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金属材料与热处理教案一、教学目标：1. 了解金属材料的基本概念、分类和特性；2. 掌握金属的热处理方法及其在材料强度、韧性和耐蚀性方面的应用；3. 理解金属材料热处理对微观结构的影响，并学会通过热处理改善材料性能。
二、教学内容：1. 金属材料的基本概念和分类：a. 金属材料的定义；b. 金属材料的分类：有色金属和黑色金属；c. 金属材料的特性：导电性、导热性、可塑性和延展性。
2. 金属材料的热处理方法：a. 固溶处理：概念、原理和应用；b. 淬火处理：概念、原理和应用；c. 回火处理：概念、原理和应用；d. 冷加工和时效处理：概念、原理和应用。
3. 金属材料的热处理对性能的影响：a. 强度的改善：冷加工、固溶处理和淬火处理；b. 韧性的改善：回火处理；c. 耐腐蚀性的改善：时效处理和表面处理。
4. 热处理实验：a. 实验一：固溶处理与淬火处理的实验；b. 实验二：回火处理的实验；c. 实验三：冷加工与时效处理的实验。
三、教学方法：1. 理论讲授：通过讲解金属材料的基本概念、分类和特性，以及不同热处理方法的原理和应用，使学生掌握相关知识。
2. 实验教学：通过热处理实验，让学生亲自操作并观察材料的性能变化，加深对热处理方法和影响的理解。
3. 讨论交流：组织学生讨论不同热处理方法的优缺点，以及在实际应用中的选择和搭配，培养学生的分析和判断能力。
四、教学评估：1. 实验报告：针对每个实验，学生需撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果及分析等内容。
2. 课堂练习：设计相关的选择题和计算题，帮助学生检验对知识掌握的程度。
3. 期末考试：综合考核学生对金属材料和热处理的全面理解，考察学生运用所学知识解决问题的能力。
五、教学资源：1. 教材：金属材料与热处理教材，包括相关理论和实验操作指南。
2. 实验设备和材料：实验室所需的金属材料和热处理设备。
六、教学进度安排：1. 第一周：金属材料的基本概念和分类；2. 第二周：固溶处理和淬火处理；3. 第三周：回火处理；4. 第四周：冷加工和时效处理；5. 第五周：热处理实验；6. 第六周：复习和期末考试。
金属的性能（第二课时）A：课题：金属的力学性能B：课型：新课C：教学目的与要求：1、掌握拉伸试验的测定方法；2、掌握力——伸长曲线的几个阶段；3、掌握屈服点的概念；D：教学重点与难点1、理解力——伸长曲线是教学重点；2、强度、塑性是教学难点。
E：教学过程：一、强度：①概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
②根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
1、拉伸试样：拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。
Do：直径Lo：标距长度长试样：Lo=10do短试样：Lo=5do2、力——伸长曲线纵坐标表示力F，单位N；横坐标表示伸长量△L，单位为mm。
低碳钢的力－伸长曲线（1）oe：弹性变形阶段：试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
Fe为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。
（2）es：屈服阶段：不能随载荷的去除而消失的变形称为。
在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。
屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。
Fs称为屈服载荷（3）sb：强化阶段：随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。
Fb：试样拉伸的最大载荷。
（4）bz：缩颈阶段（局部塑性变形阶段）当载荷达到最大值Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。
工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”。
如铸铁等。
3、强度指标：（1）屈服点：在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。
金属的热处理与金属材料教案。
一、金属的热处理热处理是指对金属材料进行加热、保温、冷却等处理，来改变其组织和性能的方法。
它可以使金属材料达到所需强度、硬度、韧性和其它性能指标的目的，同时也可以改变材料的物理、化学性质。
金属热处理的种类很多，下面我们分别介绍一下。
1.固溶处理（退火）固溶处理是指将金属加热到固溶温度以上，保持一定的时间，然后冷却到室温。
该过程可以消除合金中的偏析和变质，并进一步提高材料的塑性和韧性，以及减小材料的硬度。
此外，固溶处理还可以消除材料的残留应力。
2.均质处理均质处理是一种通过在固溶时对合金液体进行搅拌，使其成分均匀分布的方法。
这个过程可以提高材料的强度，韧性和耐蚀性。
3.淬火处理淬火处理是将金属加热到固溶温度以上，然后迅速冷却到室温，以产生一定硬度的处理过程。
淬火处理可以让材料得到高强度和硬度的提高，但同时也会改变其塑性和韧性。
4.回火处理回火处理是一种将淬火后的金属加热到一定温度，然后冷却到室温的方法。
通过回火处理，可以减轻淬火处理对金属塑性和韧性的影响，使金属更加稳定可靠。
5.热处理淬火回火一体化热处理淬火回火一体化是一种新兴的热处理方法，是指在同一炉内完成淬火和回火处理的方法。
它可以有效地提高材料的强度和韧性，并减少热处理时间和设备成本。
二、金属材料教案针对金属热处理的应用和实践，我们可以制定一份科学的教案，来帮助学生更好地理解和掌握这一领域的知识。
1.教学目标了解金属热处理的原理和种类，掌握金属热处理的基本技术和方法；学习材料的组织结构和变化规律，掌握材料性能的测试和评估方法；了解金属材料的加工和应用，掌握金属制品的生产流程和技术。
2.教学内容金属材料的物理和化学性质；金属热处理的类型和原理；金属材料组织结构的分析和归类；金属材料性能测试和评估方法；金属制品加工和应用的技术流程和方法。
3.教学重点学生需要掌握金属热处理的基本技术和方法，如淬火、固溶和回火等；学生需要了解材料的组织结构和变化规律，以及如何测试和评估材料的性能。
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁.（2）按化学成分分类：碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%.合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量 3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%;2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系：HRC≈1/10HB3、热处理及其常用工艺方法热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理.常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法.4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能;等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。
优点是周期短，组织和硬度均匀。
5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。
主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。
6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。
用以提高工件的耐磨性。
7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等）-目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。
'金属材料热处理教案@@2010-4-8陈迎华、【金属材料热处理教案第一讲概论一、学习本课程的目的本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。
二、本课程的基本内容1、主要内容：包括金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理和金属材料等。
2、\3、金属的性能主要介绍：（1）金属的力学性能和工艺性能；（2）金属学基础知识讲述金属的晶体结构、结晶及金属的塑性变形，铁碳合金的组织及铁碳合金相图；（3）钢的热处理讲述热处理的原理和工艺；（4）金属材料讲述碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的牌号、成分、组织、热处理、性能及用途。
4、学习本课程的方法理论联系实际、注意观察现实生活中所接触到的金属材料。
三、金属材料与热处理的发展史！金属材料的使用在我国具有悠久的历史。
四、金属材料在工业农业上的应用。
第一章金属的性能概论：1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。
2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。
②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。
③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。
④工艺性能。
第一节金属的力学性能一、力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
#力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。
二、载荷的概念及分类：1、金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。
2、分类按载荷作用性质分：①静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
③交变载荷：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化析载荷。
…按载荷作用形式分：拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。
如：P3图。
【三、变形的概念及分类金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
变形分为：弹性变形和塑性变形两种四、应力、内力1、内力：金属材料受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用作与外力相对抗的力，称为内力。
1 教学内容 第一节 纯金属的结构与结晶 本节重点：金属的同素异构转变。 本节难点：对晶格、晶胞、过冷度概念的理解。 本节了解：结晶的概念及过冷度的含义。 一 金属的晶体结构 金属在固态之下都是晶体。金属的性能、塑性变形和热处理相变都与晶体结构有关。因此，在学习金属学时，首先要从晶体结构开始。 （一） 基本概念 1 晶体 固态物质可分为晶体和非晶体两大类。晶体是指其原子（离子）在空间做有规则排列的物质。非晶体则相反，其原子是杂乱无章地堆砌在一起的。自然界当中除少数物质（如普通玻璃、松香、赛璐珞等）外，包括所有金属在内的绝大多数物质，在固态之下都是晶体。 晶体具有固定的熔点和各向异性，如，铜的熔点为1084.5℃，单晶体铜在不同方向上的抗拉强度可以在14～35公斤力/毫米2，范围内变化。再以石墨为例，简述晶体的各向异性。 2 晶格 是晶体中的原子在空间做有规则排列的简单模型。为了便于描述原子的排列方式，人为地将每个原子看成是一个几何点，并用假想的线把各点连接起来，使之成为一个空间格架。这种表示原子在晶体中排列方式的空间格架，叫做晶格。 在黑板上画简图示意说明。 3 晶胞 由于晶体中原子排列具有周期重复性，因此，可从晶格中选取一个具有代表性的最小几何单元来说明晶体中原子的排列规律和特点，这个最小的几何单元成为晶胞。 （二）三种常见的金属晶体结构 1 体心立方晶格。晶胞是一个立方体，在立方体的八个角和中心各有一个原子 2
的晶格，成为立方体晶格。如：α-Fe δ-Fe W Mo V等。 画简图示意讲解。 2 面心立方晶格。晶胞是一个立方体，在立方体的八个角和六个面的中心各有一个原子的晶格，成为面心立方晶格。如：γ-Fe Ni Cu Al等。 3 密排六方晶格。 （不做详细讲述） 二 金属的结晶 （一）结晶 金属从液体状态转变为固体状态的过程叫做金属的结晶。 （二）过冷度 实验表明，金属的实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度（平衡结晶温度）T0,这种现象叫做过冷。过冷是结晶的必要条件，T1与T0之间的差值叫做过冷度，即△T＝T0 －T1。过冷度不是恒定的，它与冷却速度有关，冷却越快，过冷度就越大。 （三）结晶过程 1晶核的形成 2 晶核的长大 做简单介绍 三 金属的同素异构转变 有些金属，如Fe Co Ti Mn Sn等，在结晶之后冷却时，还会发生晶体结构的变化，从一种晶格转变成另一种晶格。金属在固体下的这种晶格转变成为同素异构转变。有同素异构转变所得到的不同晶格的晶体成为同素异构体。 Fe在结晶以后具有体心立方晶格，成为δ-Fe；冷却到1394℃时，δ-Fe转变为面心立方的γ-Fe；继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe.。铁的同素异构转变具有十分重要的意义，正是由于铁能够发生同素异构转变，才有可能对刚和铸铁进行热处理，从而达到改变其组织和性能的目的。 同素异构转变是原子的重新排列，形成另一种晶格的过程，实质上也是一种结晶过程。为了与液体结晶相区别，通常把它成为重结晶。 画简图示意进行讲解。 3
第二节 合金的结构与结晶 本节主要了解合金概念和特点。知道什么是铁素体、珠光体、奥氏体、渗碳体。了解工业纯铁、钢、白口铸铁的碳含量。 一 合金 由一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或非金属）组成的具有金属特性的物质成为合金。例如，碳钢和铸铁是主要由铁和碳组成的合金。普通黄铜是由铜和锌组成的合金。与组成它的纯金属相比，合金具有更高的硬度、强度等机械性能外，有的还具有强磁性、耐蚀性等特殊的物理性能和化学性能。因此，工业上使用的金属材料绝大多数是合金。 二 合金的相结构 1 固溶体 当液态合金凝固后，组员之间仍能互相溶解，形成在某种元素的晶格中溶有其它元素原子的相，这种相称之为固溶体。固溶体中含量较多的元素叫溶剂，含量较少的元素叫溶质。固溶体的晶格与溶剂元素晶格相同。 2 固溶体的性能 （1）固溶体的强度和硬度较其溶剂金属的高。这是因为溶质原子的溶入，将使溶剂原子的晶格常数发生变化，晶格产生畸变，导致位错移动困难，塑性变形抗力增加，从而使溶剂的强度和硬度提高，这种现象称为固溶强化。 （2）当溶质浓度适当时，固溶体不仅具有较溶剂金属为高的强度和硬度，而且能保持良好的塑性和韧性。 （3）与纯金属相比，固溶体具有较高的电阻，而且电阻值与温度变化的关系不大。 3 金属化合物 金属化合物一般具有较复杂的晶体结构，熔点高、硬而脆。当它在合金中出现时，通常能提高合金的硬度、强度和耐磨性，但会降低塑性。金属化合物对金属的强化作用往往比固溶体强大，并随类型、数量、形态、大小和分布而改变。它可使合金的组织和性能在很大范围内变动，这正是合金可以通过热处理改变其 4
性能的原因之一。 三 铁碳合金的基本组织 1 铁素体 代号F 碳在Fe中的间隙固溶体。 2 奥氏体 代号A 碳在Fe中的间隙固溶体。 3 渗碳体 代号Fe3C 铁与碳的化合物。 4 珠光体 代号P 共析转变形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。 5 莱氏体 代号Ld 共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的机械混合物。 四 铁碳合金碳含量 1 工业纯铁 ＜0.0218％ 2 钢 0.0218～2.11％ 3 白口铸铁 2.11～6.69％
第三节 马氏体型转变 重点：马氏体的形态、性能。 难点：马氏体的形成及结构 当奥氏体快速过冷到Ms点以下温度时，将发生马氏体转变，形成马氏体。这种操作在热处理上称之为淬火。马氏体是淬火钢的基本组织。钢件淬火可以大幅度地提高钢的强度、硬度，而降低塑性、韧性，这与淬火得到马氏体组织密切相关。 一 马氏体的组织形态 1 板条马氏体 主要在低碳钢、马氏体实效和不锈钢淬火组织中存在。板条马氏体的组织特征是以细长的条状马氏体作为组织单元。 2 片状马氏体 片状马氏体的立体形态为双凸透镜状。在光镜下观察时，片状马氏体呈针状或竹叶状。相邻的马氏体片互不平行，而成一定角度（60℃或100℃）.马氏体片的尺寸相差悬殊。最先形成的马氏体片常横贯整个奥氏体晶粒，其尺寸较大。随后形成的马氏体片，只能在已被分割的奥氏体中形成，故尺寸较小，而且越到后来，尺寸越小。 5
二 马氏体的晶体结构 X射线结构分析证明，钢中的马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。钢中马氏体晶体结构有两种类型：一种是体心正方晶格，出现在含碳较高的（C>0.25％）钢中；另一种是体心立方晶格，出现在低碳钢（C<0.25％）或无碳铁合金中。 …… 板条马氏体的含碳量低（C<0.2％），正方度很小，故有体心立方晶格。片状马氏体的含碳量高（C>1.0％），正方度大，因此具有体心正方晶格，而晶格畸变严重。 三 马氏体的性能 1 马氏体的硬度和强度 马氏体的机械性能特点，是具有高的硬度。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，随着含碳量的增加，马氏体硬度急速升高，当钢的含碳量增至0.6％～0.7％后，其硬度变化趋于平缓。因为，随着含碳量增加，残余奥氏体增加，故硬度增加变缓。 2 马氏体的塑性和韧性 板条马氏体具有高度强度和硬度，但韧性和塑性低，宜用于工作时受冲击较小且抗磨损的零件。板条马氏体具有高度强度和韧性，因此，采取措施尽可能多的获得板条马氏体，将进一步材料的性能潜力。
第四节 钢的退火与正火 掌握退火与正火的概念。熟悉退火与正火的目的。 一 退火 是将钢件加热到一定温度，经保温后缓慢冷却，以获得接近于平衡组织的热处理工艺方法。 二 正火 是将钢件加热到全部奥氏体化温度，经保温后在空中或用其它适当方式冷却，以获得细珠光体组织的热处理工艺方法。 三 退火与正火的目的 一般把热处理工艺分为最终热处理和预先热处理两大类。最终热处理的目的 6
是使零件达到设计使用的性能要求，而预先热处理的目的则是消除或改善前工序引起的缺陷，为后续工序做好性能与组织准备。 退火与正火用于毛坯预先热处理，可以达到以下目的： 1 消除和改善坯料制备时所造成的各种组织缺陷。 2 获得最利于切削加工的组织与硬度。 3 改善组织中相的形态与分布，细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。 用于中间热处理的目的是： 1 消除或降低内应力，以减小后继工序加工后变形或开裂倾向。 2消除冷作硬化，软化金属，以利于冷塑性变形的继续进行。 四 正火与退火的选用 1 低碳钢。 这类钢主要应解决塑性过高造成粘刀而不易切削加工的问题，故采用正火为宜。 2 中碳钢。 为满足切削加工要求，含碳量不超过0.45％的钢选用正火是合适的。含碳量超过0.45％的钢和一些合金含量较高的中碳结构钢，因正火硬度过高，故宜采用退火。 3 高碳钢。 从切削加工或最终热处理淬火的需要来看，采用退火为宜。
第五节 钢的淬火与回火 熟悉淬火、回火的概念，重点学习淬火、回火的工艺要素以及淬火回火的目的。 把钢加热到奥氏体化温度，保持一定时间，然后大于临界冷却速度冷却，这种热处理操作成为淬火。大部分零件淬火的目的是起到强化作用。淬火后获得马氏体或下贝氏体，通过回火得到预期的机械性能。 一 钢的淬火加热 淬火加热温度，主要根据钢的化学成分，结合具体工艺因素进行确定。 1 钢的化学成分 一般情况下，亚共析钢淬火温度为Ac3+30～50℃；共析钢或过共析钢的淬火
