金属材料与热处理教案(第五版)(5章).doc

广东省阳江市技工学校教 案编号：QD1420 版本号：A/0 流水号： 共 5 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 五 章 第1、2节课题：合金元素在钢中的主要作用/合金钢的分类和牌号授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法作业题数3拟用时间45min教学目的1、掌握合金钢的概念、合金元素在钢中的主要作用。2、掌握合金钢的分类和牌号。选用教具挂图挂图重点1、合金元素对钢的组织和性能的影响。2、合金钢的牌号。难点1、合金元素对钢的组织和性能的影响。教学回顾 说明审阅签名： 年 月 日教 学 过 程第 1 页3min12min通过碳素钢的缺点不足，引出合金钢。20min讲授法让学生回顾铁碳合金基本组织的性能，再进行讲授合金元素在钢中的作用。板书复习细化晶粒的方法。组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 碳素钢可以通过热处理得到不同的性能，以满足工业生产上的各种需要，但是，碳素钢的淬透性差，缺乏良好的综合性能，如重型机械的传动轴、汽轮叶片、汽车和拖拉机的一些重要零件，若选用碳素钢，就达不到性能要求。此外，碳素钢缺乏一些特殊性能，如耐热、耐腐蚀、高磁性、无磁性、耐磨性等。因此，随着现代工业和技术的发展，人们在机械制造中还广泛采用合金钢。合金钢在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。性能：较高的力学性能、较高的淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、抗蚀性等特殊性能。 常加入的合金元素：硅、锰、铬、镍、钨、钼、钒、钴、铝、硼和稀土等 新课讲授 5-1 合金元素在钢中的主要作用一、强化铁素体由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降。二、形成合金碳化物根据合金元素与碳的亲和力不同，可分为：（1）合金渗碳体 锰、铬、钼、钨弱、中强碳化物 合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的强度。 （2）特殊碳化物 钒、铌、钛强碳化物 特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解。 显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。三、细化晶粒几乎所有合金元素有抑制奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。教 学 过 程第 2 页提问：淬透性是什么？影响因素是什么？再进行分析合金元素能提高钢的淬透性。举例说明红硬性的特点，以及应用。30min讲授法板书提问：碳素钢的确分类及牌号特点。再详细分析讲解。四、提高钢的淬透性 除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C曲线右移，从而减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。 常用提高淬透性的合金元素有：钼、锰、铬、镍（Ni）和硼（B）等。五、提高钢的回火稳定性 回火稳定性淬火钢在回火时，抵抗软化的能力。 热硬性（红硬性）金属材料在高温下保持高硬度的能力。5-2 合金钢的分类和牌号一、合金钢的分类 1、按用途分类 l 合金结构钢l 合金工具钢l 特殊性能钢 2、按合金元素总含量分类 l 低合金钢：合金元素总含量5。l 中合金钢：合金元素总含量510l 高合金钢：合金元素总含量10二、合金钢的牌号 1、合金结构钢 牌号组成：“两位数字（碳含量）化学元素符号（或汉字）数字”l 前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。l 元素符号（或汉字）表明钢中含有的主要合金元素。l 后面的数字表示该元素的百分含量。合金元素含量小于1.5时不标，平均含量为1.52.5，2.53.5%时，则相应地标以2，3。 教 学 过 程第 3 页举例分析讲解对比碳素工具钢的牌号，讲解合金工具钢的牌号特点。详细讲解。40 Cr（合金结构钢）主要合金元素为铬，含量在1.5以下平均含碳量为0.4060 Si2 Mn（合金结构钢）平均含硅量为2平均含碳量为0.60主要合金元素为锰，含量小于1.52、合金工具钢牌号组成：“一位数字+化学元素符号+数字”与合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用1位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量1.0时，则不予标出。 特别注意：高速钢平均含碳量小于1.0%，其含量也不予标出，如W18Cr4V钢表示平均含碳量为0.70.8。平均含钨量为18%，平均含铬量为4%，含钒量小于1.5%的高速钢。3、特殊性能钢 牌号和合金工具钢的表示方法相同当含碳量为0.030.10时，含碳量用0表示，含碳量小于等于0.03时，用00表示。 例如：l 不锈钢2Cr13表示含碳量为0.20，平均含铬量为13。教 学 过 程第 4 页简单讲解特殊专用钢的牌号特点。强调牌号中“A”的作用。10min巡回指导法5min4、滚动轴承钢牌号组成：“G+Cr+数字”“G”表示“滚”字拼音字母字头，不标含碳量；“Cr”表示铬元素；“数字”表示含铬量的千分之几。其他元素含量仍按百分数表示。如：GCrl5SiMn表示含铬量为1.5，硅、锰含量均小于1.5的滚动轴承钢。5、特殊专用钢一些特殊专用钢为表示其用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标注也和上述有所不同。滚动轴承钢前面标 “G”，如GCr15。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量的千分数，其他元素仍用百分数表示。易切钢是在牌号前冠以拼音字母 “Y”，如Y15表示含碳量为0.15的易切钢。 6、高级优质合金钢在牌号的最后标上“A”。如38CrMoAlA表示含碳量为0.38高级优质合金结构钢。 练习 课本P105页：第1、2、3、4题。小结 1、合金元素对钢的组织和性能的影响。2、合金钢的分类和牌号。作业习题册：第五章相关的习题 。广东省阳江市技工学校教 案编号：QD1420 版本号：A/0 流水号： 共 4 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 五 章 第3节课题：合金结构钢授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法、举例法作业题数4拟用时间45min教学目的1、掌握合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。选用教具挂图挂图重点1、掌握合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。难点1、掌握合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页2min8min讲授法通过实例生产生活中的例子引出合金结构钢。15min讲授法举例法板书通过2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”结构设计奇特新颖，所使用的钢材“Q460”讲授低合金结构钢。详细讲解。20min讲授法组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 合金结构钢是机械制造、交通运输、石油化工及工程建筑等方面应用最广、用量最大的一类合金钢。合金结构钢用于各类工程结构件和制造各种机器零件的钢分类：1、低合金结构钢 合金渗碳钢 合金调质钢 2、机械制造用钢 合金弹簧钢 （用途及热处理） 滚动轴承钢新课讲授 5-3 合金结构钢一、低合金结构钢 在碳素结构钢的基础上加入少量（总量少于等于3%）合金元素就形成低合金结构钢。1、成份特点含碳量低保证塑性和韧性少量锰主加元素，提高钢的强度辅加合金元素提高钢的耐腐蚀性和淬透性常加入的合金元素有锰（Mn）、硅（Si）、钛（Ti）、铌（Nb）、钒（V）等。2、性能及用途性能：强度比同含碳素的碳钢高，塑性、韧性、耐蚀性和焊接性良好。应用：工程结构桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器和起重机械等。3、热处理特点热轧退火或正火状态下使用，也有经淬火或热扎下使用。二、合金渗碳钢 （1）成分特点1）含碳量低保证心部有足够的塑性和韧性。教 学 过 程第 2 页提问：渗碳的热处理方法的应用？分析讲解合金渗碳钢成分、性能、热处理特点。详细讲解提问：什么是调质？详细讲解。2）加入合金元素铬、镍、锰、硅、硼等，提高淬透性，保证零件在处理后和心部均得到强化，具有外硬内韧的性能。（2）性能要求1）渗碳层硬度高2）渗碳件应具有足够高的强度，且心部有较高的韧性。3）具有良好的热处理工艺性能和淬透性。（3）热处理特点渗碳+淬火+低温回火（4）常用牌号及用途低淬透性渗碳钢水淬淬透直径2025mm常用牌号：20Mn2C，20Cr和20MnV等应用：制造受力不太大，要求耐磨并承受冲击的小型零件。中淬透性渗碳钢油淬淬透直径2560 mm常用牌号：20CrMnTi，12CrNi3和20MnVB等应用：用于截面径向尺寸小于30mm的高强度渗碳零件。高淬透性渗碳钢油淬淬透直径100 mm以上常用牌号：12Cr2Ni4，20Cr2Ni4和18Cr2NiWA应用：制造承受重载与强烈磨损的极为重要的大型零件，如航空发动机及坦克齿轮。三、合金调质钢 含碳量一般为0.250.50，属于中碳合金钢。 常加入少量铬、锰、硅、镍、硼等合金元素以增加钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。 例：40Cr ：热处理：调质应用：制造齿轮、连杆、主轴教 学 过 程第 3 页10min讲授法板书一般讲解。简单讲解一下弹簧的加工工艺。15min讲授法板书一般讲解复习滚动轴承的结构，工作特点。15min巡回指导法5min讲授法四、合金弹簧钢 含碳量一般为0.450.70。可加入的合金元素有锰、硅、铬、钒和钨等。根据加工方法不同，可分：1、热成形弹簧 2、冷成形弹簧 例：60Si2Mn：热处理：淬火、中温回火应用：制造弹簧；五、滚动轴承钢 主要用来制造各种滚动轴承的内外圈及滚动体（滚珠、滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐磨零件。 滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和一定的耐蚀性。 轴承钢都是高级优质钢。 滚动轴承钢的热处理包括预先热处理和最终热处理。预先热处理采用球化退火，最终热处理为淬火+低温回火 例：GCr15 GCr15SiMn热处理：淬火、低温回火应用：制造滚动轴承练习 课本P105页：第5、6题。小结 1、合金结构钢的分类、性能、应用和热处理特点。作业习题册： 第五章合金结构钢相关的习题 。广东省阳江市技工学校教 案编号：QD1420 版本号：A/0 流水号： 共 4 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 五 章 第4节课题：合金工具钢授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法、举例法、巡回指导法作业题数4拟用时间30min教学目的1、掌握合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。 选用教具挂图挂图重点1、掌握合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。 难点1、掌握合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。 教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页3min7min由机械零配件一般的加工工艺，引出退火与正火在零件加工中的作用。简单复习热处理的基本过程。25min讲授法板书根据退火在零件加工过程中的工序位置，分析其目的。详细分析各种退火方法的组织特点、目的和应用。组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 碳素工具钢容易加工，价格便宜，但是淬透性差，容易变形和开裂，而且当切削过程温度升高时容易软化。因此，尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具以及切削速度较高的刀具，均采用合金工具钢制造。新课讲授 5-4 合金工具钢合金工具钢按用途分为刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。一、合金刃具钢 1、低合金刃具钢 低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。l 加入铬、锰、硅等元素，目的是提高钢的淬透性，同时还能提高钢的强度。l 加入钨、钒等强碳化物形成元素，目的是为了提高钢的硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持晶粒细小。低合金刃具钢的预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火后低温回火。如：9 SiCr：制造丝锥、板牙、铰刀等。CrWMn：制造长铰刀、拉刀等。教 学 过 程第 2 页30min讲授法板书详细分析正火的目的 通过对比法分析正火与退火的优缺点。2、高速钢（HSS）是一种具有高热硬性。高耐磨性的高合金工具钢。高速钢（HSS）的热硬性可达600度，又称为锋钢。l 高的含碳量：保证形成足够量的合金碳化物，并使高速钢具有高的硬度和耐磨性。l W、Mo：提高钢红硬性的主要元素。l 铬：提高钢的淬透性。l 钒：提高钢的硬度、耐磨性和红硬性，并能细化晶粒。 牌号：W18Cr4V，W6Mo5 Cr4V2应用：制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂的成形刀具。热处理：淬火、多次低温回火。二、合金模具钢 1、冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等 2、热作模具钢 热作模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。 教 学 过 程第 3 页20min巡回指导法5min热作模具钢要具备较高的强度、韧性、高温耐磨性及热稳定性，并具有较好的抗热疲劳性能。 热作模具钢的最终热处理是淬火+中温回火（或高温回火），以保证其具有足够的韧性。三、合金量具钢量具工作部位性能要求：高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。没有专用钢种，碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢均可用。热处理：量具钢：淬火+低温回火精密量具：淬火+冷处理+低温回火+时效处理练习 课本P105页：第7题。小结 1、合金工具钢的分类，性能、应用和热处理特点。作业习题册：第五章合金工具钢相关的习题 。广东省阳江市技工学校教 案编号：QD1420 版本号：A/0 流水号： 共 4 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 五 章 第5节课题：特殊性能钢授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法作业题数5拟用时间50min教学目的1、掌握特殊性能钢的牌号、性能、应用。选用教具挂图挂图重点1、不锈钢的的牌号、性能和应用。难点教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页2min3min通过生产实际的例子，引出机械制造业要有一些特殊性能的钢来满足生产的需要。3min讲授法板书结合实际生产生活的例子，引出不锈 钢的应用广泛。对比法板书组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 对于一些需要特殊使用要求的零件、设备，一般的合金钢、碳素钢不能满足，所以必须要有一些具有特殊物理性能和化学性能的钢来满足生产的需要。在机械制造行业主要使用的这类特殊性能的钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。特殊性能钢具有特殊的物理性能和化学性能的钢。 新课讲授 5-5 特殊性能钢一、不锈钢主要是指在空气、水、盐的水溶液、酸及其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的钢。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的统称。注意：（1）、不锈钢中的含碳量越高，耐腐蚀性越差； （2）、不锈钢中只有当启铬量达到一定值时，不锈钢才具有良好的耐蚀性。要求其含铬量不低于13%。分类：（1）按化学成分分：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰不锈钢。（2）按金相组织分：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢。1、奥氏体不锈钢应用最广，属于铬镍不锈钢，无磁性，习惯称18-8型不锈钢。常用牌号：0 Cr18 Ni9（304）、0 Cr18 Ni9N（304N）、1 Cr18 Ni9（302）应用：强腐蚀介质中工作的化工设备、抗磁仪表等。 教 学 过 程第 2 页结合市场上出现的美国牌号：302、304、430等，讲解各种不锈钢的性能、牌号和应用。15min讲授法板书由热处理炉、锅炉等高温设备对材料的要求，