金屬加工基礎(chǔ)課程教案

目錄

緒論

第一單元金屬材料力學(xué)性能

模塊一金屬材料受到的載荷

模塊二金屬材料的強度與塑性

模塊三金屬材料的硬度

模塊四金屬材料的韌性

模塊五金屬材料的疲勞現(xiàn)象

實訓(xùn)題

第二單元常用金屬材料

模塊一常用鋼材

模塊二常用鑄鐵

模塊三常用非鐵金屬及其合金

模塊四新型工程材料簡介

實訓(xùn)題

第三單元鋼的熱處理

模塊一熱處理基礎(chǔ)知識

模塊二退火與正火

模塊三淬火

模塊四回火與時效

模塊五表面熱處理

模塊六化學(xué)熱處理

模塊七熱處理新技術(shù)和新工藝

實訓(xùn)題

第四單元鑄造

模塊一鑄造基礎(chǔ)知識

模塊二砂型鑄造

模塊三特種鑄造簡介

模塊四鑄造新技術(shù)和新工藝

實訓(xùn)題

第五單元鍛壓

模塊一鍛壓基礎(chǔ)知識

模塊二自由鍛造

模塊三模鍛與胎模鍛

模塊四板料沖壓

模塊五鍛壓新技術(shù)和新工藝

實訓(xùn)題

第六單元焊接

模塊一焊接基礎(chǔ)知識

模塊二焊條電弧焊

模塊三其他焊接方法簡介

模塊四焊接新技術(shù)和新工藝

實訓(xùn)題

第七單元金屬切削加工基礎(chǔ)知識

模塊一金屬切削運動與切削要素

模塊二刀具材料、刀具角度及刀具選用

實訓(xùn)題

第八單元金屬切削機床機及其應(yīng)用

模塊一金屬切削機床的分類及型號

模塊二鉆床及其應(yīng)用

模塊三車床及其應(yīng)用

模塊四銃床及其應(yīng)用

模塊五數(shù)控機床及其應(yīng)用

模塊六其他機床及其應(yīng)用

模塊七特種加工與先進(jìn)加工技術(shù)簡介

模塊八零件生產(chǎn)過程基礎(chǔ)知識

實訓(xùn)題

參考資料

教案一

【教學(xué)組織】

1.提問10分鐘

2.講解70分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

緒論

一、金屬材料的基本概念

金屬是指具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有一定的強度和塑性，并具有光澤的物質(zhì)，如金、

銀、銅、鋁、鋅、鐵等。

金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主要材料，其他金屬或非金屬元素為輔構(gòu)成的，

并具有金屬特性的工程材料。

金屬材料包括純金屬、合金和特種金屬材料等。

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。例如，青銅

一般是由銅和錫組成的合金。

特種金屬材料是指具有特殊性能和功能的金屬材料，它包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬

材料和功能金屬材料。

二、金屬材料的分類

金屬材料分為鋼鐵材料和非鐵金屬兩大類

1.鋼鐵材料

鋼鐵材料(或稱黑色金屬)是指以鐵或以它為主而構(gòu)成的金屬材料，如工業(yè)純鐵、碳

素鋼、鑄鐵以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、耐磨鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、

精密合金等。

廣義的鋼鐵材料還包括銘、鎬及其合金。

鋼鐵材料按其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(C)(含碳量)進(jìn)行分類，可分為工業(yè)純鐵(w(C)<0.0218%),

鋼(w(C)=0.0218%~2.11%)和白口鑄鐵或生鐵(w(C)>2.ll%)o

?工業(yè)純鐵并不是真正意義上的純鐵，它含很少量的碳，具有塑性好、韌性好、

電磁性能好等特點。鋼鐵材料主要是由鐵和碳組成的合金。

?鋼按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(C)和室溫組織的不同，可分為亞共析鋼(0.0218%<w(C)<

0.77%)、共析鋼(w(C)=0.77%)和過共析鋼(0.77%<w(C)W2.11%)。

?白口鑄鐵按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(C)和室溫組織的不同，可分為亞共晶白口鑄鐵(2.11%<

w（C）<4.3%）、共晶白口鑄鐵（w（C）=4.3%）和過共晶白口鑄鐵（4.3%<w（C）<6.69%）。

2.非鐵金屬

非鐵金屬（或稱有色金屬）是指除鐵、銘、錦以外的所有金屬及其合金，如金、銀、

銅、鋁、鎂、鋅、鈦、錫、鉛、鋁、鋁、銀等。

非鐵金屬按密度大小分類，通常可分為輕金屬（金屬密度小于SXIO'kg/mD和重金

屬（金屬密度大于5X103kg/m3）。

非鐵金屬按熔點的高低分類，可分為難熔金屬和易熔金屬。

三、金屬加工在國民經(jīng)濟中的作用與地位、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.金屬加工在國民經(jīng)濟中的作用與地位

金屬材料與人類文明的發(fā)展以及社會的進(jìn)步密切相關(guān)，是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和重

要的里程碑，它是國民經(jīng)濟、人民日常生活及國防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)性材

料和重要的戰(zhàn)略物資。

2.金屬加工的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

隨著金屬材料的廣泛使用，地球上可以開采的金屬礦產(chǎn)資源也越來越少。

進(jìn)入21世紀(jì)，金屬材料的發(fā)展出現(xiàn)如下趨勢：

（1）工業(yè)發(fā)達(dá)國家，競相發(fā)展有非鐵金屬工業(yè)，增加非鐵金屬的戰(zhàn)略儲備。

（2）加強金屬材料的綜合利用與開發(fā)已經(jīng)得到世界各國的高度重視。

（3）加強非金屬材料的研究和開發(fā)。

四、金屬加工的主要工種分類及特點

金屬加工是指采用一系列不同的加工工藝方法對金屬材料進(jìn)行加工，獲得符合設(shè)計要求

的金屬制品的工藝過程。

金屬加工方法主要包括熱加工和冷加工兩大類。

?熱加工主要包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等加工方法。

?冷加工主要包括各種機械加工方法，如沖壓加工、鉆削加工、車削加工、刨削加工、

銃削加工、磨削加工、拉削加工、數(shù)控加工等。

?熱處理是改善金屬材料性能和質(zhì)量的重要工藝方法，它包括預(yù)先熱處理和最終熱處

理，一般根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求穿插安排在金屬制品的加工過程中。

對應(yīng)于各種金屬加工方法,在社會上就呈現(xiàn)出各種不同的職業(yè)工種與職業(yè)技能,如鑄工、

鍛工、焊工、熱處理工、鉗工、車工、銃工等。

五、金屬加工與實訓(xùn)課程的性質(zhì)與任務(wù)

本課程是中等職業(yè)學(xué)校機械類專業(yè)及工程技術(shù)類相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。其主要任務(wù)

是：使學(xué)生掌握必備的金屬材料、熱處理、金屬加工工藝知識和技能；培養(yǎng)學(xué)生分析問題和

解決問題的能力，具備繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)的能力；培養(yǎng)其在機械類專業(yè)領(lǐng)域的基本從業(yè)能力；

貫穿職業(yè)道德和職業(yè)意識的培養(yǎng)，形成嚴(yán)謹(jǐn)、敬業(yè)的工作作風(fēng)，為今后解決生產(chǎn)實際問題和

職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)

2.方法能力培養(yǎng)目標(biāo)

3.社會能力培養(yǎng)目標(biāo)

七、金屬加工安全生產(chǎn)規(guī)范要求

(1)要盡快熟悉工作環(huán)境的生產(chǎn)特點；

(2)要了解防火、防漏、防爆、防毒、防機械傷害等基本常識；

(3)要認(rèn)真熟悉各工種基本的安全生產(chǎn)操作規(guī)范，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，堅決杜

絕違規(guī)操作行為，應(yīng)該戴防護(hù)用品(如防護(hù)眼鏡、面罩、手套、鞋等)的必須戴好，以防身

體受到不必要的傷害；

(4)未經(jīng)允許或不了解機床性能時不能隨意開啟設(shè)備；

(5)在了解設(shè)備的前提下，開啟設(shè)備時要檢查各操作手柄是否處于正常位置；

(6)操作設(shè)備時，不得擅自離開設(shè)備；

(7)變換設(shè)備運轉(zhuǎn)速度時，必須要停止設(shè)備運轉(zhuǎn)；

(8)加工工件時，一定要將工件夾緊；

(9)清除切屑時，必須用鐵鉤或毛刷，切削工件時不得用棉紗擦工件或刀具，以免造

成事故；

(10)操作結(jié)束后，要保持文明、清潔、整齊、規(guī)范的生產(chǎn)環(huán)境。

【教學(xué)重點與難點】

1.重點：金屬材料分類、鋼鐵材料分類

2.難點：合金概念、鋼鐵材料分類

【教學(xué)方法與教學(xué)手段】

1.利用試樣、掛圖等教具。

2.利用多媒體教學(xué)資料進(jìn)行短時視頻演示。

【小結(jié)與布置作業(yè)】

1.小結(jié)

緒論主要介紹了金屬材料的概念、分類；金屬加工在國民經(jīng)濟中的作用與地位、現(xiàn)狀

與發(fā)展趨勢；金屬加工的主要工種分類及特點；金屬加工與實訓(xùn)課程的性質(zhì)與任務(wù)等內(nèi)容。

在學(xué)習(xí)之后，要學(xué)會對所學(xué)的知識進(jìn)行分類、歸納和整理，提高學(xué)習(xí)效率。

2.布置作業(yè)

完成教材上的實訓(xùn)題；同學(xué)之間相互交流探討。

教案二

【教學(xué)組織】

1.提問5分鐘

2.講解75分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

第一章金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。

?使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能。

使用性能包括力學(xué)性能(或機械性能)、物理性能和化學(xué)性能等。

?工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在預(yù)先制定的熱加工和冷

加工工藝條件下所表現(xiàn)出來的性能。

工藝性能包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、熱處理性能及切削加工性能等。

模塊一金屬材料受到的載荷

一、載荷的含義

本教材所指的載荷是：施加于機械或結(jié)構(gòu)上的外力。

二、載荷的類型

(1)根據(jù)載荷大小、方向和作用點是否隨時間變化，可以將載荷分為靜載荷和動載荷。

(2)根據(jù)載荷對桿件變形的作用，可將載荷分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪

切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等。

三、載荷的計算

載荷可用計算方法或?qū)崪y方法求得。

根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出的載荷稱為名義載荷(又稱額定載荷)。它未考慮載荷

隨時間作用和分布的不均勻性以及其他零件受力情況等因素。這些因素的綜合影響常用載荷

系數(shù)作修正。載荷系數(shù)與名義載荷的乘積稱為計算載荷，它是設(shè)計計算的依據(jù)。

四、金屬受力現(xiàn)象

金屬在外力作用下，將會發(fā)生變形和破壞，其一般變化過程是：彈性變形一塑性變形一

斷裂。

金屬受外力作用后導(dǎo)致金屬內(nèi)部之間相互作用的力，稱為內(nèi)力。

單位面積上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力（N/mm2）。

應(yīng)變是指由外力所引起的金屬原始尺寸或形狀的相對變化（酚。

模塊二金屬材料的強度與塑性

一、強度

金屬材料在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。金屬材料的強度指標(biāo)可

以通過靜拉伸試驗測得。

1.力伸長曲線圖

試樣從開始拉伸到斷裂要經(jīng)過彈性變形階段、屈服階段、變形強化階段、縮頸與斷裂四

個階段。

2.

金屬材料的強度指標(biāo)主要有:屈服強度（一般以幾表示）、規(guī)定殘余延伸強度（如心.2）、

抗拉強度（兄）等。

?試樣在拉伸試驗過程中力不增加（保持恒定）仍然能繼續(xù)伸長（變形）時的應(yīng)力稱為屈

服強度。

?抗拉強度是指拉伸試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力。

二、塑性指標(biāo)

塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。

金屬材料的塑性大小的主要指標(biāo)是：斷后伸長率和斷面收縮率。

?試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，用符號/或3表示。

?斷面收縮率是指圓形橫截面比例試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫

截面積的百分比。斷面收縮率用符號來示。

模塊三金屬材料的硬度

硬度是金屬材料抵抗外物壓入的能力。

常用的硬度測試方法有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和維氏硬度(HV)。

一、布氏硬度(HBW)

?布氏硬度的試驗原理是用一定直徑的硬質(zhì)合金球，以匹配的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)

規(guī)定的保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑d,然后根據(jù)壓痕直徑d計算其硬

度值的方法，用符號HBW表示。

150HBW10/1000/30表示用直徑D為10mm的硬質(zhì)合金球，在lOOOkgf(9.807kN)試驗力作用

下，試驗力保持30s時測得的布氏硬度值是150；

圖1-3布氏硬度計和試驗原理示意圖

二、洛氏硬度(HR)

?洛氏硬度是以錐角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.5875mm的球(淬火鋼球或硬質(zhì)

合金球)，壓入試樣表面。根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。

洛氏硬度按選用的總試驗力及壓頭類型的不同，常用A、B、C三種標(biāo)尺。

50HRC表示用“C”標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為50

三、維氏硬度(HV)

維氏硬度用符號HV表示，維氏硬度測定原理與布氏硬度相似。

640HV30/20表示用30kgf(294.2N)試驗力，試驗力保持20s時測定的維氏硬度值是640。

模塊四金屬材料的韌性

?韌性是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。

金屬材料的韌性大小通常采用吸收能量K（單位是焦?fàn)枺琂）指標(biāo)來衡量。

一、夏比擺錘沖擊試樣

夏比擺錘沖擊試樣有V型缺口試樣和U型缺口試樣兩種。

同一種金屬材料的試樣缺口愈深、愈尖銳，吸收能量愈小，金屬材料表現(xiàn)脆性愈顯著。

二、夏比擺錘沖擊試驗方法

夏比擺錘沖擊試驗方法是在擺錘式?jīng)_擊試驗機上進(jìn)行的。

吸收能量K大，表示金屬材料抵抗沖擊試驗力而不破壞的能力愈強。

三、溫度對吸收能量的影響

吸收能量對溫度非常敏感，隨著試驗溫度的降低，吸收能量總的變化趨勢是隨著溫度的

降低而降低。

?當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時，吸收能量急劇下降，金屬材料由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔眩@

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中，吸收能量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。

模塊五金屬材料的疲勞現(xiàn)象

一、疲勞現(xiàn)象

?循環(huán)應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變的大小、方向，都隨時間發(fā)生周期性變化的一類

應(yīng)力和應(yīng)變。

?機械零件在循環(huán)載荷（或循環(huán)應(yīng)力、循環(huán)應(yīng)變）作用下，而且工作時所承受的應(yīng)力值

通常低于制作金屬材料的屈服強度或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，經(jīng)過一定工作時間后發(fā)生突然斷

裂，這種現(xiàn)象稱為金屬材料的疲勞。

研究表明：金屬材料的疲勞斷裂斷口一般由微裂源、擴展區(qū)和瞬斷區(qū)三部分組成。

圖1-12對稱循環(huán)應(yīng)力圖1-13疲勞斷口示意圖

二、疲勞強度

?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

料的疲勞強度。即循環(huán)次數(shù)值N無窮大時所對應(yīng)的最大應(yīng)力值，稱為疲勞強度。

在工程實踐中，一般是求疲勞極限，即對應(yīng)于指定的循環(huán)基數(shù)下的中值疲勞強度。

對于鋼鐵材料其循環(huán)基數(shù)N0=l（）7,對于非鐵金屬其循環(huán)基數(shù)Nono：對于對稱循環(huán)應(yīng)力，

其疲勞強度用。T表示。

影響疲勞強度的因素很多，除設(shè)計時在結(jié)構(gòu)上注意減輕零件應(yīng)力集中外，改善零件表面

粗糙度，可減少缺口效應(yīng)，從而提高零件的疲勞強度。例如，采用高頻淬火、表面形變強化

（噴丸、滾壓、內(nèi)孔擠壓等）、化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮、碳-氮共滲）以及各種表面復(fù)合強化

【教學(xué)重點與難點】

1.重點：金屬材料的強度與塑性、硬度

2.難點：韌性、疲勞現(xiàn)象和疲勞強度

【教學(xué)方法與教學(xué)手段】

1.利用試樣、掛圖等教具。

2.利用多媒體輔助教學(xué)資料進(jìn)行短時演示。

【小結(jié)與布置作業(yè)】

1.小結(jié)

本單元主要介紹金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)的分類、含義、使用范圍等內(nèi)容。在學(xué)習(xí)之

后，要注意以下幾個方面：第一，要準(zhǔn)確理解有關(guān)概念；第二，要在頭腦中初步建立起力

學(xué)性能的分類；第三，要熟悉力學(xué)性能指標(biāo)的應(yīng)用場合；第四，要善于用學(xué)到的知識對日

常生活中的現(xiàn)象進(jìn)行分析和思考，試一試能否用學(xué)到的知識對遇到的實際問題或現(xiàn)象進(jìn)行

科學(xué)地解釋，如“軟硬”、“韌性”、“疲勞斷裂”等；第五，為了鞏固所學(xué)的知識，栗學(xué)會

對所學(xué)的知識進(jìn)行分類、歸納和整理，提高學(xué)習(xí)效率。

2.布置作業(yè)

完成教材上的實訓(xùn)題；同學(xué)之間可相互交流探討；課外進(jìn)行調(diào)研和觀察。

教案三

【教學(xué)組織】

1.提問5分鐘

2.講解75分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

第二單元常用金屬材料

鋼鐵材料包括各類常用鋼材和常用鑄鐵。

非鐵金屬包括鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等。

模塊一常用鋼材

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2.11%以下并含有少量其他元素

的鋼鐵材料。

?為了改善鋼的某些性能或使之具有某些特殊性能(如耐腐蝕、抗氧化、耐磨、熱硬性、

高淬透性等)，在煉鋼時有意加入的元素，稱為合金元素。

?含有一種或數(shù)種有意添加的合金元素的鋼，稱為合金鋼。

一、非合金鋼的分類、牌號及用途

?非合金鋼按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低分類，可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三類。

?非合金鋼按主要質(zhì)量等級分類，可分為普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量

非合金鋼三類。

?非合金鋼按用途分類，可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。

▲碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由屈服強度字母、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分

按順序組成。例如，Q235-B?F,表示屈服強度大于235MPa,質(zhì)量為B級的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有：Q195、Q215、Q235、Q275系列。常用于制作薄板、線材、焊接

鋼管、鐵釘、鉀釘、墊圈、地腳螺栓、沖壓件、拉桿、連桿、鍵、軸、銷釘?shù)取?/p>

▲優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號采用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示該鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬

分之幾(以0.01%為單位)，如55鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(C)=0.55%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；

08表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(C)=0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。如果是沸騰鋼，則在數(shù)字后分別

加“F”,如08F等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有：08F鋼或08鋼、10F鋼或10鋼、15鋼、20鋼、25綱、30鋼、35

鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼、60鋼、65鋼、70鋼、75鋼、80鋼和85鋼。它們可分別歸屬于：

冷沖壓鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和彈簧鋼。

▲易切削鋼的牌號以“Y+數(shù)字”表示，“Y”是“易”字漢語拼音首位字母，數(shù)字是易

切削鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾，如Y12表示其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(C)=0.12%的易

切削鋼。常用易切削鋼有：Y12鋼、Y20鋼、Y30鋼、Y35鋼、Y40Mn鋼、Y45Ca鋼等。

易切削鋼主要用于制造受力較小的標(biāo)準(zhǔn)件，如齒輪軸、花鍵軸(圖2-6)、螺釘、螺母，

墊圈、墊片，縫紉機、計算機和儀表零件等。

▲碳素工具鋼的牌號以碳的漢語拼音字首“T”開頭，其后的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分

數(shù)的千分?jǐn)?shù)。例如，T8表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W(C)=0.80%的碳素工具鋼。如果是高級優(yōu)

質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼的牌號后面標(biāo)以字母“A”,如T12A表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W(C)=1.20%

的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

▲鑄造非合金鋼包括一般工程用鑄造碳鋼和焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼。

一般工程用鑄造碳鋼的牌號是用“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首“ZG”后面加兩組數(shù)字組

成,第一組數(shù)字代表屈服強度的最低值，第二組數(shù)字代表抗拉強度的最低值。例如,ZG200-400

表示屈服強度2200MPa,抗拉強度》400MPa的一般工程用鑄造碳鋼。

二、低合金鋼和合金鋼的分類、牌號及用途

1.低合金鋼的分類、牌號

?低合金鋼按主要質(zhì)量等級分類，可分為普通質(zhì)量低合金鋼、優(yōu)質(zhì)低合金鋼和特殊質(zhì)量

低合金鋼三類。

?低合金鋼按主要性能及使用特性分類，可分為可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、低合金

耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼和其它低合金鋼。

▲低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的漢語拼音首位字母“Q”、屈服強度數(shù)值、

質(zhì)量等級符號(A、B、C、D、E)等三部分按順序組成。例如，Q420E表示屈服強度2420MPa,

質(zhì)量為E級的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。

2.合金鋼的分類、牌號

?合金鋼按主要質(zhì)量等級可分為優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊質(zhì)量合金鋼兩類。

?合金鋼按主要性能及使用特性分類，可分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼；機械結(jié)構(gòu)用合金鋼；

不銹、耐蝕和耐熱鋼；工具鋼；軸承鋼；特殊物理性能鋼，如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼以及

特殊彈性鋼、特殊膨脹鋼、高電阻鋼和合金等；其它，如鐵道用合金鋼等。

▲合金結(jié)構(gòu)鋼的編號是按照合金結(jié)構(gòu)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及所含合金元素的種類(元素符

號)和其質(zhì)量分?jǐn)?shù)來編制的。牌號的首部是表示其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字，數(shù)字含義與優(yōu)

質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾。

例如，60Si2Mn表示W(wǎng)(C)=O.60%、W(Si)=2%、W(Mn)<1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼；09Mn2表示

W(C)=0.09%、W(Mn)=2%的合金結(jié)構(gòu)鋼。

▲合金工具鋼和高速鋼的牌號表示方法基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相類似。例如，9Mn2V表示

W(C)=0.9%,W(Mn)=2%,W(V)<l.5%的合金工具鋼;CrWMn表示鋼中W(C)21.0%,W(Cr)<l.5%、

W(W)<1.5%>W(Mn)<1.5%的合金工具鋼;高速鋼的W(C)=0.7?1.5%,一般在高速鋼的牌號

中不標(biāo)出碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)值，如W18Cr4V鋼等。

▲高碳銘軸承鋼牌號前面冠以漢語拼音字母“G”，其后是銘元素符號Cr,銘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

以千分之幾表示，其余合金元素含量及其表示方法均與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號規(guī)定相同，如GCr4

鋼、GCrl5鋼、GCrl5SiMn鋼等。

▲不銹鋼和耐熱鋼的牌號表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，當(dāng)W(C)20.04%時，推薦取

兩位小數(shù)，如10Crl7Mn9Ni4N鋼；當(dāng)W(C)W0.03%時，推薦取3位小數(shù)，如022Crl7Ni7N鋼。

3.鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系(GB/T17616-1998)

鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系(GB/T17616-1998),簡稱“ISC”。它規(guī)定了鋼鐵及

合金產(chǎn)品統(tǒng)一數(shù)字代號的編制原則、結(jié)構(gòu)分類、管理及體系表等內(nèi)容。

大寫拉丁字母，代表不第1二四五位

阿拉泡藪)代莪不同

同的鋼鐵及合金類型

分類內(nèi)的編組和同一

編組內(nèi)的不同牌號的

第一位阿拉伯?dāng)?shù)字，代表區(qū)別順序號(各類型

各壁鋼鐵及合金細(xì)分類材料編組不同)

4.國外鋼號表示方法簡介

國外鋼號表示方法主要有：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(iso)鋼號表示方法、俄羅斯(rocT)

鋼號表示方法、美國(SAE、AISI、UNS)鋼號表示方法、日本(JIS)鋼號表示方法、德國

(DIN17007)鋼號表示方法、英國(BS)鋼號表示方法等。

5.低合金鋼的用途

▲低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于制造橋梁、車輛、船舶、建筑等。常用牌號有：Q345、

Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690。

▲焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼適用于橋梁、建筑及其他要求耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼適

用于機車車輛、建筑、塔架和其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。

▲低合金專業(yè)用鋼主要用于制造鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、汽車、鐵道、自行車、

礦山、工程建設(shè)混凝土和建筑結(jié)構(gòu)等。

6.合金鋼的用途

▲耐磨鋼是指具有良好耐磨損性能的鋼鐵材料的總稱。耐磨鋼常用于制造坦克和拖

拉機的履帶板、球磨機襯板、挖掘機鏟齒、破碎機牙板、鐵路道岔等。常用的耐磨鋼牌號有

ZGMnl3-l>ZGMnl3-2,ZGMnl3-3,ZGMnl3-4和ZGMnl3-5等。

▲合金滲碳鋼是指用于制造滲碳零件的合金鋼。常用于制造齒輪、小軸、活塞銷等。常

用的合金滲碳鋼牌號有：20Cr鋼、20CrMnTi鋼、20CrMnMo鋼、20MnVB鋼等。

▲合金調(diào)質(zhì)鋼是在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金元素，以提高鋼的淬透性和耐回

火性，使之在調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能的鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼常用來制造負(fù)荷較大的

重要零件，如機床主軸、發(fā)動機軸、車軸、連桿及傳動齒輪等。常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號有：

40B鋼、40Cr鋼、40MnB鋼、40CrNi鋼、40CrMnMo鋼等。

▲合金彈簧鋼是用于制造截面尺寸較大、屈服強度較高的彈簧鋼。合金彈簧鋼可用來制

造截面積較大、屈服強度較高的重要彈簧。常用合金彈簧鋼牌號有：55Si2Mn.60Si2Mn、

55SiMnVB>60Mn、55CrVA等。

▲超高強度鋼一般是指兄i>1370MPa、兄>1500MPa的特殊質(zhì)量合金結(jié)構(gòu)鋼。超高強度鋼

主要用于航空和航天工業(yè)，如35Si2MnMoVA鋼其抗拉強度可達(dá)1700MPa,用于制造飛機的起落

架、框架、發(fā)動機曲軸等。

▲高碳銘軸承鋼主要用于制造滾動軸承的滾動體和內(nèi)圈、外圈，其次也用于制作量具、

模具、低合金刃具等。最常用的滾動軸承鋼是GCrl5鋼、GCr9鋼、GCrl5SiMn鋼。

▲合金工具鋼用于制作重要的刃具、量具、耐沖擊工具和模具。

常用刃具、量具的合金工具鋼有：9SiCr鋼、9Cr2鋼、CrWMn鋼、Cr2鋼和9Mn2V鋼等。

常用的制作耐沖擊工具的合金工具鋼有：4CrW2Si鋼、5CrW2Si鋼、6CrW2Si鋼等。

常用的制作冷作模具的合金工具鋼有：Crl2MoV鋼、Crl2鋼、9Mn2V鋼、CrWMn鋼等。

常用的制作熱作模具的合金工具鋼有：5CrNiMo鋼、5CrMnMo鋼、3Cr2W8V鋼、8Cr3鋼等。

常用的高速工具鋼有：W18Cr4V鋼、W6Mo5Cr4V2鋼等。

▲不銹鋼是指以不銹、耐蝕性為主要特性，且銘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少為10.5%,碳的質(zhì)量分

數(shù)最大不超過L2%的鋼。

常用的不銹鋼主要是銘不銹鋼和銘鑲不銹鋼兩類。

▲耐熱鋼是指在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性或較高強度的鋼。

鋼的耐熱性包括鋼在高溫下具有抗氧化性（熱穩(wěn)定性）和高溫?zé)釓娦裕ㄈ渥儚姸龋﹥蓚€方

面。

高溫抗氧化性是指鋼在高溫下對氧化作用的抗力。

熱強性是指鋼在高溫下對機械載荷作用的抗力。

例如，26Crl8Mnl2Si2N鋼、22Cr20Mnl0Ni2Si2N等鋼用于制造各種加熱爐內(nèi)結(jié)構(gòu)件、滲

碳爐構(gòu)件、加熱爐傳送帶料盤、燃?xì)廨啓C的燃燒室等。

▲特殊物理性能鋼是指在鋼的定義范圍內(nèi)具有特殊磁性、電性、彈性、膨脹性等物理特

性的鋼，它包括軟磁鋼、永（硬）磁鋼、無磁鋼以及特殊彈性鋼、特殊膨脹鋼、高電阻鋼及

合金等。

永磁鋼是指具有永久磁性的鋼，它主要用于制造無線電及通訊器材里的永久磁鐵裝置以

及儀表中的馬蹄形磁鐵。

軟磁鋼（硅鋼片）是指鋼材容易被反復(fù)磁化，并在外磁場除去后磁性基本消失的鋼材。軟

磁鋼常用于制作電動機的轉(zhuǎn)子與定子、變壓器（圖2-15）、繼電器等。

無磁鋼（低磁鋼）是指在常溫狀態(tài)下不具有磁性（實際是磁導(dǎo)率和剩磁很低）的穩(wěn)定的奧

氏體型合金鋼。無磁鋼常用于制作無磁模具、無磁軸承、電機綁扎鋼絲繩與護(hù)環(huán)、變壓器蓋

板、電動儀表殼體與指針等。

▲鑄造合金鋼包括一般工程與結(jié)構(gòu)用低合金鑄鋼、大型低合金鑄鋼、特殊鑄鋼三類。

模塊二常用鑄鐵

鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（C）>2.11%,在凝固過程中經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變，含有較高硅元素及

雜質(zhì)元素含量較多的鐵基合金的總稱。

鑄鐵包括白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、合金鑄鐵等。

鑄鐵具有良好的鑄造性能、減摩性能、吸振性能、切削加工性能及低的缺口敏感性，生

產(chǎn)工藝簡單、成本低廉，經(jīng)合金化后還具有良好的耐熱性和耐腐蝕性等，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機

械、汽車制造、冶金機械、礦山機械、化工機械、機械裝備等行業(yè)。

一、灰鑄鐵的牌號、性能及用途

1.灰鑄鐵

灰鑄鐵是指碳主要以片狀石墨形式析出的鑄鐵，因斷口呈灰色，故稱灰鑄鐵。

灰鑄鐵的牌號用“HT+數(shù)字”組成。其中“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音的字首，其后

的數(shù)字表示灰鑄鐵的最低的抗拉強度，如HT100表示灰鑄鐵，最低抗拉強度是lOOMpa。

灰鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能、減摩性、切削加工性、消震性和較低的缺口敏感性。常用

于制作

2.球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的牌號用“QT+數(shù)字-數(shù)字”表示。“QT”是“球鐵”兩字漢語拼音的字首，

兩組數(shù)字分別代表球墨鑄鐵的最低抗拉強度和最低伸長率。

球墨鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵，具有較高的強度和良好的塑性與韌性，如屈服強度比

碳素結(jié)構(gòu)鋼高，疲勞強度接近中碳鋼。球墨鑄鐵常用于制造汽車、拖拉機或柴油機中的連桿、

曲軸、凸輪軸、齒輪，機床中的蝸輪、蝸桿、主軸等。

3.蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT+數(shù)字”表示。“RuT”是蠕鐵兩字漢語拼音的字首，其后數(shù)字表

示蠕墨鑄鐵的最低抗拉強度。

蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵而低于球墨鑄鐵，但蠕墨鑄鐵在鑄造性能、導(dǎo)熱性能等

方面要比球墨鑄鐵好。蠕墨鑄鐵常用于制造機床的立柱、柴油機的汽缸蓋、缸套、排氣管等。

4.可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的牌號是由三個字母及兩組數(shù)字組成。其中前兩個字母“KT”是“可鐵”兩字

漢語拼音的第一個字母；第三個字母代表類別，“H”表示“黑心”（即鐵素體基體），“Z”表

示珠光體基體，“B”表示白心（鑄件中心是珠光體，表面是鐵素體）；后兩組數(shù)字分別表示

可鍛鑄鐵的最低抗拉強度和最低斷后伸長率。

例如，KTH330-08表示最低抗拉強度是330MPa、最低斷后伸長率是8%的黑心可鍛鑄鐵。

可鍛鑄鐵的力學(xué)性能比灰鑄鐵高，主要用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁（＜25mm）

中小型零件。

5.合金鑄鐵的牌號和用途

常用的合金鑄鐵有抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵及耐腐蝕鑄鐵等。

?抗磨鑄鐵是指不易磨損的鑄鐵。抗磨鑄鐵按其工作條件大致可分為兩類：減摩鑄鐵和

抗磨白口鑄鐵。

?耐熱鑄鐵是指可以在高溫下使用，其抗氧化或抗生長性能符合使用要求的鑄鐵。

耐熱鑄鐵主要用于制作工業(yè)加熱爐附件，如爐底板、煙道擋板、廢氣道、傳遞鏈構(gòu)件、

滲碳用堪、熱交換器、壓鑄模等。

?耐蝕鑄鐵是指能耐化學(xué)、電化學(xué)腐蝕的鑄鐵。

耐蝕鑄鐵主要用于化工機械，如管道、閥門、耐酸泵、反應(yīng)鍋及容器等。

【教學(xué)重點與難點】

1.重點：鋼材的分類和用途

2.難點：合金鋼的牌號及用途

【教學(xué)方法與教學(xué)手段】

1.利用試樣、掛圖等教具。

2.利用多媒體輔助教學(xué)資料進(jìn)行短時視頻演示。

3.在講解鋼鐵材料牌號時要一邊介紹典型牌號，一邊介紹其主要性能和用途。

【小結(jié)與布置作業(yè)】

1.小結(jié)

本次課主要介紹鋼鐵材料的分類、性能及應(yīng)用范圍等內(nèi)容。學(xué)習(xí)過程中，第一，要了

解各類鋼鐵材料的定義和分類，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；第二，要了解各類鋼鐵材料

的性能特點；第三，了解各類鋼鐵材料的應(yīng)用范圍，尤其要建立典型零件與典型鋼鐵材料

的對應(yīng)關(guān)系，初步建立選材的感性經(jīng)驗，如彈簧零件選擇彈簧鋼、軸與齒輪類零件一般選

擇中碳鋼或調(diào)質(zhì)鋼、滾動軸承一般選擇軸承鋼等，這樣學(xué)習(xí)可以做到觸類旁通，快速將書

本知識轉(zhuǎn)化為個人間接工作經(jīng)驗。

2.布置作業(yè)

完成教材上的部分實訓(xùn)題；同學(xué)之間可相互交流探討；課外進(jìn)行調(diào)研和觀察。

教案四

【教學(xué)組織】

1.提問10分鐘

2.講解70分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

模塊三常用非鐵金屬及其合金

常用非鐵金屬有：鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、滑動軸承合金、硬質(zhì)合金等。

1.純鋁

?純鋁牌號用IXXX四位數(shù)字或四位字符表示，牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分

含量。當(dāng)最低鋁百分含量精確到0.01%時，牌號的最后兩位數(shù)字就是最低鋁百分含量中小數(shù)

點后面的兩位。例如，1A99(原LG5),其W(A1)=99.99%；1A97(原LG4),其W(A1)=99.97%。

純鋁主要用于熔煉鋁合金，制造電線、電纜、電器元件、換熱器件及制作質(zhì)輕、導(dǎo)熱、

2.鋁合金

在純鋁中加入一種或幾種其他元素(如銅、鎂、硅、銃、鋅等)形成的非鐵金屬稱為鋁合

金。鋁合金在汽車制造、民用產(chǎn)品制造、航空航天部件制造等方面應(yīng)用廣泛。

鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。

?變形鋁合金的牌號和用途。

變形鋁合金牌號直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用四位字符體系牌號。例如，常用

防銹鋁有5A02(LF2)、5A03(LF3)、5A05(LF5)、5B05(LF10)、3A21(LF21)等；常用硬

鋁有2Aoi(LY1),2A02(LY2)、2A06(LY6)、2B11(LY8)、2A12(LY12)、2A17(LY17)等。

?鑄造鋁合金的牌號和用途。

鑄造鋁合金主要有：Al-Si系；Al-Cu系；A「Mg系；Al-Zn系合金等。

例如，ZAlSil2,表示W(wǎng)(Si)=12%,W(Al)=88%的鑄造鋁合金。

鑄造鋁合金主要用于制作質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕的汽缸體、箱體、活塞、框架、殼

體等零件。

3.鋁合金的熱處理

鋁合金常用的熱處理方法有：退火，淬火加時效等。退火可消除鋁合金的加工硬化，恢

復(fù)其塑性變形能力，也可消除鋁合金鑄件的內(nèi)應(yīng)力和化學(xué)成分偏析。淬火加時效是鋁合金強

化的主要方法。

二、銅及銅合金

銅及其合金主要有：加工銅(純銅)、黃銅、青銅及白銅。

1.加工銅(工業(yè)純銅)的牌號和用途

加工銅的牌號用漢語拼音字母“T”加順序號表示，共有Tl、T2、T3三種，順序號數(shù)字

越大，則其純度越低。

加工銅主要用于制造電線、電纜、電子器件、導(dǎo)熱器件以及作為冶煉銅合金的原料等。

2.銅合金的分類、牌號和用途

在純銅中加入其他合金元素形成的合金稱為銅合金。

銅合金按合金的化學(xué)成分分類，可分為黃銅、白銅和青銅三類。

?黃銅是指以銅為基體金屬，以鋅為主加元素的銅合金。

▲黃銅包括普通黃銅和特殊黃銅。

普通黃銅是由銅和鋅組成的銅合金;特殊黃銅是在普通黃銅中再加入其它合金元素所形

成的銅合金，如鉛黃銅、銃黃銅、鋁黃銅、銀黃銅、鐵黃銅、錫黃銅、加碎黃銅、硅黃銅等。

根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，黃銅又可分為加工黃銅與鑄造黃銅兩類。

▲普通黃銅的牌號是用“黃”字漢語拼音字首“H”加數(shù)字表示，其中數(shù)字表示平均銅

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H90表示W(wǎng)(Cu)=90%,W(Zn)=10%的普通黃銅。

對于特殊黃銅來說，其牌號用“黃”字漢語拼音字首“H”加主加元素(Zn除外)符號,

加銅及相應(yīng)主加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示，如HPb59T表示W(wǎng)(Cu)=59%,W(Pb)=1%的特殊黃

銅(或稱鉛黃銅)。

▲黃銅主要用于制作導(dǎo)電零件、雙金屬、藝術(shù)品、獎?wù)?圖2-23)、散熱器、排水管、

彈殼、機電零件、各種構(gòu)件、支架、管接頭、油管、墊片、銷釘、螺母、彈簧、電鍍件、軸

承、耐磨零件等。

?白銅是指以銅為基體，以保為主加元素的銅合金。

▲白銅包括普通白銅和特殊白銅。

普通白銅是由銅和銀組成的銅合金;特殊白銅是在普通白銅中再加入其它合金元素所形

成的銅合金，如鋅白銅、鎰白銅、鋁白銅等。

根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，白銅又可分為加工白銅與鑄造白銅兩類。

▲普通白銅的牌號是用“B+數(shù)字”表示，其中“B”是“白”字的漢語拼音字首，數(shù)字

表示保的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如，B30表示W(wǎng)(Ni)=30%,W(Cu)=70%的普通白銅。

特殊白銅的牌號用“B+主加元素符號+幾組數(shù)字”表示，數(shù)字依次表示鎂和主加元素的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如BMn3-12表示平均W(Ni)=3%、W(Mn)=12%的錦白銅。

▲白銅常用來制造精密機械零件、儀表零件、冷凝器、蒸儲器、熱交換器、日用水龍頭、

電器元件、熱電偶、變阻器及加熱器等。

?青銅是指以除鋅和銀以外的合金元素為主添加元素的銅合金（或指除黃銅和白銅以外

的銅合金），如以錫為合金元素的青銅稱為錫青銅，以鋁為主要合金元素的青銅稱鋁青銅。

▲根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，青銅可分為加工青銅與鑄造青銅兩類。

▲加工青銅的牌號是用“Q+第一個主加元素的化學(xué)符號及數(shù)字+其它元素符號及數(shù)字”

方式表示，“Q”是“青”字漢語拼音字首，數(shù)字依次表示第一個主加元素和加入元素的平

均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如，QBe2是W（Be）=2%的被青銅。

▲加工青銅用于制作齒輪、軸套、蝸輪、蝸桿等。

?鑄造銅合金的牌號表示方法是用“ZCu+主加元素符號+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他加入元

素符號和質(zhì)量分?jǐn)?shù)”組成。例如，ZCuZn38表示鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%的鑄造銅合金。常用的鑄

造黃銅合金有：ZCuZn38,ZCuZn25AlFe3Mn3等。常用的鑄造青銅合金有：ZCuSnlOZn2,ZCuPb30

鑄造錫青合金適合于鑄造對外形及尺寸要求較高的鑄件以及形狀復(fù)雜、壁厚較大的零

件。

三、鈦及鈦合金

1.純鈦的牌號和用途

加工鈦呈銀白色，密度為4.Sig/cm',熔點為1668C,熱膨脹系數(shù)小，塑性好，強度低，

容易加工成形。在882.5℃鈦發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：a—Tin/3-Ti。

工業(yè)純鈦的牌號有TAI、TA2、TA3、TA4四個等級牌號，順序號越大，雜質(zhì)含量越多。

純鈦在航空部門用于制造飛機骨架、蒙皮、發(fā)動機部件；在化工部門用于制造熱交換器、

泵體、攪拌器等；制造海水凈化裝置及艦船零部件。

2.鈦合金的牌號和用途

鈦合金按其使用組織狀態(tài)的不同，可分為a型鈦合金、B型鈦合金和（a+B）型鈦合金。

a+6型鈦合金可以適應(yīng)各種不同的用途，是目前應(yīng)用最廣泛的一種鈦合金。

例如，a+B型鈦合金（TC4）一般用于制造使用溫度在500℃以下和低溫下工作的結(jié)構(gòu)

零件，如火箭發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機壓氣機葉片、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件等。

四、滑動軸承合金的分類、牌號和用途

?滑動軸承合金是用于制造滑動軸承中內(nèi)襯或軸瓦的鑄造合金。

1.滑動軸承合金的組織狀態(tài)類型

滑動軸承合金的組織狀態(tài)有兩種類型：第一種類型是在軟的基體上分布著硬質(zhì)點；第二

種類型是在硬的基體上分布著軟質(zhì)點。

軸瓦

2.常用滑動軸承合金

常用滑動軸承合金有：錫基、鉛基、銅基、鋁基等滑動軸承合金。

鑄造滑動軸承合金牌號由字母“Z+基體金屬元素+主添加合金元素的化學(xué)符號+主添加合

金元素平均質(zhì)量百分含量的數(shù)字+輔添加合金元素的化學(xué)符號+輔添加合金元素平均質(zhì)量百

分含量的數(shù)字”組成。

例如，ZSnSbl如u6表示W(wǎng)(Sb)=11%、W(Cu)=6%、其余W(Sn)=83%的鑄造錫基滑動軸

承合金。

模塊四新型工程材料簡介

?材料按使用性能特點分類，可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

?結(jié)構(gòu)材料是指能夠承受外加載荷而保持其形狀和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料。

?功能材料是指以物理性能、化學(xué)性能或生物功能等為主要使用性能，是用于制造具有

特殊功能元器件(如磁性器件、光敏器件、各種傳感器等)的材料。

一、工程材料概述

?工程材料主要是指結(jié)構(gòu)材料，是指用于制造機械、車輛、建筑、船舶、橋梁、化工、

石油、礦山、冶金、儀器儀表、航空航天、國防等領(lǐng)域的工程結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)材料。

?工程材料按組成特點可分為金屬材料、陶瓷材料、有機高分子材料和復(fù)合材料四大類。

二、陶瓷材料簡介

?陶瓷材料是無機非金屬材料的統(tǒng)稱，是用天然的或人工合成的粉狀化合物，通過成形

和高溫?zé)Y(jié)而制成的多晶體固體材料。

?陶瓷材料包括陶瓷、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石膏等。

?陶瓷按其成分和來源，可分為普通陶瓷(傳統(tǒng)陶瓷)和特種陶瓷(近代陶瓷)

普通陶瓷廣泛應(yīng)用于日用、電氣、化工、建筑、紡織等行業(yè)中要求使用溫度不高、強度

不高的構(gòu)件，如鋪設(shè)地面、輸水管道、絕緣件等。

特種陶瓷主要用于制造高溫容器、熔煉金屬用煙、熱電偶套管、內(nèi)燃機火花塞、切削高

硬度材料的刀具、軸承、金屬拉絲模、擠壓模、火箭噴嘴、閥門、密封件等。

三、有機高分子材料簡介

高分子化合物是指分子量很大的化合物，通常將分子量大于5000的化合物稱為高分子化

合物。

高分子材料是以高分子化合物或高分子聚合物（簡稱高聚物）為主要組分所構(gòu)成的材料,

它分為有機高分子材料和無機高分子材料。

有機高分子材料按用途和使用狀態(tài)，可分為塑料、橡膠、膠粘劑、合成纖維等。

四、復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過不同的工藝方法人工合成的多相材

料。不同材料復(fù)合后，通常是其中一種材料作為基體材料，起粘結(jié)作用；另一種材料作為增

強劑材料，起承載作用。

復(fù)合材料按增強劑種類和結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為纖維增強復(fù)合材料、層疊增強復(fù)合材

料和顆粒增強復(fù)合材料三類。

a）纖維增強復(fù)合材料b）層疊增強復(fù)合材料c）細(xì)粒增強復(fù)合材料

復(fù)合材料具有較高的比強度（抗拉強度除以相對密度）和比模量（彈性模量除以相對密

度）；較好的抗疲勞性能；較好的減振性；較好的耐高溫性；制造工藝簡單，易于加工成形,

用材省等特點。

纖維增強復(fù)合材料（如碳纖維樹脂復(fù)合材料）用于制作承載零件和耐磨零件，如連桿、

活塞、齒輪和軸承等。

【教學(xué)重點與難點】

1.重點：非鐵金屬的分類和用途

2.難點：鋁合金鋼的牌號

【教學(xué)方法與教學(xué)手段】

1.利用試樣、掛圖等教具。

2.利用多媒體輔助教學(xué)資源進(jìn)行短時演示。

3.在講解非鐵金屬材料的牌號時要一邊介紹典型牌號，一邊介紹其主要用途。

【小結(jié)與布置作業(yè)】

1.小結(jié)

本次課主要介紹非鐵金屬材料和新型工程材料的分類、性能及應(yīng)用范圍等內(nèi)容。學(xué)習(xí)

過程中，要建立典型零件與材料的對應(yīng)關(guān)系，初步建立用材感性經(jīng)驗，如滑動軸承選用滑

動軸承合金制作。

2.布置作業(yè)

完成教材上的部分實訓(xùn)題；同學(xué)之間可相互交流探討；課外進(jìn)行調(diào)研和觀察。

教案五

【教學(xué)組織】

1.提問10分鐘

2.講解70分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

第三單元鋼的熱處理

模塊一熱處理基礎(chǔ)知識

一、熱處理概念

?熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織

結(jié)構(gòu)與性能的工藝。

?常用的熱處理加熱設(shè)備有箱式電阻爐、鹽浴爐、井式爐、火焰加熱爐等。

?常用的冷卻設(shè)備有水槽、油槽、鹽浴、緩冷坑、吹風(fēng)機等。

?熱處理的基本原理是借助鐵碳合金相圖，通過鋼在加熱和冷卻時內(nèi)部組織發(fā)生相變的

基本規(guī)律，使鋼材（或零件）獲得人們需要的組織和使用性能，從而實現(xiàn)改善鋼材性能目的。

?熱處理工藝過程是由加熱、保溫、冷卻三個階段組成。

w(c)(%)

?金屬材料在加熱或冷卻過程中，發(fā)生相變的溫度稱為相變點（或臨界點）。

?根據(jù)零件熱處理的目的、加熱和冷卻方法的不同，熱處理工藝可分為整體熱處理、表

面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。

▲整體熱處理是對工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理。它包括退火、正火、淬火、淬火和

回火、調(diào)質(zhì)、固溶處理、水韌處理、固溶處理和時效。

▲表面熱處理是指為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進(jìn)行熱處理的工藝。它包

括表面淬火和回火、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積等。

▲化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入到它

的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。它包括滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮

碳共滲、滲其他非金屬、滲金屬、多元共滲、溶滲等。

?熱處理按其工序位置和目的的不同，又可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。

預(yù)備熱處理是指為調(diào)整原始組織，以保證工件最終熱處理或（和）切削加工質(zhì)量，預(yù)先

進(jìn)行的熱處理工藝，如退火、正火、調(diào)質(zhì)等；最終熱處理是指使鋼件達(dá)到使用性能要求的熱

處理，如淬火與回火、表面淬火、滲氮等。

?熱處理安全文明操作規(guī)程

模塊二退火與正火

一、退火

?退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

?根據(jù)鋼鐵材料化學(xué)成分和退火目的不同，退火一般分為：完全退火、等溫退火、球化

退火、去應(yīng)力退火、均勻化退火等。

時間

■退火的目的是：第一，消除鋼鐵材料的內(nèi)應(yīng)力；第二，降低鋼鐵材料的硬度，提高其

塑性；第三，細(xì)化鋼鐵材料的組織，均勻其化學(xué)成分，并為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。

?退火廣泛應(yīng)用于機械零件的加工過程中，退火屬于預(yù)備熱處理工序，一般安排在鑄造、

鍛造、焊接等工序之后，粗切削加工之前，主要用來消除前一工序中所產(chǎn)生的某些組織缺陷

或殘余內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)工序做好組織準(zhǔn)備。

二、正火

正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火的目的是細(xì)化晶粒，提高鋼材硬度，消除鋼材中的網(wǎng)狀碳化物（或滲碳體），并為

淬火、切削加工等后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。

正火主要應(yīng)用于以下場合：

（1）用于改善鋼鐵材料的切削加工性能。

（2）用于消除鋼中的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準(zhǔn)備。

（3

（4）用于淬火返修件，消除淬火應(yīng)力，細(xì)化組織，防止工件重新淬火時產(chǎn)生變形與開

模快三淬火

?淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處

理工藝。

?馬氏體是碳或合金元素在a-Fe中的過飽和固溶體，是單相亞穩(wěn)組織，硬度較高，用

符號

一、淬火的目的

?淬火的主要目的是使鋼鐵材料獲得馬氏體（或貝氏體）組織,提高鋼鐵材料的硬度和強

度，并與回火工藝合理配合，獲得需要的使用性能。

二、淬火加熱溫度

?亞共析鋼的淬火加熱溫度是/白+30℃?50℃。在此溫度范圍內(nèi)加熱時，亞共析鋼可獲

得全部細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后又可得到均勻細(xì)小的馬氏體組織。

?共析鋼的加熱溫度可參照亞共析鋼或過共析鋼的加熱溫度范圍來選擇。

P+FPP+Fe3CD

600

00.40.81.21.62.0

w(C)(%)

■過共析鋼的淬火加熱溫度是/a+30℃?50℃。在此溫度范圍內(nèi)加熱時，過共析鋼中的

組織是奧氏體和碳化物（或滲碳體）顆粒，淬火后可以獲得細(xì)小的馬氏體和球狀碳化物（或

滲碳體），能夠保證過共析鋼淬火后獲得高硬度和高耐磨性。

三、淬火介質(zhì)

?淬火冷卻時所用的物質(zhì)稱為淬火介質(zhì)。不同的淬火介質(zhì)具有不同的冷卻特性。

常用的淬火冷卻介質(zhì)有：油、水、鹽水、硝鹽浴、堿浴和空氣等。

理想的冷卻介質(zhì)應(yīng)在泄線“鼻尖”附近（或高溫區(qū)650?550℃）應(yīng)快冷，使鋼件冷卻

速度大于臨界冷卻速度YK,而在胭線附近（或低溫區(qū)300?200℃）應(yīng)緩冷，以減少鋼件在

馬氏體轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生較大的淬火內(nèi)應(yīng)力。

四、淬火方法

常用的淬火方法有：單液淬火、雙液淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火。

【教學(xué)重點與難點】

1.重點：熱處理方法的基本概念、目的和應(yīng)用

2.難點：熱處理原理、加熱溫度的選擇。

【教學(xué)方法與教學(xué)手段】

1.利用試樣、掛圖等教具。

2.利用多媒體輔助教學(xué)資源進(jìn)行短時視頻演示。

3.在講解過程中要結(jié)合典型零件（或鋼材）進(jìn)行工藝方法和用途的介紹。

【小結(jié)與布置作業(yè)】

1.小結(jié)

本次課主要介紹鋼的熱處理的概念、目的、原理、分類和應(yīng)用范圍等內(nèi)容，學(xué)完之后：

第一，要了解退火、正火、淬火的概念、原理和分類；第二，要理解退火、正火、淬火方

法的目的和應(yīng)用范圍；第三，要熟悉典型零件（如彈簧、軸、齒輪、滾動軸承、切削刀具、

模具等）的熱處理方法，建立感性認(rèn)識，做到觸類旁通；第四，學(xué)習(xí)過程中，一定要先理

解^念，然后理論聯(lián)系實際，并注意借助多媒體輔助教學(xué)資源，幫助自己提高學(xué)習(xí)效率和

拓展知識面，同時注重師生之間、同學(xué)之間的相互交流和探討，提高學(xué)生相互交流能力和

表達(dá)能力。

2.布置作業(yè)

完成教材上的部分實訓(xùn)題；同學(xué)之間可相互交流探討；課外進(jìn)行調(diào)研和觀察。

教案六

【教學(xué)組織】

1.提問10分鐘

2.講解70分鐘

3.小結(jié)5分鐘

4.布置作業(yè)5分鐘

【教學(xué)內(nèi)容】

模塊四回火與時效

一、回火的概念和目的

■回火是指工件淬硬后，加熱到/爵以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫

的熱處理工藝。回火是在淬火之后進(jìn)行的，通常也是零件進(jìn)行熱處理的最后一道工序。

■回火的目的是消除和減小內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，保證尺寸精度；調(diào)整工件的性能以獲得

較好的強度與韌性配合，滿足工件性能要求。

二、回火時的組織轉(zhuǎn)變過程

?一般來說，隨著回火溫度的升高，淬火組織將發(fā)生馬氏體分解、殘余奧氏體分解、碳

化物析出以及碳化物聚集長大與鐵素體的再結(jié)晶四個階段。

淬火組織在回火時發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變的四個階段

階段回火溫度轉(zhuǎn)變階段名稱轉(zhuǎn)變結(jié)果

第一階段W200C馬氏體分解馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織

第二階段200℃~300℃殘余奧氏體分解殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織

第三階段250c?400℃碳化物析出馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w組織

第四階段>400℃碳化物聚集長大與鐵素體的再結(jié)晶馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w組織

?一般來說，淬火鋼隨回火溫度的升高，強度與硬度降低而塑性與韌性提高。

三、回火方法及其應(yīng)用

?根據(jù)淬火鋼在回火時加熱溫度的不同，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火

三種。

▲低溫回火的溫度范圍是在250℃以下。低溫回火主要用于由碳素工具鋼、合金工具鋼

制造的刃具、量具、冷作模具、滾動軸承及滲碳件、表面淬火件等。