金属材料组织与性能电子教案 第8单元教案18 低合金钢和合金钢

教案18授课教师课题名称单元八低合金钢和合金钢8.1低合金钢和合金钢概述8.2合金元素在钢中的作用授课学科金属材料组织与性能授课班级授课地点课时2总学时48教学目标知识目标1.了解合金元素在钢中的作用。2.掌握低合金钢与合金钢的分类、化学成分特点、性能特点和应用范围。能力目标1.能根据牌号识别钢的种类，并说明其中主要金元素的作用。2.根据工件服役条件及性能要求，合理选择钢材和热处理工艺。3.建立典型工件-钢材-热处理方法之间的关系的认识。素质目标1.培养学生较好的分析和解决问题的方法和能力；2.培养学生严谨的工作态度和较强的质量和成本意识；3.熟悉中国材料工艺现状，提升民族自信；4.培养学生自强不息、勇于担当的责任感。教学重点低合金钢与合金钢的分类、化学成分特点、性能特点和应用范围。教学难点根据工件服役条件及性能要求，合理选择钢材和热处理工艺。教学方法讲授法、演示法、多媒体教学法、阅读指导法、讨论法教学手段多媒体教学课件教材及参考资料学情分析授课对象：智能轧钢技术专业一年级学生；前序课程：《工程力学》、《工程制图》等；已有技能：学生对材料发展历程以及材料力学的理论基础有了一定认识主要问题：对金属材料拉伸力学性能的测试方法缺乏认识与实践操作过程。教学过程教学内容师生活动思政元素设计案例课前回顾(5分钟）：导入新课（10分钟）讲授新知(70分钟)回顾上节课学习的关于对对杂质元素对非合金钢性能的影响、钢材产品及其命名方法的内容碳钢不能完全满足科学技术和工业的发展要求。为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的钢种，称为合金钢。合金钢有较好的性能，但也有不少缺点。最主要的是由于含有合金元素，其生产和加工工艺比碳钢差，也比较复杂，价格也较昂贵。因此，在应用碳钢能够满足要求时，一般不使用合金钢。为了提高钢的性能，在冶炼时特意加入一些合金元素（主要是过渡族元素）所得到的钢称为合金钢。一、概述钢中常用的合金元素Ni、Co、Si、Al、N、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Re。结合中国国情，树立具有中国特色的合金化思想。合金元素的存在形式合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中，二是形成某些碳钢中所没有的新相，在高合金钢中还可能形成金属间化合物。按合金元素含量多少，分为低合金钢（合金元素总量低于5%）中合金钢（合金元素总量为5%-10%）高合金按所含的主要合金元素，分为铬钢（Cr-Fe-C)铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C)锰钢（Mn-Fe-C)硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)钢（合金元素总量高于10%）二合金元素在钢中的作用合金钢的性能比碳钢优良，原因是加入合金元素后，钢的基本组元铁和碳与加入的合金元素会发生交互作用，钢的合金化目的就是希望利用合金元素与改善钢的组织和性能。几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中,形成合金铁素体或合金奥氏体；合金元素可溶于铁素体中，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变；另外合金元素易分布于位错线附近，对位错线的移动起牵制作用，降低位错的易动性，从而提高塑变抗力，产生固溶强化效果。在一般的合金化理论中，按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为碳化物形成元素与非碳化物形成元素两大类。非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti。凡是在化学元素周期表中排在铁（第26号）右侧的合金元素，它们与碳的结合力小于铁，都是非碳化物形成元素，它们是Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。由于不能形成碳化物，除了在极少数高合金钢中可形成金属间化合物外，这些元素几乎都溶解在铁素体、奥氏体或马氏体中。凡是在化学元素周期表中排在铁左侧的合金元素，它们与碳的结合力大于铁，都是碳化物形成元素，与碳结合形成合金渗碳体或碳化物。而且离铁越远，越易形成比Fe3C更稳定的碳化物。按它们与碳结合的能力，由由强到弱为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变Ｅ和共析点Ｓ的参数合金元素对热处理的影响对奥氏体形成速度的影响1.大多数合金元素会迟缓奥氏体化过程，而Co、Ni等部分非碳化物使奥氏体的形成速度加快。2、Al、Si、Mn等对奥氏体形成速度影响不大。对奥氏体晶粒大小的影响1.强碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等抑制奥氏体晶粒长大；其中以钛的作用最强。2.非碳化物形成元素Si、Co、Ni等阻止奥氏体晶粒长大的作用减弱。3.Mn、P具有促进奥氏体晶粒长大的倾向。合金元素对回火转变的影响1.提高钢的回火稳定性2.产生二次硬化师：提问生：思考并回答问题师：教师利用多媒体课件、视频演示的方式进行讲解。生：听老师讲授，认真记笔记知识小结（3分钟）低合金钢和合金钢的合金元素在钢中的作用师：进行总结，给出答案生：认真听，记强化本次教学内容的重点，点出应该掌握的概念布置