【正文】 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 第二章 鐵碳合金（鋼和鑄鐵） 第一節(jié) 純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變 一、教學(xué)目的： 學(xué)習(xí) 晶體結(jié)構(gòu) 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 同素異晶轉(zhuǎn)變 三、教學(xué)過程 一、金屬的結(jié)晶 結(jié)晶：液態(tài)金屬凝結(jié)成固態(tài)金屬的現(xiàn)象。 （計(jì)算出來的） 實(shí)際結(jié)晶溫度－金屬以實(shí)際冷卻速度冷卻結(jié)晶得到的結(jié)晶溫度 Tn。 過冷度： To＝ Tn＝ ?T（變量）。 金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度， TnTo。 冷卻速度越大，過冷度越大。 過冷度： To＝ Tn＝ ?T（變量）。 ab 段：金屬均呈現(xiàn)液體， bc 段：液體中某些原子結(jié)成晶核（自發(fā)晶核）（晶坯）晶核不斷長大形成枝晶直到晶粒。 概念： 晶粒、 晶界。 晶核－枝晶－晶粒 晶界；晶粒。 總結(jié)：晶粒越小，則材料的力學(xué)性能越好。 （ 1）提高過冷度： （ 107℃ /s 非晶態(tài)金屬） 實(shí)驗(yàn)測出：冷卻速度越大，生核速率越大 長大速率。 （ 3）機(jī)械振動(dòng)：使枝晶破碎成為幾個(gè)晶核，使晶核數(shù)目增多（超生波振動(dòng)等）。 純金屬的晶格類型： 例如：純鐵（ αFe） 912℃ ↓、 W、 Mo、 V、 Cr（ β－ Ti） 882℃ ↑ 立方體 : a＝ b＝ c ； α＝ β＝ γ＝ 90186。 立方體 a＝ b＝ c α＝ β＝ γ＝ 90186。 三、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變（舉列鉆石和石墨） 純鐵： α－ Fe→（ 912℃ ） γ－ Fe（ 1394℃ ） →δFe（ 1538℃ ） →L 二次結(jié)晶或重結(jié)晶。 元素（金屬＋非金屬）共為 108 種，而純金屬一般共為 83 種。 Fe＋ C 組成的合金化合物： HB800、 σb=400MPa。 Al＋ Mg＋ Mn 組成的鋁合金化合物： HB70、 σb＝ 280MPa。 合金： 定義；金屬元素同另一種或幾種金屬元素或非金屬元素組成的具有金屬特性的新材料。 例如：鋼鐵合金： Fe＋ C＋ Mn＋ Si、鋁合金：（ Al＋ Mg＋ Mn）、（ Al＋ Ze＋ Mn）、 銅合金：（ Cu＋ Zn）、（ Cu＋ Sn）、（ Cu＋ Ni）等。 組 元： 定義：合金中的最小單元。鋁合金（ Al＋ Mg＋ Mn）。 相： 具有同一化學(xué)成分，同一聚集狀態(tài)，且有明顯界面分開的獨(dú)立均勻部分。 一、固溶體： 定義：溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑中，依然保持晶格類型的金屬晶體。（胖子到教室形象舉例） 晶格歪扭、畸變，晶體缺陷。 間隙固溶體： d 質(zhì) /d 劑 。 只能形成有限固溶體： C→α－ Fe、 727℃ ％。（合金的好處） F： C→α－ Fe 中形成的固溶體。 20℃ ％ C （工業(yè)純鐵）。 機(jī)械性能： δ＝ 30～ 50％、 ψ＝ 70～ 80％、 αku＝ 160～ 200J/cm σb＝ 180～ 280MPa、HBS50～ 80 （ 770℃ ↓磁性）。 飽和 NaOH 溶液沸點(diǎn) 314℃ 。 單相、層片狀、面心立方晶格。 機(jī)械性能： δ＝ 40～ 60％、 σb＝ 400～ 50MPa、 HBS＝ 170～ 2抗磁性。 Fe3C、 、 VC、 WC、 CuZn、 Cu21Zn22 σ↑、 HRC↓、 δ↓、 ψ↓、 αku↓。硬度極高，而塑性、韌性極低。 1. 珠光體 P： F＋ Fe3C 兩相，機(jī)械混合物。 機(jī)械性能： δ＝ 20～ 25％、 σb＝ 800～ 850MPa、 HBS＝ 280～ 260。（應(yīng)用提一下） Ld、 Ld′： 兩相機(jī)械混合物，含碳量： ％ C。（高溫萊氏體） Ld′＝ P＋ C 20～ 727℃ 。性能與滲碳體相近。 （ 2）從各冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)，并將各臨界點(diǎn)分別畫到成分－溫度坐 標(biāo)中。 二、 Fe－ Fe3C 合金狀態(tài)圖的分析： （特性點(diǎn)）： A 1538℃ 100％ Fe 的熔點(diǎn) ； D 1227℃ 100％ Fe3C 的熔點(diǎn)； G 912℃ 100％ Fe 的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)（重結(jié)晶溫度點(diǎn)）； C 1148℃ ％ C 共晶點(diǎn) L→Ld（ A＋ C） 共晶反應(yīng)； F 1148℃ ％ C 虛點(diǎn) ； P 727℃ 100％ Fe 虛點(diǎn)； K 727℃ ％ C 虛點(diǎn)、 E 1148℃ ％ C 碳在 γ－ Fe 中的最大固溶量； S 727℃ ％ C 碳在 γ－ Fe 中的最小固溶量，共析點(diǎn) A→P 共析反應(yīng)。 DC 線：液相線 開始結(jié)晶出滲碳體： L→L+C。 ECF 線：固相線（共晶線）：共晶反應(yīng) L→Ld。 （ 4） ES 線 —Acm 線：從奧氏體中開始析出滲碳體線（碳在奧氏體中的固溶線）。 （ 6） PQ 線－碳在鐵素體中的溶解度曲線。 ： 含碳量分類： 工業(yè)純鐵： C≤％ C 鋼： ％ C≤％ 白口鐵： ％ C％ 鋼分類： 共析鋼： ％ P 亞共析鋼： C％ P＋ F 過共析鋼： C％ P＋ C 共晶白口鐵分類： 共晶白口鐵： ％ C Ld′ 亞共晶白口鐵： C％ C Ld′＋ P＋ C 過共晶白口鐵： C％ C Ld′＋ C 三、鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變 實(shí)驗(yàn)：熱分析法－（ C： 0－ ％）實(shí)用價(jià)值。 20℃ :F＝ ％、 C＝ ％。 鐵碳合金的組織和性能： 工業(yè)純鐵： F 塑性好。 共析鋼： P 強(qiáng)度高。 亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵自行分析。 力學(xué)性能 － Fe3C 狀態(tài)圖的應(yīng)用。 ② ％ C％，中碳鋼：綜合機(jī)械性能好。 制定工藝性能： ① 鑄造方面： 共晶成分的鐵碳合金鑄造時(shí)，組織致密，不易偏析。 ③ 焊接方面： ④ 熱處理方面： 課堂討論 ：碳對鐵碳合金組織和性能的影響。 一、鋼的分類 碳鋼的分類、編號和用途： （ 1）分類： ① 低碳鋼： ％ C ① 亞共析鋼： ～ ％ C。 ③ 高碳鋼： ％ C≤％ ③ 過共析鋼： ～ ％ C。 ② 優(yōu)質(zhì)碳素鋼： S≤％、 P≤％。 （ 3）用途： ① 碳素結(jié)構(gòu)鋼： ② 碳素工具鋼： （ 4）冶煉： ① 平爐鋼（逐漸淘汰） ② 轉(zhuǎn)爐鋼（使用） ③ 電弧爐鋼。 鋼的分類：碳素鋼和合金鋼。提高鋼的強(qiáng)度和硬度，特別是降低鋼的的脆性。提高鋼的強(qiáng)度。（ FeS＋ Fe）為共晶體， 985℃ 為液體。 P： ％，有害元素，冷脆。 H： ％，有害元素，氫脆，白點(diǎn)。 總之，雜質(zhì)元素對鋼材的性能與質(zhì)量影響很大，必須嚴(yán)格控制在所規(guī)定的范圍內(nèi)。 舊：甲類鋼： A A A ………A7 滿足機(jī)械性能要求的。 特類鋼： C C ……..C5 滿足機(jī)械和化學(xué)性能要求的。 （ 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 普通含錳量鋼： ～ ％ Mn。 舉例： 45： ％ C 左右、 ～ ％ Mn 左右。 常用于齒輪、主軸、連桿 →45。 （ 3） .碳素工具鋼： 優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼： T＋數(shù)字。 舉例： T T T ……….T14 。主要用于剪刀、斧頭、鋸子、銼刀等。 合金鋼：低合金鋼、合金鋼。 質(zhì)量：優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼（ A）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（ E）。最后標(biāo) “A”則稱為高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼（ 滾動(dòng)軸承鋼除外）。合金元素同上。 W18Cr4V、 W12Cr4V4Mo、 9SiCr。 四、小結(jié) 常見金屬的晶格類型分為哪些 何為晶粒 四、板書設(shè)計(jì)： 常見金屬的晶格類型分為哪些 何為晶粒 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 晶體缺憾及金屬晶體 一、教學(xué)目的： 學(xué)習(xí) 晶體結(jié)構(gòu) 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 金屬晶體的結(jié)構(gòu) 三、教學(xué)過程： 選擇材料的一般原則如下： ：安全第一。 ：效率第一。 ％的鋼比含碳 ％的鋼強(qiáng)度高。 T T10 鋼比鋸 20 鋼費(fèi)力，鋸條宜鈍。 ，而吊車用的鋼纜卻用中碳鋼。 、刻字刀具均 用高碳鋼。 二、選擇對應(yīng)的材料： 45 65 A3（ Q235A） T13 T8A 10 ZG280－ 500。 晶體中的缺陷有哪些 金屬結(jié)晶過程的步驟 四、板書設(shè)計(jì)： 晶體中的缺陷有哪些 金屬結(jié)晶過程的步驟 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 理解金屬性能 一、教學(xué)目的： 學(xué)習(xí)金屬性能 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 晶體細(xì)化 三 、教學(xué)過程： ? 如何使金屬材料強(qiáng)度與韌性變好？ ? 細(xì)化晶粒的方法？ 四、板書設(shè)計(jì)： ? 如何使金屬材料強(qiáng)度與韌性變好？ 答：通過載荷及溫度的控制使金屬結(jié)晶變細(xì)，晶界變曲折從而使得晶粒間的交錯(cuò)機(jī)會(huì)增多，進(jìn)而增加了金屬強(qiáng)度和韌性 ? 細(xì)化晶粒的方法？ 答： A 增加過冷度 B 進(jìn)行變質(zhì)處理 C 附加震動(dòng) 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 合金 一、教學(xué)目的： 學(xué)習(xí) 合金 概念 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 合金的相 三、教學(xué)過程： ? 什么是合金？ 概念 用途 ? 什么是組元？ 組元的概念 組元在合金中的重要地位 ? 什么是相？ 金屬的相概念 金屬相的特征 不同金屬的相簡述 四、板書設(shè)計(jì)： ? 什么是合金？ 答：合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì) ? 什么是組元？ 答：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)成為組元 ? 什么是相？ 答：相是指合金中成分、結(jié)構(gòu)均相同的部分，相與之間具有明顯的界面 p4 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 無限固 溶體 一、教學(xué)目的： 認(rèn)識(shí)無限固溶體 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 無限固溶體 三、教學(xué)過程： ? 怎樣形成無限固溶體？ ? 什么是有限固溶體？ 四、板書設(shè)計(jì)： ? 怎樣形成無限固溶體？ 答：一般來說，晶格類型相同、原子直徑差別越小，在周期表中位置越靠近，則溶解度越大，甚至在任何比例下均能互溶形成無限固溶體 ? 什么是有限固溶體？ 答：處在同一周期的相鄰的兩個(gè)元素，所以可以形成無限固溶體；反之，若不能滿足上述條件，則溶質(zhì)在溶解度是有限的，這種固溶體稱為有限固溶體 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 4 日期 授課題目 固溶強(qiáng)化及金屬化學(xué)物 一、教學(xué)目的： 金屬化學(xué)物 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 固溶強(qiáng)化的過程 三、教學(xué)過程： ? 什么是固溶強(qiáng)化？ ? 金屬化合物分為多少種？ 四、板書設(shè)計(jì)： ? 什么是固溶強(qiáng)化？ 答：因形成固溶體使合金強(qiáng)硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化，它是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一 ? 金屬化合物分為多少種？ 答： A 正常價(jià)化合物 B 電子化合物 C 間隙化合物 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 相圖 一、教學(xué)目的： 學(xué)習(xí) 相圖 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 理解 相圖 三、教學(xué)過程： ? 什么是相界線？ 相界線的概念 請記住幾個(gè)重要的溫度相線 ? 什么是勻晶相圖？ 什么是勻晶過程 勻晶相圖的理解 ? 什么是共晶相圖？ 什么是共晶過程 共晶的條件 共晶相圖的理解 四、板書設(shè)計(jì)： ? 什么是相界線？ 答：連接各相同意義的相變點(diǎn)，所得的線稱相界線。 課程名稱 金屬工藝學(xué) 教學(xué)班級 14 數(shù)控 授課教師 申華 學(xué)時(shí)數(shù) 2 日期 授課題目 第三章 談?wù)労辖鹣鄨D與非合金鋼 一、教學(xué)目的： 了解 合金相圖與非合金鋼 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 合金相圖 三、教學(xué)過程： ? 鐵碳合金的基本組織有哪些？ ? 根據(jù)鐵碳合金室溫平衡組織及含鐵碳量，將鐵碳合金分為？ ? 鐵碳合金相圖的應(yīng)用？ 四、板書設(shè)計(jì)： ? 鐵碳合金的基本組織有哪些？ 答：鐵素體、奧氏體、參碳體、光體、萊氏體。 現(xiàn) 代工業(yè)生產(chǎn)中，為了不斷提高金屬下材料的機(jī)械性能，采用兩種