中职金属材料与热处理教案.doc
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章节
课题
绪论
§1－1金属的晶体结构
课型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
通过学习使学生们了解金属晶体结构的概念，
晶体的晶格类型及晶体的缺陷。
能力
培养点
晶格的类型及晶体的缺陷
德育
渗透点
培养学生的职业道德观及互相协作的精神
教学重点
难点
重点
晶格的类型及结构
难点
晶格的类型
学法引导
1、讲授法2、讨论法
教学内容
更新、补
充、删节
补充《金属材料与热处理》相关内容、同素异形体
参考资料
《金属学与热处理》
课后体会
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
（一）组织教学
点名考勤，稳定学生情绪，准备上课
（二）提出问题
1、谈谈对于金属材料及热处理这门课的认识？
2、什么是晶体和非晶体？
（三）讲授新课
绪论
一.、.基本知识
1、材料的发展史
2、什么是金属，什么是合金
所谓金属，就是指由单一元素构成的，具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
所谓合金是指有一种金属元素与其他金属或者非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料。
金属材料是金属和合金的总称。
指金属元素或以金属元素为主构成，并具有金属特性的物质。
3、金属组织、性能、用途的关系
第一章金属的结构与结晶
§1－1金属的晶体结构
一.、.基本知识（表1-1）p3思考题？
1、非晶体：
物质内部，凡原子呈无序堆积状况的。
2、晶体：
物质内部凡原子呈有序，有规则排列的物体叫～。
金属在固态下，一般呈晶体。
晶体具有固定熔点，性能呈各向异性。
非晶体没有固定熔点，性能表现为各向同性。
3、晶格和晶胞：
晶格：
表示原子在晶体中排列规律的空间格架。
晶胞：
能完整地反映晶格特征的最小几何单元。
提示：
晶胞是可以反应金属圆子排列规律的最小单元，所以一般都是取晶胞来研究金属晶格结构的。
二、常见晶格类型（表1-2）
1、体心立方晶格：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
如钨、钼、钒等。
2、面心立方晶格：
晶胞是个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的六个面的中心。
如金、银等。
3、密排六方晶格：
晶胞是个正六棱柱。
原子除排列在柱体的每个顶点和上下两个面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。
如：
镁、铬、锌等
提示：
即使是相同的原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则它的之间的性能存在很大的差别，如金刚石和石墨（同素异形体）
三、单晶体与多晶体
1、多晶体结构
晶粒：
外形不规则而内部原子排列规则的小晶体
晶界：
晶粒与晶粒之间的分界面
2、单晶体结构
单晶体：
只由一个晶粒组成的晶体。
其晶格排列方位完全一致。
必须是人工制作。
注意：
普通金属都是多晶体，虽然每个晶粒各向异性，但是由于各个晶粒的相位不同，加之晶界的作用，则使各晶粒的各向异性相互抵消，因而整个多晶体呈现出无相性。
即各项同性。
四、晶体的缺陷
晶体缺陷：
晶体中原子紊乱排列的现象。
可分为：
点缺陷、线缺陷和面缺陷。
具体如下：
（表1-3）
1、点缺陷
晶体在三维的方向尺寸很小，不超过几个原子直径的缺陷
常见的有晶格空位和间隙原子、宏观上，影响材料的强度、硬度和导电性，同时出现在缺陷处的原子容易移动。
2、线缺陷
晶体在某一平面中呈线性分布的缺陷，典型的有刃型位错
由于错位，内应力增大，宏观上，使金属的塑性变形更加容易
3、面缺陷
金属的空间分布中存在着较大的缺陷，常见的有晶界和亚晶界。
高温下，晶界处原子极易扩散，常温下是金属的塑性变形的阻力增大。
宏观上，金属的强度和硬度高，力学性能好。
（四）课堂小结
点出重点，分析难点
（五）布置作业
1、复习本次课的内容
2、习题册上的习题
3、预习下一节内容
准备上课
学生思考并回答所提出的问题。
学生分组讨论并发言
听讲
记笔记
学生思考、讨论
准备回答
听讲
记笔记
学生认真听课
听讲
记笔记
学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容
2分
5分
20分
10分
20分
20分
10分
3分
教案
章节
课题
§1－2纯金属的结晶
课型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
通过学习使学生们了解金属的结晶过程，结晶冷却的曲线。
能力
培养点
结晶的过程及晶粒大小对金属材料的影响
德育
渗透点
培养学生的职业道德观及互相协作的精神
教学重点
难点
重点
结晶的过程、晶粒大小对金属材料的影响
难点
结晶的过程
学法引导
1、讲授法2、习题法
教学内容
更新、补
充、删节
补充《金属材料与热处理》相关内容
参考资料
《金属学与热处理》
课后体会
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
（一）组织教学
点名考勤，稳定学生情绪，准备上课
（二）复习提问
1、讨论金属如何结晶？
（三）讲授新课
§1－2纯金属的结晶
一.、.结晶的概念
结晶：
金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。
二.、.结晶潜热
结晶潜热：
结晶过程中放出的热量。
三、纯金属的结晶过程
（一）、纯金属的冷却曲线及过冷度
1、冷却曲线的测定：
用测温的方法，描绘时间与温度之间关系。
2、过冷度：
理论结晶温度和实际结晶温度之差叫过冷度
表示：
△T＝To-T1
3、温度的大小与冷却的速度有关。
冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。
冷却曲线的坐标表示：
纵坐标表示――温度（T）
横坐标表示――时间（t）
提问：
为什么纯金属结晶时，冷却曲线有一段是水平的：
由于结晶过程的结晶潜热补赏了散失在空气中的热量，因此，结晶时温度并不随时间的延长而下降。
直到结晶终了时，温度下降才快些。
4、温度的大小与什么有关：
与冷却的速度有关。
冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。
（二）、纯金属的结晶过程―――晶核的形成与长大
晶核：
作为结晶核心的微小晶体。
1、单晶体：
结晶后只有一个晶粒的晶体叫～。
2、单晶体有各向异性：
因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的，其性能是各向异性的。
3、多晶体：
结晶后的晶体是许多位向不同的晶粒组成的。
多晶体中各晶粒的晶格位向互不一致，各向异性彼此抵消。
四、晶粒大小对金属材料的影响
晶粒越细，金属具有较高的强度和韧性。
在实际的生产过程中，为了提高金属的力学性能，就要控制金属结晶的大小。
通过研究和分析，发现晶粒的大小与结晶时的形核率有关，与晶核长大的速度有关。
形核率越高，长大的速度越慢，晶粒就越小。
抓住这个规律之后，所以确认：
细化晶粒的根本途径是控制形核率及长大速度。
增加过冷度
1、常用细化晶粒的方法：
变质处理
振动处理
⑴增加过冷度能使晶粒细化：
这种方法的适应范围：
中、小型铸件。
⑵变质处理：
在熔液中加一些变质剂（形核剂）这种方法可使晶粒显著增加，或者降低晶核的长大速度。
加入哪些元素可细化晶粒：
钢：
钛（Ti）硼（P）铝（Al）铸铁：
硅铁（SiFe）硅钙（SiCa）等
⑶振动处理：
结晶时金属液加以机械、超声波、电磁振动等，使晶格破碎。
五、同素异构转变
1、概念：
金属结晶后，晶格类型随温度的改变而发生的变化。
2、举例：
纯铁的同素异构转变（图1-7）
1538度（结晶δ-Fe）1394度（γ-Fe）912度（β-Fe）
（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）
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。
（四）课堂小结
点出重点，分析难点
（五）布置作业
1、复习本次课内容
2、课后习题册
3、预习下一节内容
准备上课
学生思考并回答所提出的问题。
学生分组讨论并发言
听课
记笔记
学生分组讨论
并发言
听讲
提问
学生分组讨论并发言
记笔记
学生分组讨论并发言：
温度与结晶的关系
讨论生产中常见
的细化晶粒的方法
分组讨论，对比金刚石和石墨认识同素异晶转变
学生认真听讲，并详细记笔记
学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容
2分
5分
30分
10分
20分
15分
5分
3分
教案
章节
课题
§2－1金属材料的损坏与塑性变形
课型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
金属的变形及影响因素
能力
培养点
理解载荷、塑性变形、弹性变形等相关概念
德育
渗透点
培养学生的职业道德观及互相协作的精神
教学重点
难点
重点
载荷、弹性变形、塑性变形
难点
变形的影响因素
学法引导
1、讲授法2、讨论法
教学内容
更新、补
充、删节
补充《金属材料与热处理》相关内容
参考资料
《金属学与热处理》
课后体会
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
（一）组织教学
点名考勤，稳定学生情绪，准备上课
（二）导入新课
1、在实际生活中金属与我们的关系如何？
2、你是否见过金属的变形与断裂？
（三）讲授新课
§2－1金属材料的损坏与塑性变形
一、机械零件常见的损坏形式（表2-1）
1、变形：
零件在外力的作用下，形状和尺寸法上的变化。
可分为弹性变形和塑性变形。
弹性变形：
外力消除后能恢复的变形
塑性变形：
外力消除后无法恢复的永久变形
造成零件损坏的通常是塑性变形。
2、断裂：
零件在外力作用下发生开裂或折断
3、磨损：
因摩擦而是零件尺寸、表面形状和表面质量发生变化的现象
二、与变形有关的几个概念
㈠、载荷
1、概念
金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
2、分类
根据载荷作用性质分，载荷分三种：
⑴、静载荷：
大小不变或变化过程缓慢的载荷。
——如：
桌上粉笔盒的受力，用双手拉住一根粉笔两端慢慢施力等。
⑵、冲击载荷：
突然增加的载荷。
——如：
用一只手捏住粉笔的一端，然后用手去弹击粉笔。
⑶、变交载荷：
大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。
——如：
通过在黑板上绘图分析自行车轮转动时辐条的受力。
根据载荷作用形式分，载荷又可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭曲载荷等。
拉伸载荷 压缩载荷 弯曲载荷
剪切载荷 扭曲载荷
㈡、内力
1、概念
材料受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的与外力相对抗的力。
注意：
内力一定是在外力的作用下，材料内部所产生的相互作用力。
2、特点
⑴、内力的大小：
外力增加时内力也增加，其数值大小与外力相等，当内力达到其极限值时，外力再增加，材料将被破坏。
⑵、内力的方向：
与外力相反。
⑶、内力的作用方式：
随外力的作用方式而变化。
㈢、应力
1、概念
假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。
即：
R=F/S
（R——应力，Pa； F——外力，N； S——横截面面积，m2）
1Pa=1N/㎡1Mpa=1*106N/mm2
思考 公式中的内力为什么用外力代替？
答：
内力=外力
2、意义
用“应力”可以表示不同材料的承载能力（见各种手册中的强度指标），也可以在现有外力下材料内部单位面积的受力。
——如：
相同截面的粉笔和铁棒，在相同外力的作用下的结果。
（粉笔先断，说明铁棒的应力比粉笔大，即承载能力较强。
）
——如：
相同截面的同一粉笔在不同的外力的作用下的结果。
（作用力大的粉笔先断，说明先断的粉笔内部单位面积的受力较大）
三、金属的变形
㈠ 、变形阶段
弹性变形→弹—塑性变形→断裂
1、弹性变形：
当外力消除后变形消失，金属恢复到原来的形状。
性能和组织不发生变化。
——如：
当铁丝受力较小时产生微量变形，松手后铁丝恢复原状，为弹性变形。
2、塑性变形：
当外力消除后，金属变形不能恢复原来的形状。
性能和组织发生变化。
——如：
当铁丝受力较大而产生弯曲，松手不能恢复原状，为塑性变形。
——如：
晶体的滑移与位错。
㈡、金属塑性变形的影响因素
1、晶粒位向的影响：
提高了塑性变形的抗力。
2、晶界的作用：
晶界越多，则晶体的塑性变形抗力越大。
3、晶粒大小的影响：
晶粒越细，塑性变形抗力就越大。
细晶粒的多晶体不仅强度较高，而且塑性和韧性也较好。
小结：
细晶粒的金属具有较高的强度、塑性及韧性。
四、金属材料的冷塑性变形与加工硬化
冷塑性变形对金属组织结构的影响主要有两个方面：
1、产生纤维组织
金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。
通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。
如下图。
2、形变强化（加工硬化）
冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。
（四）课堂小结
点出重点，分析难点
（五）布置作业
1、复习本次课的内容
2、课后练习册
3、下一节内容预习提示；
准备上课
学生思考并回答所提出的问题。
听课
记笔记
学生认真听讲
学生分组讨论
大致介绍本课程的内容，让学生有大致的了解
听课
记笔记
学生分组讨论，并回答
学生积极思考
听课
记笔记
学生自己总结
听讲
记笔记
学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容
2分
5分
15分
15分
15分
15分
10分
10分
3分
教案
章节
课题
§2－2金属的力学性能
（一）
课型
新授课
课时
2
教具学具
电教设施
挂图
教学目标
知识
教学点
金属力学性能的强度和塑性
能力
培养点
通过学习使学生们了解力学性能的作用和试验原理
德育
渗透点
培养学生的职业道德观及互相协作的精神
教学重点
难点
重点
各性能的符号、表示方法
难点
试验原理
学法引导
1、讲授法2、自主探究法
教学内容
更新、补
充、删节
补充《金属材料与热处理》相关内容
参考资料
《金属学与热处理》
课后体会
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动内容
时间
（一）组织教学
点名考勤，稳定学生情绪，准备上课
（二）复习提问
1、强度和判据
2、韧性及其判据
（三）讲授新课
§2－2金属的力学性能
（一）
一、强度
1、定义：
金属在静载荷的作用下，抵抗塑性变形或断裂的性能
2、表示方法：
应力
抗拉强度
3、强度的种类抗压强度
抗弯强度
抗剪强度
抗扭强度
4、拉伸试验：
⑴拉伸试样：
是国家规定的标准棒。
拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。
试棒直径d0与长度之间的关系：
两种L0＝5d0或L0＝10d0
力－伸长曲线
⑵试验力－伸长曲线△L
⑶什么叫力－伸长曲线：
拉力与伸长量的关系叫力－伸长曲线。
纵坐标为拉力F（N），横坐标为伸长量△L（mm）
⑷通过力－伸长曲线图可以看出拉伸时的几个变形阶段：
a、oe：
弹性变形阶段：
试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
Fe为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。
b、es：
屈服阶段：
不能随载荷的去除而消失的变形称为。
在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。
屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。
Fs称为屈服载荷
c、sb：
强化阶段：
随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。
Fb：
试样拉伸的最大载荷。
d、bz：
缩颈阶段（局部塑性变形阶段）
当载荷达到最大值Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。
工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”。
如铸铁等。
3、强度指标：
（1）屈服点：
在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：
σs=Fs/So
对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，
计算公式：
σ0.2=F0.2/So。
屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。
材料的屈服点或规定残余伸长应力是机械零件设计的主要依据，也是评定金属材料性能的重要指标。
（2）抗拉强度
材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
计算公式为：
σb=Fb/So零件在工作中所承受的应力，不于允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。
二、塑性
断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用伸长率和断面收率表示。
1、伸长率：
试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
用δ表示：
L1——L0
计算公式δ＝×100%
L0
2、断面收缩率：
试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。
用ψ表示
计算公式￠=×100%
金属材料的伸长率（δ）和断面收缩率（ψ）数值越大，表示材料的塑性越好。
例、有一直径dO=10mm，lo=100mm的低碳钢试样，拉伸验时测得FS=21KN，Fb=29KN，d1=5.65mm，l1=138mm，求：
σs、σb、δ、ψ。
解：
（1）计算SO，S1
S0=πd02/4=3.14×102/4=78.5mm2
S1 =πd12/4=3.14×5.652/4=25mm2
（2）计算σs、σb
σs=FS/SO=21×103/78.5=267.5Mpa
σb=Fb/SO=29×103/78.5=369.4Mpa
（3）计算δ、ψ
δ=（l1-l0）/l0×100%=（138-100）/100×100%=38%
ψ=（S0-S1）/S0×100%=（78.5-25）/78.5×100%=68%
四、课堂小结
点出重点:
学生总结
五、布置作业
1、复习本次课的内容
2、课后练习
3、下一节内容预习提示
准备上课
学生思考并回答所提出的问题。
学生分组讨论
并发言
听讲
记笔记
学生认真听讲并记笔记
跟随老师的
思路进行分析
认真听讲
记笔记
跟随老师的
思路进行分析
学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容
2分
5分
10分
30分
20
升级会员 