金属材料与热处理教案(第五版)(3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 7 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 三 章 第1、2节课题：合金及其组织/铁碳合金的基本组织与性能授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法、讨论法作业题数3拟用时间45min教学目的1、了解合金的概念及组织的基本类型地。2、掌握铁碳合金的基本组织的符号及性能特点。选用教具挂图挂图重点1、铁碳合金的基本组织的符号及性能特点。难点教学回顾 说明审阅签名： 年 月 日教 学 过 程第 1 页3min7min讲授法板书17min讲授法板书组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 纯金属虽然得到一定的应用，如纯铁、纯铝、紫铜等，但强度和硬度一般都较低，冶炼困难，因而价格较高，在使用上爱到限制。在工业生产中广泛使用的是合金，如教室的铝合金窗，通过改变其的化学成分来进一步提高金属材料的力学性能，并可获得某些特殊的物理性能和化学性能，来满足机械零件和工程结构对材料的要求。黑色金属以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。有色金属其他金属及其合金。 金属材料间的关系：新课讲授 3-1 合金及其组织一、合金的基本概念 1、合金以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。2、组元组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质，简称元。 教 学 过 程第 2 页对比法板书18min 讲授法板书板图组元是元素和稳定的化合物合金按组元的数目分：二元合金、三元合金和多元合金。3、相合金中成分、结构及性能相同的组成部分。 如固态的-Fe、-Fe就是两种不同的相，它们的晶格不同，能以界面分开。讨论与思考：相与组元的区别：相是合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分。组元是组成合金的基本的独立物质，组元可以是金属和非金属元素以，也可以是化全物。4、组织合金中不同相之间相互组合配置的状态。换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。 由单一相构成的组织称为单相组织由不同相构成的组织称为多相组织。二、合金的组织1、固溶体一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。 间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。间隙固溶体 置换固溶体教 学 过 程第 3 页分析回顾概念2、金属化合物在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质性能：（三高一稳定）高熔点、高硬度、高脆性和良好的化学稳定性。3、混合物两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。 固溶强化无论是间隙固溶体还是置换固溶体，在其形成过程中，都会使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对变形的抗力增加。也即通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的现象。 a) 间隙固溶体 b) 置换固溶体图3-1 开成固溶体时的晶格畸变思考：形变强化和固强化教 学 过 程第 4 页7min讲授法板书7min讲授法板书 3-2 铁碳合金的基本组织与性能一、铁素体（F）碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。 体心立方晶格溶解能力：溶解度很小，在7270C时，碳在-Fe中的最大溶碳量为0.0218%，随温度的降低逐渐减小。性能特点：具有良好的塑性和韧性，强度、硬度较低。图3-2 铁素体的晶胞示意图室 图3-3 铁素体的显微组织二、奥氏体（A） 碳溶于Fe中形成的间隙固溶体，用符号A表示。 面心立方晶格溶碳能力：较强。在11480C时可溶C 为2.11%，在7270C时，可溶C为0.77%。性能特点：强度、硬度不高，具有良好的塑性。 图3-4 奥氏体的晶胞示意图 图3-5 奥低体的显微组织教 学 过 程第 5 页6min讲授法板书7min讲授法板书7min讲授法板书三、渗碳体（Fe3C或Cm） 渗碳体是含碳量为6.69的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。 复杂的斜方晶体溶碳能力： C=6.69%性能特点：高熔点、高硬度、塑性和韧性几乎为零，脆性极大。四、珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。 铁素体和渗碳体片层相间，交替排列溶碳能力：在7270C时，C=0.77%性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。图3-7 珠光体的显微组织五、莱氏体（Ld）莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。 低温莱氏体室温下的莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示。 溶碳能力：C=4.3%性能特点：硬度很高，塑性很差。注意：F、A、Fe3C是单相组织，称铁碳合金的基本相。 P、Ld是由基本相混合组成的多相组织教 学 过 程第 6 页7min巡回指导法4min讲授法练习 课本P51页：第1、2、3题。小结 5 1、合金的有关概念。2、铁碳合金的基本组织的符号及性能特点。作业习题册：P10、P11、P12页相关的习题 。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 三 章 第3节课题：铁碳合金相图授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法、讨论法作业题数4拟用时间30min教学目的1、掌握铁碳合金相图的特性点和特性线的含义，特别是共晶点，共析点及转变式。选用教具挂图挂图重点铁碳合金相图的组织符号及转变难点铁碳合金相图的分析、共晶转变、共析转变教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页2min3min讲授法通过通俗的例子我们需要建立一幅图来表达铁碳合金体系。5min讲授法板图在板图过程中让学生观察有那些点，那些线，那些数据？组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 铁碳合金体系庞大，品种很多，合金的成分，温度、组织和性能之间的关系错综复杂，这些复杂关系单纯用文字表述是十分困难。大家都知道“地图”，一个城市、一个国家、甚至全世界的每一个地方，都可以在一张地图上标注得一清二楚。那么，我们能否建立一种类似于“地图”式工具，把所有铁碳合金以及各种关系因素，清晰、直观地表达出来呢？新课讲授 3-3 铁碳合金相图 铁碳合金相图是表示在缓慢冷却（或缓慢加热）条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，它是研究铁碳合金的成份、温度和组织结构之间关系的图形。一、铁碳合金相图的组成 教 学 过 程第 2 页板书30min根据FeFe3C相图分析讲解各特性点的含义，在分析特性点的过程详细讲解这两个概念，并观察它们的特点。板书25min根据FeFe3C相图分析讲解各特性线的含义，二、FeFe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织1、主要特性点点的符号温度含碳量%含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点LC(A+Fe3C)D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在奥氏体（-Fe）中的最大溶解度G9120纯铁的同素异构转变点FeFeS7270.77共析点AsP（F+Fe3C）P7270.0218碳在铁素体（Fe）中的最大溶解度共晶转变在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固相，这种转变称为共晶转变。共析转变在保持温度不变条件下，从一个固相中同时析出两个固相，这种转变称为共析转变。2、主要特性线特性线含义ACD液相线在此线的上方所有的铁碳合金都为液体AECF固相线在此线的下方所有的铁碳合金都为固体GS从A中析出F的开始线，又称A3线ESC在A中溶解度曲线，亦称为Acm线ECF共晶线，LC(A+Fe3C)PSK共析线，AsP（F+Fe3C）教 学 过 程第 3 页15min巡回指导法5min讲授法练习 课本P11页：第5题。根据特性点、特性线在练习本上默画FeFe3C相图。小结 1、FeFe3C相图中的特性点，特性线作业习题册： 第三章相关的习题 。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 三 章 第3节课题：铁碳合金相图授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法作业题数4拟用时间30min教学目的1、了解铁碳合金的分类及各种铁碳合金结晶过程。2、了解铁碳合金的成分，组织与性能的关系。3、掌握铁碳合金相图的应用。选用教具挂图挂图重点1、各种铁碳合金结晶过程。难点1、各种铁碳合金结晶过程。教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页2min5min让一学生根据相图诀的提示，画一张简化后的铁碳合金相图。38min讲授法板书根据铁碳合金相图分析铁碳合金的分类。老师利用相图分析共析钢结晶过程，其它典型铁碳合金由学生分组分析结晶过程。组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 相图诀温度成分建坐标，铁碳二元要记牢。两平三垂标特点，九星闪耀五弧交。共晶共析液固相，十二面里组织标。基本组织先标好，相间组织共逍遥。分析成分断组织，铸锻处理离不了。新课讲授 3-3 铁碳合金相图 三、铁碳合金的分类1、钢：0.0218%C2.11%的铁碳合金亚共析钢：0.0718%C0.77%共析钢：C=0.77%过共析钢：0.77%C2.11%2、白口铸铁：2.11%C6.69%亚共晶白口铸铁：2.11%C4.3%共晶白口铸铁：C=4.3%过共晶白口铸铁：4.3%C6.69%3、典型铁碳合金的结晶过程。1) 共析钢：（C=0.77%）合金I：室温2) 亚共析钢：（0.0218%C0.77%）合金II：室温 教 学 过 程第 2 页 15min讲授法板书让学生观察室温下各典型合金的组织，引导学生根据含碳量的不同，铁碳合金的性能的变化。3) 过共析钢：合金III：0.77%C2.11% 室温4) 共晶白口铸铁：合金IV：（C=4.3%）室温5) 亚共晶白口铸铁：合金V：（2.11%C4.3%）室温6) 过共晶白口铸铁：合金VI：（4.3%C6.69%）室温四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系1、随含碳量的不同，其组织顺序： FF+PPP+ Fe3 CP+ Fe3 C+ + Fe3 C含碳量越高，铁素体数量越少，而渗碳体数量越多： F Fe3 C2、含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。 教 学 过 程第 3 页15min讲授法分析FeFe3C相图的应用12min巡回指导法3 min五、FeFe3C相图的应用 1、作为选材的依据 2、在铸造生产中的应用3、在锻造工艺上的应用4、在热处理工艺上的应用练习 课本P51页：第6、7、8、9题。小结 1、铁碳合金的分类，典型铁碳合金结晶过程。2、含碳量越高，铁素体数量越少，而渗碳体数量越多；钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低。3、FeFe3C相图的应用。作业习题册：第三章相关的习题 。广东省阳江市技工学校教 案编号：QD1420 版本号：A/0 流水号： 共 5 页 （首页）科目金属材料与热处理 （第五版）第 三 章 第4节课题：碳素钢授课日期课时2班级授课方式讲授法、练习法、讨论法作业题数4拟用时间45min教学目的1、了解碳素钢的概念；2、掌握Si、Mn、S、P对钢的性能影响；3、掌握碳素钢的分类方法；4、掌握碳素钢的牌号及用途。选用教具挂图挂图重点1、碳素钢的牌号及用途。难点1、掌握Si、Mn、S、P对钢的性能影响。教学回顾 说明审阅签名： 日期： 年 月 日教 学 过 程第 1 页2min5min分析讲解15min讲授法板书简单分析各种元素对碳素钢性能的影响3组织教学 清点人数，稳定学生情绪。新课导入 碳素钢简称碳钢，是最基本的铁碳合金。它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 新课讲授 3-4 碳素钢一、钢中常存元素及其对性能的影响1、硅1）来源：炼钢后期作脱氧剂带入；2）对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度；3）是钢中的有益元素。2、锰1）来源：炼钢脱氧剂。2）对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。3）是钢中的有益元素。3、硫1）来源：生铁带入；2）对钢的性能影响：对钢造成热脆性；3）是钢中的有害元素。4、磷1）来源：生铁带入；2）对钢的性能影响，对钢造成冷脆性；3）是钢中的有害元素。5、氢有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷教 学 过 程第 2 页15min讲授法举例分析讲解各种钢的分类。30min讲授法板书根据不同的分类结合实例的生产生活中的例子分析讲解各种碳素钢的牌号特点及用途。二、碳素钢的分类1、按钢的含碳量分： 低碳钢：C0.25 中碳钢：C 0.250.60 高碳钢：C 0.602、按钢的质量分： 普通钢：S 0.050，P 0.045 优质钢：S 0.035，P 0.035 高级优质钢：S 0.025，P 0.0253、按钢的用途分 结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70%4、按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢：脱氧程度不完全的钢 镇静钢：脱氧程度完全的钢 半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢三、碳素钢牌号及用途1、 碳素结构钢：1) 牌号：Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号；质量等级：A、B、C、D级，从A到D依次提高。脱氧方法符号： F沸腾钢 b半镇静钢 Z镇静钢 TZ特殊镇静钢例如：Q235-AF：表示屈服点为235Mpa的A级沸腾钢。2) 性能：一般；3) 应用：厂房、桥梁、船舶、铆钉、螺钉、螺母等。教 学 过 程第 3 页2、优质碳素结构钢：1) 牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数。2) 例如