 ● 由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。 (二 ) ● 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。 15 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。 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 127 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。同素異構(gòu) （ 1）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核形成和晶核長大兩個(gè)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 ) （ 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 （ 4）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)常伴有金屬的體積變化等。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。而 絕大多數(shù) 合金是在一個(gè)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(gè) 結(jié)晶溫度 （ 2） 合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)相的化學(xué)成分（即濃度）有 差異 ，當(dāng)結(jié)晶終止后，整個(gè)晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。 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。 2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。 鐵素體的性能幾乎 與 純鐵相同，強(qiáng)度和硬度較低 (σ b=180～ 280MPa， 50～ 80HBW)，而塑性和韌性好 (δ =30%～ 50%， KU≈ 128～ 160J)。 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。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強(qiáng)度 （σ b≈ 770MPa， 160～ 220HBW）、 塑性 (δ≈ 20%～ 35%)和韌性 (KU≈ 24～ 32J)，硬度適中 （ 180HBW） ，是一種綜合力學(xué)性能 較好的組織。 （ 2） 固相線 AECF。 （ 7） GP線 。