《机械工程材料》教案
编写 毛松发
第一章 金属材料的性能
课 题：第一节 金属材料（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。
重 点：合金 金属材料 金属特性 教学过程：
教师以教材“写给同学们的话”进行课程的始学教育.
【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 【板书】第一节 金属材料
【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??
一、金属
【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？ 【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 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 金属名称 【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、
1
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。
二、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。
教师指导阅读表1-1日常生活中常见的合金和教材内容，并介绍记忆合金。 【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？ 三、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。
【讲解】金属材料在机械工业中应用最为广泛，在各种机械设备所用的材料中，金属材料占90%以上。这是由于金属材料不仅冶炼资源丰富，而且还具有优良的物理、化学、力学和工艺性能。此外，金属材料品种多，性能各异，可以通过不同的加工方法（例如热处理），使金属材料的某些性能获得进一步的改善，从而扩大其使用范围。 【小结】：一、金属材料
金属：铁、铜、铝、金、银等。
金属材料
合金：碳钢、铸铁、黄铜、青铜等。
二、金属特性 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】
【交流与讨论】四．阅读下面的一段故事，谈谈你的感想。
形状记忆合金的发现
许多重大的发现都源于偶然事件。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。
书面：习题一、二、三；
课外：习题五、六（教师给予分组指导）
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课 题：第二节 金属的物理性能（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） 2．7×10 4．5×10 7．87×10 8．96×10 333310．49×10 19．3×10 33（铝的密度仅为钢的1/3，钛的密度不到钢铁的2/3。） 3
【讲解】大多数金属的密度都比较大，最大的金属锇22．48×10Kg/m3，但有些金属密度比
3
较小，钠、钾能浮在水面上，密度最小的是金属锂0．534×10Kg/m3 。
-2-63
【例1】有一块质量为5×10Kg形似黄金的金属，投入盛有125×10m水的量筒中，水面
-63
升高到128×10m的地方，请问这块金属是纯金吗？
-2
解：已知：金属的质量m=5×10Kg
-63-63-63
金属的体积V=128×10m—125×10m=3×10m
m5×1033
密度 ρ==-6=16.7×10(Kg/m)
V3×10
求得此金属密度与金的密度19．3×10Kg/m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℃ 2622℃ 1919℃ 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。请观察图6-17 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
3
3
3
-2
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】讨论：三、四； 书面：习题一、二。
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课 题：第三节 金属的化学性能（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： 【交流与讨论】 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Fe3O4为主的蓝黑色的多孔氧化膜，经浸油处理后，能有效地抵抗干燥气体腐蚀。广泛用于机械零件、钟表零件和枪支的防腐。
6．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。
5
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 防腐效果 价 格 喷涂油漆 一般 便宜 喷 塑 一般 便宜 镀 锌 好 中等 发蓝处理 好 中等 镀 铬 很好 昂贵 使用不锈钢 很好 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。
【讲解】长期在高温下工作零件，如工业用的锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机、火箭、导弹等，易发生氧化腐蚀，形成一层层的氧化铁皮。金属材料的氧化随温度升高而加速。氧化不仅造成材料的过量的损耗，也可形成各种缺陷。因此，在高温下制造或使用金属零件，必须考虑抗氧化性。例如，钢材在铸造、锻造、焊接、热处理等热加工作业时，常在其周围造成一种还原气体或保护气，以免金属材料的氧化。
【交流与讨论】 耐腐蚀性 抗氧化性
耐腐条件 耐腐介质
【小结】一、化学性能
耐腐蚀性 抗氧化性
二、金属防腐方法
覆盖法防腐：喷涂油漆、镀锌、镀铬、发蓝处理等 提高金属本身的耐腐蚀性 电化学防腐 干燥气体封存法
本节课的重点：耐腐蚀性、抗氧化性，发蓝处理。
【作业】
讨论：六
书面：习题一、二、三。
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课 题：第四节 金属的力学性能（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】第四节 金属的力学性能
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、
7
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。
F
σ=
S式中 F──外力（N）；
2
S──横截面积（mm）；
2
σ──应力，常用单位为MPa（N/mm），1MPa=106 Pa。
【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） 460 MPa
45钢 （制电机主轴的钢） 600 MPa 65Mn钢（制沙发弹簧的钢） 735 MPa
【小结】（略） 【交流与讨论】 a和b都是45钢，a的直径为20mm，b的直径为10mm， 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。
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课 题：第四节 金属的力学性能（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600
MPa它的含义是什么？ 【导入新课】45钢的最大应力600 MPa是用什么方法测定出来的？通常是将45钢制成标准试样（教师展示45钢拉伸试样），放在拉伸机（课本图1-11）上进行拉伸试验测出来的。 【板书】（四）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。
sb─强化阶段
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。
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【观察与思考】 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_______________________________。
【小结】本节课学习的内容有拉伸试样和拉伸曲线 低碳钢的拉伸曲线： 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】
【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？ 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？
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课 题：第四节 金属的力学性能（2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460 MPa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称为强度。
【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： Fs σs= 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）。 【交流与讨论】 1．依据表4-2，查出下表的σs。 10钢 45钢 65钢 碳 钢 （低碳钢） （中碳钢） （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： Fbσb= SoFb──试样承的最大载荷（N）； S0──试样原始横截面积（mm2）； σb──抗拉强度（MPa）。 【交流与讨论】 1．依据表4-2，查出下表的σs、σb。 10钢 45钢 65钢 碳 钢 （低碳钢） （中碳钢） （高碳钢） σs σb 2．45钢制造的机械零件，当工作应力σ工作＞355MPa，甚至σ工作＞600 MPa将发生什么时候危害？ 【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
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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。 L1—L0δ=×100% L0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。 SO—S1 ψ=×100% SO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。 【拓展视野】 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、S1
12
3.14×102
S0= = =78.5（mm2）
44
∏do∏d1
2
3.14×5.652
S1= = =25（mm2）
44
2
(2) 计算σs、σ
b
Fs21000σs= = =267.5（MPa）
So78.5Fb29000σb = = =369.4（MPa）
78.5So
(3) 计算δ、ψ
L1—L0138—100
δ=×100%= ×100%=38%
L0100SO—S178.5—25ψ=×100%= ×100%=68%
SO78.5
答 此低碳钢的σs为267.5MPa，σb为369.4MPa，δ为38%，ψ为68%。
【交流与讨论】
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。
10钢 45钢 60钢 碳 钢 铸铁 纯铝 纯铜 （低碳钢） （中碳钢） （高碳钢）
δ ≈0
ψ ≈0
2．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 Fs屈服点 σs= SoFb抗拉强度 σb= So二、塑性 L1—L0伸长率 δ=×100% L0SO—S1断面收缩率 ψ=×100% SO学习重点：强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 【作业】一、1，2，3，4；二、1，2，3，4；四
13
课 题：第四节 金属的力学性能（2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】
1．填写下列力学性能名称或符号： 力学性能 符号 屈服点 抗拉强度 伸长率 断面收缩率 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。 F 直径1、2、2.5、5、10 HB = （完成交流与讨论1、2） S压 HRA 1200金刚石圆锥体 以压痕深度(h)来 HRA 20~80 适用于测定硬度极高的材
料和成品。如硬质合金。
洛氏硬度 HRB 1.588 mm的钢球 计量硬度值。 HRB 20~100 适用于测定硬度较低的材
料和成品。如黄铜轴套。
HRC 1200金刚石圆锥体 HRC 20~70 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 HV 10~1000 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。
【小结】学习内容
硬度测定方法： 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度
【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
14
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≈
1
HBS 10
HBS≈HV
如400 HBS≈40 HRC
三、制图时硬度值标注应注意 1.硬度值范围 HBS ＜450
HRC 20~70
如锉刀硬度 60~62 HRC （对） 600~620 HBS （错）
2
2.不能用等号，不能有单位。如HBS=300kgf/mm(错) 【交流与讨论】 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。） 【作业】略
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课 题：第四节 金属的力学性能（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 10×10×55 U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 25 35 25 韧性（Ak） 【板书】韧性材料 Ak≥8 J 如碳钢； 脆性材料 Ak＜8 J 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 【讲解】我们人长时间工作会觉得疲劳，那么没有生命的金属材料长时间工作会产生疲劳吗？请阅读下例空难事件和调查结论。 【新闻联接】 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。
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【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 Ak
Ak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】略
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课 题：第五节 金属的工艺性能（1课时）
教学要求：1．了解一般机械零件的生产工艺，从而明确铸造、压力加工、焊接和切削加工
等四种工艺；
2．初步明确常用材料的四种工艺性能。
教学重点：铸造、压力加工、焊接和切削加工等四种工艺，常用材料的工艺性能。 教学难点：常用材料的工艺性能。 教学过程： 【新课导入】工厂是怎能样把金属材料加工制造成机械零件的？（教师指导学生观察下图。）”
【板书】第五节 金属的工艺性能
工艺性能 指金属材料是否易于加工成形的的性能。
【讲解】工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 工艺性能的好坏直接影响机械零件的质量，它是选择 、制订工艺必须考虑的因素。 【板书】一、铸造性能（指导学生观察图1-22，阅读教材内容。）
铸造性能指标： 1、流动性
响流动性的主要因素：化学成分。钢铁材料中含磷量越高流动性越好。 2、收缩性
铸铁的收缩率为1.0%，而铸钢的收缩率为2.0%。
3、偏析
小结：铸造性 铸铁＞碳钢
二、压力加工性（指导学生阅读教材内容，观察图1-23。）
1、压力加工方法：锻造、挤压、轧制、拉制、冲压等。 2、塑性好、变形抗力小的材料压力加工性能也好。 小结：
塑性： 低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁 压力加工性：低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁 （铸铁不能进行压力加工。）
【设问】钢制的零件毛坯为什么要进行反复的锻造？（阅读教材内容。） 【板书】三、焊接性能（指导学生阅读教材内容。） 【讲解】全世界每年生产的钢材约45%是经焊接成型的，焊接方法有人工焊接，机器人焊接，还有激光焊接。
金属材料的化学成分对金属的焊接性能有很大的影响。 【板书】焊接性能：低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁
四、切削加工性能（指导阅读教材内容，让学生进一步明确常用的切削加工方法）
1、切削加工性能难易主要与金属材料的硬度有关。 最佳切削硬度：170~230HBS
硬度高难于切削加工，刀具易磨损； 硬度低易粘刀，表面光洁度低。 2．切削加工性能：铸铁＞碳钢 【小结】学习内容
工艺性能：铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 重点：常用材料的工艺性能。
学习“新闻联接” 【作业】略
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第二章 金属的晶体结构与结晶
课 题：第一节 金属的晶体结构（1课时） 教学要求：1．初步了解金相学及显微组织；
2．掌握金属的三种常见晶格。
教学重点：金属的三种常见晶格。
教学器材：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格模型（用彩色塑料球、乒乓球沾粘的模型）。 教学过程： 【新课导入】
人类对金属结构的认识： 早期 用肉眼观察；
1860年 英国索拜第一次采用显微镜观察到了钢铁六种不同的组织结构，并由
此推动了金相学的创立。（指导观察纯铜、纯铁的显微组织。）
【板书】第一节 金属的晶体结构 一、金属晶体结构：金属材料内部的原子是有序、有规律排列的晶体。（指阅读“你知道吗”）
1、晶格：用于描述原子在晶体中排列方式的空间格架。（指导观察图2-3a） 2、晶胞：完整反映晶格特征的最小几何单元。（指导观察图2-3b） 二、常见金属的晶格
1、体心立方晶格 a－Fe、钨、铬、钒等；
（教师展示模型，教师描述清楚具体的空间结构。） 2、面心立方晶格 γ—Fe、铝、铜、铅、镍等；
（教师展示模型，指出具有这种晶格类型的金属塑性、韧性良好。）
3、密排六方晶格 锌、镁、铍、镉等。
（教师展示模型）
【交流与讨论】请计算体心立方晶胞、面心立方晶胞的原子数。（2，4）
教师指导阅读“拓展视野”
【小结】学习内容
一、金属晶体结构： 晶格、晶胞
二、常见金属的晶格
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
学习重点：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
【作业】略
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课 题：第二节 纯金属的结晶（1课时）
教学要求：1．掌握纯金属结晶的特点、过程，理解临界温度、过冷度概念；
2．明确晶粒越细力学性能越好，懂得细化晶粒的方法。
教学重点：纯金属结晶的特点，细化晶粒的方法。 教学难点：临界温度和过冷度概念的建立。 教学过程：
【复习】金属常见的晶格类型有哪三种？请描述具体的空间结构。
【新课导入】在通常情况下，金属都为晶体，本节课我们将讨论纯金属结晶的知识。 【板书】第二节 纯金属的结晶
金属的结晶 液态─→固态
【讲解】金属材料由液态转变为固态时凝固的过程，即晶体结构形成的过程称为结晶。金属材料的冶炼和铸造都要经历由液态转变为固态的结晶过程。金属材料性能与结晶后组织密切相关，所以了解金属材料结晶过程的基本规律，对于掌握和控制金属材料的组织及性能具有十分重要的
【板书】一、纯金属结晶特点（教师引导分析观察图2-5，概括出特点。）
纯金属是在恒定的温度下结晶的。
如：Fe 1538℃， Cu 1083℃。
原因：结晶过程中释放出来的结晶热量，补尝了散失在空气中的热量。
【讲解】在实际生产中我们总会发现液态金属冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，如图2-6所示。实际结晶温度（T1）低于结晶温度（T0）。（过冷现象） 【板书】过冷度：理论结晶温度和实际结晶温度之差
△T=T0—T1
【交流与讨论】 在寒冷季节里，北方人是怎样吃硬梆梆的冻柿子呢？
他们吃法叫做“拨冰子”，其过程就是将冻柿子放入冷水 中，待冻柿子外面结成大冰团时将其捞出，此时剥开冰团， 里面的柿子已变得松软可口了。请你想一想，他们是利用
什么原理把冻柿子里的冰拨出来的？
（利用水结冰放出的热量熔化冻柿。） 教师指导阅读“你知道吗？” 【板书】二、纯金属的结晶过程 【讲解】液态金属在达到结晶温度开始结晶时，首先从液态金属形成一些微小而稳定的小晶体，称为晶核，然后随着时间推移，晶核不断长大，与此同时，液体中不断形成新晶核，并不断长大，直到它们彼此相互接触，液态金属完全消失而转变为固态，如图2-7所示。 【板书】（纯金属的结晶过程是）晶核形成与晶核长大。
三、晶粒大小对其力学性能的影响
（教师讲读“材料史话”） 【交流与讨论】
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晶粒大小可以用单位体积内晶粒数目来表示，数目越多晶粒越小。
为了方便测量，常用单位截面上晶粒的平均直径来表示。下表是晶粒大
小对纯铁力学性能的影响：
δ(%) 晶粒平均直径(μm) σb（MPa）
70 184 30.6
25 216 39.5
2.0 268 48.8 【板书】晶粒越细，金属材料的力学性能越好。 270 1.6 50.7 细化晶粒的方法有： 分析上表晶粒大小对纯铁力学性能的影响，你得出的结论是： 1、增大过冷度 适用于中小型铸件。 ______________________________________________________。 2、变质处理(孕育处理) 在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂。
3、振动处理 【交流与讨论】 细化晶粒是提高金属材料力学性能的重
要手段之一，工业上把利用细化晶粒来强化 金属材料的方法称为细晶强化。专家们认为： “细晶强化是一种最经济的强化金属材料的
方法。”你怎样理解这一观点的？
（金属同样的结晶，细晶粒，力学性能就好，反之就差。）
【板书】四、临界温度：金属材料结构发生改变的温度。
如纯Fe的临界温度为 1538℃， 纯Cu 的临界温度为 1083℃。
教师指导阅读“你知道吗？”
【小结】学习内容
一、纯金属结晶特点
纯金属是在恒定的温度下结晶的。 二、纯金属的结晶过程 晶核形成与晶核长大
三、晶粒大小对其力学性能的影响
晶粒越细，金属材料的力学性能越好。 细化晶粒的方法。
学习重点：纯金属结晶的特点，细化晶粒的方法。
【作业】略
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课 题：第三节 纯铁的同素异构转变（1课时）
教学要求：明确同素异构转变，掌握纯铁的同素异构转变。 教学重点：纯铁的同素异构转变。
教学难点：应用纯铁的同素异构转变分析问题。 教学过程：
【复习】1、纯金属结晶的特点是什么？请解释其原因。
2、金属结晶时，结晶出来的晶体大好还是小好？细化晶粒的方法有哪些？ 3、金属常见的晶格类型有哪三种？请描述具体的空间结构。
【新课导入】通过前面的学习，我们知道金属结晶后是晶体结构，每种金属都有它自己的晶格类型。如纯铁在1538℃，结晶出来的晶格类型是体心立方晶格的a－Fe 。那么固体金属温度改变晶格类型会不会改变？请同学们阅读第三节第一段前两行内容。 【板书】第三节 纯铁的同素异构转变
一、同素异构转变：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。
【讲解】同素就是同种元素；
由同素异构转变所得到的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。
【板书】同素异构体的稳定性： α β γ δ 低温 高温 二、纯铁的同素异构转变
（教师引导学生分析图2-8为纯铁的冷却曲线，师生共同概括出下式）
例一．下列说法不你认为对的打√，错的打× 1．在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。------------------------------( ) 2．纯铁在780℃时晶体结构为面心立方晶格的γ—Fe。------------------------- ( ) 3．45钢从室温加热到1000℃时，硬度降低，塑性提高，可进行锻造。这是因为内部发生了 改变的缘故。---------------------------------------------------------- ( ) 例二．填写出纯铁在下列温度下的组织和晶体结构： 温度（℃） 室温 1000 1450 组织名称 晶体结构 【交流与讨论】金属晶体结构改变，它的性能会不会改变？ （教师可引导学生再次阅读例一、3和“材料史话”，得出结论）
【讲解】不仅纯铁能够发生同素异构转变，而且铁碳合金——钢、铸铁同样能发生同素异构转变。正因为如此，生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理来改变其组织和性能 。可见纯铁的同素异构转变现象具有极其重要的意义。 【小结】学习内容
一、同素异构转变
二、纯铁的同素异构转变
学习重点：纯铁的同素异构转变
【作业】略
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第三章 铁碳合金
课 题：第一节 合金的组织（1课时）
教学要求：1、初步了解合金的组元、相的含义；
2、掌握固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能；
3、明确固溶强化及其原因。
教学重点：固溶体、金属化合物、机械混合物的含义、性能，固溶强化。 教学难点：固溶强化。 教学过程：
【复习】1、什么叫合金、请说明下列合金的组成。
黄铜 碳钢 硬铝 武德合金
（Cu-Zn Fe-C AI-Cu-Mg Pb-Sn-Bi-Cd ）
2、合金至少有几种元素组成？一定是金属元素与金属元素组成的吗？ 【新课导入】今天我们将开始讨论学习第三章合金的有关知识。 【板书】第一节 合金的组织
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。
组元：组成合金最基本的独立的物质。
【讲解】黄铜中的铜、锌就是组元，组元可以是金属元素、非金属元素，也可以是稳定的化合物。根据合金中组元的多少，合金可分为： 【板书】 二元合金 黄铜 碳钢 三元合金 硬铝 多元合金 武德合金
相：合金中成分、结构及性能相同的均匀组成部分。 【讲解】相与相之间具有明显的界面。
我们假设100克水最多溶解36克食盐。 水 食盐 相
0克 20克 固相
100克 20克 液相
100克 40克 液相+固相
固体物质不一定是单相。如钢筋混凝土可以把水泥、沙子、石子、钢筋看成单独的相。固体合金也是如此。 【板书】合金组织
一、固溶体：合金的组元相互溶解形成的均匀固相。
【讲解】固溶体中一般含量多者为溶剂，含量少者溶质。固溶体的结构特点是它仍然保持溶剂组元的晶体结构，溶质原子则分布在溶剂晶格之中。例如，单相黄铜就是锌（Zn）溶解在铜（Cu）中的固溶体。其中铜是溶剂而所锌是溶质，黄铜保持了铜的面心立方晶格，如图3-1所示。根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为： 【板书】置换固溶体（溶质、溶剂原子直径接近）
（图3-2a所示）
间隙固溶体（溶质原子直径大大小于溶剂原子直径）
（图3-2b所示）
1、晶格 固溶体晶格与溶剂晶格相同。 纯铜：面心立方晶格
黄铜：面心立方晶格
2、性能 固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度提高的现象。
原因：溶质原子的溶入使溶剂晶格发生畸变。（如图3-3所示）
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二、金属化合物：合金的组元相互发生化学作用形成一种具有金属特性的物质。
如Fe3C、Cr7C3、Cr23C6等。 1、晶格 金属化合物晶格复杂。
2、性能 熔点较高、硬度高、脆性大。
【讲解】当合金组织中出现金属化合物化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。金属化合物是许多合金的重要组成相。
【板书】三、机械混合物：合金的组元相互混合形成多相组织。
【讲解】可以是两种或多种纯金属、固溶体、金属化合物各自组成的机械混合物，也可以是它们之间组成的机械混合物。工业上生产的大多数合金是由机械混合物组成。例如焊锡、钢、生铁等。
【板书】1、晶格 各个组成相仍然保持了各自的晶格。 2、性能 性能介于组成相的性能之间。 【小结】学习内容
一、合金的组元、相 二、合金的基本组织
固溶体 最基本的相
金属化合物 最基本的相 机械混合物 多相组织
学习重点：合金的基本组织、固溶强化
【交流与讨论】 请比较加工硬化与固溶强化的异同。
加工硬化 固溶强化
不同点 相同点
【作业】略
24
课 题：第二节 铁碳合金的基本组织（1课时）
教学要求：熟练掌握铁碳合金基本组织——铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的含义、符号、性能。
教学重点：铁碳合金基本组织的含义、符号、性能。 教学难点：铁碳合金基本组织的性能 教学过程：
【复习】1、纯铁的同素异构转变是如何进行的？α－Fe 、γ－Fe晶格类型分别是怎样的？它们一般存在于什么什么温度之间？
2、合金的基本组织有哪三种类型？
3、固溶体又有哪两种类型？固溶体的性能是怎样的？
【新课导入】钢和生铁都是铁碳合金，根据含碳量的不同，碳可以溶解在铁中形成固溶体，也可以反应形成金属化合物，或固溶体与金属化合物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中出现以下几种基本组织。 【板书】
组织名称 符号 含义 含碳量 性能
铁素体 F 碳溶解在α－Fe中的 0.0008％ 塑性、韧性很好，强度、硬度
间隙固溶体。 （ 室温） 低。（δ：30~50％,Ak：128~160J， （指导观察图3-4、3-5） σ b：180~280MPa，HBS：50~80）
奥氏体 A 碳溶解在γ－Fe中的 0.77％ 塑性、韧性好，强度、硬度不
间隙固溶体。 （727℃） 高（伸长率δ：45％～60％σ b： （指导观察图3-6、3-7） 400MPa，HBS：160～200）
渗碳体 Fe3C 铁与碳反应形成的金 6.69％ 硬度很高（相当于800HBS），塑
属化合物。 性、韧性几乎为零，脆性很大。
珠光体 P 铁素体与渗碳体组成 0.77％ 强度较高，硬度适中，有一
的机械混合物。 （727℃以下） 定的塑性。（σ b：800MPa，HBS：（指导观察图3-8） 160～280，δ：20％～25％）
莱氏体 Ld 由奥氏体和渗碳体组成。 （727℃以上） 硬度高（相当于700HBS），
Ldˊ 由珠光体和渗碳体组成。 （727℃以下） 塑性很差。
（指导观察图3-9）
注： 在完成上述内容教学时，结合完成下列内容教学。 【交流与讨论】 下表为纯铁的力学性能，通过学习比较可以发现铁素体力学性能与纯铁基本
相同，请问你是如何看待这一问题的？ 抗拉强度 硬度 伸长率 断面收韧性 力学性能 （HBS） （δ） 缩率（ψ） （Ak） （σ b）
力学性能 176-276 MPa 50-80 40%-50% 70%-80% 128-160J 指标值
【讲解】渗碳体有片状、球状（粒状）、网状等不同形态，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有很大的影响。渗碳体在适当的条件下，能分解为铁和石墨：
Fe3C─→3Fe+C（石墨）
【交流与讨论】
在铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体中： 属于合金基本相的是____________________________， 属于机械混合物的是____________________________， 只能存在727℃以上组织是______________________。 25
【小结】
F P Ldˊ Fe3C
含碳量 小 ————————————————→ 大 塑性、韧性 好 ————————————————→ 差
硬度 小 ————————————————→ 大
【作业】
课堂练习 开展记忆铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体比赛。 书面作业 （ 略）
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课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）
教学要求：了解铁碳合金相图，掌握Fe-Fe3C相图特性点、特性线和各区域的组织。 教学重点：Fe-Fe3C相图特性点、特性线。 教学难点：共析点、共晶点。 教学过程：
【复习】1、请说出铁碳合金五种组织的名称和符号。
2、铁碳合金五种组织中，哪一种是存在于727℃以上温度的？它的性能是怎样的？ 3、铁碳合金五种组织中，室温下存在的是哪是哪四种？它们的性能各是怎样的？
【新课导入】从铁碳合金组织学习中我们知道，室温下的组织F、P、Ldˊ、Fe3C随着含碳量增加，它们的性能变化是规律的，塑性、韧性由好变差，硬度由大变小，其实这种变化规律我们是可以从材料专家绘制的铁碳合金相图反映出来的。我们今天的新课就是学习讨论： 【板书】 第三节 铁碳合金相图
铁碳合金相图：表示在极缓慢加热（或冷却）情况下，不同成分的铁碳合金的状态
或组织随温度变化的图形。
【讲解】铁碳合金中，铁和碳可以形成一系的化合物， 如Fe3C、Fe2C、FeC等，如图3—10所示。
由于含碳量＞6.69%的铁碳合金脆性很大，没有实用价值。 因此，目前应用的铁碳合金相图仅研究含碳量从0%~6.69%，也就是Fe-Fe3C相图。图3-11为简化后的Fe-Fe3C相图。图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量百分数，从左向右表明含碳量从零增加到6.69%。 【板书】Fe-Fe3C相图
（教师指导阅读“材料史话”）
27
【板书】一、Fe-Fe3C相图特性点
特性点 温度（℃） 含碳量（%） 含 义 A 1538 0 纯铁的熔点 D 1227 6.69 渗碳体的熔点
C 1148 4.30 共晶点（教师板书出反应式） S 727 0.77 共析点（教师板书出反应式） E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912 0 纯铁α-Fe ?γ-Fe转变温度 【板书】二、Fe-Fe3C相图特性线 ACD线——液相线。此线以上全部为液相。〔用L表示。铁碳合金冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出一次渗碳体（Fe3CI）。〕 AECF线——固相线。液态合金冷却到此线全部结晶为固相。（此线以下全部为固相区） GS线（A3）——冷却时奥氏体开始转变为铁素体的开始线，或加热时铁素体全部转变为奥氏体终了线。 ES线（Acm）——碳在γ-Fe中溶解度曲线。此线以下开始从奥氏体中析出二次渗碳体（Fe3C。 Ⅱ）
ECF线——共晶线。〔含碳量在2.11-6.69%的合金冷却到此线时（1148℃）都发生共晶反应，同时结晶出奥氏体与渗碳体混合物——莱氏体。）〕 PSK线（A1）——共析线。〔含碳量在0.0218-6.69%的合金冷却到此线时（727℃）都反生共析反应，同时析出铁素体与渗碳体混合物——珠光体。〕
【练习】教师指导学生画出Fe-Fe3C相图（其尺寸与图3-11）并填写出各区域的组织。 【小结】学习内容
Fe-Fe3C相图
一、Fe-Fe3C相图特性点 二、Fe-Fe3C相图特性线
学习重点：Fe-Fe3C相图特性点、特性线和钢部分的相图的各区域的组织。
【作业】略
28
课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）
教学要求：明确铁碳合金的分类，掌握含碳量对钢组织和性能的影响。 教学重点：钢的分类和组织，含碳量对钢组织和性能的影响。 教学难点：含碳量对钢组织和性能的影响。 教学过程：
【复习】1、请说明C点、S点的意义。
2、请说明A3、Acm、A1的意义
3、画出Fe-Fe3C相图，写出各区域的组织。
【新课导入】本节课我们将继续讨论Fe-Fe3C相图的知识。 【板书】三、铁碳合金的分类
钢 含碳量小于2．11%的铁碳合金。
分类 含碳量 室温组织
亚共析钢 C＜0.77% F+P
共析钢 C = 0.77% P 过共析钢 C＞0.77% Fe3CⅡ+P
白口铸铁 含碳量2．11%~6.69%的铁碳合金。
分类 含碳量 室温组织 亚共晶白口铸铁 C＜4.3% P+ Fe3CⅡ+L`d 共晶白口铸铁 C = 4.3% L`d 过共晶白口铸铁 C＞4.3% Fe3CI+L`d
四、含碳量对钢组织和性能的影响 1、含碳量对钢组织的影响
（教师引导学生分析图3-12a）
亚共析钢 共析钢 过共析钢 F减少 全部为P Fe3CⅡ增多 P增多 P减少 2、含碳量对钢性能的影响 （教师引导学生分析图3-12b）
含碳量越高，钢的强度、硬度越高，塑性、韧性越低。但当钢的含碳量大于0.9%时，因网状渗碳体的出现，使钢的强度有所降低。
为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的
含碳量一般不超过1.4%。
【小结】学习内容
一、铁碳合金的分类
二、含碳量对钢组织和性能的影响 学习重点
1、钢的分类和组织
2、含碳量对钢性能的影响
【作业】略
29
课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）
教学要求：理解Fe-Fe3C相图的应用，明确钢的实际加热临界温度。 教学重点：钢在锻造和铸造中的应用，钢的实际加热临界温度。 教学难点：理解钢的实际加热临界温度。 教学过程：
【复习】1、请说明A3、Acm、A1的意义。
2、画出Fe-Fe3C钢这一部分的相图。
3、含碳量对钢组织和性能产生怎样的影响？
【新课导入】Fe-Fe3C相图不仅大大地推动了金相学的发展，而且在生产实践中具有重要的现实意义。它为研究钢铁的组织，合理选用钢铁材料，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，本节课我们讨论Fe-Fe3C相图的应用。 【板书】五、Fe-Fe3C相图的应用
1、选材方面
（教师讲读教材内容，指导完成“交流与讨论”） 2、铸造方面
接近共晶成分的铸铁铸造性好，在铸造生产中获得广泛应用。
原因：接近共晶成分的铸铁不仅熔点低，而且凝固区间小，且流动性好，收缩性小。 3、锻造方面
钢材锻造、轧制的温度范围通常选择在Fe—Fe3C相图中奥氏体区。
原因：钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 4、热处理方面
【讲解】Fe-Fe3C相图诞生100多年来，它为钢铁金相组织的研究，钢铁材料的合理选用，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，发挥了巨大的指导作用。然而，我们也应认识它的缺陷和不足。实际生产中使用的钢铁材料，除铁和碳两种元素外，还有其他杂质元素（主要是硅、锰、硫、磷）或合金元素，而Fe-Fe3C相图仅研究铁、碳两种元素的相互作用和影响，没有考虑其他杂质元素或合金元素对铁碳合金的影响。
我们还知道，Fe—Fe3C相图是钢在极缓慢加热（或冷却）时测定绘制的，因而，在实际生产加热时，由于加热速度较快，钢的组织转变总会发生滞后现象，实际加热转变温度总要高于Fe—Fe3C相图的A1、A3、Acm。例如，依据Fe—Fe3C相图，含碳量为0.45%钢由铁素体转变为奥氏体的转变终了温度为766℃，而含碳量为0.45%钢在实际加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度为780℃。为了将Fe—Fe3C相图的加热临界温度A1、A3、Acm和实际生产加热临界温度加以区别，通常把实际加热的各临界温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示， 【板书】六、实际加热的各临界温度
相图加热临界温度 A1 A3 Acm 实际加热临界温度 Ac1 Ac3 Accm
Ac1 实际加热时，珠光体转变为奥氏体的终了温度； Ac3 实际加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm 实际加热时，Fe3CⅡ溶入奥氏体的终了温度。
（教师指导观察表3-2）
【讲解】必须指出的是，在实际生产冷却时，由于冷却速度较快，钢的组织转变临界温度也会发生滞后现象，在此我们不作讨论。
【练习】从附录Ⅱ中查出50的 Ac、Ac3，12钢的Ac、Accm。 【小结】学习内容
一、Fe-Fe3C相图的应用； 二、钢的实际加热临界温度。 学习重点
钢在锻造和铸造中的应用，钢的实际加热临界温度。
30
【作业】略
第四章 碳钢
课 题：第一节 钢铁材料的生产过程（2课时）
教学要求：1、掌握高炉炼铁、现代工业炼钢方法，知道中国是第一产钢大国； 2、明确生铁和钢在组成上差别。
教学重点：高炉炼铁、现代工业炼钢方法，生铁和钢在组成上差别。 教学难点：炼铁、炼钢的原理。 教学过程：
【新课导入】纯铁是一种塑性很好的金属，既不能制刀枪，也不能铸铁锅、犁锄。但当纯铁中加入一定量的碳后，就变成了现代工业的骨骼——钢铁材料了。钢铁材料是机械制造、建筑、交通运输、国防及其他各部门应用最广泛的金属材料。当今世界，钢铁产量占世界金属总产量的95％，钢铁的品种和使用量已成为衡量一个国家科学技术和经济发展水平的重要标志。
【板书】第一节 钢铁材料的生产过程
钢铁材料：钢和生铁的总称。生产过程是：
一、炼铁
【讲解】在铁矿石中，铁多以氧化物的形式存在。铁矿石中除铁的氧化物外，还含有其他的氧化物（如SiO2、MnO、AI2O3等）称为脉石。
炼铁的任务，就是把铁矿石的铁从氧化物中还原出来，并将脉石分离，从而获得生铁。现代工业炼铁是在高炉中进行的，高炉（见图4-1）是两端较小，中间较大的圆形竖炉。炉壳用钢板焊成，内切耐火砖。
一般炼铁厂的高炉有30~40米高，我国目前最大的高炉113米高,有效容积4063 米3，能装炉料1800吨,一昼夜可出铁水800~1000吨。
【板书】1、高炉炼铁炉料 作用
（1）铁矿石 提供铁元素。 磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等。
（教师结合介绍开采、贫矿，进口铁矿石等问题） （2）燃料 既提供炼铁的热量， 焦炭 又提供还原剂CO。 （3）熔剂 造渣 石灰石
2、炼铁的原理
Fe2O3 +3CO=2Fe+3CO2 （还原）
3、生铁 由Fe 、C、Si、Mn、P、S 等组成的混合物。 【材料史话】
人类在使用钢铁的历史上曾发生过许多惨痛事故。如1938年4月13
日早晨，在摄氏0℃的气温下，比利时境内的一座钢铁大桥突然发出巨大
声响，大桥自动崩裂成几段坠入河中，造成了巨大的经济损失。事故发生
后，材料专家研究发现：造成钢铁大桥自动崩裂的原因竟是钢铁中含磷量
过高产生冷脆性所致。
后来，材料专家研究又发现，钢铁材料中含硫量高将会产生热脆性。 钢铁材料中硫和磷都是有害元素。怎样除去生铁中的硫和磷就是炼钢 的问题了。
31
【板书】二、炼钢
1、炼钢目的 降碳、除硫磷、调硅锰。
2、炼钢方法 【材料史话】 中国古代“炒钢”术 中国是世界上最早掌握炼钢技术的国家。中国古代工匠先后发明了 “块炼铁渗碳钢”、“ 百炼钢”、“ 炒钢”等炼钢工艺，其中以炒钢术最为 先进。 炒钢——就是把生铁加热到熔融或半熔融状态下，在熔炉中不断
地搅拌，利用空气中的氧气把生铁中较高的碳氧化反应掉，从而获得含碳
量较低质量较高的钢。
【板书】 平炉炼钢法 转炉炼钢法 电炉炼钢法
1864年，法国 1952年，奥地利林茨 1899年，法国埃鲁发明。
马丁发明。 和多纳维茨发明。 用于高级优质合金钢、 300吨/7小时 120吨的转炉：160~220吨/小时。 特殊钢的冶炼
3、炼钢过程
氧化 Fe+O2=2FeO
脱氧 FeO + Si =2Fe+ S O2 【新闻联接】
中国钢铁工业发展概况
中国钢铁工业经过一百年的发展，钢产量居世界首位，已经占到全世界
钢产量的30%，并且比第二、三、四名钢产量的总和还要多。2005年中国共 有八家钢铁公司的钢产量超1000万吨。 时间 1898年 1943年 1949年 1957年 1958年 1971年
15.85 产量（吨） 1万 92.3万 535万 1080万 2000万 万
时间 1979年 1996年 2003年 2005年 2006年 2008年
产量（吨） 3000万 1亿 2.22亿 3.49亿 4.18亿 5.32亿
三、生铁与钢比较
生铁 钢 相同点： 都是铁碳合金。 不同点：
含碳量 ＞2.11％ ＜2.11％ 含硫、磷 多 少 【小结】学习内容
一、炼铁 二、炼钢
三、生铁与钢比较 学习重点
高炉炼铁、现代工业炼钢方法，生铁和钢在组成上差别。
【作业】略
32
课 题：第二节 碳钢的分类（1课时）
教学要求：掌握碳钢的概念，熟练掌握碳钢的四种分类。 教学重点：碳钢的四种分类。 教学过程：
【复习】1、钢与生铁组成上有什么相同点和不同点？
2、钢和生铁总称为钢铁材料，请问冶炼生铁主要设备是什么？现代工业炼钢的方法有哪些？哪一种炼钢速度最快？哪一种炼钢质量最好？
【新课导入】对钢而言，有碳钢、合金钢之分，今天将先开始学习碳钢的知识。
【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%。 【交流与讨论】 1．应用所学Fe—Fe3C相图知识，完成以下填充： 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_____________。 【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 45 T10 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？ 【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
【小结】学习内容
一、碳钢
二、碳钢四种分类： 学习重点
碳钢的四种分类。
【作业】略
33
课 题：第三节 常用碳钢（1课时） 教学要求：1、明确碳钢材料的优点；
2、熟练掌握普通碳素结构钢的牌号、成分、性能和用途。 教学重点：普通碳素结构钢的牌号、性能和用途：。 教学难点：普通碳素结构钢的牌号。 教学过程：
【复习】1、低碳钢的拉伸曲线中，屈服现象发生在哪一阶段？屈服现象是什么意思？做好的机械零件在使用中出现屈服现象意味着什么？发生屈服现象的应力叫什么？（教师画出低碳钢的拉伸曲线）
2、请说出“普通钢”、“ 结构钢”的含义。 3、什么叫碳钢？
【新课导入】碳钢是目前应用最为广泛的金属材料。对工农业生产、交通运输、国防乃至日常生活来说，碳钢是最基本、最重要的材料，这是因为碳钢具有下面的优点： 【板书】碳钢的优点：具有良好的力学性能和工艺性能，且冶炼方便，价格便宜。 【讲解】实际生产中使用的碳钢材料种类很多，常用的有以下四类：
【板书】一、普通碳素结构钢（C：0.06%~0.38%，硫、磷含量较高，一般不需要热处理。） 1、牌号（先指导学生阅读教材相关内容，然后师生共同完成以下内容） Q + 数字──质量等级 + 脱氧程度 屈服点 屈服点 （A B C D）（F b Z TZ） 数 值 差 → 好
Ｑ215-B. b 表示屈服点为215MPa的B级半镇静钢。 Ｑ235-A.F 表示σs为235MPa的A级沸腾钢。 【练习】说出牌号Ｑ195-A. z，Ｑ235-D. Br 含义。 【板书】2、性能、用途
牌号 Ｑ195、Ｑ215 Ｑ235 Ｑ255 Ｑ275 含碳量 低碳钢 中碳钢
性能 塑性、韧性和焊接性能好，有一定的 强度、硬度较高，塑
强度和硬度。 性、韧性良好。
用途 用于制造受力小的零件。 广泛用于一般要求的零件 用于制造承受中等载荷
如铁钉、铁丝、白铁皮、 和加工时需要冷弯、铆接、 的零件。如自行车、三 黑铁皮、轻负荷的冲压 焊接及工程结构件。如螺 轮车上的心轴、农机零 件和焊接件。 钉、螺母、建筑结构、桥 件等。
梁、钢结构课桌椅等。
【小结】学习内容
普通碳素结构钢 一、牌号
Q + 数字──质量等级 + 脱氧程度 如Ｑ235-A.F 二、性能、用途 学习重点
普通碳素结构钢的牌号和典型用途。
【作业】略
34
课 题：第三节 常用碳钢（1课时）
教学要求：熟练掌握优质碳素结构钢的牌号、性能和用途。 教学重点：优质碳素结构钢的牌号和典型用途。
教学难点：根据优质碳素结构钢的牌号换算出含碳量。 教学过程：
【复习】1、普通碳素结构钢的牌号是如何表示的？说出牌号Ｑ235-C. b含义。
2、请说出“优质钢”和“结构钢”的含义。
【新课导入】碳钢中常用的结构钢除普通碳素结构钢还有优质碳素结构钢，本节课讨论： 【板书】二、优质碳素结构钢（S≤0.035% P≤0.035%，用于质量要求高的机械零件。）
1、牌号（指导学生阅读教材相关内容，共同完成以下内容。）
二位数字──表示平均含碳量的万分之几。
牌号 08 20 45 65 80 含碳量 0.08% 0.20% 0.45% 0.65% 0.80% 60表示平均含碳量为0.60%的优质碳素结构钢。
65 Mn表示平均含碳量为0.65%的较高含锰量的优质碳素结构钢。 【交流与讨论】
1、普通碳素结构钢、优质碳素结构钢的牌号表示各有什么特点？（普通碳素结构钢的牌号着重表示屈服点和质量等级，而优质碳素结构钢的牌号着重于表示含碳量。） 2．表4-2中，从08到85钢哪些是低碳钢、中碳钢、高碳钢？ 【板书】2、性能、用途
牌号 性能 用途
08~25 塑性、韧性好，焊接性能好， 08、10钢称为冷冲压钢。主要用于制造 （低碳钢） 强度、硬度低。 深冷冲压件和焊接件。如汽车驾驶室、
油箱、压力容器等。（引导观察图示）
15、20、25钢称为渗碳钢。
a、制造渗碳件。链条，小齿轮。
b、制作冷冲压件和焊接件，如风扇叶 片、法兰盘等。
30~55 具有较高的强度、硬度，塑性、 广泛用于受力较大的零件，如机床 （中碳钢） 韧性良好。 主轴、发动机曲轴、连杆等。
60~85 具有较高的强度、硬度和弹性， 主要用于制造弹性零件和耐磨件， （高碳钢） 但塑性较低，焊接性能不好，切削 如弹簧、板簧、弹簧垫圈、弹簧片、钢
加工性差。 轨、钢丝绳等。
【小结】学习内容
优质碳素结构钢 一、牌号
二位数字──表示平均含碳量的万分之几。 二、性能、用途 学习重点
优质碳素结构钢的牌号和典型用途。
【作业】略
35
课 题：第三节 常用碳钢（1课时）
教学要求：熟练掌握碳素工具钢、铸造碳钢的牌号、性能和用途。 教学重点：碳素工具钢的牌号和典型用途。
教学难点：根据碳素工具钢的牌号换算出含碳量。 教学过程：
【复习】1、普通碳素结构钢、优质碳素结构钢的牌号是如何表示的？说出牌号Ｑ235-A.F和45钢的含义。
2、请说出“优质钢”、 “高级优质钢”和“工具钢”的含义。
【新课导入】本节课讨论常用碳钢中的碳素工具钢和铸造碳钢。 【板书】三、碳素工具钢（制造刀具、模具、量具等。）
1、牌号（指导学生阅读教材相关内容，共同完成以下内容。） T+数字 数字为平均含碳量的千分之几。
牌号 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13
含碳量 0.7% 0.8% 0.9% 1.0% 1.1% 1.2% 1.3%
T7表示平均含碳量为0.7%的碳素工具钢；
T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 强调：（1）碳素工具钢含碳量在0.7%以上；
（2）碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。 【板书】2、性能
（1）热处理后具有高的硬度、耐磨性；
（2）随含碳量的增加，其硬度和耐磨性逐渐增大，韧性逐渐下降。 【提问】碳素工具钢中，哪一种钢的韧性最好，哪一种钢的硬度、耐磨性最大？
【板书】3、用途──制造形状复杂，切削速度较低（＜5米/分），工作温度不高（200℃以
下）的工具和耐磨件。
T7、T8：用于制造受冲击，需要高硬度和耐磨性的工具（工作部分48~60HRC）。如铁锤、冲头、錾子、螺丝刀、打炮眼的钢钎、简单模具、木工工具等。
T9、T10、T11：用于受中等冲击的工具和耐磨件（工作部分60~62HRC）。如手工锯条、丝锥、板牙、冲模。
T12、T13钢用于制造不受冲击，硬度极高的工具和耐磨件（工作部分62~65HRC）。如锉刀、刮刀、钻头等。
【板书】四、铸造碳钢
1、牌号（指导学生阅读教材相关内容，共同完成以下内容。）
ZG 数字 — 数字
〔铸钢 σS σb〕
ZG340—640表示σS为340MPa，σb为640MPa的铸造碳钢。 2、成分特点
含碳量： 0.15%~0.60% 3、用途
制造形状复杂，力学性能要求较高的机械零件。像变速箱体、水泵壳体等。 （教师介绍教材“你知道吗” 【小结】学习内容
一、碳素工具钢 二、铸造碳钢 学习重点
碳素工具钢的牌号和典型用途。
【作业】略
36
课 题：第一节 钢在加热的组织转变（2课时）
教学要求：1、掌握热处理含义，明确普通热处理和表面热处理的种类。
2、能熟练应用Ac1、Ac3、ACcm，明确钢加热时的组织转变及其影响因素。 教学重点：热处理含义， Ac1、Ac3、ACcm应用。 教学难点： Ac1、Ac3、ACcm应用。 教学过程：
【新课导入】钳工锉削用的锉刀是采用什么材料制造的？锉刀的性能是怎样的？〔 T13或T12，具有高硬度（62~65HRC）和耐磨性。〕锉刀的高硬度和耐磨性是T13本身具有的吗？不是的。它是通热处理处理出来的。从第五章开始我们将学习讨论热处理的知识。 【板书】热处理：将固态钢进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
普通热处理──退火、正火、淬火、回火； 表面热处理──表面淬火、化学热处理。
注意（1）任何热处理工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段；（如图5-1） （2）保温的目的是使工件热透，组织转变均匀。 【讲解】热处理是机械制造工艺中一个不可缺少的组成部分，它能改善零件的加工性能，提高材料使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命。据统计，机床制造中约有60%~70%的零件，汽车、拖拉机制造中约有70%~80%的零件都要进行热处理，各种工具和轴承几乎全部要进行热处理。可见，热处理在机械制造中占有非常重要的地位。 （教师介绍“热处理史话”）
【板书】第一节 钢在加热的组织转变
一、加热目的：获得奥氏体（或部分奥氏体）。
【复习】请说出Ac1、Ac3、ACcm的意义？并将Ac1、Ac3、ACc分别标注到钢部分相图中去。 【交流与讨论】 一． 45钢Ac1：724℃，Ac3：780℃。T10钢Ac1：730℃， ACcm： 800℃。请问45钢、T10钢在下表不同温度时的组织是什
么？
室温 735℃ 830℃
45钢
T10钢
二．亚共析钢完全奥氏体化，应加热到______以上；
共析钢完全奥氏体化，应加热到________以上； 过共析钢完全奥氏体化，应加热到______以上。
【讲解】奥氏体虽然是钢在高温状态下的组织，但它的晶粒大小、均匀程度，对钢冷却后的组织和性能有重影响。因此，了解钢在加热时组织结构的变化规律，是对钢进行正确热处理的先决条件。
【板书】二、奥氏体的形成过程 （教师讲读教材相关内容） 共析钢
1．奥氏体晶核的形成； 2．奥氏体晶核的长大； 3．残余渗碳体的溶解； 4．奥氏体的均匀化。
三、奥氏体晶粒长大及影响因素
37
１、晶粒长大过程（教师讲读教材相关内容） ２、影响晶粒长大因素（教师讲读教材相关内容） 小结：热处理加热时，要合理选择并严格控制加热温度和保温时间，合理选用钢材。 【小结】学习内容
一、热处理概念
二、第一节 钢在加热的组织转变 学习重点
热处理含义， Ac1、Ac3、ACcm应用。
【作业】略
38
课 题：第二节 钢在冷却的组织转变（2课时） 教学要求：1、明确等温冷却、连续冷却、过冷奥氏体；
2、理解过冷奥氏体等温图，掌握过冷奥氏体等温冷却的组织和性能。 3、掌握过冷奥氏体典型连续的产物，马氏体及马氏体转变特点。 教学重点：过冷奥氏体等温冷却的组织和性能过冷奥氏体典型连续的产物，马氏体及马氏体
转变特点。
教学难点：理解过冷奥氏体等温图。 教学过程： 【复习】热处理时加热的目的是什么？亚共析钢、共析钢和过共析钢奥氏体化分别时加热到什么临界温度？请画出图示。
【新课导入】中冷却是热处理最关键的操作，冷却方式不同，得到的组织也不同，请阅读表5-1 45钢经840℃加热后在不同条件冷却后的力学性能。本节课我们将学习讨论： 【板书】第二节 钢在冷却的组织转变 热处理的冷却方式
１、等温冷却 图5-4（１） ２、连续冷却 图5-4（２） 一、过冷奥氏体等温转变
（教师讲解除清楚过冷奥氏体。）
1．过冷奥氏体等温转变图（C曲线） （教师边图示边讲解分析以下内容） 共析钢过冷奥氏体等温转变图：
aa‵曲线为过冷奥氏体转变开始线； bb‵曲线为过冷奥氏体转变终了线。
Ms线：过冷奥氏体发生马氏体转变的开始温度线； Mf线：过冷奥氏体发生马氏体转变的终了温度线。 2．过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
（1）珠光体转变 在A1~550℃温度范围
组织名称 符号 温度范围 组织特征 硬度（HRC） 珠光体 P A1~650℃ 粗片状 ＜25 索氏体 S 650℃~600℃ 细片状 25~35 托氏体 T 600℃~550℃ 极细片状 35~40 （2）贝氏体转变 在550℃~Ms温度范围。
组织名称 符号 温度范围 组织特征 硬度（HRC） 上贝氏体 B上 550℃~350℃ 羽毛状 40~45 下贝氏体 B下 350℃~Ms 黑色针叶状 45~55 二、过冷奥氏体连续转变
【讲解】把钢加热到奥氏体状态后，使奥氏体在温度连续下降的过程中发生的转变称为过冷奥氏体连续冷却转变。因过冷奥氏体连续冷却转变曲线测定困难，故目前生产中通常应用过冷奥氏体等温转变图近似地来分析奥氏体连续冷却时的转变。例如我们要确定一种钢在某种连续冷却速度下所得到的组织，可将该连续冷却速度线画在此钢的等温转变图上，根据它与C曲线相交的位置，便可大致地估计出它可能得到组织。
【板书】1．典型连续冷转变（教师边图示边讲解分析以下内容）
连续冷却名称 平均冷却速度 转变产物 随炉冷却（V1） 10℃/分 珠光体 空气冷却（V2） 10℃/秒 索氏体
39
油中冷却（V3） 150℃/秒 托氏体+马氏体 水中冷却（V4） 600℃/秒 马氏体 临界冷却速度（V临）：奥氏体向马氏体转变的最小冷却速度。 影响临界冷却速度的主要因素：钢的化学成分。 例如，碳钢的V临大，合金钢的V临小， 2．马氏体转变
【讲解】当冷却速度大于V临时，奥氏体很快地过冷到图5-8“c曲线”中Ms温度以下发生马氏体转变，这时γ-Fe晶格迅速向α-Fe晶格转变。但由于温度较低，钢中碳原子来不及扩散，被迫全部留在α-Fe晶格，此时碳大大超过了在α-Fe中的正常溶解度。 【板书】马氏体（M）：碳溶于α-Fe的过饱和固溶体。（教师介绍材料史话）
马氏体转变的特点：
（１）马氏体转变在连续转变中完成（Ms~Mf）；
（２）非扩散型转变，转变速度快极；
（３）马氏体转变体积发生膨胀，并产生很大的内应力； （４）转变不彻底，存在残余奥氏体。
【小结】学习内容
一、过冷奥氏体等温转变 1、珠光体转变 2、贝氏体转变
二、过冷奥氏体连续转变 1、典型连续冷转变 2、马氏体转变 学习重点
过冷奥氏体等温冷却的组织和性能过冷奥氏体典型连续的产物，马氏体及马氏体转
变特点。 【作业】略
40
课 题：第三节 退火和正火（2课时）
教学要求：理解退火概念，掌握完全退火、球化退火、去应力退火的工艺、目的和应用； 教学重点：完全退火、球化退火、和去应力退火工艺、目的和应用。 教学难点：依据完全退火、球化退火和去应力退火分析出其主要作用。 教学过程：
【复习】1、请在（仅画有线的）Fe-Fe3C钢部分相图标注出Ac1、Ac3、ACcm，并说出各区域的
组织；
2、过冷奥氏体随炉冷却、空气冷却、油中冷却和水中冷却谁的冷却最慢？谁的冷
却最快？分别得到什么组织？
3、切削加工的方法有哪些？最佳切削硬度是多少？硬度过高或过低有什么危害？ 【复习】今天我们将开始学习第三节 退火和正火。退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机械零件或工具制造过程中，通常作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后，粗加工之前用来消除前一道工序（如铸造、锻造、轧制、焊接等）所造成的某些缺陷并为随后的工序（如切削加工、最终热处理）作组织准备，故也称预备热处理。对于少数要求不高和铸件、锻件亦可作为最终热处理。
【板书】一、退火 将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。
1、退火的目的
①降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工； ②细化晶粒，均匀钢的组织及成分；
③消除钢中的残余内应力，以防止工件变形或开裂。
2、常用退火
常用退火 完全退火 球化退火 去应力退火（热史话） 加热到Ac3+（30~50）℃ 加热到Ac1+（20~30）℃ 加热到略低于A1温度 工艺 保温（一般3分/毫米） 保温 保温
随炉冷却 随炉缓慢冷却（小于50℃/h） 随炉缓慢冷却 组织 铁素体+珠光体 球状珠光体 无组织变化
应用 用于亚共析钢的锻件、 用于过共析钢，如碳素工具 用于锻造、铸造、焊接、
铸件、焊接件的退火。 钢、合金工具钢和轴承钢。 深度冷加工变形及切削
加工后的工件应去应力。
实例 用38CrMoAI?? 用T13钢制造锉刀?? 用65Mn钢制造??
【交流与讨论】过共析钢毛坏退火能否加热到ACcm以上？ 【小结】学习内容
一、退火
1、退火的目的 2、常用退火 学习重点
完全退火、球化退火、和去应力退火工艺、目的和应用
【作业】略
41
课 题：第三节 退火和正火（2课时） 教学要求：1、掌握正火的工艺、目的和应用； 2、学会从切削加工选择退火与正火。
教学重点：正火的工艺，从切削加工选择退火与正火。 教学难点：退火与正火选择。 教学过程：
【复习】常用的退火有哪几种？请说出它们的工艺和目的。 【板书】二、正火
1、正火工艺：将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，经保温一段时间，随后在空气
中冷却的热处理工艺。（教师板演图示加热临界温度，并强调以下两点）
（1）加热：亚共析钢 Ac3+（30~50）℃ 过共析钢 Accm+（30~50）℃
（2）正火冷却速度比退火稍快，组织较细，强度、硬度较高。（观察表5-5） 2、正火与退火基本相同。（让学生复述） 3、应用 （1）、改善低碳钢、中碳钢的切削加工性。 【例】用45钢制造普通车床主轴，为降低硬度改善切削加工性，调整组织， 消除锻造内应力，通常选用正火。其部分工艺过程如下：
（2）作为普通结构零件的最终热处理
【例】某工厂用45圆钢制造小型电机主轴，因对力学性能要求不高,该厂选
用正火作为最终热处理。其工艺过程如下：
（3）消除过共析钢中网状渗碳体，改善钢的力学性能
【例】一含有网状渗碳体组织的T10钢毛坯，为改善其切削加工性能应如
何进行热处理？并简述所进行的热处理的作用。
解：（1）正火。消除网状渗碳体。
（2）退火。降低硬度，改善切削加工性。
三、退火与正火的选择
【观察与思考】
观察图5-12从切削加工性考虑：低碳钢、中碳钢宜选用_____火；高碳钢宜选用______火。
1、从切削加工考虑低碳钢、中碳钢选用正火，高碳钢选用退火； 2、从使用性能考虑； 3、从最终热处理考虑；
4、从经济方面考虑，优先选用正火。
例 某工厂用 Ｔ13 钢制造丝锥锉刀，其工艺路线为：
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下料→锻造→热处理1→切削加工→淬火. 低温回火→切削加工 试分析工艺路线中热处理1应选用什么？请说明热处理1的主要作用。
【小结】学习内容
二、正火
三、退火与正火的选择 学习重点
正火的工艺，从切削加工选择退火与正火
【作业】略
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课 题：第四节 钢的淬火（2课时） 教学要求：1、掌握淬火的工艺、目的； 2、理解淬火加热温度的选择；
3、理解淬火的理想冷却速度，熟悉常用的淬火冷却介质。 教学重点：淬火的工艺、目的，淬火加热温度。 教学难点：淬火的理想冷却速度。 教学过程：
【复习】1、什么叫临界冷却速度？要获得马氏体应如何冷却？
2、什么叫正火？亚共析钢、过共析钢正火分别应加热到什么临界温度？ 3、为改善Ｔ10 钢的毛坯的切削加工性应选择什么热处理？进行这种热处理的目的是什么？
【引入新课】 降低硬度，改善切削加工性。 选择退火 （如果我们要大大）提高硬度、硬度。 选择_____ 【板书】第四节 钢的淬火
淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50℃，保温一定时间，然后快速冷却，以获
得马氏体组织的热处理工艺。
的目：主要是获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。
（指出：淬火是强化钢材最显著、最重要的方法。并指导阅读“你知道吗”） 一、淬火加热温度的选择
（指导阅读教材相关内容。）
亚共析钢 Ac3+（30~50）℃
过共析钢 Ac1+（30~50）℃（教师板书图示）
【交流与讨论】亚共析钢淬火加热温度过低或过高有什么样危害？ 过共析钢淬火加热温度过高有什么样危害？
二、淬火冷却（V冷≥V临）
【热处理史话】随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷却剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲
元曾在陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到800多公里外的成都取水淬火的，这说明中国 在古代就注意到不同水质的冷却能力了。
【板书】1、淬火理想的冷却速度 【讲解】淬火时为了得到马氏体，工件在淬火介质中的冷却速度必须大于或等于临界冷却速度 ，但不是冷却速度越大越好，若淬火冷却速度过大，产生的收缩应力大大超过马氏体膨胀应力，工件易出现变形或开裂。因此，在保证淬硬的前提下，应尽量选择缓和的冷却介质，以减少淬火应力，防止工件变形和开裂。分共析钢的过冷奥氏体等温转变图可以看出，为了获得马氏体组织，并不需要整个冷却过程中都有要快冷，关键应在等温转变图“鼻尖”附近快冷。图5-14所示为理想的冷却速度（即慢──快──慢）。 【板书】慢──快──慢
2、常用的淬火冷却介质 （1）水
【讲解】由表5-6可知，水的冷却特性很不理想。因为在需要快冷的650~500℃范围它的冷却速度却很小，而在300~200℃需要慢冷时，它的冷却速度反而增大，使工件容易发生变形，甚至开裂；其次，水温的变化对其冷却能力影响很大。水温越高，冷却能力越小。生产中常通过搅拌冷却水或让冷却水循环，以提高650~500℃范围内的冷却能力。另外，淬火冷却水中若混有油、肥皂等杂质时，会显著降低其冷却能力，这在使用时必须注意。
然而，由于水价廉易得，使用安全，无燃烧、腐蚀等危害，水仍然是应用最广泛的淬火冷却介质。碳钢零件通常采用水淬火。 【板书】（1）水 主要用于用于形状简单的碳钢工件淬火。
44
（2）盐或碱的水溶液
【讲解】为了提高水的冷却能力，可加入少量（10~15%）的盐或碱。常用的是食盐水溶液和氢氧化钠水溶液。
由表5-6可知食盐水溶液和氢氧化钠水溶液的优点在于650~500℃范围内冷却速度快，缺点是300~200℃的冷却速度仍然很快，容易引起变形开裂，并且对工件有腐蚀作用，淬火后工件必须清洗。（指导阅读教材为什么）
【板书】（2）盐或碱的水溶液 主要用于重要碳钢零件的淬火。 （3）矿物油 【讲解】矿物油也是一种应用广泛的淬火冷却介质，目前生产中用作淬火冷却介质的矿物油有机油、柴油、变压器油等。由表5-6可知油的在300~200℃的温度范围内冷却速度比较慢，这对于减少淬火工件的变形与开裂是很有利的，但它在650~500℃内冷却速度太慢，故不能能用于碳钢，而只能用于临界冷却速度小的合金钢淬火，但油价格较高，易燃，不易清洗。 【板书】（3）矿物油 用于临界冷却速度小的合金钢淬火。 【小结】学习内容
淬火 的目
一、淬火加热温度的选择 二、淬火冷却
1、淬火理想的冷却速度 2、常用的淬火冷却介质 学习重点
淬火的工艺、目的，淬火加热温度。
【作业】略
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课 题：第四节 钢的淬火（2课时） 教学要求：1、熟悉常用淬火方法；
2、理解淬透性、淬硬性。
教学重点：淬透性。 教学难点：淬透性概念。 教学过程：
【复习】1、什么叫淬火？淬火的目的是什么？
2、亚共析钢、过共析钢淬火分别加热到什么临界温度？ 3、淬火理想的冷却速度是怎样的？
【引入新课】为了使淬火时最大限度地地减少变形和避免开裂，除了正确地进行加热和合理选择冷却介质外，还应该根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。 【板书】三、淬火方法（教师采用边图示、边分析、边讲解完成以下内容）
淬火方法 单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 实例 碳钢在水中淬火。 水淬油冷 （保温：使工件 （保温：使工件内外温 合金钢在油中淬火。 内温度一致） 度一致，使A冷→B下） 淬火组织 马氏体 马氏体 马氏体 下贝氏体
优点 易实现机械化、自 取长补短， 有效减小工件 力学性能好，基本避
动化，应用广泛。 淬火应力减小。 变形或开裂。 免工件的淬火开裂。
缺点 易产生硬度不足或 操作困难。 只适用尺寸较 淬火时间长，零件的直
硬度不均匀现象。 小的零件。 径或厚度不能过大，
应用 适用于形状简单，变 用于碳素工具 用于形状复杂的 用于形状复杂，强度和
形要求不高的工件。 钢制造易开裂 碳钢或合金钢小 韧性要求高的各种小型
的工件。 型零件。 模具、成形刀具。
四、淬硬性与淬透性
1、淬硬性 指钢经淬火后能达到的最高硬度。
淬硬性主要取决于钢中的碳含量，含碳量越高，钢淬火后的硬度越高。 淬火材料 淬火硬度
45钢 55HRC T13钢 65HRC
2、淬透性 指在规定条件下，钢淬火后获得淬硬层深度的能力。
碳 钢 合金钢
牌 号 45 60 40Cr
水冷淬透层（mm.） 18 25 36
（1）影响淬透性的主要因素：钢的临界冷却速度（V临）
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临界冷却速度越小，钢淬透性越好。 合金钢易淬透，而碳钢难淬透。
（2）淬透性好的钢的优点
a能使大截面零件淬透,获得理想的力学性能；
b可用冷却能力弱的介质淬火，减少零件的变形与开裂。
【小结】学习内容
三、淬火方法
单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 四、淬硬性与淬透性
注意：淬透性好的钢，淬硬性不一定高。 淬硬性高的钢，淬透性不一定好。 学习重点 淬透性
【作业】略
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课 题：第五节 钢的回火（1课时） 教学要求：1、明确淬火钢不能直接使用；
2、理解淬火钢回火时组织与性能的变化； 3、掌握回火工艺、目的、分类和应用。
教学重点：回火工艺、目的、分类和应用。 教学难点：淬火钢回火时组织与性能的变化。 教学过程：
【交流与讨论】淬火是强化钢材最显著、最重要的方法，请问工件淬火后，能否直接使用？
为什么？
【板书】 淬火工件
组织：马氏体+A残，不稳定。
性能：硬度高，强度大，脆性大，内应大。 结论：不能直接使用。淬火后紧接着进行回火。 【板书】第五节 钢的回火
回火 将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处
理工艺。
【交流与讨论】回火的组织与冷却方式无关，只温度有关。请思考采用何种冷却方式最经济？
一、回火目的（教师边讲边分析） 1．减少或消除淬火应力；
2．获得所需要的力学性能；
3．稳定组织，稳定尺寸。
二、淬火钢在回火时组织和性能变化
1、组织的变化
（1） 80℃~200℃ 马氏体分解 → 回火马氏体
200℃~300℃ 残余奥氏体也开始分解 （特殊细小的Fe2。4C）
（2） 300℃~400℃ Fe2。4C→Fe3C
（3） 400℃~500℃ 回火托氏体 （细小的Fe3C）
（4） 500℃~650℃ 回火索氏体
（球状Fe3C + F） 2、 性能的变化
【交流与讨论】45钢力学性能与回火温度的关系如图5-16所示，请分析随着回火温度的升
高，强度、硬度、塑性和韧性是如何变化的？并由此完成以下结论的填充。 结论：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度_________，塑性、韧性_________。
（推而广之，其他淬火钢回火）
【板书】随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低，塑性、韧性提高。
三、回火的分类和应用（教师边讲边分析）
分类 低温回火 中温回火 高温回火 温度 150℃~250℃ 250℃~500℃ 500℃~650℃ 组织 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体
性能 高的硬度和耐磨性，有 具有高的弹性强度、屈服点 具有良好的综合力学性
一定的韧，内应力降低。 和适当的韧性，内应力基本 能，内应力全部消除。
消除。
应用 主要用于高硬度工具和 主要用于弹性零件和热模具 广泛用于受力构件的热
耐磨件的回火。如刀具、 的回火。 处理。如主轴、曲轴、连 冷模具、量具、滚动轴 杆、螺栓、齿轮等。 承、渗碳件等。
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【板书】综合力学性能：强度、硬度、塑性和韧性良好配合的性能。 调质处理：淬火与高温回火相结合的热处理。
调质处理与正火相比，不仅强度较高，而且塑性、韧性远高于正火钢。（见表5-8） 原因 调质处理 正火 组织 回火索氏体 索氏体 Fe3C形态 球粒状 薄片状 【小结】学习内容
回火
一、回火目的
二、淬火钢在回火时组织和性能变化 三、回火的分类和应用 学习重点
回火工艺、目的、分类和应用。
【作业】一、活动与探究
二、书面作业（略）
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课 题：第六节 钢的表面热处理（2课时） 教学要求：1、理解钢的表面热处理；
2、初步了解表面淬火和化学热处理的常用方法。
教学重点：感应加热表面淬火，渗碳、渗氮工艺特点。 教学难点：感应加热表面淬火原理。 教学过程：
【交流与讨论】发动活塞、齿轮、链条这类零件，受冲击载荷、交变载荷作，心部需保持足够的塑性和韧性，但表面受摩擦、磨损，要求零件表面硬度高、耐磨。想一想冶炼厂能炼出这种要求表面硬而心部软材料吗？采用整体淬火或正火能达到这种要求吗？
【板书】表面热处理：使零件表层具有高的硬度和耐耐磨性，而心部具有足够的塑性和韧性
的热处理。
一、表面淬火
表面淬火（阅读教材内容，观察图5-20） （1）火焰加热表面淬火
火焰 乙炔-氧火焰（3200℃） 淬硬层 2~6mm.
特点 a设备简单；
b加热温度不易控制，淬火质量不够稳定； c适用于单件或小批量生产。
2、感应加热表面淬火
原理 （阅读教材内容，观察图5-21）
淬硬层 电流频率 淬硬层
高频感应加热（200~300千赫） 1~2mm 中频感应加热（1~10千赫） 3~8mm 工频感应加热（50赫） 10~15mm
特点 a 加热迅速（几秒到几十秒），生产率高；
b淬硬层易于控制，淬火质量好，淬火变形小； c易于实现机械化，自动化，适用于大批量生产；
3、激光表面淬火（指导阅读教材内容）
二、化学热处理
（指导阅读教材内容）
化学热处理基本过程——分解、吸收、扩散 1、渗碳
渗碳方法 固体渗碳、盐浴渗碳、体渗碳
渗碳材料 低碳钢或低碳合金钢
渗碳层 0.5mm~2mm
渗碳层含碳量 0.85%~1.05%
注意：渗碳还必须进行淬火和低温回火。 2、渗氮
渗氮方法 气体渗氮、离子渗氮
特点 a渗氮温度低（500~600℃），渗氮后不用淬火，零件变形小；
b渗氮层具有很高的表层硬度和耐磨性； c渗氮后具有很好的耐蚀性；
d渗氮的周期长，成本高，不宜承受集中的载荷，
3、碳氮共渗（指导阅读教材内容）
【小结】学习内容
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