NO1模块一工程材料基础电子教案 机械制造基础.doc

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1、NO1模块一 工程材料基础电子教案 机械制造基础教学目标知识目标：熟悉工程材料的种类、性能指标和牌号表示方法；熟悉金属晶体结构；掌握铁碳合金相图的相关知识；熟悉热处理的理论基础，掌握常见的热处理工艺方法。能力目标：根据零件的使用条件，选择力学性能指标；根据材料的牌号，判断其所属种类、性能特点、应用场合；根据材料的性能要求，选择合适的热处理工艺。素质目标： 教学重点各种工程材料的应用领域教学难点各种工程材料的性能教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时16教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块一 工程材料基础任务描述减速器是机械设备中的常用装置，它是原动机和工作机之间的独立的

2、闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件（轴承盖、定位销、螺栓、螺钉等）组成。试确定这些零部件都是由哪些材料制作而成的。任务分析减速器的各零部件在工作时受力情况各不相同，对材料的性能要求也有所差异，需要区别对待。相关知识学习情境一 材料的分类和金属材料的性能一、材料的分类工程材料是指在机械、船舶、化工、建筑、车辆、仪表、航空航天等工程领域中用于制造工程构件和机械零件的材料。按材料的组成和结合键的特点，可将工程材料分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。二、金属材料的性能1.使用性能1）力学性能力学性能是指材料在载荷（

3、外力）作用下所表现出的抵抗产生塑性变形或断裂的能力。（1） 弹性和刚度。材料力学性能的指标是通过拉伸试验测定的。根据国家标准GB/T 228.12010金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法中的相关规定制作标准拉伸试样，如图1-1所示。图1-1 标准拉伸试样为消除试样几何尺寸对试验结果的影响，将拉伸过程中试样所受的拉伸力转化为试样单位截面积上所受的力（称为应力），试样伸长量转化为试样单位长度上的伸长量（称为应变），得到应力应变曲线，其形状与拉伸曲线完全一致。低碳钢的应力应变曲线如图1-2所示。图1-2 低碳钢的应力应变曲线（2） 强度。工程材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力称为强度。

4、屈服强度。在图1-2中，当曲线超过A点后，若卸去外加载荷，则试样会留下不能恢复的残余变形，这种不能随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。在金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而力不增加的应力点称为屈服点，其所对应的强度称为屈服强度，应区分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL，单位为MPa。抗拉强度。材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度或强度极限，用Rm表示，单位为MPa。（3）塑性。塑性是指材料在断裂前发生永久变形的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率，在拉伸试验中，可以通过把试样拉断后将其对接起来进行测量而得到。断后伸长率A和断面收缩率Z越大，材料的塑性越好。两者相

5、比，用断面收缩率表示塑性比断后伸长率更接近真实变形。（4）硬度。硬度是反映材料软硬程度的一种性能指标，它表示材料表面局部区域内抵抗其他物体压入的能力。测量硬度的常用指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。使用不同方法所测得的硬度值不能直接比较，可通过硬度对照表换算。（5）冲击韧性。材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力称为冲击韧性，用ak表示。一般采用一次冲击弯曲试验测定材料的冲击韧性。（6）疲劳。疲劳的概念。许多机械零件（如齿轮、轴、弹簧）是在重复或交变载荷下工作的。交变载荷是指大小或方向随时间而变化的载荷。在交变载荷作用下，即使零件所承受的应力远低于其屈服强度，长时间作用后也会产生裂纹或突然断裂，

6、这种现象称为材料的疲劳。疲劳强度。在测定材料的疲劳强度时要用较多的试样，在不同循环应力作用下进行试验，作出疲劳曲线（材料所受交变应力S与其断裂前的应力循环次数Nf的关系曲线），如图1-8所示。图1-8 疲劳曲线示意图2）物理性能和化学性能（1）物理性能。工程材料的物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。各种机械零件由于用途不同，对材料的物理性能要求也有所不同。（2）化学性能。金属及合金的化学性能指它们在室温或高温时抵抗各种介质化学侵蚀的能力，主要有耐蚀性和抗氧化性。2.工艺性能工艺性能是指材料适应加工工艺要求的能力。按加工方法的不同，可分为铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性及

7、热处理工艺性能等。在设计零件和选择工艺方法时，都要考虑材料的工艺性能，以降低成本，获得质量优良的零件。学习情境二 金属的晶体结构与结晶一、晶体结构的基本概念1.晶格如果把组成晶体的原子（或离子、分子）看做刚性球体，那么晶体就是由这些刚性球体按一定规律周期性地堆积而成，如图1-9（a）所示。不同晶体的堆积规律不同。为了研究方便，假设将刚性球体视为处于球心的点，称为结点，用假想的直线将这些结点连接起来所形成的三维空间格架称为晶格，如图1-9（b）所示。晶格能够直观地表示晶体中原子（或离子、分子）的排列规律。2.晶胞从微观上看，晶体是无限大的。为了便于研究，常从晶格中选取一个能代表晶体原子排列规律的

8、最小几何单元来进行分析，这个最小的几何单元称为晶胞，如图1-9（c）所示。晶胞在三维空间中重复排列便可构成晶格和晶体。图1-9 简单立方晶体示意图3.常见纯金属的晶格类型1）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞示意图如图1-10所示，具有体心立方晶格的金属有-Fe、Cr、V、W、Mo、Nb等。图1-10 体心立方晶胞示意图2）面心立方晶格面心立方晶格的晶胞示意图如图1-11所示，属于这类晶格的金属有Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。图1-11 面心立方晶胞示意图3）密排六方晶格密排六方晶格的晶胞示意图如图1-12所示，属于这类晶格的金属有Mg、Zn、Be、Cd等。图1-12 密排六方晶胞示

9、意图二、纯金属的晶体结构1.单晶体和多晶体在研究金属的晶体结构时，是把晶体看成由原子按一定几何规律作周期性排列而成，晶体内部的晶格位向是完全一致的，这种晶体称为单晶体。每一个晶粒相当于一个单晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体，如图1-13所示。图1-13 多晶体结构示意图2.晶体缺陷按晶体缺陷的几何形状，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。三、纯金属的结晶金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程，此过程称为金属的结晶过程。纯金属在缓慢冷却时，由于结晶时放出的结晶潜热补偿了冷却时向外散失的热量，故冷却过程中温度

10、不变化，此时的温度称为理论结晶温度。四、合金及合金中的相结构1.合金的基本概念1）组元组成合金最基本的、独立的单元称为组元，简称为元。例如，黄铜的组元是铜和锌，碳钢的组元是铁和碳，或者是铁和金属化合物Fe3C。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金。2）相固态合金中的相是合金组织的基本组成部分，它具有一定的晶体结构和性质，具有均匀的化学成分。3）合金系由给定的组元可以配制成一系列成分不同的合金，这些合金组成一个合金系统，称为合金系。4）组织组织是指用肉眼或借助各种不同放大倍数的显微镜所观察到的金属材料内部的情景，包括晶粒的大小、形状、种类以及各种晶粒之间的相对数量和

11、相对分布。2.固态合金中的基本相1）固溶体合金结晶时，组元之间相互溶解所形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种固相称为固溶体。2）金属化合物金属化合物是合金组元按一定比例发生相互作用而形成的一种新相，又称为中间相。3.合金相图的基础知识1）二元匀晶相图两组元在液态和固态下均能无限互溶时所构成的相图称为二元匀晶相图。二元匀晶相图是最简单的二元相图，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W等合金都形成二元匀晶相图。在这类合金中，结晶时都由液相结晶出单相的固溶体。这种从液相中结晶出单一固相的过程称为匀晶转变或匀晶反应。Cu-Ni二元匀晶相图如图1-18所示。图1

12、-18 Cu-Ni二元匀晶相图2）二元共晶相图组成合金的两组元在液态时无限互溶，固态时有限互溶，结晶时发生共晶转变的合金系所形成的二元合金相图称为二元共晶相图。PbSn、PbSb、AgCu、AlSi合金相图均属于这类相图。PbSn二元共晶相图如图1-19所示。图1-19 PbSn二元共晶相图学习情境三 铁碳合金一、 纯铁的同素异构转变铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，将发生两次晶格转变，其转变过程如图1-20所示。图1-20 纯铁的同素异构转变冷却曲线二、 铁碳合金的基本组织铁碳合金在固态下会出现以下几种基本组织。1.铁素体2.奥氏体3.渗碳体4.珠光体5.莱氏体三、Fe-Fe3C相图铁碳合金

13、相图是研究铁碳合金的基础。wC6.69%的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，而Fe3C可以作为一个独立的组元，因此，所研究的铁碳合金相图实际上是简化的Fe-Fe3C相图，如图1-21所示。图1-21 简化后的FeFe3C相图及其室温组织图1. Fe-Fe3C相图中的特征点2.Fe-Fe3C相图的特征线（1）ACD线。ACD线为液相线，该线以上的合金为液态，合金冷却至该线以下便开始结晶。（2）AECF线。AECF线为固相线，该线以下合金为固态，加热时温度达到该线，合金开始熔化。(3)PSK线。PSK线为共析线，也称为A1线，即具有共析成分（wC0.77%）的奥氏体在共析温度727 时，要同时析出铁

14、素体和渗碳体的机械混合物，其反应方程式为AS恒温FFe3C（4）ES线。ES线为碳在奥氏体中的固溶线，通常称为Acm线。从该线可以看出，奥氏体的最大溶碳量在1 148 时为2.11%，而在727 时仅为0.77%。（5）GS线。GS线是冷却时由奥氏体析出铁素体的开始线，通常称为A3线。（6）GP线。GP线是冷却时奥氏体转变成铁素体的终了线。（7）PQ线。PQ线是碳在铁素体中的固溶线。3.Fe-Fe3C相图中的特征相区（1）三个单相区。（2）五个两相区。（3）两个三相区。四、典型合金的结晶过程分析1.共析钢的结晶过程分析其结晶过程如图1-23所示。图1-23 共析钢结晶过程示意图2.亚共析钢的结

15、晶过程分析结晶过程如图1-25所示。图1-25 wC=0.4%的亚共析钢的结晶过程示意图3.过共析钢的结晶过程分析结晶过程如图1-27所示。图1-27 过共析钢的结晶过程示意图4.共晶白口铸铁的结晶过程分析结晶过程如图1-29所示。图1-29 共晶白口铸铁的结晶过程示意图5.亚共晶白口铸铁的结晶过程分析结晶过程如图1-31所示。图1-31 wC=3.0%的亚共晶白口铸铁的结晶过程示意图6.过共晶白口铸铁的结晶过程分析结晶过程如图1-33所示。图1-34 wC=5.0%的过共晶白口铸铁的室温平衡组织五、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1.含碳量对铁碳合金组织的影响2.含碳量对力学性能的影响3.含

16、碳量对工艺性能的影响1）铸造性2）可锻性3）焊接性4）切削加工性学习情境四 钢的热处理一、钢在加热时的转变钢加热到Ac1以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac3和Accm以上，保温足够时间便会全部转变为奥氏体。热处理加热的目的是获得均匀的奥氏体组织，因此，这种加热转变的过程称为钢的奥氏体化。1.奥氏体化过程钢加热时奥氏体的形成遵循形核和长大的基本规律。以共析钢（碳的质量分数为077%）为例，奥氏体的转变过程可分为四个阶段，即奥氏体晶核形成、奥氏体晶核长大、残余渗碳体溶解以及奥氏体成分均匀化，如图1-36所示。图1-36 共析钢的奥氏体化过程示意图2. 影响奥氏体晶粒长大的因素1） 加热温

17、度、保温时间和加热速度加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。加热速度越快，过热度越大，形核率越高，奥氏体晶粒越细。2）含碳量在碳的一定质量分数范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度增大，使奥氏体晶粒长大的倾向增大。3）化学成分钢中的大多数合金元素（除Mn以外）都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。其中能形成稳定的碳化物的元素（如Cr、W、Mo、Ti、Nb等）和能生成氧化物、氮化物、有阻碍晶粒长大作用的元素（如适量的Al），其碳化物、氧化物、氮化物在晶界上弥散分布，强烈地阻碍了奥氏体晶粒的长大，使晶粒保持细小。二、 钢在冷却时的转变冷却过程是热处理的关键工序，其冷却转变温度决定

18、了冷却后的组织和性能。实际生产中采用的冷却方式主要有等温冷却（如等温淬火）和连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等），两种冷却方式的示意图如图1-37所示。图1-37 两种冷却方式示意图1.过冷奥氏体的等温冷却转变 图1-38 共析钢的C曲线1）过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能据过冷奥氏体不同温度（A1线以下）下转变产物的不同，奥氏体的变化可分为三种不同类型的转变，即高温珠光体转变、中温贝氏体转变和低温马氏体转变。2)影响C曲线的因素（1）含碳量。在正常加热条件下，亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而右移，过共析钢的C曲线随含碳量的增加而左移。奥氏体中的含碳量越高，Ms点越低。（2）合金元素。除Co、A

19、l以外的几乎所有合金元素溶入奥氏体后，都会增加奥氏体的稳定性，使C曲线不同程度地右移。当某些合金元素达到一定量时，还会改变C曲线的形状。绝大多数合金元素均会使Ms温度降低。（3）加热温度和保温时间。随着加热温度的提高和保温时间的延长，奥氏体晶粒长大，晶界面积减小，奥氏体成分更加均匀，这些都不利于过冷奥氏体的转变，但提高了奥氏体的稳定性，使C曲线右移。2.过冷奥氏体的连续冷却转变1）过冷奥氏体的连续冷却转变曲线在实际生产中，大多数热处理工艺都是在连续冷却过程中进行的，因此，钢的连续冷却转变曲线（也称为CCT曲线）更有实际意义。CCT曲线是由实验方法测定的，图1-39所示为共析钢的CCT曲线，它与

20、C曲线的区别在于CCT曲线位于曲线的右下侧，且没有等温转变曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。图1-39 共析钢的CCT曲线2）共析钢CCT曲线和C曲线的比较和应用三、钢的退火与正火1.钢的退火退火是将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（一般为随炉冷却）进行冷却的一种方法。根据钢的成分、组织状态和退火目的的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火等。2.钢的正火将工件加热到Ac3或Accm以上30 50 ，使钢转变为奥氏体，保温后从炉中取出在空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火主要应用于以下方面。（1）

21、正火用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒，提高力学性能。（2）正火用于低、中碳钢，作为预备热处理，获得合适的硬度，便于切削加工。（3）正火用于过共析钢，消除网状Fe3C，有利于球化退火的进行。四、钢的淬火1.淬火工艺1）淬火温度通常亚共析钢的淬火温度应在Ac3以上30 50 ，共析钢和过共析钢的淬火温度为Ac1以上30 50 。2）保温时间为了使工件各部分均完成组织转变，需要在淬火加热温度下保温一定的时间，通常将工件升温和保温所需的时间计算在一起统称为加热时间。3）淬火冷却淬火冷却是决定淬火质量的关键，为了使工件获得马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度vk，而快速冷却会产生很大的

22、内应力，容易引起工件的变形和开裂。2.淬火方法为保证淬火效果，减少淬火变形和开裂，应根据钢的材料、大小和种类，合理选择淬火方法。常用的淬火方法有单介质淬火法、双介质淬火法、分级淬火法和等温淬火法四种，如图1-42所示。图1-42 常用淬火方法3.钢的淬透性和淬硬性五、钢的回火1.回火的目的（1）改善淬火钢的性能，达到要求的力学性能。（2）稳定工件尺寸。（3）消除或减小淬火内应力，降低马氏体脆性，防止工件的变形和开裂。2.回火的分类淬火钢回火后的组织与性能由回火温度决定，钢的回火按回火温度不同可分为低温回火、中温回火、高温回火。六、钢的表面热处理1.钢的表面淬火目前生产中应用最广泛的是感应加热表

23、面淬火和火焰加热表面淬火。1）感应加热表面淬火感应加热表面淬火是在工件中引入一定频率的感应电流（涡流），使工件表面层快速加热到淬火温度后立即喷水冷却的方法。2）火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧的混合气体燃烧的火焰喷射至零件表面，快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，从而获得预期的硬度和淬硬层深度的一种表面淬火方法。3. 钢的化学热处理1）钢的渗碳（1）渗碳的目的及渗碳用钢。渗碳的目的是提高工件表层含碳量。经过渗碳及随后的淬火和低温回火，可提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持良好的塑性和韧性。工业生产中渗碳钢一般是碳的质量分数为0.10%0.25%的低碳钢和低碳

24、合金钢，如15钢、20钢和20Cr等。渗碳层深度一般为0.52.5 mm。（2）渗碳方法。根据所采用的渗碳剂不同，渗碳可分为气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。目前常用的是气体渗碳，其次是固体渗碳。不论是气体渗碳还是固体渗碳，渗碳后的零件都要进行淬火和低温回火处理，只有这样才能达到所要求的使用性能。近年来，渗碳工艺有了很大的进展，出现了高温渗碳、真空渗碳、高频渗碳等，有的已经开始用于生产，渗碳过程也在逐渐采用自动化和机械化来控制。2）钢的渗氮与渗碳相比，渗氮工件具有以下特点。（1）渗氮前需经调质处理，以使心部组织具有较高的强度和韧性。（2）表面硬度、耐磨性、疲劳强度及热硬性均高于渗碳层。（3）渗氮表

25、面形成由致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐蚀性。（4）渗氮处理温度低，渗氮后不需再进行其他热处理，因此工件变形小。3）碳氮共渗碳氮共渗是向钢的表面同时渗入碳和氮，并以渗碳为主的化学热处理工艺，习惯上又称为氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。学习情境五 常用金属材料一、碳钢1.碳钢的分类1）按照冶炼时脱氧程序的不同根据冶炼时脱氧程序的不同，碳钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。2）按碳的质量分数分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢。3）按钢的用途分类（1）碳素结构钢。碳素结构钢主要用于制造各类工程构件（如桥梁、船舶、建筑物等）及各种机器零件（如齿轮、

26、螺钉、螺母、连杆等）。它多属于低碳钢和中碳钢。（2）碳素工具钢。碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具和模具。这类钢中碳的含量较高，一般属于高碳钢。（3）特殊性能钢。特殊性能钢包括不锈钢、耐磨钢、耐热钢等。4）按钢中有害杂质的含量分类碳钢主要按钢中有害杂质硫、磷含量分为以下几种：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。2.碳钢的牌号、性能及主要用途 1）普通碳素结构钢这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能。牌号用“Q阿拉伯数字”表示，其中,“Q”为屈服强度，是“屈”字的汉语拼音首字母，数字表示屈服强度值。2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示钢中碳的质量分数

27、，以万分之几计。3）碳素工具钢钢号前面的“T”表示碳素工具钢，其后的数字为碳的质量分数，以千分之几计。4）铸钢以强度表示的铸钢牌号是由铸钢两字的汉语拼音首字母“ZG”与表示力学性能的两组数字组成，第一组数字代表最低屈服强度，第二组数字代表最低抗拉强度。二、合金钢1.合金钢的分类1）按用途分类（1）合金结构钢。合金结构钢可分为机械制造用钢和工程结构用钢等，主要用于制造各种机械零件、工程结构件等。（2）合金工具钢。合金工具钢可分为刃具钢、模具钢、量具钢三类，主要用于制造刃具、模具、量具等。（3）特殊性能钢。特殊性能钢可分为抗氧化用钢、不锈钢、耐磨钢、易切削钢等。2）按合金元素含量分类（1）低合金钢

28、。低合金钢合金元素的质量分数小于5%。（2）中合金钢。中合金钢合金元素的质量分数为5%10%。（3）高合金钢。高合金钢合金元素的质量分数大于10%。2.合金结构钢1）合金结构钢的牌号我国规定合金结构钢的牌号由“两位数字+元素符号+数字+”组成。2）普通低合金结构钢普通低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的。从成分上看其为低碳低合金钢种，满足大型工程结构（如大型桥梁、压力容器及船舶等）减轻结构重量，提高可靠性及节约材料的需要。3）合金渗碳钢常用渗碳钢按照淬透性大小可分为三类：低淬透性渗碳钢、中淬透性渗碳钢、高淬透性渗碳钢。4）合金调质钢合金调质钢是指经调质处理后使用的合

29、金结构钢，广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。5）合金弹簧钢有代表性的弹簧钢有以下几种。（1）65Mn、70钢。这两种钢可用于制造截面直径小于15 mm的小型弹簧，如坐垫弹簧、发条、弹簧环、刹车弹簧、离合器簧片等。（2）55Si2Mn、60Si2Mn。这类钢中加入了Si、Mn元素，提高了钢的淬透性，可用于制造直径为2025 mm的弹簧，如汽车、拖拉机、机车上的减振板簧和螺旋弹簧、汽缸安全阀簧（工作温度小于230 ）。（3）50CrVA。50CrVA不仅淬透性高，还有较高的热强性，适于制造工作温度在350 400 下的重载大型弹簧，如阀门弹簧、

30、气门弹簧。6）滚动轴承钢用来制造各种滚动轴承零件如轴承内外套圈、滚动体（滚珠、滚柱、滚针等）的专用钢称为滚动轴承钢。7）易切削钢易切削钢是指在钢中加入一种或几种易切削元素，使其切削加工性能得到明显改善的结构钢，简称为易切钢。2.合金工具钢1）合金工具钢的牌号合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，基本组成为“一位数字（或无数字）+元素符号+数字+”，其平均含碳量是用质量分数的千倍表示，当碳的质量分数wC1.0%时，钢号中不标出。2）合金刃具钢合金刃具钢有两类：一类是低合金刃具钢，用于低速切削，其工作温度低于300 ；另一类是高速钢，用于高速切削，工作温度高达600 。3）合金模具钢模具钢可分

31、为两大类：一类是用于冷成形的冷作模具钢，工作温度不超过300 ；另一类是用于热成形的热作模具钢，模具表面温度可达600 。4）合金量具钢用于制造各种测量工具如游标卡尺、千分尺、块规、塞规等的合金钢称为合金量具钢。量具在使用过程中必须保持自身尺寸的稳定性，因此，量具钢必须具有高硬度、高耐磨性、较高的尺寸稳定性、良好的耐蚀性。3.特殊性能钢1）不锈钢不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐蚀性的钢种。不锈钢主要包括两类，即耐大气腐蚀的钢（称为不锈钢）和耐化学介质（如酸类）腐蚀的钢（称为耐酸不锈钢）。前者不一定耐酸性介质，而耐酸不锈钢在大气中也有良好的耐蚀性。2）耐热钢在发动机、化工、航空等设备中有很

32、多零件是在高温下工作，制造这些零件所用的要求具有高耐热性的钢称为耐热钢。3）耐磨钢从广泛的意义上讲，表面强化结构钢、工具钢和滚动轴承钢等具有高耐磨性的钢种都可称为耐磨钢，但这里所指的耐磨钢主要是指在强烈冲击载荷或高压力的作用下发生表面硬化而具有高耐磨性的高锰钢，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等。三、铸铁铸铁是碳的质量分数大于2.11%（一般为2.5%5.0%），并且含有较多的Si、Mn、S、P等元素的多元铁碳合金。它与钢相比，抗拉强度、塑性、韧性较低，但具有优良的铸造性。铸铁可以分为以下几类。（1）普通灰铸铁。普通灰铸铁中石墨呈片状。（2）可锻铸铁。可锻铸铁中石墨呈团絮状。（3

33、）球墨铸铁。球墨铸铁中石墨呈球状。（4）蠕墨铸铁。蠕墨铸铁中石墨呈蠕虫状。四、铝及铝合金铁碳合金以外的其他金属及合金，如铝、铜、镁、钛、锡、铅、锌等金属及其合金称为有色金属。有色金属具有许多特殊性能，在机电、仪表，特别是在航空、航天及航海等工业中具有重要的应用。1.纯铝纯铝是一种银白色的轻金属，熔点为660 ，具有面心立方晶格，没有同素异构转变。纯铝按纯度可分为工业纯铝、工业高纯铝、高纯铝。2.铝合金1）铝合金的分类铝合金一般具有图1-43所示的相图。图1-43 铝合金分类相图2） 铝合金的代号、牌号表示方法五、铜及铜合金1.纯铜纯铜呈玫瑰红色，但容易与氧反应，在表面形成氧化铜薄膜，外观呈紫红

34、色。纯铜具有面心立方晶格，无同素异构转变，密度为 8.96 g/cm3，熔点为 1 083 。纯铜具有优良的导电、导热性，其导电性仅次于银，故主要用做导电材料。2.铜合金的分类纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度，但却会使其塑性大大降低，因此,常用合金化的方法来获得强度较高的铜合金。常用的铜合金可分为黄铜、青铜、白铜三类。六、滑动轴承合金1.锡基轴承合金锡基轴承合金是一种在软基体分布硬质点的轴承合金。它是以锡、锑为基础，并加入少量其他元素的合金。常用的牌号有ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb4Cu4等。2.铅基轴承合金铅基轴承合金是以PbSb为基体的合金，但二元Pb

35、Sb合金有密度偏析，同时锑颗粒太硬，基体又太软，只适用于制造速度低、载荷小的次要轴承。为改善其性能，要在合金中加入其他合金元素，如Sn、Cu、Cd、As等。常用的铅基轴承合金为ZPbSb16Sn16Cu2，表示锡的质量分数为15%17%，锑的质量分数为15%17%，铜的质量分数为1.5%2.0%，余量为铅的铅基轴承合金。3.铝基轴承合金铝基轴承合金是以Al为基本元素，Sb或Sn等为主加元素的轴承合金。它具有密度小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好等优点。铝基轴承合金原料丰富，价格便宜，广泛用于制造高速高载荷条件下工作的轴承。按化学成分将铝基轴承合金分为铝锡系、铝锑系和铝石墨系三类。4.铜基轴承合

36、金铜基轴承合金是以Pb为基本合金元素的铜基合金，也称为铅青铜。由于固态下Pb不溶于Cu，所以铅青铜在室温时的组织是在硬基体铜上均匀分布着软的铅颗粒，极有利于保持润滑油膜，使合金具有优良的耐磨性。此外，铅青铜比巴氏合金更能耐疲劳、抗冲击，承载能力也更强，所以铜基轴承合金可用于制造高速、高载荷下的发动机轴承和其他高速重载轴承。拓展训练某小型汽油发动机结构如图1-44所示，其主要支承件是缸体和缸盖。缸体内有汽缸，汽缸内有活塞、连杆、曲轴及轴承，缸体的右侧面有凸轮轴，背面有离合器壳、飞轮（图中未画出），缸体底部为油底壳，缸盖顶部有进气门、排气门、挺杆、摇臂，右上部为配电器，左上部为化油器及火花塞。试为

37、该小型汽油发动机各主要零件选定合适的材料。图1-44 小型汽油发动机结构简图明确任务，在任务驱动下开始教学。教师讲解屈服强度和抗拉强度的含义，学生结合图1-2分析，加深理解。学生分组讨论断后伸长率和断面收缩率与塑性的关系。学生结合实际思考物理性能和化学性能对于材料的影响。结合图片，理解晶体、晶胞的含义。掌握常见纯金属的晶格类型，并知道哪种金属属于此类晶格。掌握单晶体和多晶体的概念。掌握晶体的三种缺陷及其形成。组织决定合金的性质。结合图讲解二元匀晶相图和二元共晶相图。结合图1-20讲解纯铁的同素异构转变。结合图片讲解Fe-Fe3C相图，学生找出Fe-Fe3C相图的特征线结合图片讲解典型合金的结晶过程。讲解含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。结合示意图，掌握共析钢的奥氏体化过程。学生分组讨论各因素如何影响奥氏体晶粒长大。学生结合图片分析C曲线的变化，教师总结。学生分组讨论CCT曲线与C曲线的区别，教师总结。学生分组讨论退火与正火的区别，教师总结。结合图1-42 ，分析各淬火方法的特点。结合实际讨论各种回火的应用领域。比较钢的渗碳、钢的渗氮及碳氮共渗各自的特点及应用领域。讲解钢的分类，并结合实际情况讲解不同钢的不同应用领域。比较普通低合金结构钢和低碳钢的不同点。结合实际讨论各种铝及铝合金的应用领域。结合实际讨论各种铜的应用领域。16第 页