《模具材料》授课教案

《模具材料»

授部教案

教学学期：2014-2015学年1学期

授课班级：2014级冶金班

授课教师：解洋

教研室：冶金技术教研室

机电工程学院

授课题目金属材料性能

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够开始了解冶金方面的一些历史及知识

二、能力目标

教学目标

对自己即将开展的专业课有一个清晰理性的认识

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的团队合作精神；

4、培养学生的学习能力。

教学重点

知识上不存在难点都属于了解内容，但难度在于调动起学生的积极性与重视度

与难点

教学方法

PPT+少量板书讲解

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：1,材料一一物质基础主要标明

材料既是一门古老的学科，又是一个不断焕发青春的学科。新材料本节课的

1、回顾复不断涌现：各种功能材料，纳米材料等重点、难

习，导入新点，以及

课纳米材料的解释（这里结合自己研究生做的课题引发学生兴趣）在教学过

（W5min）纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围程中各项

（l-100nm之间）或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料大致可内容、各

分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类，其中纳米粉末个阶段所

是生产其他三类产品的基础。它的特殊性主要来源于表面效应、小尺运用的教

2、新课内寸效应和量子效应。学方法、

容教学手段

（1）展示本2,冶金工业发展历史等。

节课的学习人类使用材料的历史：

目标；石器f青铜器-铁器工业化（钢铁）一信息社会（多种新材料）例如：

(2)讲解主现代冶金过程一冶炼过程1、用投影

要教学内容仪出示本

及过程；节课的学

习目标；

2、用投影

3、本节小仪展示例

结题及解题

(W5min)过程等；

3、教具演

示；

4、插播视

频资料，

展示图

片；

5、提问，

交流互

动；

等等

3,钢铁产品及副产品

钢铁冶炼产品

(1)生铁

(2)钢

(3)铁合金

副产品：

⑴炉渣

炉料冶炼过程中不能进到金属中的S-化物-化物等形成的熔

融体，主要成分：

等。

CaO,MgO,SiO2,AI2O3,MnO,FeO;P2O5,CaS

炉渣的用途：

(高炉渣)水泥、隔热材料、填料；

(转炉渣)烧结、炼铁、水泥、筑路、富集提取稀有金属

⑵煤气：焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气

4,钢铁生产情况

1949年15、8万吨

1978年3000万吨

1998年1亿吨

2002年1亿3千万

2003年2亿吨

课程性质

■技术基础课

■叙述性强

■概念原理多

■数据多

■符号多

■计算少

■逻辑性差

■实践性强

■内容广泛

■深度浅

课程重点

铁碳合金相图

金属材料热处理原理与方法

钢铁材料和合金钢

主要掌握

材料成分，组织，工艺和性能的关系

布置作业无课后作业

目的：通过文字、符号、线条、图形等再现和强化教学内容，促使学

生理解，实现最佳的教学效果。

板书设计步骤：复习题导入新课，重点关键知识层次清晰罗列，小结

遵循原则：目的性原则，针对性原则，概括性原则，条理性原则，计

划性原则，灵活性原则

自我评价

授课日期

授课题目金属材料性能

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够灵活掌握各种基本概念

二、能力目标

教学目标

深层次上理解各个概念在现实中的意义

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的团队合作精神；

4、培养学生的学习能力。

教学重点

各种基本概念的掌握

与难点

教学方法

PPT+板书讲解(例题分配)

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：主要标明

一，材料的性能本节课的

1、回顾复刚度和强度指标重点、难

习，导入新弹性和塑性指标点，以及

课硬度指标在教学过

(W5min)韧性指标程中各项

二、强度内容、各

金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。个阶段所

按外力作用的性质不同，分为：运用的教

2、新课内屈服强度s、抗拉强度b、抗压强度bc、抗剪强度Tb学方法、

容等。教学手段

(1)展示本1、屈服点与屈服强度等。

节课的学习金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈服点，用符号。

目标；s表示。例如：

（2）讲解主os=Fs/Ao1、用投影

要教学内容仪出示本

及过程；式中Fs一试样发生屈服时的载荷（N）;节课的学

Ao—试样的原始横截面积（mm2）度习目标；

工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，2、用投影

3、本节小没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点os，按GB/T2228规定，仪展示例

结可用屈服强度。0.2来表示该材料开始产生塑性变形时的最低题及解题

（W5min）应力值。屈服强度为试样标过程等；

距部分产生0.2%残余伸长时3、教具演

的应力值，即示；

o0.2=F02Ao

式中F0.2一试样标距产生的0.2%残

余伸长时载荷（N）；4、插播视

Ao一试样的原始横截面积（mm2）。频资料，

抗拉强度展示图

金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号。片；

b表示。5、提问，

ob=Fb/Ao交流互

式中Fb一试样在断裂前所承受的载荷（N）；动；

Ao—试样原始横截面积（mm2）等等

金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能力称为

塑性。

通过拉伸试验可测定材料的塑性。

常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率中o

=（L1-LO）/LOip=（FO-Fl）/FO

硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的

能力。

可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度HBW、洛氏硬度

（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV

根据被测金属材料的种类和试样厚度、选用不同大小的球体直径D,

施加的试验力F和试验力保持时间，按表1—1所列的布氏硬变试验

规范正确选择。

试验的优缺点

优点：试验时使用的压头直径较大，在试样表面上留下压痕也较大，

所得值也较准确。

缺点：对金属表面的损伤较大，不易测试太薄工件的硬度，也不适于

测定成品件硬度。

洛氏硬度HR=K-h/s式中，K为给定标尺的硬度数，S为给定标尺的

单位，

表盘一))G)

主载荷一F一

uJ此

领载荷、..1

江

压头幺J

勿

*各氏硬度试验)原理图

通常以0.002为一个硬度单位。

布置作业课后习题1,2,3

目的：通过文字、符号、线条、图形等再现和强化教学内容，促使学

生理解，实现最佳的教学效果。

板书设计步骤：复习题导入新课，重点关键知识层次清晰罗列，小结

遵循原则：目的性原则，针对性原则，概括性原则，条理性原则，计

划性原则，灵活性原则

自我评价

授课日期

授课题目常见金属的晶体结构

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够了解常见金属的晶体结构

二、能力目标

教学目标

能够认知常见金属的性能

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的学习能力。

教学重点

常见金属的晶体结构

与难点

教学方法

PPT+少量板书讲解

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：第二章材料的结构主要标明

•物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性本节课的

1、回顾复能。重点、难

习，导入新•原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状点，以及

课态称为结构。在教学过

(W5min)一、晶体结构的基本概念程中各项

•1、晶体与非晶体内容、各

•晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存个阶段所

在。晶体具有各向异性。运用的教

2、新课内•非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体学方法、

容可互相转化。教学手段

(1)展示本2、晶格与晶胞等。

节课的学习•(1)晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成。

目标；例如：

(2)讲解主•⑵晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。1、用投影

要教学内容仪出示本

及过程；•(4)晶系：节课的学

・根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。习目标；

・90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。2、用投影

3、本节小•立方晶系：a=b=c,0=心=产90。仪展示例

结•六方晶系：0=今90°,产120°题及解题

(W5min)过程等；

•⑸原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。3、教具演

3、立方晶系晶面、晶向表示方法示；

・晶体中各方位上的原子面称晶面。

•各方向上的原子列称晶向。

•⑴晶面指数4、插播视

•表示晶面的符号称晶面指数。频资料，

3、立方晶系晶面、晶向表示方法展示图

・晶体中各方位上的原子面称晶面。片；

•各方向上的原子列称晶向。5、提问，

•⑴晶面指数交流互

•表示晶面的符号称晶面指数。动；

•其确定步骤为：等等

•①确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。

•②取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式

为(.hkl)o

布置作业习题1.2

板书设计

自我评价

授课日期

授课题目实际金属的结构

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够灵活掌握实际金属的结构

二、能力目标

教学目标

懂得在生产过程去解析器结构

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的团队合作精神；

4、培养学生的学习能力。

教学重点

各种基本概念的掌握

与难点

教学方法

PPT+板书讲解(例题分配)

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：2、实际金属的晶体结构主要标明

•(1)单晶体与多晶体本节课的

1、回顾复•单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。重点、难

习，导入新•多晶体：点，以及

课•晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的在教学过

(W5min)小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。程中各项

内容、各

个阶段所

•晶界：晶粒之间的交界面。运用的教

2、新课内・晶粒越细小，晶界面积越大。学方法、

容•多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。教学手段

(1)展示本等。

节课的学习•⑵晶体缺陷

目标；•晶格的不完整部位称晶体缺陷。例如：

(2)讲解主・实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、1、用投影

要教学内容面缺陷。仪出示本

及过程；•⑵晶体缺陷节课的学

•晶格的不完整部位称晶体缺陷。习目标；

・实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、2、用投影

3、本节小面缺陷。仪展示例

结空位和间隙原子引起的晶格畸变题及解题

(<5min)过程等；

•②线缺陷一晶体中的位错3、教具演

•位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移示；

面上滑移区与未

刃型位错和螺型位错

4、插播视

•刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该频资料，

晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。展示图

•半原子面在滑移面以上的称正位错，用"-1-”表示。片；

•半原子面在滑移面以下的称负位错，用"T"表示。5、提问，

交流互

•位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。动；

p=S/V(cm/cm3或1/cm2)等等

•金属的位错密度为104~1012/cm2

•位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻

碍位错运动是强化金属的主要途径。

•减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。

电子显微镜下的位错

电子显微镜下的位错观察

•③面缺陷一晶界与亚晶界

•晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原子间距，位向

差一般为20~40°。

布置作业习题3.4

板书设计

自我评价

授课日期

授课题目纯金属的结晶

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够了解纯金属的结晶

二、能力目标

教学目标

能够发现实际生活中的晶体

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的学习能力。

教学重点

纯金属的结晶

与难点

教学方法

PPT+少量板书讲解

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：第一节纯金属的结晶主要标明

冷却曲线与过冷度本节课的

1、回顾复结晶的一般过程重点、难

习，导入新•三.同素异构转变点，以及

课在教学过

(W5min)•一、冷却曲线与过冷程中各项

•1、冷却曲线内容、各

•金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所个阶段所

对应的温度称实际结晶温度七。运用的教

2、新课内•曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的.学方法、

容教学手段

(1)展示本•2、过冷与过冷度等。

节课的学习•纯金属都有一个理论结晶温度T。(熔点或平衡结晶温度)。在该温度

目标；下，液体和晶体处于动平衡状态。例如：

(2)讲解主•结晶只有在To以下的实际1、用投影

要教学内容结晶温度下才能进行。仪出示本

及过程；节课的学

•液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。习目标；

•理论结晶温度与实际结晶温度的差AT称过冷度2、用投影

3、本节小AT=T0-TI仪展示例

结・过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。题及解题

(<5min)二、结晶的一般过程过程等；

・1、结晶的基本过程3、教具演

•结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.示；

•液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为

晶坯。在To以下，经一段时间后(即孕育期)，一些大尺寸的晶坯将

会长大，称为晶核。4、插播视

气体、液体、晶体的结构频资料，

展示图

•晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形片；

成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两5、提问，

晶粒接触后形成晶界。交流互

动；

•2、晶核的形成方式等等

•形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。

•由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。

•以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更

为普遍。

•3、晶核的长大方式

•晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。

•在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。

•实际金属结晶主要以树枝状长大.

•这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，

先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。

三、同素异构转变

构转变。同素异构转变属于相变之一一固态相变。

・1、铁的同素异构转变

•铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：

•6-Fe、a-Fe为体心立方结构(BCC),y-Fe为面心立方结构(FCC)。都

是铁的同素异构体。

•2、固态转变的特点

布置作业习题1.2

板书设计

自我评价

授课日期

授课题目合金的晶体结构

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够灵活掌握合金的晶体结构

二、能力目标

教学目标

深层次上理解合金的晶体结构并且可以在实践中去发现

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力：

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的团队合作精神；

4、培养学生的学习能力。

教学重点

合金的晶体结构

与难点

教学方法

PPT+板书讲解(例题分配)

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：第二节合金的结晶主要标明

•一、二元相图的建立本节课的

1、回顾复•二、二元相图的基本类型与分析重点、难

习，导入新•1、二元匀晶相图点，以及

课•2、二元共晶相图在教学过

(W5min)•3、二元包晶相图程中各项

•4、形成稳定化合物的二元相图内容、各

•5、具有共析反应的二元相图个阶段所

•6、二元相图的分析步骤运用的教

2、新课内•7、相图与合金性能之间的关系学方法、

容教学手段

(1)展示本•(1)合金的结晶过程等。

节课的学习•除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以I合金为例说明。

目标；例如：

（2）讲解主•随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿1、用投影

要教学内容液相线变化，固相成分沿固相线变化。仪出示本

及过程；节课的学

•成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最后一滴L3习目标；

成分的液体也转变为固溶体，此时2、用投影

3、本节小仪展示例

结•⑵杠杆定律题及解题

（＜5min）•处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠过程等；

杆定律求出两平衡相的相对重量。3、教具演

•现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：示；

•①确定两平衡相的成分：设合金成分为X,过X做成

•则Ql+Qa=l4、插播视

QLXI+Q°X2=X频资料，

解方程组得展示图

片；

•因此两相的相对重量百分比为：5、提问，

交流互

•上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金动；

在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的等等

成分线段之比。

•在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两

平衡相（或两组织组成物）的成分。

•杠杆定律只适用于两相区。

•例（如图）

•合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但

实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶

轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）,后结晶的枝晶间

含有较多的低熔点元素（如Cu-Ni合金中的Cu）o

•在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶

偏析。

•不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。

•冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。

•枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。

布置作业习题5

板书设计

自我评价

授课日期

授课题目金属材料的塑形变形

课型新授课学时4上课地点格物楼A129

一、知识目标

能够了解金属材料的塑形变形

二、能力目标

教学目标

能够掌握材料变形后的性能

三、素质目标

1、培养学生的创新精神与实践能力；

2、促进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3、培养学生的学习能力。

教学重点

金属材料的塑形变形

与难点

教学方法

PPT+少量板书讲解

与手段

教学过程、

主要教学内容备注

时间分配

例如：第四章金属的塑性变形与再结晶主要标明

•塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响.了本节课的

1、回顾复解塑性变形的本质，塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属重点、难

习，导入新的性能潜力，正确确定加工工艺.点，以及

课第一节纯金属的塑性变形在教学过

(<5min)•单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正程中各项

应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体内容、各

才能产生塑性变形。个阶段所

运用的教

2、新课内学方法、

容•㈠滑移教学手段

(1)展示本•滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生等。

节课的学习滑动位移的现象。

目标；例如：

(2)讲解主•1、滑移变形的特点：1、用投影

要教学内容•(1)滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临仪出示本

及过程；界切应力.节课的学

习目标；

•⑵滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度2、用投影

3,本节小最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切仪展示例

结应力最小。