《数控加工机械基础》教案,高等教育出版社

PAGEPAGE68《数控加工机械基础》教案（高等教育出版社，，主编：浙江省教育厅职成教教研室组编）项目一，常用金属材料。第1教案课题：材料的发展（1课时）教学要求：了解学习本课程的目的了解本课程的基本内容及其发展史了解金属材料在各行业中的应用重点：课程是研究金属材料的成份、组织、热处理与金属材料的性能间的关系和变化规律的学科。教学过程：为什么要学习机械工程材料？工程材料是现代技术中四大支柱之一。目前，机械工业生产中应用最广的金属材料，在各种机器设备所用材料中，约占90%以上。金属材料来源丰富，具有优良的使用性能与工艺性能。高分子材料和陶瓷材料具有一些特性，如耐蚀、电绝缘性、隔音，减振，耐高温(陶瓷材料)、质轻，原料来源丰富、价廉以及成型加工容易等优点，工程材料：1金属材料2非金属材料：【高分子材【陶瓷材料【复合材料未来发展方向：主要是非金属材料方向（本章重点内容），金属材料的节能【板书】一.材料是人类文明和技术进步的重要标志。(教师讲解“写给同学们的话”第一、二段)石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代1、司母戊大鼎发掘历史；2、新型材料。二．课程作用1．机械制造和日常生活的基础知识；2．学习其他后续工艺学的基础。三．课程特点与学习要求【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停……【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属）？【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。常温下为固体（除汞外）。【设问】金属与非金属比较有哪些特性？学生自由回答【板书】2．金属特性：具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色）有良好的导电性和导热性；（铜、铝是优良的导电体）有一定的强度和塑性。【交流】形状记忆合金的发现20世纪60年代初，美国海军研究所的的一个研究小组把一些乱如麻丝的镍-钛合金拉直，以便使用。他们无意中发现，当温度升高到一定值时的时候，这些已被拉直的镍-钛合金突然“记忆”起自己的模样，又恢复到弯弯曲曲的“本来面目”。经过材料专家的反复实验，证实了镍-钛合金丝“变形——恢复”的现象能重复进行。其实，类似的现象早在20世纪50年代初就不止一次被观察到，只不过当时没有引起人们的足够重视。这一发现引起了科学家们的极大兴趣，经研究发现，铜基合金，铁基合金等都有这种奇妙的记忆本领。【小结】金属：铁、铜、铝、金、银等。合金：碳钢、铸铁、黄铜、青铜等。金属具有金属光泽；有良好的导电性和导热性；有一定的强度和塑性【作业】复习绪论，预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第2、3教案课题一【碳钢】任务一：认识碳钢（2课时）教学要求：1.明确金属，掌握合金、金属材料及其分类，熟悉常见的金属材料；2.明确金属特性。3、掌握碳钢的概念，熟练掌握碳钢的四种分类。重点：金属材料金属特性碳钢的四种分类。教学过程：【交流与讨论】金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属。请说出下表日常生活中使用的金属。金属不同的用途金属名称制易拉罐的金属制作导线的紫红色金属灯泡中的灯丝体温计中填充的金属家用热水瓶内壁上的金属【讲解】在通常情况下，金属单质往往无法满足使用要求。如纯铜、纯铝及纯铁质软，强度、硬度很小，无法用来制造承受大载荷的机械零件和工具。如果我们将一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质就得到合金。【板书】金属材料：钢铁材料—--非合金钢低合金钢合金钢铸铁铜及铜合金铝及铝合金轴承合金钛及钛合金其他非铁合金逐一分析上述钢种合金：一种金属跟其他金属(或非金属)熔合制成具有金属特性的物质。【交流与讨论】1．组成合金的元素一定是金属元素吗？从概念上来理解合金至少有几种元素组成？其中有一种肯定是什么元素？2．合金的用途远远比纯金属广泛得多，请问这是为什么？金属材料：将纯金属和合金材料统称为金属材料。1．黑色金属：以铁或以它们为主形成的物质。如碳钢、合金钢和铸铁等。2．有色金属：除黑色金属以外的金属和合金。如铜及铜合金、铝及铝合金和轴承合金等。【板书】碳钢：含碳量小于2．11%并含有少量其他元素的铁碳合金称为碳钢（非合金钢）一、按钢的含碳量分类低碳钢含碳量≤0.25%。中碳钢含碳量0.25%-0.60%。高碳钢含碳量≥0.60%。【板书】二、按钢的质量分类（依据S、P含量分）普通钢S≤0.050%P≤0.045%；如Ｑ235-A.F优质钢S≤0.035%P≤0.035%；如45T10高级优质钢S≤0.030%P≤0.030%如T10A【问题】“高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。”这句子话对吗？为什么？【板书】三、按钢的用途分类结构钢C＜0.70％制造机械零件和工程结构件。（工程结构：指建筑、桥梁、船舶、锅炉等）工具钢C＞0.70％制造刀具、模具、量具等。（刀具应为金属切削刀具。刀具大多为机用的，但也有手工的。）【问题】炼钢过程是先氧化后脱氧？请问为什么要进行脱氧？分析钢液中氧主要是为了除去钢液中的杂质，硅、锰、磷，碳等杂质而加入的，同时冲入氧气也是为了获得较高的反应效率，因此在冶炼临结束时，钢液是处于“过渡氧化”的状态。

氧对钢性能的影响：氧是在钢的凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一，在钢液的凝固和随后的冷却过程中，氧的溶解度急剧下降，钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、硫氧化物等微细夹杂物的形式在与γ或α晶界处富集，这些微细夹杂物会造成晶界脆化，使钢的加工和使用过程中容易成为晶界开裂的起点，最终导致钢材发生脆性破坏。

钢中氧含量的增加会降低钢材的延性、冲击韧性、抗疲劳破坏性能，提高钢的韧-脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能。此外，含氧高的钢材还容易发生时效老化，在高温加工时由于晶界处的杂质偏析形成了低熔点网膜，导致钢产生热脆。【板书】四、按钢的脱氧程度分类镇静钢（Z）脱氧完全如10Z或10（Z也可不写）沸腾钢（F）脱氧不完全如10F半镇静钢（b）脱氧介于两者之间如10b【交流与讨论】1．应用所学1．应用所学Fe—Fe3C低碳钢：强度、硬度_______，塑性、韧性________；中碳钢：强度、硬度_______，塑性、韧性________；高碳钢：强度、硬度_______，塑性、韧性________。2．含碳量为1.3%、0.45%、0.60%、0.15%、0.30%0.80%、0.08%的钢材，属于低碳钢的是_____________，中碳钢的是___________，高碳钢的是_____________。【小结】：一、碳钢二、碳钢四种分类：学习重点碳钢的四种分类【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第4教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能一（应力与载荷）（1课时）教学要求：1.明确力学性能，理解静载荷、冲击载荷、交变载荷；2.明确弹性变形、塑性变形，理解应力含义。教学重点：三种载荷、应力。教学难点：应力含义。教学器材：镀锌钢丝、薄钢板、橡皮筋、弹簧教学过程：【交流与讨论】用来制造硬币的金属材料应具有哪些特点？（资源丰富，无毒轻便，耐磨耐腐蚀，美观易加工。）【导入新课】制造硬币的金属材料要求耐磨，也就是它必须具有定的硬度和强度。硬度和强度属于金属材料的力学性能，本节课我们来学习讨论力学性能。【板书】力学性能：金属材料在外力作用时表现来的性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。【讲解】在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时，大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。力学性能不仅是本章学习的重点，同时也是整个教材的学习重点，希望同学们要努力学习掌握好这些内容。本节课学习准备知识。（一）、载荷（金属材料在加工和使用过程中所受的外力）静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷。如地面所受讲台的压力，千斤顶工作所受的载荷。冲击载荷：指突然增加的载荷。如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的载荷。交变载荷：指周期性或非周期性的动载荷。如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。【交流与讨论】请根据下列的请根据下列的文字描述，判断物体所受的载荷类型。电视机放在桌面上，桌面所受的载荷是_____________。在金属拉伸试验中。金属试样所受的载荷是_________。电动机工作时，电动机主轴所受的载荷是___________。人坐在沙发上，沙发里弹簧所受的载荷是___________。子弹击中金属防弹衣，防弹衣所受的载荷是_________。【板书】（二）、变形（金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸的变化。）【演示】教师用橡皮筋、弹簧演示弹性变形，用镀锌钢丝、薄钢板演示塑性变形。【板书】弹性变形：载荷去除后，可完全恢复的变形。塑性变形：载荷去除后，不可恢复的永久变形。【讲解】金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于成型产品的加工，70%的金属材料是通过塑性变形加工成型的。【交流与讨论】1、弹性变形与塑性变形的根本区别是什么？(有无永久变形。)2、生活、生产哪些地方发生弹性变形或塑性变形？你知道哪些产品产通过塑性变形加工成形的？（①沙发、席梦思中弹簧变形；汽车、拖拉机车厢下板弹簧的变形；闹钟发条的变形。②课桌椅上钢板折边、钢管弯折；自行车铃、弹壳的冲压加工；轿车车身冲压加工。）3、加工制造好的机械零件，在使用时一旦发生塑性变形有什么危害？（零件变形、失效，甚至发生断裂。）【板书】（三）应力1、内力金属受外力作用后，在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。F内力=F外力【板书】2、应力：单位面积上的内力。σ=EQ\F(F,S)式中F──外力（N）；S──横截面积（mm2）；σ──应力，常用单位为MPa（N/mm2），1MPa=106Pa。【板书】结论：当横截面积一定时，应力越大，表示材料承受载荷的能力越大。例碳钢最大应力Ｑ235钢（生活中最常用的钢）460MPa45钢（制电机主轴的钢）600MPa65Mn钢（制沙发弹簧的钢）735MPa【小结】（略）【交流与讨论】aa和b都是45钢，a的直径为20mm，b的直径为10它们都受到10000N的载荷作用。请问：1．a所受的内力是______N，b所受的内力是______N；2．a的横截面积为______mm2，b的横截面积为______mm2；3．a单位横截面积上所受的应力是______N/mm2，b的位横截面积上所受的应力是______N/mm2。【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第5教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能二（屈服）（1课时）教学要求：1.明确低碳钢拉伸曲线的四个典型阶段；2.理解掌握屈服现象、变形强化。教学重点：屈服现象，变形强化。教学难点：屈服现象，变形强化。教学器材：45钢拉伸试样、45钢拉断后的试样。教学过程：【复习】1.什么是弹性变形？什么是塑性变形？它们的根本区别是什么？2.什么叫应力？应力是如何计算的？常用的单位是什么？45钢的最大应力600MPa它的含义是什么？【导入新课】45钢的最大应力600MPa是用什么方法测定出来的？通常是将试样放在拉伸机上进行拉伸试验测出来的。【板书】拉伸试样和拉伸曲线1．拉伸试样圆形长试样L0=10×d0圆形短试样工L0=5×d0【讲解】d0为试样的原始直径（mm），L0为试样的原始长度（mm）【板书】2．拉伸曲线【讲解】拉伸曲线是指以载荷F为纵坐标，试样伸长量△L为横坐标绘制的曲线，如下图为低碳钢的拉伸曲线。【板书】（1）低碳钢的拉伸曲线oe─弹性形变形阶段试样的伸长量△L和载荷F成正比，试样只发生弹性形变。es─屈服阶段试样发生屈服现象，开始产生明显的塑性变形。屈服现象：载荷保持不变或略有减小而试样的变形继续增加的现象。与低碳钢的力—伸长曲线与低碳钢的力—伸长曲线相比较，你认为铸铁的拉伸曲线有哪三无？无_______________________________；无_______________________________；无_______________________________。试样发生变形强化，产生大量的塑性变形。变形强化：随着塑性变形的增加，金属材料强度、硬度增大，塑性、韧性下降的现象。bZ─缩颈阶段试样出现缩颈，塑性变形所需的载荷逐渐减小。【板书】（2）铸铁的拉伸曲线【讲解】屈服现象并不是所有金属材料都有的，它只存在于低碳钢等塑性材料中，但铸铁等脆性材料既不产生屈服现象，也不会缩颈，因为它们在尚未产生塑性变形时就断了。铸铁的拉伸曲线如下。【观察与思考】1．低碳钢拉伸试验时，发生屈服现象和加工硬化的载荷有什么不同？1．低碳钢拉伸试验时，发生屈服现象和加工硬化的载荷有什么不同？2．低碳钢制造的机械零件在实际使用中发生屈服现象有什么危害？1．弹性变形阶段2．屈服阶段3．强化阶段4．缩颈阶段学习重点：屈服现象，变形强化【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第6教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能三（强度与塑性）（1课时）教学要求：理解并掌握强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。教学重点：强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。教学难点：强度、塑性衡量指标的符号、意义。教学器材：直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝。教学过程：【复习】1.低碳钢的拉伸曲线有哪四个典型阶段？什么是屈服现象？发生屈服现象时的载荷与发生变形强化的载荷有什么区别？2.什么叫应力？应力是如何计算的？Ｑ235钢的最大应力460MPa它的含义是什么？【导入新课】有了前面四部分知识作准备，我们就可以开始学习讨论力学性能的知识了。【板书】一.强度：金属材料抵抗变形或断裂的能力。【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形，观察谁的抵抗能力大。【讲解】抵抗能力越大，则强度越高。衡量强度大小的指标主要有屈服点和抗拉强度。【板书】屈服点（σS）：材料产生屈服现象时的最小应力。计算公式如下：σs=EQ\F(Fs,So)Fs──试样产生屈服现象时的载荷（N）；SO──试样原始横截面积（mm2）；σs──屈服点（MPa）。1．依据1．依据表4-2，查出下表的σs。碳钢10钢（低碳钢）45钢（中碳钢）65钢（高碳钢）σs【板书】抗拉强度（σb）：材料拉断前所承受的最大的应力。计算公式如下：σb=EQ\F(Fb,So)Fb──试样承的最大载荷（N）；S0──试样原始横截面积（mm2）；1．依据表4-2，1．依据表4-2，查出下表的σs、σb。碳钢10钢（低碳钢）45钢（中碳钢）65钢（高碳钢）σsσb2．45钢制造的机械零件，当工作应力σ工作＞355MPa，甚至σ工作＞600MPa将发生什么时候危害？【交流与讨论】【讲解】金属材料的屈服点和抗拉强度数值越大，材料的强度越大。机械零件工作时所受的应力当超过材料的屈服点时，零件则发生塑性变形，导致零件精度下降；零件工作时当所受的应力超过材料的抗拉强度时，零件则产生过量的塑性变形而造成失效甚至断裂。因此，金属材料的屈服点和抗拉强度是机械设计和选材的主要依据，也是评定金属材料优劣的重要指标。【板书】二、塑性：金属材料产生永久变形而不破坏的能力称为塑性。【讲解】衡量塑性好与差的指标主要是伸长率和断面收缩率，它们也是通过金属试样拉伸试验测得的。【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形，观察谁的塑性好。【板书】伸长率（ψ）试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率。δ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%式中L1──试样拉断后的标距（mm）；L0──试样的原始标距（mm）；δ──伸长率。【讲解】同一材料的试样长短不同，测得的伸长率是不同的。长、短试验样的伸长率分别用符号δ10和δ5表示。习惯上δ10也常写成δ。【板书】断面收缩率（ψ）：试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%式中SO──试样原始横截面积（mm2）；S1──试样拉断处的最小横截面积（mm2）；ψ──断面收缩率。【讲解】金属材料的δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。【板书】塑性好的金属的实用意义：塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过塑性变形加工，制成形状复杂的零件；塑性好的金属在受力过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，使用比较安全。超塑性金属材料超塑性金属材料是指超塑性金属材料超塑性金属材料是指伸长率大于300%的金属材料。它是1920年德国材料专家罗森汉在研究锌－铝－铜合金时发现的。超塑性是在特定条件下的一种奇特现象，超塑性金属材料能像软糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。最常用的铝、镍、铜、铁、钛合金，它们的伸长率在200~6000%之间。如碳钢和不锈钢在150~800%之间，铝锌合金为1000%纯铝高达6000%。超塑性材料加工具有很大的实用价值。难变形的合金因超塑性变成了软糖状，从而可以像玻璃和塑料一样，用吹塑和可挤压加工方法制造零件，从而大大节省能源和设备。超塑性材料制造零件的另一优点是可以一次成形，省掉了机械加工、铆焊等工序，达到节约原材料和降低成本的目的。据专家展望，未来超塑性材料将在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用。【板书】【例】有一直径为do=10mm，Lo=100mmr的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fs=21000N，Fb=29000N，d1=5.65mm，,L1=138mmr。求此试样的σs、σb、δ、ψ。解（1）计算S0、S1S0=EQ\F(∏do2,4)=EQ\F(3.14×102,4)=78.5（mm2）S1=EQ\F(∏d12,4)=EQ\F(3.14×5.652,4)=25（mm2）(2)计算σs、σbσs=EQ\F(Fs,So)=EQ\F(21000,78.5)=267.5（MPa）σb=EQ\F(Fb,So)=EQ\F(29000,78.5)=369.4（MPa）(3)计算δ、ψδ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%=EQ\F(138—100,100)×100%=38%ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%=EQ\F(78.5—25,78.5)×100%=68%答此低碳钢的σs为267.5MPa，σb为369.4MPa，δ为38%，ψ为68%。1．依据课本1．依据课本表4-2和纯铝、纯铜内容，完成下列材料的δ、ψ填充。碳钢10钢（低碳钢）45钢（中碳钢）60钢（高碳钢）铸铁纯铝纯铜δ

≈0ψ

≈02．根据上表不同材料的δ、ψ值，可知：塑性好的是___________________________________________；塑性一般的是_________________________________________；塑性差的是___________________________________________。3．请你用收集到的纯铜、纯铝、镀锌钢丝和弹簧钢丝，做一根相同直径的弹簧，在实验中观察比较它们强度和塑性。【小结】本节课学习内容力学性能一、强度屈服点σs=EQ\F(Fs,So)抗拉强度σb=EQ\F(Fb,So)二、塑性伸长率δ=EQ\F(L1—L0,L0)×100%断面收缩率ψ=EQ\F(SO—S1,SO)×100%学习重点：强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第7教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能四（硬度）（1课时）教学要求：1．理解硬度概念，明确三种硬度测定方法；2．掌握三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。教学重点：三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。教学难点：三种硬度的测定方法的符号、原理和应用。教学器材：布氏硬度压头、压痕，洛氏硬度、维氏硬度压头。教学过程：【复习】力学性能屈服点抗拉强度伸长率断面收缩率符号2．上题中哪些是强度指标？哪些是塑性指标？【新课导入】金属材料的软硬是我们经常关注的问题，请问常见的金属材料中哪些是比较软的？哪些是比较硬的？在工业生产中，我们仅仅知道金属材料软和硬是远远不够的，还必须精确知道其硬度值的大小。本节课我们来深入学习第三个力学性能硬度的有关知识。【板书】三、硬度：金属材料抵抗其它更硬物体压入表面的能力。【讲解】硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标。各种不同的机械零件对硬度都有不同的要求，尤其是机械制造业所用的刀具、量具、模具等，都应具备足够的硬度，才能保证使用性能和寿命，因此硬度是金属材料重要的力学性能之一。硬度试验设备简单，操作方便，能在零件上进行试验而不破坏。硬度值还可以间接地反映金属材料的强度和金属的化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异，因而硬度试验在机械工程中得到普遍应用。硬度试验方法很多，生产中常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。【板书】硬度测定方法压头类型原理硬度值应用HBS：淬硬钢球以球面压痕单位表面积HBS＜450测定较软的原材料、布氏硬度HBW：硬质合金球上的压力来计量硬度值。HBW＜650半成品的硬度。直径1、2、2.5、5、10HB=EQ\F(F,S压)（完成交流与讨论1、2）HRA1200金刚石圆锥体以压痕深度(h)来HRA20~80适用于测定硬度极高的材料和成品。如硬质合金。洛氏硬度HRB1.588mm的钢球计量硬度值。HRB20~100适用于测定硬度较低的材料和成品。如黄铜轴套。HRC1200金刚石圆锥体HRC20~70适用于测定硬度较高的材料和成品。如淬火钢。相对面夹角为1360以压痕单位表面积HV10~1000适用测定极软到极硬的各种维氏硬度的正四棱锥体金刚石上的压力计量硬度值。材料，主要用于测试很薄工件及渗碳层等的硬度。【板书】一、各种硬度值越大，材料的硬度越大；二、不同硬度值的近似换算：（讲解：HBS、HRC、HV因测定方法不同，其硬度值也不同。哪么如何比较不同硬度值的大小呢？除通过直接查阅硬度值换算表外，可用以下经验公式进行近似换算）HRC≈EQ\F(1,10)HBSHBS≈HV如400HBS≈40HRC三、制图时硬度值标注应注意1.硬度值范围HBS＜450HRC20~70如锉刀硬度60~62HRC（对）600~620HBS（错）2.不能用等号，不能有单位。如HBS=300kgf/mm2(错)1．1．某私营企业自制了一批水泥砖，需要检验这批水泥砖的硬度是否达到样品的硬度。这时有人说只要有一个小铁球就可以做这个试验。你认为可行吗？应怎样试验，能够测出水泥砖的硬度是否达标？（1．让小铁球从相同高度自由下落，检查铁球落在每块水泥砖上的深度，深度浅的硬度大。2．让水泥砖成45度角安放，小铁球从相同高度下落，看铁球滚动多远。硬度大，小铁球滚得远些。）【小结】学习内容硬度测定方法：布氏硬度洛氏硬度维氏硬度【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第8教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能五（韧性与疲劳强度）（1课时）教学要求：1．理解韧性的意义，明确韧性测定方法，掌握韧性的衡量指标（Ak）；2．了解金属的疲劳断裂，理解疲劳强度。教学重点：韧性、疲劳强度、疲劳断裂。教学难点：理解韧性测定方法、疲劳强度含义。教学过程：【复习】冲击载荷、交变载荷是什么样的载荷？请举例说明。【新课导入】中文里“韧”是什么意思?它是指柔软而结实,不易折断。在生产和生活中，许多机械零件往往要受到冲击载荷的作用，如冲床的冲头、凿岩石机风镐上的活塞、快速行驶的汽车相撞、高速飞行的子弹击中防弹衣的材料等。在金属材料受到冲击载荷作用时，也必须具有这种韧性。【板书】四、韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。1．韧性测定（1）冲击试样图1-19所示V型缺口试样10×10×55U型缺口试样10×10×55（2）冲击试验大能量一次冲击（图1-20所示）2．韧性指标冲击功Ak=G（H1—H2）G──摆锤重量（N）；H1──冲击前摆锤举起的高度（m）；H2──冲断试样后，摆锤回升的高度（m）；Ak──冲击功（J）。【练习】依据表4-2，请查出下列材料的韧性（Ak）碳钢253525韧性（Ak）【板书】韧性材料Ak≥8J如碳钢；脆性材料Ak＜8J如铸铁。小结：（1）Ak值的越大，表示材料的韧性越好；【交流与讨论】是否所有受到冲击载荷作用的零件都要选用韧性大的材料制造？【板书】（2）受到大能量，一次冲击载荷作用的零件，应选用韧性大的材料制造。如汽车保险杆、防弹材料；受到小能量，多次冲击载荷作用的零件，应选用强度大塑性好的材料制造。如模锻锤锤杆。五、疲劳强度空难事件：2002年5月25日下午3：08，台湾华航公司一架波音747飞机从台北桃园机场飞往香港，3：37当飞机飞行到离大陆很近的空难事件：2002年5月25日下午3：08，台湾华航公司一架波音747飞机从台北桃园机场飞往香港，3：37当飞机飞行到离大陆很近的澎湖海域上空，飞机发生解体性爆炸，机上225名乘客和机组人员全部遇难。空难发生后，一时间境外媒体纷纷猜测空难原因。有的认为飞机遇上了恶劣天气，也有认为是恐怖分子所为，更有甚者说是飞机被大陆导弹击中。调查结论：＂5．25＂空难发生后，华航公司邀请美国专家协查空难原因。美国专家从海水中打捞的飞机残胲进行分析研究，得出的结论是：飞机发动机材料疲劳断裂导致空难发生。【新闻联接】【板书】1.疲劳断裂【讲解】在交变应力作用下，零件的工作应力低于材料的屈服点，但仍会发生突然断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳断裂是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中约有80%以上疲劳断裂。而且疲劳断裂前没有明显的塑性变形而突然发生。所以，疲劳断裂经常造成重大的事故。【板书】特征:（1）疲劳断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然发生；（2）引起疲劳断裂的应力很低，常低于材料的屈服点；（3）疲劳断裂的断口由两部分组成，即疲劳裂纹的产生及扩展区（光滑部分）和最后断裂区（毛糙部分）。(观察图1-21断口示意图)原因(阅读教材内容)【设问】材料在交变载荷作用下，会产生疲劳断裂，那么金属材料在多少大的交变应力作用下工作是安全的呢？【板书】2.疲劳强度:金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏活的最大应力称为疲劳强度。用σ-1表示，单位是MPa。【讲解】电风扇的轴（45钢）受交变载荷作用,假如它的设计寿命为10年（工作107次），当它以100MPa、200MPa、300MPa、400MPa都能达到工作107次。则电风扇轴的疲劳强度为400MPa。【板书】国家规定：钢铁材料经受107次交变载荷作用时，不产生断裂的最大应力作为疲劳强度；有色金属经受108次交变载荷作用时，不产生断裂的最大应力作为疲劳强度。【交流与讨论】通过学习，你认为如才能避免材料疲劳断裂？（1.提高零件的疲劳强度。a设计合理的结构;b提高零件材料的质量，避免损伤。2.严格执行机械使用时间。如飞机飞行达到10000小时、轿车使用达到8年强行退役。）【小结】学习内容四、韧性AkAk值的越大，表示材料的韧性越好；五、疲劳强度σ-1学习重点：韧性、疲劳强度、疲劳断裂【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第9教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能六（物理性能）（1课时）教学要求：对常见金属材料的物理性能有较深的认识，能运用物理性能分析解决问题。教学重点：运用物理性能分析解决问题。教学难点：运用物理性能分析解决问题。教学过程：【交流与讨论】说出铝、铜、银和金的颜色【导入新课】金属颜色为金属材料的物理性能，本节课我们将深入讨论金属材料的物理性能。【板书】物理性能：金属固有的属性。一、密度（是指单位体积金属的质量。其单位为Kg/m3。）【交流与讨论】请你说出金、银、铜、铁、铝、钛等常用金属密度大小（师生共同完成下表内容）。【板书】金属铝钛铁铜银金密度（Kg/m3）2．7×1034．5×1037．87×1038．96×10310．49×10319．3×103（铝的密度仅为钢的1/3，钛的密度不到钢铁的2/3。）【讲解】大多数金属的密度都比较大，最大的金属锇(e)22．48×103Kg/m3，但有些金属密度比较小，钠、钾能浮在水面上，密度最小的是金属锂0．534×103【例1】有一块质量为5×10-2Kg形似黄金的金属，投入盛有125×10-6m3水的量筒中，水面升高到128×10-6m3的地方，请问这块金属是纯金吗？解：已知：金属的质量m=5×10-2Kg金属的体积V=128×10-6m3—125×10-6m3=3×10-6m3密度ρ=EQ\F(m,V)=EQ\F(5×10-2,3×10-6)=16.7×103(Kg/m3)求得此金属密度与金的密度19．3×103Kg/m3不符，故知，这块金属不是纯金。【交流与讨论】一架波音767飞机，约70%的零件是用铝和铝合金制造的。请问飞机的上零件为什么要大量选用铝和铝合金制造？（减轻自重，提高效能。）【板书】二、熔点（金属材料从固态向液态转变的温度。）易熔金属（＜700℃）难熔金属（＞700℃）锡铅锌钨钼钒231．2℃327．4℃419．4℃3180℃制造保险丝和防火安全阀等零件。制造耐高温的零件，广泛用于喷气发动机、火箭、导弹等。【板书】三、导热性（金属材料传导热量的性能。）金属的导热性：银＞铜＞铝【讲解】导热性好的金属散热必然好，因此在制造散热器、热交换器和活塞等零件时，要选用导热性好的金属材料制造。导热性是金属材料的重要性能之一，在制订锻造、铸造焊接和热处理工艺时必须考虑金属材料的导热性，防止在加热或冷却过程中形成过大的内应力，以免金属材料变形或开裂。【交流与讨论】导热性差的金属材料，加热和冷却时会产生内外温度差，导致内外不同的膨胀或收缩，易使金属材料变形或开裂。请你设计出导热性差的金属材料在加热时防止变形或开裂的方法。（采用分级加热。W18Cr4V的热处理工艺曲线）。【板书】四、导电性（金属材料传导电流的性能称为导电性。）导电性好的金属材料：银＞铜＞铝，做导电材料（电线、电缆等）；导电性差的金属材料：铁-铬、铜-镍，做电热元件（电炉丝、电熨斗等）。【拓展视野】超导材料（略）【问题】法国巴黎的埃菲尔铁塔是用7000吨钢铁材料建成的，塔身高300米，天线高24米。铁塔管理部门检测到，每到夏天埃菲尔铁塔会长高21厘米，请问铁塔为什么会长高？【板书】五、热膨胀性（金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性。）【交流与讨论】1．金属工件加工过程中测量尺寸时从热膨胀因素考虑应如何操作？（测量工件尺寸，应等待冷却后再进行。）2．精密测量工具（如游标卡尺）应选用热膨胀性大的还是热膨胀性小的金属材料来制造，为什么？（小，作为测量的标准，对大气温度的变化其热膨胀性应很小。）【板书】六、磁性（金属材料在磁场中受到磁化的性能。）【讲解】具有磁性的金属都能被磁铁所吸引。对某些金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在自然温度下是铁磁性材料，但当温度升高到770℃以上时就会失去磁性。【板书】铁磁性材料抗磁性材料铁、钴、镍等。铜、金、银、锌等。制造半导体收音机的天线磁棒、录音机制造避免磁场干扰的零件，如航海的磁头、电子计算机中的存储元件、校罗盘、航空仪表和炮兵瞄准环等。园一卡通的磁性卡等。【小结】学习内容：金属的物理性能学习重点：运用物理性能分析解决问题。【作业】做好练习册、预习下一章节内容项目一，常用金属材料。第10教案课题一【碳钢】任务二：了解碳钢的力学性能七（化学性能）（1课时）教学要求：1.理解耐腐蚀性、抗氧化性；2.知道常见金属的腐蚀性,了解金属的防腐方法。教学重点：耐腐蚀性、抗氧化性，发蓝处理。教学器材：镀锌、镀铬、发蓝处理的金属制品。教学过程：在碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、金、银和钛这些常见的金属材料中：耐腐蚀的金属是在碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、金、银和钛这些常见的金属材料中：耐腐蚀的金属是____________________________；易腐蚀的金属是____________________________。（教师注意引导观察教室内钢制课桌椅腐蚀情况或展示实物。）【导入新课】金属腐蚀的问题属于金属的化学性能，本节课我们学习讨论：【板书】第三节金属的化学性能一、耐腐蚀性：金属材料在常温抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力。指出：以钢铁为例：常温下钢铁能与氧气及其他化学物质反应（Fe+O2→Fe2O3）当有水存在时，将发生电化学腐蚀，腐蚀的速度将大大加快。【讲解】腐蚀不仅使金属材料本身受到损害，给生产生活带来很大不便，严重时还会使金属构件遭到破坏，引起重大的伤亡事故。据报道，全世界每年因金属材料腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。我国因金属材料腐蚀造成的损失占国民生产总值（GNP）的4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25%~30%。金属材料腐蚀还可能造成环境污染。例如，重金属制成的材料被腐蚀后重金属离子就会进入水体、土壤中，引起重金属污染。因此，采取各种措施防止金属材料的腐蚀十分必要。【交流与讨论】在日常生活中，你所知道的金属材料防腐方法有哪些？【板书】金属防腐方法（教师边讲边展示实物）覆盖法防腐（把金属同腐蚀介质隔开来，以达到防腐目的。）1．喷涂油漆（最常见的防腐方法,如给汽车喷漆；国家体育馆“鸟巢”的钢结构刷6层防腐漆，可确保25年不生锈。）2．喷塑（把塑料喷涂在零件上。目前广泛用于电器设备金属外壳的防腐。）3．镀层（在易腐蚀的金属表面电镀（或喷镀）上一层耐腐蚀的金属镀层。如镀锌、镀铬、镀铜、镀金、镀银等。）镀锌：自来水管、钢丝（俗称铁丝）、白铁皮都经过镀锌处理；镀铬：普通自行车把手、自行车钢圈上的通常镀铬防腐；4．涂油脂（当零件或工具表面需要保持光洁时，常采用上油或涂脂的方法防腐。如机床导轨、游标卡尺的防腐。）5．发蓝处理：将除锈后零件放入氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠溶液中，在140~150℃温度下，保温60~120分钟，使零件表面生成一层以Fe3O46．搪瓷（在金属表面涂覆一层或数层瓷釉，通过烧成，两者发生物理化学反应而牢固结合的一种复合材料。它既有金属的强度，又有涂层的耐腐蚀、耐磨、耐热、无毒及可装饰性。）提高金属本身的耐腐蚀性1．在冶炼金属材料的过程中，加入一些合金元素，以增强其耐蚀能力。如不锈钢就是很有代表性的一例。2．采用化学热处理（渗铬、渗铝、渗氮）使金属表面产生一层耐蚀性强的表面层。电化学防腐（经常采用的是牺牲阳极法，即用电极电位较低的金属与被除数保护的金属接触，使被保护的金属成为阴极而不被腐蚀。牺牲阳极法广泛用于防止海水及地下的金属设施的腐蚀。如在轮船的外表面焊上一些锌块。）干燥气体封存法（采用密封包装，在包装袋内放入干燥剂或充入干燥气体，湿度控制在≤35%/使金属防腐。主要用于包装整架飞机、整台发动机和枪械等。）【小结】金属防腐方法比较方法喷涂油漆喷塑镀锌发蓝处理镀铬热喷涂使用不锈钢防腐效果一般一般好好很好很好很好价格便宜便宜中等中等昂贵昂贵昂贵【讲解】有许多零件在高温下工作，制造这些零件的材料，就要求具有良好的抗氧化性。【板书】二、抗氧化性：金属材料在高温时抵抗氧化作用的能力。【讲