PAGE1PAGE98《金屬材料及熱處理》電子教案內(nèi)容簡(jiǎn)介一、教案編寫說明本教案是根據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社已經(jīng)出版發(fā)行的由王英杰主編的教材《金屬材料及熱處理》（第2版）編寫的。本教案涉及內(nèi)容是：金屬材料與機(jī)械產(chǎn)品制造過程簡(jiǎn)介、金屬材料的性能、金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、鐵碳合金相圖、非合金鋼、鋼材熱處理、低合金鋼與合金鋼、鑄鐵、非鐵金屬及其合金、金屬材料的選擇與分析等。本教材建議總課時(shí)48學(xué)時(shí)，具體學(xué)時(shí)分配如下表：章建議課時(shí)章建議課時(shí)章建議課時(shí)緒論、第一章4第五章2第九章4第二章4第六章8第十章2第三章6第七章6綜合實(shí)訓(xùn)6第四章4第八章2小計(jì)181812總計(jì)48如果用書學(xué)校給定的課程教學(xué)課時(shí)與本教案編排的48課時(shí)有出入，任課教師可根據(jù)本教案進(jìn)行靈活調(diào)整，編排出適合于本校教學(xué)要求的教案。二、教案使用說明1．教案編號(hào)本教案是按章節(jié)順序編寫的，并以2學(xué)時(shí)為一個(gè)單元。2．教學(xué)目標(biāo)與要求對(duì)于教學(xué)目標(biāo)與要求，任課教師可以根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的實(shí)際情況自主確定，本教案不具體編寫。３．對(duì)學(xué)生情況的分析對(duì)于學(xué)生情況的分析，任課教師可以根據(jù)本校生源的具體情況自主確定，本教案不予表述。４．教學(xué)設(shè)計(jì)思路教學(xué)有法，教無定法。本教案僅從知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)等方面對(duì)教案進(jìn)行一般性設(shè)計(jì)。當(dāng)涉及教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新時(shí)，任課教師可根據(jù)本校、本專業(yè)、學(xué)生的實(shí)際情況以及任課教師的自身特點(diǎn)等進(jìn)行合理創(chuàng)新，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。本教案總體來說，是以講解與演示（或?qū)嵺`）交叉方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的。對(duì)于課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，建議多輔以多媒體輔助教學(xué)資源、實(shí)物、演示實(shí)驗(yàn)、理實(shí)一體化教學(xué)等手段、方法和方式，以提高教學(xué)內(nèi)容的直觀性，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)及相關(guān)技能。另外，任課教師還可以通過現(xiàn)場(chǎng)觀察活動(dòng)、試驗(yàn)設(shè)備操作、教具演示以及實(shí)訓(xùn)活動(dòng)，幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，以及掌握相關(guān)基本技能。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課，建議任課教師可根據(jù)本校的實(shí)訓(xùn)條件以及授課的具體進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)籌安排，在本教案中不作具體課時(shí)要求。5．多媒體輔助教學(xué)資源為了盡可能形象、直觀、有效地展示相關(guān)知識(shí)，幫助學(xué)生掌握和理解相關(guān)知識(shí)。本教案在講解與示范過程中需要演示一定數(shù)量的多媒體輔助教學(xué)資源，如課件、動(dòng)畫、圖片、實(shí)物等。對(duì)于多媒體輔助教學(xué)資源的建設(shè)工作，建議以優(yōu)秀教材為藍(lán)本，做到圖文準(zhǔn)確。6．教學(xué)過程教學(xué)過程通常分為五個(gè)步驟：（1）新課導(dǎo)入（5～10分鐘）新課導(dǎo)入包含檢測(cè)上次課的主要知識(shí)點(diǎn)、預(yù)習(xí)情況以及新課的案例等。具體措施一般以回顧上次所講內(nèi)容為主，可采用提問、演示、討論、問題分析等方式，激發(fā)學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、互動(dòng)、交流，同時(shí)再輔以評(píng)價(jià)、鼓勵(lì)、歸納等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的自信心和成就感。最后，簡(jiǎn)述本次課的主要知識(shí)點(diǎn)和需要掌握的基本知識(shí)及相關(guān)要求。（2）講解與示范（60～65分鐘）教師可根據(jù)授課內(nèi)容選擇適宜的教具、典型案例和教學(xué)手段，采用講解與演示（或?qū)嵺`）交叉進(jìn)行的方式組織教學(xué)活動(dòng)。必要時(shí)，教師應(yīng)盡可能采用多媒體輔助教學(xué)資源及實(shí)物等對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行介紹，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。建議：在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)過程中，任課教師要精講，要講重點(diǎn)和難點(diǎn)，切忌滿堂灌，滔滔不絕地講，一定要合理地控制教師講解的時(shí)間，不能講得太多，一定要合理地留出學(xué)生自主學(xué)習(xí)、相互交流探討、師生互動(dòng)的時(shí)間，這樣做不僅可以發(fā)揮教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的作用，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。另外，嚴(yán)格控制教師講解的時(shí)間還可以做到教師不累，學(xué)生不煩的和諧教學(xué)氛圍。（3）學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（或測(cè)試活動(dòng)）（10～15分鐘）具體組織形式可以是：學(xué)生分組學(xué)習(xí)、問題交流與探討、調(diào)研活動(dòng)、主題活動(dòng)等。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中，任課教師要針對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)過程，合理地進(jìn)行整體調(diào)控和引導(dǎo)，切實(shí)發(fā)揮以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的教學(xué)氛圍。對(duì)于學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，任課教師可采用學(xué)生自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等方式。（4）課堂小結(jié)（5～10分鐘）課堂小結(jié)主要是對(duì)本次課的主要內(nèi)容和注意事項(xiàng)進(jìn)行歸納與小結(jié)，簡(jiǎn)評(píng)學(xué)生掌握及理解知識(shí)（或技能）的情況，幫助學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)重點(diǎn)等。（5）作業(yè)及要求作業(yè)盡可能以教材中的習(xí)題為主，簡(jiǎn)單明了，要便于學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識(shí)，不要出難題，要樹立幫助學(xué)生復(fù)習(xí)，幫助學(xué)生掌握知識(shí)的新觀念，而不是“考住”學(xué)生、“難住”學(xué)生。另外，如果有必要，可少量地布置一些補(bǔ)充題，或附加的課外學(xué)習(xí)資料、課外主題活動(dòng)等。7．板書設(shè)計(jì)本教案不對(duì)板書設(shè)計(jì)做具體指導(dǎo)，任課教師可根據(jù)多媒體輔助教學(xué)資源和課堂實(shí)際情況合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，本教案不予表述。8．教學(xué)后記做好教學(xué)后記對(duì)于提高任課教師的教學(xué)水平，提高教學(xué)質(zhì)量是非常重要的基礎(chǔ)性工作，同時(shí)也是教學(xué)督導(dǎo)的一個(gè)方面。因此，本次課講授完畢后，任課教師應(yīng)根據(jù)課堂上的實(shí)際情況和作業(yè)反饋情況及時(shí)地對(duì)本次課進(jìn)行認(rèn)真的分析和總結(jié)，并提出改進(jìn)措施。如果任課教師能長期地堅(jiān)持寫教學(xué)后記，則有益于提高教學(xué)水平，提高教學(xué)質(zhì)量，并增強(qiáng)教研能力和意識(shí)。此項(xiàng)工作需要任課教師在課后及時(shí)進(jìn)行歸納與總結(jié)，在本教案設(shè)計(jì)中不予具體表述。三、課程教學(xué)說明本課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，實(shí)踐性較強(qiáng)。在教學(xué)過程中，應(yīng)注意將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)（或經(jīng)典案例）緊密地結(jié)合起來。課堂教學(xué)過程中要多采用現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例進(jìn)行引導(dǎo)，將生活中的間接經(jīng)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)（或感性認(rèn)識(shí)），要充分利用多媒體輔助教學(xué)資源、實(shí)物、教具等進(jìn)行演示，盡可能提高學(xué)生的理解能力和實(shí)踐技能。教學(xué)過程中要善于發(fā)揮教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的作用。任課教師要多啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和技能。在實(shí)踐教學(xué)中，要善于引導(dǎo)學(xué)生多觀察、多交流、多實(shí)踐，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)過程中，要加強(qiáng)和營造學(xué)生之間的交流、互動(dòng)及探討風(fēng)氣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的交流能力、溝通能力和協(xié)作能力。編者2016年6月教案一一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容緒論一、金屬材料的地位金屬材料是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人類利用金屬材料制作了生產(chǎn)和生活用的工具、設(shè)備及設(shè)施，不斷改善了人類生存的環(huán)境與空間，創(chuàng)造了豐富的的物質(zhì)文明和精神文明。科學(xué)家把金屬材料比做現(xiàn)代工業(yè)的骨架。二、節(jié)約金屬材料一是向地殼的深部要金屬；二是向海洋要金屬；三是節(jié)約金屬材料，尋找它的代用品。三、中國古代在使用和加工金屬材料的成就歷史上我國是使用和加工金屬材料最早的國家之一。我國使用和加工銅的歷史約有4000多年。早在公元前6世紀(jì)即春秋末期，我國就已出現(xiàn)了人工冶煉的鐵器，比歐洲出現(xiàn)生鐵早1900多年。明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》一書中詳細(xì)記載了古代冶鐵、煉鋼、鑄鐘、鍛鐵、淬火等多種金屬材料的加工方法。書中介紹的銼刀、針等工具的制造過程與現(xiàn)代幾乎一致，可以說《天工開物》是世界上闡述有關(guān)金屬成形加工工藝內(nèi)容最早的科學(xué)著作之一。四、我國在金屬材料生產(chǎn)方面取得的成就2013年我國鋼鐵產(chǎn)量突破7.8億噸，成為國際鋼鐵市場(chǎng)上舉足輕重的“第一力量”，產(chǎn)量約占世界鋼產(chǎn)量的半壁江山，也是鋼材出口大國?，F(xiàn)在中國機(jī)械制造業(yè)正從“機(jī)械制造大國”向“機(jī)械制造強(qiáng)國”方向發(fā)展；由“制造大國”向“智”造強(qiáng)國發(fā)展；由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”、“中國創(chuàng)新”轉(zhuǎn)變。可以說，金屬材料及其成形加工工藝水平的高低，在某種程度上代表著一個(gè)國家的機(jī)械制造水平，并與國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有著密切的關(guān)系。五、金屬材料及熱處理課程的性質(zhì)1．性質(zhì)：該課程是融匯多種專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)為一體的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，也是培養(yǎng)從事機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用型、管理型、操作型與復(fù)合型人才的必修課程。2．教學(xué)內(nèi)容：內(nèi)容廣、實(shí)踐性強(qiáng)，比較系統(tǒng)地介紹了金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)、鋼鐵材料熱處理、鋼鐵材料、非鐵金屬及其合金、鑄造成形、鍛壓成形、焊接成形、金屬切削加工基礎(chǔ)（包括特種加工與數(shù)控加工）、切削加工工藝過程制定、機(jī)械裝配、鉗工等知識(shí)與技能。學(xué)習(xí)該課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素質(zhì)、技術(shù)應(yīng)用能力、經(jīng)濟(jì)意識(shí)、環(huán)保意識(shí)、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新能力也是非常有益的。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)本課程時(shí)，一定要多聯(lián)系自己在金屬材料和非金屬材料方面的感性知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，要多討論、多交流、多分析和多研究，特別是在實(shí)習(xí)中要多觀察，勤于實(shí)踐，做到理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才能更好地學(xué)好教材中的基礎(chǔ)知識(shí)，做到融會(huì)貫通，全面發(fā)展。六、學(xué)習(xí)本課程的教學(xué)要求（1）了解金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、組織及性能之間的密切關(guān)系；（2）了解金屬材料的分類、牌號(hào)、性能、用途之間的相互關(guān)系，熟悉常用金屬材料的選用原則，做到靈活應(yīng)用。（3）了解常用金屬材料熱處理工藝的原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用。第一單元金屬材料與機(jī)械產(chǎn)品制造過程簡(jiǎn)介模塊一金屬材料的分類金屬材料的基本概念金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主要材料構(gòu)成的并具有金屬特性的工程材料。它包括純金屬和合金兩類。合金是指兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的金屬材料，如普通黃銅是由銅和鋅兩種金屬元素組成的合金，碳素鋼是由鐵和碳組成的合金。金屬材料的分類金屬材料通常分為鋼鐵材料（或黑色金屬）和非鐵金屬（或有色金屬）兩大類。金屬材料（1）鋼鐵材料。以鐵或以它為主而形成的物質(zhì)，稱為鋼鐵材料（或稱黑色金屬），如鋼和生鐵。（2）非鐵金屬。除黑色金屬以外的其它金屬，都稱為非鐵金屬（或稱有色金屬），如銅、鋁、鎂、鈦、鋅、錫、鉛等。模塊二鋼鐵材料生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介鋼鐵是鐵和碳的合金。鋼鐵材料按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC(含碳量)進(jìn)行分類，包括工業(yè)純鐵（wC<0.0218%）；鋼（wC=0.0218%～2.11%）和生鐵（wC>2.11%）。生鐵由鐵礦石經(jīng)高爐冶煉而得，它是煉鋼和鑄造的主要原材料。鋼材生產(chǎn)是以生鐵為主要原料，將生鐵裝入高溫的煉鋼爐里，通過氧化作用降低生鐵中碳和雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)煉成鋼液，然后將鋼液鑄成鋼錠，再經(jīng)過熱軋或冷軋后，制成各種類型的鋼材。煉鐵煉鐵用的原料多數(shù)是鐵的氧化物，如赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等稱為鐵礦石。鐵礦石中除了含有鐵的氧化物以外，還含有硅、錳、硫、磷等元素的氧化物雜質(zhì)，這些雜物稱為脈石。煉鐵的實(shí)質(zhì)就是從鐵礦石中提取鐵及其有用元素形成生鐵的過程。現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)煉鐵的主要方法是高爐煉鐵。高爐煉鐵的爐料主要是鐵礦石(Fe3O4)、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）。經(jīng)高爐冶煉出的鐵不是純鐵，其中溶有碳、硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素，這種鐵稱為生鐵。生鐵是高爐冶煉的主要產(chǎn)品。根據(jù)用戶的不同需要，生鐵可分為兩類：鑄造生鐵和煉鋼生鐵。高爐煉鐵產(chǎn)生的副產(chǎn)品是煤氣和爐渣。煉鋼煉鋼是以生鐵（鐵液和生鐵錠）和廢鋼為主要原料，再加熔劑（石灰石、螢石）、氧化劑（O2、鐵礦石）和脫氧劑（鋁、硅鐵、錳鐵）等。用生鐵煉鋼，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化過程。1．煉鋼方法現(xiàn)代煉鋼方法主要有氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電弧爐煉鋼法。2．鋼的脫氧按鋼液脫氧程度不同，鋼可分為特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)，半鎮(zhèn)靜鋼(b)和沸騰鋼(F)四鋼。鎮(zhèn)靜鋼是脫氧完全的鋼。這類鋼錠化學(xué)成分均勻，內(nèi)部組織致密，質(zhì)量較高。但由于鋼錠頭部形成相當(dāng)深的縮孔，軋制時(shí)被切除，鋼材浪費(fèi)較大。沸騰鋼是指脫氧不完全的鋼。這類鋼錠不產(chǎn)生縮孔，切頭浪費(fèi)小。但是，鋼的化學(xué)成分不均勻，組織不夠致密，質(zhì)量較差。半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度和性能狀況介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼脫氧質(zhì)量?jī)?yōu)于鎮(zhèn)靜鋼，其內(nèi)部材質(zhì)均勻，非金屬夾雜物含量少，滿足特殊需要。3．鋼的澆注鋼液經(jīng)脫氧后，除少數(shù)用來澆鑄成鑄鋼件外，其余都澆鑄成鋼錠或連鑄坯。鋼錠用于軋鋼或鍛造大型鍛件。4．煉鋼的最終產(chǎn)品鋼錠經(jīng)過軋制最終形成板材、管材、型材、絲材及其它類型的材料。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論金屬材料在生活中的應(yīng)用。2．同學(xué)搶答說出自己遇到的金屬材料，看誰說的多。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：金屬材料分類和相關(guān)基本概念2．難點(diǎn)：煉鐵與煉鋼的實(shí)質(zhì)五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案二一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（58分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（15分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容模塊三機(jī)械產(chǎn)品制造過程簡(jiǎn)介機(jī)械產(chǎn)品的制造過程一般分為機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品制造與機(jī)械產(chǎn)品使用三個(gè)階段。模塊四機(jī)械產(chǎn)品加工工藝方法簡(jiǎn)介機(jī)械產(chǎn)品加工工藝方法主要有：鑄造、壓力加工、焊接、粉末冶金、切削加工、特種加工等。鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能金屬零件毛坯的成形方法。壓力加工是利用壓力使金屬產(chǎn)生塑性變形，使其改變形狀、尺寸和改善性能，獲得型材、棒材、板材、線材和鍛壓件的加工方法。焊接是指通過加熱或加壓或同時(shí)加熱加壓，并且用或不用填充材料使工件達(dá)到結(jié)合的一種工藝方法。粉末冶金是用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作原料，經(jīng)過壓制成形、燒結(jié)等工序，制成各種金屬制品或金屬材料的一種冶金方法。切削加工是指從工件表面切除一層多余的金屬，從而形成已加工表面的過程，如鉆削加工、車削加工、銑削加工、刨削加工、磨削加工等。特種加工是將電能、磁能、化學(xué)能、光能、聲能、熱能等或其組合施加在工件的被加工部位上，從而使材料被去除、變形、改變性能或被鍍蓋的非傳統(tǒng)的加工方法。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論金屬材料各種加工方法的特點(diǎn)及應(yīng)用。2．智力搶答活動(dòng)：一個(gè)同學(xué)說出一個(gè)零件，其他同學(xué)搶答，說明該零件的制造材料和加工方法，看誰說得準(zhǔn)確并且多。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：機(jī)械產(chǎn)品加工工藝方法2．難點(diǎn)：機(jī)械產(chǎn)品加工工藝方法五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案三一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容第二單元金屬材料的性能金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料為保證機(jī)械零件或工具正常工作應(yīng)具備的性能，即在使用過程中所表現(xiàn)出的特性，它包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等。工藝性能是指金屬材料在制造機(jī)械零件或工具的過程中，適應(yīng)各種冷、熱加工的性能，也就是金屬材料采用某種加工方法制成成品的難易程度，它包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、熱處理性能及切削加工性能等。模塊一金屬材料的力學(xué)性能金屬材料力學(xué)性能的基本概念金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在力作用下所顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的性能，如彈性、強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。彈性是指物體在外力作用下改變其形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又回復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。物體受外力作用后導(dǎo)致物體內(nèi)部之間相互作用的力稱為內(nèi)力，而單位面積上的內(nèi)力則為應(yīng)力R(MPa或N/mm2)。應(yīng)變?是指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對(duì)變化(%)。金屬力學(xué)性能指標(biāo)有：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度是金屬材料抵抗永久變形和斷裂的能力。塑性是金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。永久變形是物體在力的作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變。一、拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是指用靜拉伸力對(duì)試樣進(jìn)行軸向拉伸，測(cè)量拉伸力和相應(yīng)的伸長，并測(cè)其力學(xué)性能的試驗(yàn)。1．拉伸試樣試驗(yàn)過程中通常采用圓柱形拉伸試樣。拉伸試樣分為短試樣和長試樣兩種。長試樣L0=10d0；短試樣L0=5d0。2.試驗(yàn)方法拉伸試驗(yàn)在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。將試樣裝在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上，開動(dòng)機(jī)器，在壓力油的作用下，試樣受到拉伸。同時(shí)，記錄裝置啟動(dòng)，并記錄下拉伸過程中的力—伸長曲線。二、力-伸長曲線在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，拉伸力F和試樣伸長量△L之間的關(guān)系曲線，稱為力-伸長曲線。通常把拉伸力F作為縱坐標(biāo)，伸長量△L作為橫坐標(biāo)。當(dāng)拉伸力繼續(xù)增加到Fs時(shí)，力-伸長曲線在s點(diǎn)后出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，即在拉伸力不再增加的情況下，試樣也會(huì)明顯伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。拉伸力Fs稱為屈服拉伸力。當(dāng)拉伸力超過屈服拉伸力后，試樣抵抗變形的能力將會(huì)增加，此現(xiàn)象為冷變形強(qiáng)化，即抗力增加現(xiàn)象。當(dāng)拉伸力達(dá)到Fm時(shí)，試樣的局部截面開始收縮，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。由于頸縮使試樣局部截面迅速縮小，最終導(dǎo)致試樣被拉斷。Fm是試樣拉斷前能承受的最大拉伸力，稱為極限拉伸力。試樣從開始拉伸到斷裂要經(jīng)過彈性變形、屈服階段、變形強(qiáng)化階段、頸縮與斷裂四個(gè)階段。三、強(qiáng)度指標(biāo)金屬材料抵抗拉伸力的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。1．屈服強(qiáng)度和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度屈服強(qiáng)度是指試樣在拉伸試驗(yàn)過程中力不增加(保持恒定)仍然能繼續(xù)伸長(變形)時(shí)的應(yīng)力。=Fs/So規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度是指試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，用符號(hào)表示。例如，表示規(guī)定殘余伸長率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。2．抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力。=Fm/So是表征金屬材料由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是表征材料在靜拉伸條件下最大承載能力。四、塑性指標(biāo)金屬材料的塑性可以用拉伸試樣斷裂時(shí)的最大相對(duì)變形量來表示，如拉伸后的斷后伸長率和斷面收縮率。1．?dāng)嗪笊扉L率試樣拉斷后的標(biāo)距伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，用符號(hào)A表示。A可用下式計(jì)算：A=(LU-L0)/L0×100%2．?dāng)嗝媸湛s率斷面收縮率是指試樣拉斷后頸縮處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。斷面收縮率用符號(hào)Z表示。Z值可用下式計(jì)算：=(S0-SU)/S0×100%硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，也是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度測(cè)定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。壓入法是在規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)力作用下，將一定的壓頭壓入金屬材料表面層，然后根據(jù)壓痕的面積大小或深度測(cè)定其硬度值，這種評(píng)定方法稱為壓痕硬度。在壓入法中根據(jù)載荷、壓頭和表示方法的不同，常用的硬度測(cè)試方法有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和維氏硬度(HV)。一、布氏硬度布氏硬度的試驗(yàn)原理是用一定直徑的硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，去除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑d，然后根據(jù)壓痕直徑d計(jì)算其硬度值的方法。布氏硬度值是用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力表示的。HBW=0.102由于金屬材料有硬有軟，工件有厚有薄，在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，壓頭直徑D(有10mm、5mm、2.5mm和1mm四種)、試驗(yàn)力和保持時(shí)間應(yīng)根據(jù)被測(cè)金屬材料種類和厚度正確地進(jìn)行選擇。例如：150HBW10/1000/30表示用直徑為10mm的硬質(zhì)合金球，在1000kgf(9.807kN)試驗(yàn)力作用下，保持30s測(cè)得的布氏硬度值為150。500HBW5/750表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，在750kgf(7.355kN)試驗(yàn)力作用下保持10～15s測(cè)得的布氏硬度值。一般試驗(yàn)力保持時(shí)間為10～15s時(shí)不標(biāo)明。布氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)金屬材料表面壓痕大，能在較大范圍內(nèi)反映被測(cè)金屬材料的平均硬度，測(cè)得的硬度值比較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)。但由于其壓痕大，對(duì)金屬材料表面的損傷較大，不宜測(cè)定太小或太薄的試樣。布氏硬度試驗(yàn)主要用來測(cè)試原材料的硬度，如鑄鐵、非鐵材料、經(jīng)退火處理或正火處理的金屬材料及其半成品。二、洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理是以錐角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球，壓入試樣表面，試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力，壓入試樣表面之后，去除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣壓痕殘留深度增量h來衡量試樣的硬度大小。根據(jù)壓頭和試驗(yàn)力的不同，洛氏硬度常用A、B、C三種標(biāo)尺。洛氏硬度的計(jì)算公式為：HR=N-壓痕深度h/0.002洛氏硬度數(shù)值寫在符號(hào)HR的前面，HR后面寫使用的標(biāo)尺，如50HRC表示用“C”標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50。洛氏硬度試驗(yàn)特點(diǎn)是：硬度試驗(yàn)壓痕小，對(duì)試樣表面損傷小，常用來直接檢驗(yàn)成品或半成品零件的硬度，尤其是經(jīng)過淬火處理的零件，常采用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試；試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，可以直接從試驗(yàn)機(jī)上顯示出硬度值，省去了繁瑣的測(cè)量、計(jì)算和查表等工作。但是，由于壓痕小，硬度值的準(zhǔn)確性不如布氏硬度，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。因此，在測(cè)試金屬材料洛氏硬度時(shí)，要選取不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度值，再計(jì)算三點(diǎn)硬度的平均值作為被測(cè)金屬材料的硬度值。三、維氏硬度維氏硬度測(cè)定原理與布氏硬度基本相似。維氏硬度是用正四棱錐形壓痕單位表面積上承受的平均壓力表示的硬度值。用符號(hào)HV表示，計(jì)算式如下：HV=0.1891F/d2試驗(yàn)時(shí)用測(cè)微計(jì)測(cè)出壓痕的對(duì)角線長度，算出兩對(duì)角線長度的平均值后，查GB4340-1984附表或計(jì)算就可得出維氏硬度值。例如：640HV30表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力，保持10～15s測(cè)定的維氏硬度值為640。640HV30/20表示用30kgf(294.2N)試驗(yàn)力，保持20s測(cè)定的維氏硬度值為640。維氏硬度適用范圍寬，從很軟的材料到很硬的材料都可以測(cè)量，尤其適用于零件表面層硬度的測(cè)量，如化學(xué)熱處理的滲層硬度測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果精確可靠。但測(cè)取維氏硬度值時(shí)，需要測(cè)量對(duì)角線長度，然后查表或計(jì)算，而且進(jìn)行維氏硬度測(cè)試時(shí)，對(duì)試樣表面的質(zhì)量要求高，測(cè)量效率較低，因此，維氏硬度沒有洛氏硬度使用方便。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論退火低碳鋼的拉伸過程及相關(guān)現(xiàn)象。2．相互討論硬度與強(qiáng)度，硬度與塑性的一般關(guān)系。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：強(qiáng)度、塑性、硬度2．難點(diǎn)：強(qiáng)度與塑性五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案四一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容韌性韌性是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。沖擊吸收功的單位是焦?fàn)?。金屬材料韌性大小通常采用沖擊吸收功指標(biāo)來衡量，而測(cè)定金屬材料的沖擊吸收功，通常采用夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法。一、夏比沖擊試驗(yàn)1．沖擊試樣帶V型缺口的試樣，稱為夏比V型缺口試樣，使用V型缺口試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，相應(yīng)的沖擊吸收功用符號(hào)KV表示。帶U型缺口的試樣，稱為夏比U型缺口試樣。使用U型缺口試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，相應(yīng)的沖擊吸收功用符號(hào)KU表示。2.試驗(yàn)原理夏比沖擊試驗(yàn)是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。擺錘沖斷試樣所失去的勢(shì)能是：KV=KV1-KV2(J)或KU=KU1-KU2(J)KU（或KV）就是規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功，稱為沖擊吸收功。沖擊吸收功KV愈大，表示材料抵抗沖擊試驗(yàn)力而不破壞的能力愈強(qiáng)。如果用沖擊試樣的斷口處的橫截面積S去除KU（或KV）即可得到?jīng)_擊韌度，其用аKU或аKV表示，單位是J/cm2。沖擊吸收功（或沖擊韌度）對(duì)組織缺陷非常敏感，它可靈敏地反映出金屬材料的質(zhì)量、宏觀缺口和顯微組織的差異，能有效地檢驗(yàn)金屬材料在冶煉、加工、熱處理工藝等方面的質(zhì)量。3．沖擊吸收功-溫度關(guān)系曲線沖擊吸收功（或沖擊韌度）對(duì)溫度非常敏感，通過一系列溫度下的沖擊試驗(yàn)可測(cè)出金屬材料的脆化趨勢(shì)和韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在進(jìn)行不同溫度的一系列沖擊試驗(yàn)時(shí)，隨試驗(yàn)溫度的降低，沖擊吸收功總的變化趨勢(shì)是隨溫度降低而降低。當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時(shí)，沖擊吸收功急劇下降，金屬材料由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變。金屬材料在一系列不同溫度的沖擊試驗(yàn)中，沖擊吸收功急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域，稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量金屬材料冷脆傾向的指標(biāo)。金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度愈低，說明金屬材料的低溫抗沖擊性愈好。二、多次沖擊試驗(yàn)的概念金屬材料在多次沖擊下的破壞過程是由裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)張和瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段組成。其破壞是每次沖擊損傷積累發(fā)展的結(jié)果，不同于一次性沖擊的破壞過程。疲勞強(qiáng)度一、疲勞循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變的大小、方向，都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的一類應(yīng)力和應(yīng)變。常見的循環(huán)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，其最大值Rmax和最小值Rmin的絕對(duì)值相等，即Rmax／Rmin=-1。零件在循環(huán)載荷作用下，經(jīng)過一定時(shí)間的工作后會(huì)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬材料的疲勞。疲勞斷裂時(shí)不產(chǎn)生明顯的塑性變形，斷裂是突然發(fā)生的，因此，具有很大的危險(xiǎn)性，常常造成嚴(yán)重的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，損壞的機(jī)械零件中80%以上是因疲勞造成的。疲勞斷裂首先是在零件的應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生，先形成微小的裂紋核心，即裂紋源。隨后在循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展長大，形成擴(kuò)展區(qū)。由于疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使零件的有效工作面逐漸減小，因此，零件所受應(yīng)力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力超過金屬材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，則發(fā)生疲勞斷裂，即形成瞬斷區(qū)。二、疲勞強(qiáng)度金屬材料在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限多次循環(huán)，而不斷裂的最大應(yīng)力值稱為金屬材料的疲勞強(qiáng)度。即循環(huán)次數(shù)值N無窮大時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度。在工程實(shí)踐中，一般是求疲勞極限，即對(duì)應(yīng)于指定的循環(huán)基數(shù)下的中值疲勞強(qiáng)度。對(duì)于鋼鐵材料其循環(huán)基數(shù)為107，對(duì)于非鐵材料其循環(huán)基數(shù)為108。對(duì)于對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，其疲勞強(qiáng)度用R-1表示。許多試驗(yàn)結(jié)果表明：金屬材料疲勞強(qiáng)度隨著抗拉強(qiáng)度的提高而增加，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼當(dāng)≤1400N/mm2時(shí)，其疲勞強(qiáng)度R-1約為抗拉強(qiáng)度的二分之一。模塊二金屬材料的物理性能與化學(xué)性能金屬材料的物理性能是指金屬在重力、電磁場(chǎng)、熱力（溫度）等物理因素作用下，其所表現(xiàn)出的性能或固有的屬性。它包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。金屬材料的化學(xué)性能是指金屬材料在室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)介質(zhì)作用所表現(xiàn)出來的性能，它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。金屬材料的物理性能1．密度金屬材料的密度是指在一定溫度下單位體積金屬的質(zhì)量。密度小于5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬，密度大于5×103kg/m3的金屬稱為重金屬。2．熔點(diǎn)金屬材料和合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。純金屬都有固定的熔點(diǎn)。熔點(diǎn)高的金屬材料稱為難熔金屬(如鎢、鉬、釩等)。熔點(diǎn)低的金屬稱為易熔金屬(如錫、鉛、鉍等)。3．導(dǎo)熱性金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。金屬材料導(dǎo)熱能力的大小常用熱導(dǎo)率(亦稱導(dǎo)熱系數(shù))λ表示。金屬材料的熱導(dǎo)率越大，說明其導(dǎo)熱性越好。一般說來，金屬材料越純，其導(dǎo)熱能力越大。合金的導(dǎo)熱能力比純金屬差。金屬材料的導(dǎo)熱能力以銀為最好，銅、鋁次之。4．導(dǎo)電性金屬材料能夠傳導(dǎo)電流的性能，稱為導(dǎo)電性。金屬材料導(dǎo)電性的好壞，常用電阻率ρ表示。電阻率越小，導(dǎo)電性就越好。純金屬的導(dǎo)電性總比合金好。5．熱膨脹性金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。熱膨脹性的大小用線脹系數(shù)αl和體脹系數(shù)αv來表示。體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的3倍。6．磁性金屬材料在磁場(chǎng)中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的性能稱為磁性。通常應(yīng)磁導(dǎo)率μ（H/m）表示。根據(jù)金屬材料在磁場(chǎng)中受到磁化程度的不同，金屬材料可分為：鐵磁性材料—在外加磁場(chǎng)中，能強(qiáng)烈地被磁化到很大程度，如鐵、鎳、鈷等。順磁性材料—在外加磁場(chǎng)中呈現(xiàn)十分微弱的磁性，如錳、鉻、鉬等?？勾判圆牧稀軌蚩咕芑驕p弱外加磁場(chǎng)磁化作用的金屬，如銅、金、銀、鉛、鋅等。金屬材料的化學(xué)性能1.耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧、水及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，稱為耐腐蝕性。耐候鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金，在室溫條件下能耐大氣腐蝕，一般都具有良好的耐腐蝕性。2．抗氧化性金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。金屬材料的氧化隨溫度升高而加速，例如，鋼材在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時(shí)，氧化比較嚴(yán)重。3．化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。在高溫條件下工作的設(shè)備(如鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等)上的部件需要選擇熱穩(wěn)定性好的材料來制造。模塊三金屬材料的工藝性能1．鑄造性能金屬材料在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動(dòng)性、吸氣性、收縮性和偏析等。2．壓力加工性能金屬材料利用壓力加工方法塑造成形的難易程度稱為壓力加工性能。壓力加工性能的好壞主要同金屬材料的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬材料的壓力加工性能越好。3．焊接性能焊接性能是指金屬材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。鋼的焊接性能主要取決于碳及合金元素的含量，其中影響最大的是碳元素。對(duì)于非合金鋼及低合金鋼，常用碳當(dāng)量來評(píng)定它的焊接性，所謂碳當(dāng)量是指把鋼中的合金元素(包括碳)含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量的總和，用符號(hào)W（CE）表示。國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量W（CE）的計(jì)算公式如下：W（CE）=WC+WMn/6+(WCr+WMo+WV)/5+(WNi+WCu)/15在計(jì)算碳當(dāng)量時(shí)，各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都取化學(xué)成分范圍的上限。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，碳當(dāng)量W（CE）<0.4%時(shí)，淬硬傾向小，焊接性良好，焊接時(shí)不需預(yù)熱；W（CE）=0.4%～0.6%時(shí)，淬硬傾向較大，焊接性較差，一般需要預(yù)熱；W（CE）>0.6%時(shí)，淬硬傾向嚴(yán)重，焊接性差，需要較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。焊接性能好的金屬材料能獲得沒有裂縫、氣孔等缺陷的焊縫，并且焊接接頭具有良好的力學(xué)性能。低碳鋼具有良好的焊接性能，而高碳鋼、不銹鋼、鑄鐵的焊接性能則較差。4．切削加工性能切削加工性能是指金屬材料在切削加工時(shí)的難易程度。切削加工性能好的金屬材料對(duì)使用的刀具磨損量小，可以選用較大的切削用量，加工表面也比較光潔。切削加工性能與金屬材料的硬度、熱導(dǎo)性、冷變形強(qiáng)化等因素有關(guān)。如果金屬材料硬度在170～230HBW時(shí)，最易切削加工。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論疲勞斷裂過程，舉例疲勞斷裂現(xiàn)象。2．相互討論金屬腐蝕現(xiàn)象。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：韌性、疲勞強(qiáng)度2．難點(diǎn)：疲勞強(qiáng)度五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案五一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容第三單元金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶模塊一金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)可分為晶體與非晶體兩類。物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子或分子)呈規(guī)律性和周期性排列的物質(zhì)，稱為晶體。晶體具有固定熔點(diǎn)、幾何外形和各向異性特征，諸如金剛石、石墨、單晶硅及一般固態(tài)金屬材料等均是晶體。物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)呈無規(guī)則排列的稱為非晶體，如玻璃、瀝青、石蠟、松香等都是非晶體。金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)一、晶格為了便于清楚地描述和理解晶體中原子在三維空間排列的規(guī)律性，可把晶體內(nèi)部原子近似地視為剛性質(zhì)點(diǎn)，用一些假想的直線將各質(zhì)點(diǎn)中心連接起來，便形成了一個(gè)空間格子，這種抽象地用于描述原子在晶體中排列形式的空間幾何格子，稱為晶格。二、晶胞組成晶格的最小幾何單元稱為晶胞。三、常見金屬材料的晶格類型1．體心立方晶格體心立方晶格的晶胞是立方體，立方體的八個(gè)頂角和中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是2個(gè)。具有這種晶格的金屬有鎢(W)、鉬(Ｍo)、鉻(Ｃr)、釩(Ｖ)、α鐵(α－Fe)等。2．面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是立方體，立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是4個(gè)。具有這種晶格的金屬有金(Ａu)、銀(Ag)、鋁(Ａl)、銅(Ｃu)、鎳(Ni)、γ鐵(γ－Ｆe)等。3．密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是六方柱體，在六方柱體的十二個(gè)頂角和上下底面中心各有一個(gè)原子，另外在上下面之間還有三個(gè)原子，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是6個(gè)。具有此種晶格的金屬有鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、α鈦(α-Ti)等金屬材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)如果一塊晶體內(nèi)部的晶格位向(即原子排列的方向)完全一致，稱這塊晶體為單晶體。由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。多晶體材料內(nèi)部以晶界分開的、晶體學(xué)位向相同的晶體稱為晶粒。將任何兩個(gè)晶體學(xué)位向不同的晶粒隔開的那個(gè)內(nèi)界面稱為晶界。由于一般的金屬材料是多晶體結(jié)構(gòu)，故通常測(cè)出的性能是各個(gè)位向不同的晶粒的平均性能，其結(jié)果使金屬材料顯示出各向同性。在晶界上原子的排列不象晶粒內(nèi)部那樣有規(guī)則性，這種原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷。根據(jù)晶體缺陷存在的幾何形式，可將晶體缺陷分為以下三種：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。一、點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是晶體中呈點(diǎn)狀的缺陷，即在三維空間上的尺寸都很小的晶體缺陷。最常見的缺陷是晶格空位和間隙原子。原子空缺的位置稱為空位；存在于晶格間隙位置的原子稱為間隙原子。二、線缺陷線缺陷是指在三維空間的兩個(gè)方向上尺寸很小的晶體缺陷。這種缺陷主要是指各種類型的位錯(cuò)。所謂位錯(cuò)是指晶格中一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。三、面缺陷面缺陷是指在二維方向上尺寸很大，在第三個(gè)方向上的尺寸很小，呈面狀分布的缺陷，通常面缺陷是指晶界。模塊二純金屬的結(jié)晶由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。通過凝固形成晶體的過程稱為結(jié)晶。冷卻曲線與過冷度液態(tài)金屬隨著時(shí)間的推移，溫度不斷下降，當(dāng)冷卻到某一溫度時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)水平線段，這個(gè)水平線段所對(duì)應(yīng)的溫度就是金屬的理論結(jié)晶溫度(T0)。金屬在實(shí)際結(jié)晶過程中，從液態(tài)必須冷卻到理論結(jié)晶溫度(T0)以下才開始結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為過冷。理論結(jié)晶溫度T0和實(shí)際結(jié)晶溫度Tn之差△T，稱為過冷度。研究指出：金屬材料結(jié)晶時(shí)的過冷度并不是一個(gè)恒定值，而是與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，過冷度越大，金屬材料的實(shí)際結(jié)晶溫度也越低。在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬材料結(jié)晶必須在一定的過冷度下進(jìn)行，過冷是金屬材料結(jié)晶的必要條件，但不是充分條件。金屬材料要進(jìn)行結(jié)晶，還要滿足動(dòng)力學(xué)條件，如必須有原子的移動(dòng)和擴(kuò)散等。金屬材料的結(jié)晶過程液態(tài)金屬材料在達(dá)到結(jié)晶溫度時(shí)，首先形成一些極細(xì)小的微晶體，稱為晶核。隨著時(shí)間的推移，已形成的晶核不斷長大。與此同時(shí)，又有新的晶核形成、長大，直至液態(tài)金屬材料全部凝固。凝固結(jié)束后，各個(gè)晶核長成的晶粒彼此相互接觸。晶核的形成和晶核長大是金屬材料結(jié)晶的基本過程。金屬材料結(jié)晶后晶粒的控制1．晶粒大小對(duì)金屬材料力學(xué)性能的影響一般情況下，晶粒越細(xì)小，金屬材料的強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性愈好。2．控制晶粒大小的方法(1)加快液態(tài)金屬材料的冷卻速度。(2)變質(zhì)處理。所謂變質(zhì)處理就是在澆注前，以少量固體材料加入熔融金屬中，增加形核數(shù)量，從而達(dá)到細(xì)化晶粒，改善其組織和性能的方法。加入的少量固體材料可起晶核作用。(3)采用機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)和電磁振動(dòng)等，可使生長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)增多，從而達(dá)到細(xì)化晶粒效果。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論晶格類型及其特點(diǎn)。2．相互討論晶體缺陷的特點(diǎn)及其對(duì)金屬性能的影響。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)、同素異構(gòu)2．難點(diǎn)：位錯(cuò)五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案六一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容模塊三金屬材料的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬材料在固態(tài)下由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的轉(zhuǎn)變過程，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變或稱同素異晶轉(zhuǎn)變。液態(tài)純鐵在結(jié)晶后具有體心立方晶格，稱為δ－Fe，當(dāng)其冷卻到1394℃時(shí)，發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由體心立方晶格的δ－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩茫璅e,再冷卻到912℃時(shí)，原子排列方式又由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格，稱為α-Feδ-Fe1394℃γ-Fe912℃α-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料的一個(gè)重要特性，它是鋼鐵材料能夠進(jìn)行熱處理的理論依據(jù)，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是通過原子的重新排列來完成的（猶如隊(duì)列變換隊(duì)形一樣)，這一過程有如下特點(diǎn)：(1)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核的形成和晶核的長大兩個(gè)基本過程來完成，新晶核優(yōu)先在原晶界處生成；(2)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)有過冷(或過熱)現(xiàn)象，并且轉(zhuǎn)變時(shí)具有較大的過冷度；(3)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，有相變潛熱產(chǎn)生，在冷卻曲線上也會(huì)出現(xiàn)水平線段，但這種轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行的，它與液體結(jié)晶相比具有不同之處；(4)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)常伴有金屬材料體積的變化。模塊四合金的相結(jié)構(gòu)基本概念一、組元組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。二、合金系由若干給定組元按不同比例配制而成的一系列化學(xué)成分不同的合金，稱為合金系。三、相相是指在一個(gè)合金系統(tǒng)中具有相同的物理性能和化學(xué)性能，并與該系統(tǒng)的其余部分以界面分開的部分。四、組織組織是指用金相觀察方法，在金屬及其合金內(nèi)部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系的構(gòu)造情況。合金的晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)合金中各組元間的相互作用，合金中的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體、金屬化合物及機(jī)械混合物三種類型。一、固溶體合金在固態(tài)下一種組元的晶格內(nèi)溶解了另一組元原子而形成的晶體相，稱為固溶體。在固溶體中晶格保持不變的組元稱為溶劑。固溶體的晶格類型與溶劑相同，固溶體中的其他組元稱為溶質(zhì)。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。1．置換固溶體溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子占據(jù)溶劑晶格部分結(jié)點(diǎn)位置時(shí)，所形成的晶體相，稱為置換固溶體。按溶質(zhì)溶解度的不同，置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體。溶解度大小主要取決于組元間的晶格類型、原子半徑和原子結(jié)構(gòu)。大多數(shù)合金只能有限固溶，且溶解度隨著溫度的升高而增加。只有兩組元晶格類型相同，原子半徑相差很小時(shí)，才可能無限互溶，形成無限固溶體。2．間隙固溶體溶質(zhì)原子在溶劑晶格中不占據(jù)溶劑結(jié)點(diǎn)位置，而嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的間隙內(nèi)時(shí)，所形成的晶體相，稱為間隙固溶體。由于溶劑晶格的間隙有限，所以，間隙固溶體只能是有限溶解溶質(zhì)原子，同時(shí)只有在溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑的比值小于0.59時(shí)，才能形成間隙固溶體。間隙固溶體的溶解度與溫度、溶質(zhì)與溶劑原子半徑比值以及溶劑晶格類型等有關(guān)。無論是置換固溶體，還是間隙固溶體，異類原子的插入都將使固溶體晶格發(fā)生畸變，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高。通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，使合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。二、金屬化合物金屬化合物是指合金中各組元間原子按一定整數(shù)比形成的具有金屬特性的新相，如鐵碳合金中的滲碳體（Fe3C金屬化合物具有與其構(gòu)成組元晶格截然不同的特殊晶格，具有熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大特性。合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能顯著地提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但塑性和韌性則會(huì)明顯地降低。三、機(jī)械混合物由兩相或兩相以上組成的多相組織，稱為機(jī)械混合物。在機(jī)械混合物中各組成相仍保持它原有的晶格類型和性能，而整個(gè)機(jī)械混合物的性能介于各組成相性能之間，并與各組成相的性能以及相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀況等密切相關(guān)。模塊五合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶過程合金結(jié)晶過程與純金屬一樣，為晶核形成和晶核長大兩個(gè)過程。合金與純金屬結(jié)晶不同之處在于：(1)純金屬結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行，只有一個(gè)臨界點(diǎn)。而合金則絕大多數(shù)是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶，結(jié)晶的開始溫度與終止溫度不相同，有兩個(gè)結(jié)晶溫度。(2)合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)相的化學(xué)成分（即濃度）有變化，當(dāng)結(jié)晶終止后，整個(gè)晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。(3)合金結(jié)晶后不是單相，一般有三種情況：?jiǎn)蜗喙倘荏w；單相金屬化合物或同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)；結(jié)晶開始形成單相固溶體（單相金屬化合物），剩余液體又同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)。合金結(jié)晶的冷卻曲線一般合金的結(jié)晶冷卻曲線有以下三種形式：一、形成單相固溶體的結(jié)晶冷卻曲線組元在液態(tài)下完全互溶，固態(tài)下仍完全互溶，結(jié)晶后形成單相固溶體。結(jié)晶過程中有兩個(gè)臨界點(diǎn)。二、形成單相化合物或共晶體的結(jié)晶冷卻曲線組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下完全不互溶或部分互溶，結(jié)晶后形成單相金屬化合物或共晶體。從一定成分的液體合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種固相物質(zhì)的過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變(共晶反應(yīng))，其結(jié)晶產(chǎn)物稱為共晶體。共晶轉(zhuǎn)變是在恒溫下進(jìn)行的。三、形成機(jī)械混合物的冷卻曲線組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下部分互溶，結(jié)晶開始形成單相固溶體（或單相金屬化合物）后，剩余液體則同時(shí)結(jié)晶出共晶體。結(jié)晶過程中有兩個(gè)臨界點(diǎn)。在固態(tài)下由一種單相固溶體同時(shí)析出兩相固體物質(zhì)的過程，稱為共析轉(zhuǎn)變(共析反應(yīng))。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變一樣，也是在恒溫條件下進(jìn)行的。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論晶格類型及其特點(diǎn)。2．相互討論晶體缺陷的特點(diǎn)及其對(duì)金屬性能的影響。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：基本概念、合金結(jié)晶過程2．難點(diǎn)：合金結(jié)晶的冷卻曲線五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案七一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容模塊六金屬材料鑄錠組織特征金屬材料在鑄造狀態(tài)的組織會(huì)直接影響金屬材料在壓力加工過程中的性能及其相關(guān)產(chǎn)品的性能。金屬材料的結(jié)晶產(chǎn)品大體可以分為三個(gè)類型：（1）結(jié)晶后在鑄造狀態(tài)下直接使用，這類產(chǎn)品稱為鑄件或鑄錠；（2）結(jié)晶后要進(jìn)行軋制、鍛造等壓力加工，這類產(chǎn)品稱為鍛坯；（3）結(jié)晶后形成工件的一個(gè)組成部分，如焊件的焊縫，金屬的熱鍍層等。鑄錠的組織結(jié)構(gòu)金屬鑄錠呈現(xiàn)三個(gè)不同外形的晶粒區(qū)，即表面細(xì)晶粒區(qū)、柱狀晶粒區(qū)和等軸晶粒區(qū)。一、表面細(xì)晶粒區(qū)液態(tài)金屬材料剛注入錠模時(shí)，表面層的金屬液受到劇烈冷卻，因而在較大的過冷度下結(jié)晶。表面細(xì)晶粒區(qū)的組織特點(diǎn)是：晶粒細(xì)長，區(qū)域厚度較小，組織致密，成分均勻，力學(xué)性能較好。二、柱狀晶粒區(qū)柱狀晶粒區(qū)的出現(xiàn)主要是因?yàn)榻饘勹T錠受垂直于模壁散熱方向的影響。凡晶軸垂直于模壁的晶粒，由于其沿著晶軸向模壁傳熱較快，從而形成柱狀晶粒區(qū)。三、等軸晶粒區(qū)晶核由于在不同方向上的長大速度相同，加之這時(shí)過冷度較小，因而便形成粗大的等軸晶粒區(qū)。等軸晶粒區(qū)的組織特點(diǎn)是：晶粒粗大，組織疏松，力學(xué)性能較差。在金屬鑄錠中，除存在組織不均勻外，還常有縮孔、氣泡、偏析、夾雜等缺陷。根據(jù)澆注方法不同，金屬鑄錠分為鋼錠模鑄錠（簡(jiǎn)稱鑄錠）和連續(xù)鑄錠。定向結(jié)晶和單晶制備原理定向結(jié)晶是通過控制冷卻方式，使鑄件沿軸向形成一定的溫度梯度，從而可使鑄件從一端開始凝固，并按一定方向逐步向另一端結(jié)晶的過程。單晶是其原子都按一個(gè)規(guī)律和一致的位向排列的一個(gè)晶體，如單晶硅和單晶鍺。單晶體制備的基本原理就是使液體結(jié)晶時(shí)只形成一個(gè)晶核，再由這個(gè)晶核提拉成一整塊晶體（稱為拉晶）。單晶體具有高強(qiáng)度和各向異性特性，如果把一些重要的零件做成一個(gè)單晶，如把飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片凝固成一個(gè)晶體，則其工作溫度可達(dá)970℃。模塊七金屬材料塑性變形與再結(jié)晶金屬材料壓力加工（又稱塑性加工）就是利用塑性通過軋制、鍛壓、擠壓、沖壓、拉拔等成形工藝，使金屬材料產(chǎn)生一定的塑性變形而獲得所需要的工件。金屬材料塑性變形金屬材料在變形過程包括彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段。其中只有塑性變形才能用于成形加工。金屬材料的塑性變形與變形抗力有密切關(guān)系，塑性愈好，變形抗力愈小，則金屬材料越容易進(jìn)行塑性變形加工。一、塑性變形實(shí)質(zhì)晶體只有受到切應(yīng)力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生塑性變形。單晶體塑性變形時(shí)，在切應(yīng)力作用下，晶體內(nèi)部上下兩部分原子會(huì)沿著某一特定的晶面產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為滑移?；Q是由于切應(yīng)力引起晶體內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。單晶體的變形方式有滑移和孿晶兩種。多晶體是由許多微小的單個(gè)晶粒雜亂組合而成的，其塑性變形過程可以看成是許多單個(gè)晶粒塑性變形的總和；另外，多晶體塑性變形還存在著晶粒與晶粒之間的滑移轉(zhuǎn)動(dòng)，即晶間變形。對(duì)于多晶體其塑性變形以晶內(nèi)變形為主，晶間變形很小。由于多晶體晶界處原子排列紊亂，各個(gè)晶粒的位向不同，使晶界處的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)較難進(jìn)行，所以，晶粒愈細(xì)，晶界面積愈大，塑性變形抗力就愈大，宏觀上表現(xiàn)出金屬材料的強(qiáng)度也愈高；另外，晶粒越細(xì)，金屬材料塑性變形可更好地分散在大多數(shù)晶粒內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)力集中現(xiàn)象較小，塑性和韌性越好，金屬材料塑性變形能力也越好。因此，生產(chǎn)中都盡最大可能地獲得細(xì)晶粒組織。大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果就是金屬材料的塑性變形。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)認(rèn)為：晶體缺陷及位錯(cuò)相互糾纏會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致金屬材料強(qiáng)化，即產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象。二、冷變形強(qiáng)化隨著金屬材料冷變形程度的增加，金屬材料的強(qiáng)度和硬度都有所提高，但塑性有所下降，這種現(xiàn)象稱為冷變形強(qiáng)化。塑性變形后金屬材料的晶格嚴(yán)重畸變，變形金屬材料的晶粒被壓扁或拉長，形成纖維組織。金屬材料的強(qiáng)度、硬度隨變形程度的增大而增加，塑性、韌性則明顯下降。冷變形強(qiáng)化使金屬材料繼續(xù)進(jìn)行壓力加工的性能惡化?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒長大如果對(duì)冷變形金屬材料進(jìn)行加熱，則可提高原子的活動(dòng)能力，促進(jìn)這種不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致冷變形金屬材料相繼發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段的變化。一、回復(fù)將冷變形后的金屬材料加熱至一定溫度后，使部分原子回復(fù)到平衡位置，晶粒內(nèi)殘余應(yīng)力會(huì)大大減少但不改變晶粒形狀的現(xiàn)象稱為回復(fù)。冷拔彈簧鋼絲繞制成彈簧后常進(jìn)行低溫退火（也稱定形處理），其實(shí)質(zhì)就是利用回復(fù)保持冷拔鋼絲的高強(qiáng)度，同時(shí)消除冷卷彈簧過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。二、再結(jié)晶當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，金屬材料中被拉長的、壓扁的、破碎的晶粒會(huì)重新生核，變?yōu)榧?xì)小、均勻等軸晶粒的過程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶過程包括新晶粒形核及晶核長大兩個(gè)過程。再結(jié)晶不是一個(gè)相變過程，沒有恒定的轉(zhuǎn)變溫度，沒有發(fā)生晶格類型變化。再結(jié)晶是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，開始產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。純金屬的再結(jié)晶溫度為：T再≈0.4T熔在常溫下經(jīng)過塑性變形的金屬材料，加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶的處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火可以消除金屬材料的冷變形強(qiáng)化，提高其塑性，有利于其繼續(xù)進(jìn)行壓力加工。例如，金屬材料在冷軋、冷拉、冷沖壓過程中，常在各工序中穿插再結(jié)晶退火。三、晶粒長大如果加熱溫度過高或加熱時(shí)間過長，則小晶粒會(huì)明顯長大，成為粗晶粒組織，使金屬材料的強(qiáng)度、塑性和韌性變差，從而使金屬材料繼續(xù)進(jìn)行壓力加工的能力惡化。模塊八金屬材料焊接接頭組織焊縫是焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。在與焊縫相鄰的兩側(cè)局部區(qū)域內(nèi)，焊件受熱（未熔化）會(huì)發(fā)生組織與性能的變化，這部分區(qū)域稱為熱影響區(qū)。熔焊焊縫與母材的交界線稱為熔合線。熔合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫到熱影響區(qū)的過渡區(qū)域，稱為熔合區(qū)或半熔化區(qū)。焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)共同組成金屬材料的熔焊接頭。焊縫焊縫組織是由熔池金屬結(jié)晶后得到的鑄態(tài)組織。熔池中金屬的結(jié)晶一般從液固交界的熔合線上開始，晶核從熔合線向兩側(cè)和熔池中心長大。由于晶核向熔合線兩側(cè)生長受到相鄰晶體的阻擋，所以，晶核主要向熔池中心長大，這樣就使焊縫金屬獲得柱狀晶粒組織。由于熔池較小，熔池中的液態(tài)冷卻較快，所以，柱狀晶粒并不粗大。焊件通過焊縫實(shí)現(xiàn)連接，由于焊條中含有合金元素，可以保證焊縫金屬的力學(xué)性能與母材相近。熔合區(qū)熔合區(qū)在焊接過程中始終處于半熔化狀態(tài)，該區(qū)域晶粒粗大，塑性和韌性很差，化學(xué)成分不均勻，容易產(chǎn)生裂紋，是焊接接頭組織中，力學(xué)性能最差的區(qū)域。熔合區(qū)的寬度僅有01~04mm，但對(duì)焊接接頭的性能影響很大。熱影響區(qū)在熱影響區(qū)由于溫度分布不均勻，我們可以將低碳鋼熔焊接頭的熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。一、過熱區(qū)過熱區(qū)是指熱影響區(qū)中，熱影響溫度接近于AE線，冷卻后具有粗大組織的區(qū)域。過熱區(qū)的塑性和韌性最差，容易產(chǎn)生焊接裂紋，是焊接接頭組織中最薄弱的區(qū)域。二、正火區(qū)正火區(qū)是指熱影響區(qū)中，熱影響溫度接近于AC3線，具有正火組織的區(qū)域。該區(qū)域的組織冷卻后獲得細(xì)小均勻的鐵素體和珠光體組織。正火區(qū)組織的性能較好，優(yōu)于母材，是焊接接頭組織中性能最好的區(qū)域。三、部分相變區(qū)部分相變區(qū)是指熱影響區(qū)中，熱影響溫度處于AC1~AC3線之間，是部分組織發(fā)生相變的區(qū)域。該區(qū)域的組織冷卻后得到細(xì)小鐵素體和珠光體組織，但組織不均勻，力學(xué)性能較差。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論鑄錠的組織特點(diǎn)。2．相互討論鋼材冷變形后的組織特點(diǎn)及其對(duì)金屬性能的影響。3．相互討論低碳鋼熔焊接頭的組織特點(diǎn)及其對(duì)金屬性能的影響。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：鑄錠的組織特點(diǎn)、金屬材料塑性變形、金屬材料焊接接頭組織2．難點(diǎn)：金屬材料塑性變形五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案八一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容第四單元鐵碳合金相圖模塊一鐵碳合金的基本組織鐵和碳的合金稱為鐵碳合金，如鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金組織、化學(xué)成分和溫度之間相互關(guān)系的重要圖形。鐵碳合金在固態(tài)下的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。鐵素體(F)鐵素體是指α-Fe或其內(nèi)固溶有一種或數(shù)種其他元素所形成的晶體點(diǎn)陣為體心立方的固溶體，用符號(hào)F(或α)表示。鐵素體仍保持α-Fe的體心立方晶格。α-Fe的溶碳量很小，在727℃時(shí)溶碳量最大（WC=0.0218%），隨著溫度的下降其溶碳量逐漸減少，鐵素體的性能幾乎和純鐵相同，即強(qiáng)度和硬度(=180～280N／mm2，50～80HBW)較低，而塑性和韌性較高(A11.3=30%～50%，КU=128～160J)。鐵素體在770℃（居里點(diǎn)）時(shí)有磁性轉(zhuǎn)變，在770℃以下具有鐵磁性，在770℃以上則失去鐵磁性。奧氏體(A)奧氏體是指γ-Fe內(nèi)固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶體點(diǎn)陣為面心立方的固溶體，常用符號(hào)A(或γ)表示。奧氏體仍保持γ-Fe的面心立方晶格。奧氏體溶碳能力較大，在1148℃時(shí)溶碳量最大（WC=2.11%），隨著溫度下降溶碳量逐漸減少，在727℃時(shí)的溶碳量為WC=0.77%。奧氏體具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性好(≈400N／mm2，160～220HBW，A11.3≈40%～50%)，在機(jī)械制造中，鋼材大多數(shù)要加熱至高溫奧氏體狀態(tài)進(jìn)行塑性變形加工。穩(wěn)定的奧氏體屬于鐵碳合金的高溫組織，當(dāng)鐵碳合金緩冷到727℃時(shí)，奧氏體將發(fā)生轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷慕M織。奧氏體是非鐵磁性相。滲碳體(Fe3C)滲碳體是鐵和碳的金屬化合物，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，用化學(xué)式Fe3C表示。滲碳體的晶格形式，與碳和鐵都不一樣，是復(fù)雜的晶格類型。滲碳體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是6.69%，熔點(diǎn)為1227℃。滲碳體的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，硬度高，脆性大，塑性與韌性極低。滲碳體在鋼和鑄鐵中與其他相共存時(shí)呈片狀、球狀、網(wǎng)狀。滲碳體不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，有磁性轉(zhuǎn)變，在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去磁性。滲碳體是碳在鐵碳合金中的主要存在形式，是亞穩(wěn)定的金屬化合物，在一定條件下，滲碳體可分解成石墨。珠光體(P)珠光體是鐵素體(軟)和滲碳體(硬)組成的機(jī)械混合物。常用符號(hào)“P”表示。其顯微組織特征為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相組織。在珠光體中，鐵素體和滲碳體仍保持各自原有晶格類型。珠光體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.77%。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強(qiáng)度（≈770N／mm2），硬度（180HBW左右）適中，塑性與韌性（A11.3≈20%～35%，КU=24～32J）較好，是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。萊氏體(Ld)萊氏體是指高碳的鐵基合金在凝固過程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體，萊氏體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%。萊氏體用符號(hào)Ld表示。由于奧氏體在727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以，在室溫時(shí)萊氏體是由珠光體和滲碳體所組成。為了區(qū)別起見，將727℃以上存在的萊氏體稱為高溫萊氏體(Ld)，在727℃以下存在的萊氏體稱為低溫萊氏體（Ld萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度高，塑性很差。萊氏體的顯微組織可以看成是在滲碳體的基體上分布著顆粒狀的奧氏體(或珠光體)。模塊二鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是鐵碳合金在極緩慢冷卻(或加熱)條件下，不同化學(xué)成分的鐵碳合金，在不同溫度下所具有的組織狀態(tài)的圖形。我們實(shí)際上研究研究Fe—Fe3C相圖。一、鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)表4—1鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)特性點(diǎn)溫度（℃）WC（%）特性點(diǎn)的含義A15380純鐵的熔點(diǎn)或結(jié)晶溫度C11484.3共晶點(diǎn)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L4.3?A2.11+Fe3CD12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶碳量，也是鋼與生鐵的成分分界點(diǎn)F11486.69共晶滲碳體的成分點(diǎn)G9120α-Fe?γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變A0。77?F0.0218+Fe3CP7270.0218碳在α-Fe中的最大溶碳量三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論鐵碳合金的組織特點(diǎn)。2．相互討論鐵碳合金相圖的特性點(diǎn)的含義。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：鐵碳合金基本組織、鐵碳合金相圖2．難點(diǎn)：鐵碳合金相圖五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案九一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容二、鐵碳合金相圖中的主要特性線1．液相線ACD碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC≤4.3%的鐵碳合金在AC線開始結(jié)晶出奧氏體(A)；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC>4.3%的鐵碳合金在CD線開始結(jié)晶出滲碳體，稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示。2．固相線AECF在固相線AECF以下區(qū)域，鐵碳合金呈固態(tài)(S)。3．共晶線ECFECF線是一條水平(恒溫)線，稱為共晶線。在此線以上液態(tài)鐵碳合金將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。L4.31148℃A2.11＋Fe3C共晶轉(zhuǎn)變形成了奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為萊氏體(Ld)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC=2.11%～6.69%的鐵碳合金均會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。4.共析線PSKPSK線也是一條水平(恒溫)線，稱為共析線，通常稱為A1線。A0.77727℃F0.0218＋Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體(P)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC>0.0218%的鐵碳合金均會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。5．GS線GS線表示鐵碳合金冷卻時(shí)由奧氏體組織中析出鐵素體組織的開始線，通常稱為A3線。6．ES線ES線是碳在奧氏體中的溶解度變化曲線，通常稱為Acm線。它表示鐵碳合金隨著溫度的降低，奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿著此線逐漸減少，而多余的碳以滲碳體形式析出，稱為二次滲碳體，采用Fe3CⅡ表示，以區(qū)別于從液態(tài)鐵碳合金中直接結(jié)晶出來的Fe3CI7．GP線GP線為鐵碳合金冷卻時(shí)奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線或者加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的開始線。8．PQ線PQ線是碳在鐵素體中的溶解度變化曲線，它表示鐵碳合金隨著溫度的降低，鐵素體中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿著此線逐漸減少，多余的碳以滲碳體形式析出，稱為三次滲碳體，用Fe3CⅢ表示。三、鐵碳合金相圖中的相區(qū)見表4-3。鐵碳合金的分類鐵碳合金相圖中的各種合金，按其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和室溫平衡組織的不同，一般分為工業(yè)純鐵、鋼、白口鑄鐵(生鐵)三類。表4—4鐵碳合金分類合金類別工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵WC（%）WC≤0.02180.0218<WC≤2.112.11<WC<6.69<0.770.77>0.77<4.34.3>4.3室溫組織FF+PPP+Fe3CIIL'd+P+Fe3CIIL'dL'd+Fe3CI碳對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響碳是決定鋼鐵材料組織和性能最主要的元素。不同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵碳合金在緩冷條件下，其結(jié)晶過程及最終得到的室溫組織是不相同的。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC<0.9%時(shí)，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC>0.9%時(shí)，由于Fe3CII的數(shù)量隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，而急劇增多，并明顯地呈網(wǎng)狀分布于奧氏體晶界上，這樣不僅降低了鋼的塑性和韌性，而且也降低了鋼的強(qiáng)度。鐵碳合金相的應(yīng)用一、鐵碳合金相圖在選材方面的應(yīng)用從鐵碳合金相圖中可以看出，組織與化學(xué)成分之間存在著密切的聯(lián)系，我們可以由組織定性地判斷出鋼鐵材料的力學(xué)性能，并為我們選材提供理論依據(jù)。二、鐵碳合金相圖在鑄造方面的應(yīng)用從鐵碳合金相圖中可以發(fā)現(xiàn)，共晶體成分的鐵碳合金熔點(diǎn)最低，結(jié)晶溫度范圍最小，具有良好的鑄造性能。因此，鑄造生產(chǎn)中多選用接近共晶體成分的鑄鐵。三、鐵碳合金相圖在壓力加工方面的應(yīng)用從鐵碳合金相圖中可以看出，鋼在高溫時(shí)處于奧氏體狀態(tài)。由于奧氏體組織具有強(qiáng)度低，塑性好，有利于進(jìn)行塑性變形（趁熱打鐵）。因此，鋼材的鍛造、熱軋、擠壓等溫度均選擇在單相奧氏體的高溫區(qū)進(jìn)行。一般鋼材的鍛造和熱軋溫度控制在固相線以下100～200℃。如果始鍛造的溫度過高，鋼材易發(fā)生嚴(yán)重的氧化或奧氏體晶界熔化現(xiàn)象；始鍛造的溫度過低，鋼材塑性能力較低，易發(fā)生鍛裂或軋裂現(xiàn)象。對(duì)于亞共析鋼，其終鍛溫度控制在GS線附近，以免降低鋼材的塑性和韌性；對(duì)于過共析鋼，其終鍛溫度控制在PSK線以上，以便打碎網(wǎng)狀析出的二次滲碳體。鋼材的終鍛（軋）溫度不宜太高，否則使熱加工后的組織粗大。一般鋼材的始鍛（軋）溫度是：1150～1250℃；終鍛（軋）溫度是：750～850℃。四、鐵碳合金相圖在熱處理方面的應(yīng)用熱處理的工藝過程是在固態(tài)下進(jìn)行的，所發(fā)生的相變是固態(tài)相變，因此，在制訂熱處理工藝時(shí)，主要應(yīng)用鐵碳合金相圖中的左下角部分，所涉及的相變線是：GS（A3）線、ES（Acm）線和PSK（A1）線。鐵碳合金熱處理的加熱溫度要根據(jù)其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鐵碳合金相圖來確定。五、鐵碳合金相圖在焊接方面的應(yīng)用在鋼鐵材料的焊接過程中，由于焊接熱量的影響，從焊縫到母材各個(gè)區(qū)域的溫度是不同的，根據(jù)鐵碳合金相圖可知，不同加熱溫度的各區(qū)域在隨后的冷卻中可能會(huì)出現(xiàn)不同的組織轉(zhuǎn)變，相應(yīng)地產(chǎn)生不同的性能。根據(jù)這種現(xiàn)象，我們可以利用鐵碳合金相圖，并根據(jù)焊件的使用要求，焊后選擇相應(yīng)的熱處理工藝，改善焊件的使用性能。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1．相互討論鐵碳合金相圖中的組織分布。2．相互討論鐵碳合金相圖的記憶方法。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1．重點(diǎn)：鐵碳合金相圖中的主要特性線、鐵碳合金的分類2．難點(diǎn)：鐵碳合金相圖的應(yīng)用四、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．利用試樣、掛圖等教具。2．利用多媒體資料進(jìn)行短時(shí)演示。六、小結(jié)與布置作業(yè)1．小結(jié)熟悉基本定義，注重將基本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。2．布置作業(yè)盡量獨(dú)立完成相應(yīng)章節(jié)中的習(xí)題，必要時(shí)可相互交流與探討問題。教案十一、教學(xué)組織1．新課導(dǎo)入（10分鐘）2．講解（63分鐘，包括演示多媒體輔助教學(xué)資源）3．學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)（10分鐘）4．課堂小結(jié)（5分鐘）5．布置作業(yè)（2分鐘）二、教學(xué)內(nèi)容第五單元非合金鋼鋼材按化學(xué)成分可分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類。非合金鋼是指以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2%以下并含有少量其他元素的金屬材料。實(shí)際生產(chǎn)中使用的非合金鋼除含有碳元素之外，還含有少量的硅、錳、硫、磷、氫等元素。硅和錳是鋼材在冶煉過程中由于加入脫氧劑時(shí)，殘余下來的，而硫、磷、氫等則是從煉鋼原料或大氣中帶入的。這些元素的存在對(duì)于鋼材的組織和性能都有一定的影響，他們通稱為雜質(zhì)元素。模塊一雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響硅的影響硅是作為脫氧劑帶進(jìn)鋼材中的。一般來說，鋼材中的硅是有益元素，而且硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過0.5%。錳的影響錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧后殘留在鋼材中的雜質(zhì)元素。一般來說，錳也是鋼材中的有益元素。硫的影響硫是在煉鋼時(shí)由礦石和燃料帶進(jìn)鋼鋼材中的，而且在煉鋼時(shí)難以除盡?？偟膩碇v，硫是鋼材中的有害雜質(zhì)元素。在固態(tài)下硫不溶于鐵，而以FeS的形式存在。FeS與Fe能形成低熔點(diǎn)的共晶體(Fe＋FeS)，其熔點(diǎn)為985℃，并且分布在晶界上。當(dāng)鋼材在1000℃～1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，由于共晶體熔化，從而導(dǎo)致鋼材在熱加工時(shí)開裂。鋼材在高溫時(shí)出現(xiàn)脆裂的現(xiàn)象，稱為“熱脆”。鋼材中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制，我國一般控制在0.050%以下。但在易切削鋼中可適當(dāng)提高硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其目的在于提高鋼材的切削加工性。此外，硫?qū)︿摬牡暮附有杂胁涣嫉挠绊?，容易?dǎo)致焊縫產(chǎn)生熱裂，產(chǎn)生氣孔和疏松。磷的影響磷是由礦石帶入鋼材中的。一般來講，磷在鋼材中能全部溶于鐵素體中，提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度。但在室溫下磷卻能使鋼材的塑性和韌性急劇下降，產(chǎn)生低