金属材料及热处理教案

1、 教 案 本 2011 2012学年度第一学期系（部）名称： 机电工程学院 教 研 室： 机械教研室 专 业 名 称： 年 级 班 级： 任 课 教 师： 第一讲：绪论、材料的力学性能、强度、刚度、塑性指标授课课程绪论任课教师刘波计划课时2学时序号第   1  讲章、节名称 绪论、第一章 第1节教学内容及进程第一节 材料的力学性能定义：材料在承受外力作用时所表现出来的性能称为材料的力学性能。一、材料变形的过程 三个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。二、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。弹性模量

2、E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=/（MPa）。它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。三、强度材料在静载荷下的性能指标强度 定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。（1）弹性极限e材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限e，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。（2）屈服强度s试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度S，表征材料开始发生明显的塑性变形。没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，

3、用0.2表示，称为条件屈服强度。意义同S。（3）抗拉强度b材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值b称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。强度是零件设计和选材的主要依据。刚度：刚度设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量。主要力学性能是材料的弹性模量。如精密机床主轴等零构件。弹性指标：在设计弹性零件时，需考虑弹性极限和弹性模量是的性能指标。如汽车板簧和各类弹簧等。屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。硬度：在耐磨零件中必须考虑的性能指标。如滚动轴承等。四、疲劳强度交变载荷交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生低应力断裂的现象成为疲

4、劳断裂。疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。 疲劳抗力指标：疲劳极限，又称疲劳强度，用1表示。材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力，即疲劳曲线上水平部分对应的应力值。疲劳断裂的原因：一般认为是，由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等），造成局部应力集中，形成微裂纹。随应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以致于最后承受不起所加载荷而突然断裂。提高材料疲劳抗力的措施：通过合理选材，改善材料的结构形状，避免应力集中，减小材料和零件的缺陷；提高零件表面光洁度；对表面进行强化，喷丸处理等，可以提高材料的疲劳抗力。基本概念刚度、强度、塑性、硬度、材料在

5、静载荷下的性能指标、冲击韧性、疲劳强度交变载荷教学难点教学重点材料的常用性能。教学目的教学要求1. 使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识2. 初步掌握零件设计时的合理选材、用材3. 具有正确运用热处理技术、妥善安排加工工艺路线及材料检测等方面的知识和能力授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业提高材料疲劳抗力的措施有哪些？本讲小结课后分析通过本节的讲解，让学生能正确认识金属材料在机械工程中的应用的重要性。也能对金属材料的发展进行了解。增强了学生学习本门课程的兴趣。第二讲：金属材料低碳钢强度及塑性检测（拉伸实验）授课课程金属材料与热处理任课教

6、师刘波计划课时2学时序号第   2  讲章、节名称§1-1 金属材料的塑性检测教学内容及进程塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。指标：工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指标。材料的和值越大，塑性越好。塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百

7、分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。（1）强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力。图中OE段。 （2）屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试 图1低碳钢力拉伸曲线样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服。图中ES段 （3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以e表示，单位为兆帕（MPa）：e=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形

8、时的载荷）。图中SB段。 基本概念塑性变形、弹性变形、拉伸实验教学难点教学重点本节的重、难点是金属材料的：强度极限、屈服强度极限、弹性极限。教学目的教学要求通过对本章的学习，应着重掌握低碳钢的力拉伸实验各个阶段的变化情况。分析金属材料的性能指标授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ）4.参观教学（）作业P29 3-2本讲小结 金属材料的塑性在机械设计和制造中的影响。要做到合理的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。课后分析学生初次接触这节的知识，学起来较为空洞，难明，结合视频教学，效果较好，印象较为深刻。第三讲：金属材料的韧性指标、硬度指标授课

9、课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  3  讲章、节名称§1-1金属材料的韧性指标、硬度指标教学内容及进程1、冲击韧性定义：指在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，是材料强度和塑性的综合表现。衡量指标：冲击韧度ak (ak Ak/Fk ) aK值测定方法：一次弯曲冲击实验法，物理意义：试样在冲断时单位横截面积上所消耗的冲击功AK ，单位为J/cm2。aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力与应变（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=/=tg式中为拉伸试验

10、曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。2硬度 定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。硬度指标：与试验方法有关。生产上，常用静载压入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。洛氏硬度HRB：1.59mm淬火钢球压头，适用于测量有色金

11、属、铸铁、退火态和正火态钢等。氏硬度与布氏硬度相比压痕小，软硬材料都可以测量，但同样不同标尺之间不可相互比较硬度值的大小。维氏硬度HV：锥面角为136 °的金刚石四棱锥体为压头，适于测定薄件和经表面处理零件的表面层的硬度，如渗碳层、表面淬硬层、电镀层等，以及微观组织的硬度。维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确，压痕小，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，并统一比较。 基本概念韧性指标、硬度指标、金属材料低碳钢硬度检测教学难点教学重点本节的重、难点是金属材料的：硬度的分类及表示方法教学目的教学要求通过对本章的学习，应着重掌握金属材料的冲击韧性和硬度的评价。授课方式1.课堂讲授(

12、 )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ）4.参观教学（）作业本讲小结 金属材料的韧性和硬度在机械设计和制造中的影响非常重要。要做到合理的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。课后分析通过举例说明一些例子，让学生掌握金属材料的硬度、韧性的概念和应用。第四讲：金属材料的物理和化学性能授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  4  讲章、节名称§1-2金属材料的物理和化学性能教学内容及进程材料是机器的物质基础。金属材料的性能是选择材料的主要依据。金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能。工艺性能是指金属材料从冶炼到

13、成品的生产过程中，在各种加工条件下表现出来的性能；使用性能是指金属零件在使用条件下金属材料表现出来的性能。金属材料的使用性能决定了它的使用范围。使用性能包括物理性能、化学性能和力学性能。 一、金属的物理性能1. 密度金属的密度即是单位体积金属的质量，其单位为3。 根据密度的大小，金属材料可分为轻金属和重金属。密度小于453 的金属叫做轻金属，如铝，钛等。2.熔点金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点。熔点一般摄氏温度（）表示。各种金属都有 其固定熔点。如铅的熔点为32，钢的熔点为1538。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合 金等都很重要。熔点低于1000的金属称为低熔点金属，熔点在1000

14、2000的金属称为中熔点金属，熔点高于2000的金属称为高熔点金属。3、导热性 金属材料传到热量的能力4、热膨胀性 金属材料在受热时体积会增大5、导电性 金属材料传导电流的特性二、金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。1、耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力，称为耐腐蚀 性。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。2、抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。3、化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学 稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。 基本概念金属材料的各种物理

15、性能和各种化学性能教学难点教学重点本节的重、难点是金属材料的各种物理性能和各种化学性能教学目的教学要求通过对本章的学习，应着重掌握金属材料的各种物理性能和各种化学性能。授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ）4.参观教学（）作业本讲小结 金属材料的韧性和硬度在机械设计和制造中的影响非常重要。要做到合理的选材就必须分析零件的受力情况。提出满足零件工作条件性能的需求。课后分析通过举例说明一些例子，让学生掌握金属材料的各种物理性能和各种化学性能。第五讲：常见金属的晶体结构、晶体的基本概念、类型、晶体缺陷授课课程金属的结构与结晶任课教师刘波计划课时2学时序号第 &#

16、160;5  讲章、节名称§2-1金属的晶体结构教学内容及进程一、晶体与非晶体1、晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。（晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。 2、非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松香、树脂等）。非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。二、晶体结构的概念1晶格和晶胞晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。晶胞：构成晶格的最基本单元。    晶格中各

17、种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基本几何单元称为“晶胞”。2晶面和晶向晶面：点阵中的结点所构成的平面。晶向：点阵中的结点所组成的直线。由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。（阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体 晶体 晶格 晶胞 晶面 晶向图2-1、2-2 晶体规则排列示意图三、金属晶格的类型（一）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及-铁-Fe图2-5 体心立方晶格（二）面心立方

18、晶格面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（Fe）等图2-6 面心立方晶格（三）密排六方晶格由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 图2-7 密排六方晶格基本概念晶体、非晶体、晶格、晶胞。教学难点教学重点教学重点：掌握有关金属结构的基本概念：晶面、晶向、晶体、晶格、单教学难点：金属的晶体结构教学目的教学要求了解金属的晶体结构、晶格的类型授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结课后分析本章内容

19、新的名词概念多，而且很抽象，这对初次接触到这些知识的学生来说，会感到很困难。在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分理解。在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即可。第六讲：纯金属的结晶、金属结晶的基本规律授课课程纯金属的结晶任课教师刘波计划课时2学时序号第  6  讲章、节名称§2-2纯金属的结晶教学内容及进程结晶的基本概念：一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。一、纯金属的冷却曲线及过冷度 实际结晶温度

20、的测定：（冷却曲线）图2-10 纯金属冷却曲线 可见，随时间的增长，温度逐渐降低，当到T0温度时出现一平台，说明这时虽然液体金属向外散热，但其温度并没下降，这是 由于在这一温度液体开始结晶向外散热（结晶潜热），补偿了液体对外的热量散失，结晶终了后就 没有结晶潜热来补偿热量的散失，所以温度 又开始下降。二、纯金属的结晶过程晶核：作为结晶核心的微小晶体晶粒：小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”晶界：晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”单晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体多晶体：实际上由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体单晶体 多晶体图2-13 单晶体与多晶体示意图三、晶粒大小对金属力学性能的影响1）增加过冷

21、度（过冷度的影响） 图2-14 过冷度对晶粒大小的影响过冷度大，F大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。见图2-14。2）变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。3）振动处理：四、金属晶体结构的缺陷晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。1 空位、间隙原子和置代原子晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。图2-15 点缺陷示意图2 位错可认为是晶格中一部分晶体

22、相对于另一部分晶体的位错局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。图2-16 线缺陷示意图3 晶界和亚晶界基本概念多晶体，金属晶格的三种常见类型教学难点教学重点教学重点：1.、金属结晶的基本过程。 2、晶粒的概念及晶粒大小对金属性能的影响。教学难点：实际金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响（选讲）教学目的教学要求掌握纯金属的结晶过程；授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结课后分析本章内容新的名词概念多，而且很抽象，这对初次接触到这些知识的学生来说，会感到很困难。在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分

23、理解。在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即可。第七讲：金属材料的塑性变形、弹性变形授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  7  讲章、节名称§3.1金属材料的塑性变形、弹性变形教学内容及进程塑性变形是金属重要特性之一，了解金属塑性变形后的组织结构变化规律和各项力学性能指标对制定和改进金属压力加工工艺，提高产品质量及合理用材具有重要意义。一、弹性变形、塑性变形与断裂金属的变形可以分为三个连续的阶段：弹性变形（全部恢复）、弹塑性变形（部分恢复）、断裂阶段（无恢复）。由于实际晶体中存在位错，因此滑移不是按刚性滑移进行的，而是

24、由位错的移动来实现的。如下图但是位错移动滑移时，并不是整个滑移面上全部的原子同时移动，只需位错附近的少数原子作微量的移动。 1）滑移线、 2）滑移带、 3)滑移层孪生是塑性变形的另外一种形式。孪生就是晶体中的部分原子对应特定的见面（孪 生面）沿着一定晶相产生剪切变形。如下图所示1）孪晶面2）孪晶带3）孪晶向二、多晶体的变形工程上使用的金属绝大多数是多晶体。多晶体中每个晶粒内部的变形情况与单晶体的变形情况大致相似（滑移和孪生）。但由于晶界的存在及各晶粒的取向不同，使多晶体的塑性变形比单晶体复杂得多。1、晶界及晶粒的影响在多晶体中，晶界原子排列不规则，当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起

25、来，称位错的塞积，如图下所示。若要使变形继续进行，则必须增加外力，可见晶界使金属的塑性变形抗力提高。双晶粒试样的拉伸实验表明，试样往往如图下所示呈竹节状，晶界处较粗，这说明晶界处的变形抗力大，变形较小。结论：（1）晶界的存在会增大滑移抗力，而且因多晶体中各晶粒晶格 位向的不同，也会增大其滑移抗力，因此多晶体金属的变形抗力总是高于单晶体 。（2）金属的晶粒愈细，金属的强度便愈高 ，而且塑性与韧性也较高 2、多晶体变形的过程1）具有软位向晶粒的滑移系的开动与滑移面和滑移方向成45º角的晶粒；2）变形达到一定程度时，造成应力集中，晶粒发生位向的转动，滑移停止；3）次软位向晶粒发生滑移；4）

26、重复2和3，直至全部晶粒都发生变形。基本概念金属材料的塑性变形、多晶体和单晶体的塑性变形。教学难点教学重点教学重点：单晶体的塑性变形和多晶体的塑性变形的概念教学目的教学要求通过对本章的学习，学生能掌握单晶体的塑性变形和多晶体的塑性变形的概念及过程。授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业P29 3-2本讲小结主要讲到了金属材料的塑性变形以及单晶体和多晶体的塑性变形的概念及过程。课后分析第八讲：冷塑性变形对金属组织的影响授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  8  讲章、节名称§3.2冷塑

27、性变形对金属组织的影响教学内容及进程冷塑性变形不仅改变了金属的外形，而且使其内部性能与组织产生一系列的变化。一、冷塑性变形对金属性能的影响冷塑性变形对金属性能的影响是造成形变强化，也称加工硬化。即随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。图37所示为纯铜和低碳钢的强度和塑性随变形程度增加而变化的情况。形变强化在生产中具有很重要的意义。形变强化可以提高金属的强度，它和合金化、热处理一样，也是强化金属的重要手段，尤其对于那些不能用热处理强化的金属材料显得更为重要。例如188型奥氏体不锈钢，变形前强度不高( =196MPa)，但经40轧制变形后屈服点提高了34倍( =784980

28、MPa)，抗拉强度也提高了一倍。此外，形变强化还可以使金属具有偶然的抗超载能力一定程度上提高了构件在使用中的安全性。形变强化是工件能用塑性变形方法成型的必要条件。例如在图38所示冷冲压过程中，由于r处变形最大，当金属在r处变形到一定程度后，首先产生形变强化，使随后的变形转移到其他部分，这样便可得到壁厚均匀的冲压件。 形变强化也有不利的一面。由于材料塑性的降低，给金属材料进一步冷塑性变形带来困难。为了使金属材料能继续变形加工，必须进行中间热处理，以消除形变强化，这就增加了生产成本，降低了生产率。塑性变形除了影响力学性能外，还会使金 属某些物理、化学性能发生变化，如电阻增加、化学活性增大、耐蚀性降

29、低等。 以上这些引起金属性能变化的原因，均与塑性变形过程中金属的组织结构变化及相应的内应力形成有关。 二、冷塑性变形对金属组织结构的影响金属塑性变形时，在外形变化的同时，晶粒的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长，如图39所示。当变形程度很大时，晶粒形状变化也很大，晶粒被拉成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织，使金属的力学性能具有明显的方向性。 冷塑性变形除了使晶粒外形变化外，还会使晶粒内部的亚晶粒尺寸碎化，位错密度增加，晶格畸变加剧，因而增加了滑移阻力，这就是形变强化产生的原因。 图39 冷塑性变形后的组织基本概念冷塑性变形对金属的组织和性能的影响、形变强化的基本概念教学

30、难点教学重点教学重、难点：冷塑性变形对金属性能的影响以及形变强化的基本概念教学目的教学要求通过对本章的学习，学生会掌握冷塑性变形对金属材料的影响以及冷塑性变形的内应力。授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结本节主要讲了冷塑性变形对金属性能的影响以及形变强化的基本概念课后分析第九讲：回复与再结晶、影响再结晶晶粒大小的因素授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  9 讲章、节名称§3.3、§3.4回复与再结晶、影响再结晶晶粒大小的因素教学内容及进程经过冷塑性变形的金属，其组

31、织结构发生变化，而且因金属各部分变形不均匀，会引起金属内部残留内应力，使金属处于不稳定状态，并使其具有恢复到原来稳定状态的自发趋势。在常温下，由于金属原子的活动能力较弱，这种恢复过程很难进行。如对冷塑性变形的金属进行加热，使原子活动能力增强，就会发生一系列组织与性能的变化。随着加热温度的升高，这种变化过程可分为回复、再结晶及晶粒长大三个阶段，如图310所示。 一、回复 当加热温度不太高时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，所以，晶格畸变程度大为减轻，从而使内应力有所降低，这个阶段称为回复。然而这时的原子活动能力还不是很强，所以金属的显微组织无明显变化，因此力学性能也无明显改变。在工

32、业生产中，为保持金属经冷塑性变形后的高强度，往往采取回复处理，以降低内应力，适当提高塑性。例如冷拔钢丝弹簧加热到250300，青铜丝弹簧加热到120150，就是进行回复处理，使弹簧的弹性增强，同时消除加工时带来的内应力。二、再结晶当冷塑性变形金属加热到较高温度时，由于原子活动能力增加，原子可以离开原来的位置重新排列。由畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的过程称为再结晶。再结晶过程首先是在晶粒碎化最严重的地方产生新晶粒的核心，然后晶核吞并旧晶粒而长大，直到旧晶粒完全被新晶粒代替为止。再结晶后的晶粒内部晶格畸变消失，位错密度下降，因而金属的强度、硬度显著下降而塑性则显著上升(图3

33、10)，使变形金属的组织和性能基本上恢复到冷塑性变形前的状态。 金属的再结晶过程是在一定的温度范围内进行的。能进行再结晶的最低温度称为再结晶温度( )。实践证明，再结晶温度与金属的变形程度有关。金属的变形程度越大，再结晶温度越低，如图311所示。对于工业纯金属(>999)，其再结晶温度与熔点间的关系可按下列经验公式计算： =(0.35-0.4) 式中 金属的再结晶温度，T； 金属的熔点，K。 例如，工业纯铁的T再约为723K再结晶与液体结晶及同素异构转变的重结晶不同，再结晶过程并未形成新相，新形成的晶粒在晶格类型上与原来晶粒是相同的，只不过消除了因塑性变形而造成的晶格缺陷。在实际生产中，

34、为了消除形变强化，必须进行中间退火。经冷塑性变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的退火，称为再结晶退火。为了保证质量和兼顾生产率，再结晶退火的温度一般比该金属的再结晶温度高100200。三、晶粒长大再结晶后的金属一般都得到细小而均匀的等轴晶粒。如果继续升高温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又以相互吞并的方式长大，如图312所示。这种使晶粒长大而导致晶粒粗大、力学性能变坏的情况应当注意避免。基本概念回复与再结晶教学难点教学重点教学重点：金属的回复与再结晶教学目的教学要求要求掌握回复与再结晶的基本概念和了解回复和再结晶的过程授

35、课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结本章主要介绍了金属材料回复与再结晶的过程和晶粒长大的过程课后分析第十讲：合金的相结构、二元合金相图授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第   10  讲章、节名称§4.1、4.2合金的相结构、二元合金相图教学内容及进程纯金属具有良好的物理和化学性能，但机械性能很差，价格昂贵，种类有限,工程上很少使用纯金属，。为了满足各种机器零件对不同性能的要求，因此出现了合金。合金是两种或两种以上金属元素、或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成

36、并具有金属特性的物质。合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能，是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。组成合金最基本的、独立的物质称为组元。通常，合金的组元就是组成合金的各种元素，但某些稳定的化合物也可以看成是组元。根据合金组元个数不同，把由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个或三个以上组元组成的合金称为多元合金。组成合金的元素相互作用会形成各种不同的相。相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面互相分开的、均匀的组成部分。固态金属一般是一个相，而合金则可能是几个相。由于形成条件不同，各相可以不同

37、的数量、形状、大小组合。在显微镜下观察，可以看到不同的组织。 固态合金的相，可分成两大类：固溶体和金属化合物。若相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同，这种固相称为固溶体；若相的晶体结构与组成合金元素的晶体结构均不相同，这种固相称为金属化合物。 一、固溶体组成合金的元素互相溶解，形成一种与某一元素的晶体结构相同，并包含有其它元素的合金固相，称为固溶体。其中，与合金晶体结构相同的元素称为溶剂，其它元素称为溶质。固溶体一般用、来表示。（1）置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体称为置换固溶体，其结构见图2-2-13。通常，当溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换

38、固溶体；当直径差别大于15%时，就很难形成置换固溶体了。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时，合金的某些物理性能将发生很大的变化。（2）间隙固溶体 溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体称为间隙固溶体，其中的溶质原子不占据晶格的正常位置。二、二元合金相图由两种或两种以上的组元按照不同的比例配制成一系列不同成分的合金，就成为合金系，如A1-Si系合金、Al-Cu-Mg系合金等。由两个组元形成的合金系称为二元合金系，由三个组元形成的合金系称为三元合金系，如此类推。1、二元合金相图的建立相

39、图几乎都是通过实验过程建立的，最常用的方法是热分析法。下面以CuNi合金为例，说明用热分析法建立相图的具体步骤，如下图所示。2、二元合金相图的基本类型大多数二元相图都比Cu-Ni合金相图复杂，但不论多复杂，都可以看成是由几类最基本的相图组合而成的。基本的二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共析相图等,下面分别讨论。1）二元匀晶相图匀晶相图中两组元在液态、固态下都能无限互溶，具有这类相图的二元合金系有Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等。2)二元共晶相图通常把在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分定的两个固相的过程称为共晶转变。合金系的两组元在液态时无限互溶

40、，在固态下有限互溶、并在凝固过程中发生共晶转变的相图称为二元共晶相图3)二元共析相图在有些二元系合金中，当液体凝固完毕后继续降低温度时，在固态下还会发生相转变。在一定温度下，一定成分的固相分解为另外两个一定成分的固相的转变过程称为共析转变。基本概念合金的相、相图教学难点教学重点本节的教学重、难点是二元合金相图的建立与分类教学目的教学要求通过本节的学习，让学生能分析二元合金相图。授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结 课后分析第十一讲：合金的力学性能与相图的关系授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第  

41、;11 讲章、节名称§4.3合金的力学性能与相图的关系教学内容及进程合金的力学性能与物理性能决定于合金的成分及组织，合金的某些工艺性能如铸造性能还与合金的结晶特点有关。而相图表明了合金的成分、组织及合金的结晶特点，因此，利用相图可大致判断合金的性能，并作为选用材料和制定工艺的参考。1、当合金形成单相固溶体当合金形成单相固溶体时，合金的性能与组元的性质及溶质原子的溶入量有关。对于一定的溶剂和溶质来说，溶质溶入溶剂量愈多，则合金的强度、硬度愈高，电阻率愈大，电阻温度系数（）愈小。总的来说，形成单相固溶体的合金具有较好的综合力学性能。但是，固溶强化使合金所能提高的强度、硬度有限。

42、2、当合金形成两相混合物共晶和共析转变都会形成两相混合物。如图138，在单相固溶体和单相固溶体区间，力学性能、物理性能与成分呈曲线关系，在两相区内，合金性能介于两组成相之间，与成分呈直线关系，是两相的平均值。但应指出，只是当合金两相的晶粒较粗且分布均匀时，性能与成分的关系才符合直线关系。当形成细小的共晶体和共析体时，合金的力学性能将偏离直线关系而出现如虚线所示的高峰。合金的铸造性能取决于合金结晶区间的大小。共晶成分的合金在恒温下结晶，固、液两相区间为零，结晶温度最低，故流动性最好。在结晶时易形成集中缩孔，铸件的致密性好，故铸造合金应选用共晶成分附近的合金。基本概念合金的力学性能与相图的关系。教

43、学难点教学重点当合金形成单相固溶体以及当合金形成两相混合物时与力学性能的关系。教学目的教学要求通过本节的学习，掌握凸轮和从动件的结构及材料，以及棘轮机构和槽轮机构的工作原理。授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结 课后分析第十二讲：纯铁、纯铁的同素异构转变授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第   12  讲章、节名称§5.1纯铁、纯铁的同素异构转变教学内容及进程概念：有些金属在固态下，存在着两种以上的晶格形式，这类金属在冷却或加热过程中，随着温度的变化，其晶格形式也要发生变化。

44、金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁、钴、钛、锡、锰等。以不同晶格形式存在的同一金属元素的晶体称为该金属的同素异晶体。同一金属的同素异晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母，等表示。右图为纯铁的冷却曲线：由图可见，液态纯铁在1538进行结晶，得到具有体心立方晶格的Fe，继续冷却到1394时发生同素异构转变，Fe转变为面心立方晶格的Fe，再冷却到912时又发生同素异构转变，Fe转变为体心立方晶格的Fe，如再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生变化。这些转变可以用下式表示： (体心立方晶格) (面心立方晶格) (体心立方晶

45、格)金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：有一定的转变温度，转变时有过冷现象；放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长大的过程如右图：另一方面，同素异构转变属于固态相变，又具有本身的特点，例如：同素异构转变时，新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形核；转变需要较大的过冷度；晶格的变化伴随着金属体积的变化，转变时会产生较大的内应力。例如Fe转变为。Fe时，铁的体积会膨胀约1，这是钢热处理时引起应力，导致工件变形和开裂的重要原因。基本概念纯铁、同素异构转变、同素异构体教学难点教学重点同素异构转变的概念教学目的教学要求通过本节的学习，理解同素异构转变的概念。授课方式1.课堂讲授(

46、)，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结 1、同素异构转变；2、同素异构体课后分析第十三讲：金相检测试验：金相显微镜的使用授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第   13  讲章、节名称金相检测试验：金相显微镜的使用教学内容及进程一、实习目的1、加深学生对课堂所学理论的理解和掌握，达到根据零件的工作条件正确选择材料及正确制定实施热处理工艺的目的。2、使学生充分了解和掌握材料和热处理的基本方法和知识。3、使学生能操作金属材料热处理的全过程，并独立制作出合格的金相试样。二、实习任务1、根据零件的工作条件选择零件材料及制

47、定正确的热处理工艺；2、选择毛坯的种类，选择成型的方法，绘制出毛坯的图样；3、制定工艺方案及拟定工艺路线4、通过热处理的质量分析，能出不运用已学知识达到分析问题并解决问题的能力。基本概念教学难点教学重点教学目的教学要求授课方式作业本讲小结 课后分析第十四讲：纯铁、铁碳合金相图及性能、纯铁的同素异构转变授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第   14  讲章、节名称§5.1纯铁、铁碳合金相图及性能教学内容及进程一、铁碳合金的基本相和基本组织铁是具有同素异构的金属。铁碳合金的基本组元是Fe与Fe3C，属于二元合金。其基本相有铁素体、奥氏体和

48、渗碳体三种。由基本相组成的铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和低温莱氏体六种。二、铁碳合金相图1、相图分析右图为Fe-Fe3C相图（图中不加括号部分为相组成物，加括号部分为组织组成物）。Fe-Fe3C相图表示了铁碳合金系中不同碳含量的合金在冷却过程中所发生的相变，各温度时合金的相组成物和组织组成物，可以由合金的室温组织了解它们的力学性能，确定其应用范围，对零件的选材、加工工艺的制定有直接的指导意义。相图中有五个基本相，相应的有五个单相区：即液相区L、固熔体相区（亦称高温铁素体）、奥氏体相区A，铁素体相区F，渗碳体相区Fe3C。相图中有七个二相区：即L+、+A 、L+A、

49、L+ Fe3C 、A+F、A+ Fe3C、F+Fe3C。包晶线、共晶线与共析线可看作是三相共存的三相区：L+A、L+A+ Fe3C、A+ F+Fe3C。根据相接触法则，相图中两相区的两个组成相由其相邻的两个单相区决定。因此，可以由单相区填写出二相区的相组成物。2、共析钢的结晶过程:温度在12区间之间，按匀晶方式形成奥氏体，到2点后，形成单相奥氏体。奥氏体冷却到727（3点）时，发生共析转变，形成珠光体。温度继续降低时，铁素体的溶碳量沿PQ线变化，析出Fe3C，并与共析渗碳体混在一起，不易分辨。因此，共析钢室温组织仍为珠光体，它是呈片状的铁素体与呈片状的渗碳体形成的机械混合物，其显微组织中亮白色

50、基底为铁素体，黑色线条为渗碳体3、亚共晶白口铸铁结晶过程： 合金冷却到1点，结晶出初晶奥氏体，冷却到2点（1148）时，奥氏体碳含量为2.11%，液相的碳含量为4.3%，液相发生共晶转变，形成Ld，合金组织为初晶奥氏体和Ld。在23点之间，初晶奥氏体和共晶奥氏体都要析出Fe3C，至（727）时，发生共析转变，初晶奥氏体和共晶奥氏体都转变为珠光体，在室温下的组织是P、Fe3C和Ld。4、过共晶白口铸铁的结晶过程： 当合金冷到1点，开始从液相中结晶出初晶渗碳体，也叫一次渗碳体（Fe3C），Fe3C呈粗大片状，在合金继续冷却的过程中不再发生变化。当温度继续下降到2点（1148）剩余液相碳含量达到4.

51、3%，发生共晶转变，形成高温莱氏体。过共晶白口铁的室温组织为Fe3C与Ld。基本概念铁碳合金相图的、共析钢、亚共析钢、过共析钢教学难点教学重点铁碳合金相图的分析、典型铸铁的结晶过程教学目的教学要求通过本节的学习，理解铁碳合金相图的成分授课方式1.课堂讲授( )，2.演示教学（ ），3.实践教学（ ），4.参观教学（）作业本讲小结 课后分析第十五讲：白口铸铁的结晶过程、铁碳相图的应用授课课程金属材料与热处理任课教师刘波计划课时2学时序号第   15  讲章、节名称§5.2白口铸铁的结晶过程、铁碳相图的应用教学内容及进程1、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共

52、晶白口铸铁的结晶分析碳含量大于2.11的三种白口铸铁均发生共晶转变。共晶产物莱氏体冷却至共析线后转变为低温莱氏体，反应式为：Ld(AE+Fe3C共晶) Ld(P+Fe3C+Fe3C共晶)其实质是共晶A析出Fe3C，并在727时转变为P。组织中的F、Fe3C、P和Ld一旦形成，在随后的冷却过程中不再发生相变。共晶白口铸铁结晶过程：合金在1点（1148）发生共晶转变，形成由共晶Fe3C和共晶A组成的机械混合物高温莱氏体Ld。继续冷却时共晶A中析出Fe3C，Fe3C与共晶Fe3C混在一起，无法分辨。温度降到2点（727）时，共晶A的碳含量降到0.77%，发生共析转变，形成P。因此，室温时共晶白口铸铁

53、是由共晶Fe3C、P和Fe3C组成，这种组织称为低温莱氏体Ld。2、亚共晶白口铸铁结晶过程： 合金冷却到1点，结晶出初晶奥氏体，冷却到2点（1148）时，奥氏体碳含量为2.11%，液相的碳含量为4.3%，液相发生共晶转变，形成Ld，合金组织为初晶奥氏体和Ld。在23点之间，初晶奥氏体和共晶奥氏体都要析出Fe3C，至（727）时，发生共析转变，初晶奥氏体和共晶奥氏体都转变为珠光体，在室温下的组织是P、Fe3C和Ld。3、过共晶白口铸铁的结晶过程： 当合金冷到1点，开始从液相中结晶出初晶渗碳体，也叫一次渗碳体（Fe3C），Fe3C呈粗大片状，在合金继续冷却的过程中不再发生变化。当温度继续下降到2点（1148）剩余液相碳含量达到4.3%，发生共晶转变，形成高温莱氏体。过共晶白口铁的室温组织为Fe3C与Ld。基本概念白口铸铁的结晶教学难点教学重点1、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶分析2、亚共晶白口铸铁结晶过程：3、过共晶白口铸铁的结晶过程：教学目的教学要求通过本节的学习，理解共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过