1、工程材料与热处理教案盐城纺织职业技术学院教 案授课内容Ch1 工程材料与机械制造过程授课形式讲授授课班级模具1011授课时间2011年09月05 日第1周7、8节上课地点公3201年 月 日第 周第 节教学目的1了解材料及其成形工艺的历史发展、工程材料的分类及趋势2了解机械制造工艺的分类及技术发展趋势、工程材料的生产过程教学目标能力目标知识目标素质目标1. 能正确了解材料及其成形工艺的历史发展过程、工程材料的分类2能正确了解机械制造工艺的分类及流程、工程材料的生产过程1掌握材料及其成形工艺的历史发展、工程材料的分类及趋势2掌握机械制造工艺的分类及技术发展趋势、工程材料的生产过程1培养学生严谨的
2、工作态度、理论联系实际品质2培养学生对机械成品制造流程的兴趣3培养学生对选材及加工流程的兴趣。任务案例现代机器；司母戊鼎；越王勾践青铜剑；宝钢高炉重点难点及解决方法重点：对“成形工艺概念的理解，机械制造系统”的理解难点：对“成形工艺概念的理解，机械制造系统”的理解解决方法：引导学生根据制造的要求，从形状、功能性入手，分析其成型的工艺流程及其机械制造系统的过程，工艺条件的要求；老师进行点评、归纳和总结。参考资料工程材料及机械制造基础 相瑜才 孙维连主编，北京，机械工业出版社金属工艺学王孝达 田柏龄主编，北京，高等教育出版社教具多媒体+教棒作业布置补充教学后记教学方案设计序号步骤教学内容教师活动学
3、生活动时间分配备注回顾与告知回顾：机械制图内容告知：本节课主要内容及需达到的教学目的（1）回顾提问、讨论绘图、图样的表达方法学生讨论发言5分钟知识要点归纳与总结1-1材料及其成形工艺的历史发展1-2工程材料的分类及发展趋势一、 材料的定义二、我国材料的发展进程三、材料科学技术-现代文明的支柱之一四、补充材料价格15分钟30分钟1.3机械制造工艺的分类及技术发展趋势补充 工程材料的生产过程概述一、钢铁材料的生产过程：工业纯铁，生铁，钢。二、有机高分子的生产过程1.材料、材料的发展史；材料科学技术；机械制造的工艺及其生产过程2.学习要求和方法学习方法(1) 善于比较各种零件的加工制造过程及工艺流程
4、（2）密切联系生产实际，认真参加实习和实训（3）注意与基础学科及相关学科知识间的联系。20分钟10分钟10分钟布置作业（空白处不够填写可增加页）主要授课内容或板书设计主要教学方法：讲授导入通过介绍材料在人类发展中的重要作用，并引出当前的材料及成形工艺的发展情况、材料的主要应用领域，激发学生的学习这门课程的兴趣。并介绍学习工程材料与材料成形工艺的目的，学习方法等。新授第一章 工程材料与机械制造过程 介绍课程：工程材料与材料成形工艺是机械制造、机械设计、机械电子等机械类和近机类各专业的技术基础课。其目的是使学生获得有关工程结构和机械零件常用的金属材料和非金属材料的基础理论知识，并使其初步具备根据零
5、件工作条件和失效方式合理选择与使用材料，正确制定零件的冷、热加工工艺路线的能力。1-1材料及其成形工艺的历史发展1-2工程材料的分类及发展趋势一、 材料的定义材料是人类用来制作各种产品的物质，是先于人类存在的，为人类生活和生产的物质基础。二、 我国材料的发展进程：石器-陶器-青铜器-铁器-钢-非金属-合成材料-复合材料 （4000年历史）公元前6世纪三、 材料科学技术-现代文明的支柱之一支撑人类文明大厦的四大支柱技术1、 材料科学与技术2、 生物科学与技术（细菌、细胞）3、 能源科学与技术（石油、煤矿）4、 信息科学与技术材料贯穿机械工程的始终。四、 解决能源危机的办法1、 向地壳的深部要资源
6、2、 向海洋要资源3、 节约金属材料寻找它的代用品五、 工程材料的分类按来源分1、天然材料 2、人工材料 橡胶按用途分1、功能材料（以机械力学性能作为性能指标的材料） 2、结构材料（在声、光、电、磁、热及化学性能上有特殊效 应的材料）按化学性质分1、金属材料 2、陶瓷材料（无机材料） 3、高分子材料 （有机材料）1.3机械制造工艺的分类及技术发展趋势机械制造的工艺：将各种原材料，半成品加工成为产品的方法和过程。机械生产过程：（1）直接改变工件的形状，尺寸，性能及决定零件相互位置关系的加工过程。（毛坯制造，机械加工，热处理，表面保护等）（2）按功能分搬运，贮存，检验，包装等辅助生产过程，它们创造
7、附加价值。机械制造工艺分类代码 名称 0 铸造 1 压力加工 2 焊接 3 切削加工 4 特种加工 5 热处理 6 覆盖层 7 装配与包装 8 其他补充 工程材料的生产过程概述一、钢铁材料的生产过程：工业纯铁，生铁，钢。现代钢铁企业的生产流程：高炉炼铁 铁水预处理 氧气转炉炼钢 炉外精炼钢 连铸 钢坯热装热送 连轧生铁的生产过程炼钢钢的浇铸钢的压力加工二、有机高分子的生产过程1基本原料生产（基础，基本有机原料生产）2有机高分子材料的生产过程塑料，合成纤维，合成橡胶三大有机高分子材料都是基本有机原料进一步合成加工制造出来的。小结并布置作业材料科学的重要地位与作用是什么？工程材料的分类如何？本课程
8、的任务与内容是什么？盐城纺织职业技术学院教 案授课内容Ch2工程材料的性能2-1材料的力学性能2-2材料的物理性能2-3材料的化学性能2-4材料的工艺性能授课形式讲授授课班级模具1011授课时间2011年09月07 日第1周上课地点公2203年 月 日第 周第 节教学目的1.掌握金属材料的力学性能2.掌握材料的物理性能、化学性能、工艺性能、经济性教学目标能力目标知识目标素质目标1. 能应用金属材料的应力应变图，力学性能要点解释常见日常金属发生的现象（现象略）2. 能正确应用金属材料的物理性能、化学性能、工艺性能分析问题1. 能正确掌握金属材料的力学性能要点2. 能正确掌握材料的物理性能、化学性
9、能、工艺性能、经济性1培养学生严谨的工作态度、理论联系实际品质2培养学生对力学性能指标的认知能力3培养学生对机械性能的认知能力任务案例泰坦尼克号失事；飞机爆炸；齿轮失效；易拉罐变形现象等重点难点及解决方法重点：力学性能指标及其表示，公式，低碳钢的拉伸实验的曲线分析掌握材料的化学性能、材料的工艺性能、材料的经济性难点：力学性能指标及其表示，公式，低碳钢的拉伸实验的曲线分析解决方法：引导学生根据零件失效的要求，从失效入手，分析其原因并引出讲解的内容；老师进行点评、归纳和总结。参考资料工程材料及机械制造基础 相瑜才 孙维连主编，北京，机械工业出版社金属工艺学王孝达 田柏龄主编，北京，高等教育出版社教
10、具多媒体作业布置P18 2-1-2-3+补充教学后记教学方案设计序号步骤教学内容教师活动学生活动时间分配备注回顾与告知回顾：绪论告知：材料的日常应用，并引出材料的性能指标的重要作用；本节课主要内容及需达到的教学目的（1）回顾提问、讨论金属材料的失效原因学生讨论发言5分钟知识要点2-1材料的力学性能一、基本概念及机械性能1.两种基本变形1）弹性变形；2）塑性变形:2.变形的三个阶段及四个强度指标弹性变形 塑性变形 断裂p；e；S；b;3.常见的集中失效形式4.硬度 5.冲击韧度;6.疲劳极限二、力学性能与失效形式的关系2-2金属材料的物理性能10分钟30分钟10分钟15分钟15分钟归纳与总结1.
11、金属材料的三个（四个）变形阶段和四个强度指标；其他的力学性能指标2.金属材料的工艺性能、物理及其化学性能2.学习要求和方法 (1) 善于通过对金属材料的失效分析其机械性能（2）密切联系生产实际，认真参加实习和实训（3）注意与基础学科及相关学科知识间的联系。5分钟布置作业主要授课内容或板书设计主要教学方法：举例介绍、比较讲授，图示法一、导入简要复习上节课，通过介绍材料的日常应用，并引出材料的性能指标的重要作用，强调学习节内容的重要性。从几个概念慢慢引出本节内容，并举例介绍学习工程材料应用时选用的重要性等。二、新授第二章 工程材料的性能2-1材料的力学性能一、基本概念：外力作用下材料的变形与失效作
12、用在机件上的外力载荷（静载荷，动载荷）力学性能 材料在外力作用下所表现出的特性（MPa）= F /S外力 内力应力1.两种基本变形1）弹性变形材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。2）塑性变形:材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。2变形的三个阶段弹性变形 塑性变形 断裂3. 常见的几种失效形式断裂塑性变形过量弹性变形磨损腐蚀.强度和塑性 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力；塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。强度 1)屈服强度s ；2)抗拉强度b 拉伸实验 应力-应变图不受试样尺寸的影响
13、,可从图上直接读出受检材料的力学性能指标。 图1 低碳钢的力伸长拉伸图曲线分为四阶段：1）阶段I（oab）弹性变形阶段a: Pp ，b: Pe （不产生永久变形的最大抗力）oa段：L P 直线阶段；ab段：极微量塑性变形（0.001-0.005%）2)阶段II（bcd）段屈服变形；c: 屈服点。Ps3)阶段III（dB）段均匀塑性变形阶段；B: Pb材料所能承受的最大载荷4)阶段IV(BK) 段局部集中塑性变形,颈缩铸铁、陶瓷：只有第I阶段；中、高碳钢：没有第II阶段。1） 屈服强度（S）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力;S=Fs/S0 （MPa）它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。当
14、材料单位面积上所受的应力es时，材料将产生明显的塑性变形; 条件屈服强度: 0.2=F 0.2/S0 （MPa）屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。2）抗拉强度（b ）抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。b =Fb/S0 （MPa）它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度 是脆性材料选材的依据。塑性材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。常用 和 作为衡量塑性的指标。1) 伸长率，以表示。式中，l0为标距原长，l1为断裂后标距长度。2)断面收缩率，以表示。 式中，A0为试样原始横截面积，A1为断口处的横截面积。刚度（E） 材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚
15、度。在弹性阶段：E材料抵抗弹性变形的能力越大。（小结）塑性：材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能。表示材料的塑性指标是：伸长率和断面收缩率；对于塑性差的材料，用0.2来代替s；1）使材料具有良好的成形性；2）受到外力变形时，有强化作用。4.硬度 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 布氏硬度适用HB450原理1) 布氏硬度（HB）： 应用：淬火钢球用以测定硬度450，1：10低碳钢： b3.6HB;高碳钢： b3.4HB;调质合金钢： b3.25HB 优点：操作迅速、简便，可由表盘上直接读出硬度值；缺点：精度较差，硬度值波动较大。维氏硬度 优点：维氏硬度可测定从很软到很硬的各种
16、材料，可测定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。 缺点：测试手续较繁。 5.冲击韧性 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。AK = G（H1 H2）（J） ak = AK /S （J/m2） 在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。 1)摆锤式一次冲击试验; 2)小能量多次冲击试验。如图所示。6疲劳强度材料在无数次重复或交变载荷作用下不引起破坏的最大应力。受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。二、力学性能与失效形式的关系力学性能 失效形式强
17、度 塑性 断裂刚度 塑性变形硬度 过量弹变韧性 磨损疲劳强度盐城纺织职业技术学院教 案授课内容实验一 金属材料的拉伸实验授课形式讲授授课班级模具1011授课时间2011年09月09日第1周3、4节上课地点机电系力学实验室年 月 日第 周第 节教学目的1.掌握材料的力学性能测定方法2.熟练应用计算力学性能指标的公式教学目标能力目标知识目标素质目标1. 能熟练掌握金属材料的力学性能指标的测定流程2. 能正确应用金属材料力学性能指标的计算公式3.能正确罗列、整理实验贯彻内容完成布置任务1掌握力学实验的基本操作规范2掌握力学性能指标及其对测量指标操作的影响3了解力学指标测量的安全操作知识1培养学生严谨
18、的工作态度2培养学生理论联系实际，敏锐的洞察力3培养学生严格执行规程的素质4培养学生团队合作意识及应变能力任务案例重点难点及解决方法重点：力学性能指标及其表示，公式，低碳钢的拉伸实验的曲线难点：低碳钢的拉伸实验的曲线分析；力学性能指标的测定解决方法：引导学生根据材料力学性能指标测定的要求，从测量方法入手，结合原理图，分析其测定的流程及其影响因素参考资料工程材料及机械制造基础 相瑜才 孙维连主编，北京，机械工业出版社金属工艺学 王孝达 主编，田柏龄副主编，高等教育出版社教具实验仪器作业布置完成实验报告教学后记教学方案设计序号步骤教学内容教师活动学生活动时间分配备注回顾与告知回顾：低碳钢的拉伸实验
19、及其其他力学性能指标告知：金属材料的力学性能指标测量的方法；本节课主要内容及需达到的教学目的：（1）回顾提问、讨论力学性能的测量方法学生讨论发言5分钟知识要点一、实验目的1研究低碳钢、铸铁的应力应变曲线拉伸图。2确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限Rp、下屈服强度ReL、强度极限Rm、延伸率A、断面收缩率Z等等）。3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。二、实验原理：拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时FL（力变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用： 可得到曲线关系。三、实验所用的设备、仪器和工具1、电子万能材料试验机 一台2、游标卡尺，螺旋测微器各一支；3、记号笔
20、一支；4、低碳钢试各一个四、实验步骤：1量度试件尺寸；2试验结果整理和计算（1）对拉伸曲线的修正；（2）根据拉伸图的比例，找出相应的ReL，Rm。（3)计算延伸率：五、电子万能试验机的使用注意事项：学生小组代表发言，记录以小组为单位接受工作任务，每小组成员进行分工，确立各自角色15分钟20分钟15分钟20分钟归纳与总结1.实验室注意观察低碳钢的拉伸变形阶段2.掌握实验操作的步骤3.注意记录实验数据并得出结论10分钟布置作业完成实验报告5分钟主要授课内容或板书设计实验一 工程材料的拉伸实验拉伸实验一、实验目的：1研究低碳钢、铸铁的应力应变曲线拉伸图。2确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限Rp、
21、下屈服强度ReL、强度极限Rm、延伸率A、断面收缩率Z等等）。3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。二、实验原理：拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时FL（力变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用： 可得到曲线关系。三、实验所用的设备、仪器和工具1、电子万能材料试验机 一台2、游标卡尺，螺旋测微器 各一支3、记号笔 一支4、低碳钢试件 各一个四、实验步骤：1量度试件尺寸：1）量度直径d0。对于圆试件，在计算长度的两端及中部三处用卡尺测量，每一处都要在两个互相垂直的方向上量出直径，取其直径最小值，测量精度到0.1mm。2）确定计算长度L0。在试件中间等粗的细长部分内，
22、量取计算长度L0（按10倍或5倍试件确定）。然后用刻线机（记号笔等）把计算长度L0分成若干等分（通常是以5mm或10mm为一等分）。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的延伸率。但刻线时，应尽量轻微。2试验结果整理和计算：1）对拉伸曲线的修正。拉伸曲线得到后，往往在开始处形成如图3.3中所示的不规则的曲线。这是由于试验开始时，握紧器、夹具和试件之间尚未紧密相接。并非完全由于试件变形所致。因此对此曲线要进行修正，即将拉伸图直线部分往下延长，它与横座标相交，交点即为原点2）根据拉伸图的比例，找出相应的ReL，Rm。并求出：下屈服点 ReL强度极限 Rm3)计算延伸率：A100%五、电
23、子万能试验机的使用注意事项：1、由于电气参数初始化的原因，开机、关机时要注意顺序，开机顺序为主机计算机打印机，关机顺序为试验机打印机计算机。2、安装试样前要注意将横梁限位调整好，以防止损坏机器。思考题：1、 试述低碳钢拉伸过程的四个阶段的力学特性。盐城纺织职业技术学院教 案授课内容2-3材料的化学性能2-4材料的工艺性能2-5材料的经济性授课形式讲授授课班级模具1011授课时间2011年09月14日第2周1、2节上课地点公2203年 月 日第 周第 节教学目的1.了解金属材料的化学性能指标；2.熟悉并掌握金属的工艺性能指标要求；3.掌握金属的经济性。教学目标能力目标知识目标素质目标1.能熟练掌
24、握金属材料的工艺性能2.能熟悉材料化学性能指标及经济性指标1. 能熟练掌握金属材料的工艺性能的指标2.化学性能指标1培养学生理论联系实际，敏锐的洞察力2.培养学生熟悉金属材料失效的机理分析能力任务案例重点难点及解决方法重点：金属的工艺性能难点：金属的工艺性能解决方法：引导学生根据日常生活中的常见金属，从要求入手，分析其性能指标参考资料工程材料及机械制造基础 相瑜才 孙维连主编，北京，机械工业出版社金属工艺学 王孝达 主编，田柏龄副主编，高等教育出版社教具作业布置课后看书教学后记教学方案设计序号步骤教学内容教师活动学生活动时间分配备注回顾与告知回顾：材料的力学性能告知：金属材料的物理、化学及工艺
25、性能和需达到的教学目的（1）回顾提问、讨论常见金属的其他性能学生讨论发言10分钟知识要点一、材料的物理性能比重密度熔点导电性导热性、磁性、热膨胀系数。二、材料的化学性能耐酸性、耐碱性、抗氧化性等三、材料的工艺性能：加工性能铸造性能；锻造性能；焊接性能；切削加工性能；粉末冶金性能；热处理性能等学生小组代表发言，记录20分钟15分钟40分钟归纳与总结1.金属材料的物理、化学、工艺性能的衡量指标及要求2.能掌握何种性能指标及其含义5分钟布置作业主要授课内容或板书设计主要教学方法：讲授一、导入简要复习上节课金属材料的力学性能，并对金属材料的失效、成形以例子引入，激发学生学习的兴趣。从几个概念慢慢引出本
26、节内容，并举例介绍学习工程材料其他性能重要性和提出相关相求等。二、新授2-2材料的物理性能1.密度 单位体积物质的质量称为该物质的密度：式中，为物质的密度（kg/m3）；m为物质的质量（kg）；V为物质的体积（ m3 ）。 密度小于5103kg/ m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及它们的合金。密度大于5103kg/ m3的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。 2.熔点 金属从固态向液态转变时的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等，可以用来制造耐高温零件，如在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。熔点低的金属称为易熔金属，如锡、铅等，可用于制造熔丝和防火安全阀零件等。
27、 3.导热性 导热性通常用导热率来衡量。热导率的符号是，单位是W/(mK)。导热率越大，导热性越好。 金属的导热性以银为最好，铜、铝次之。4.导电性 金属材料能够传导电流的能力称导电性，通常用电导率来衡量，电导率越大，金属材料导电性越好。金属导电性以银为最好，铜、铝次之。 5.热膨胀性 金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。热膨胀性用线胀系数l和体胀系数V来表示。 式中，l为线胀系数（1/K或1/）；L1为膨胀前长度（m）；L2为膨胀后长度（m）；t为温度变化量（K或）。 6.磁性铁磁材料：在外磁场中能强烈地被磁化，如铁、钴等金属材料 顺磁材料：在外磁场中只能微弱地被磁化，如锰、铬等抗磁材料：能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用，如铜、锌等2-3材料
