【课题编号】
2—1.2
【课题名称】
材料的工艺性能、热处理及黑色金属材料
【教学目标与要求】
一、 知识目标
1. 了解材料的铸造性、锻造性、焊接性与切削加工的定义。
2. 熟悉退火、正火、淬火和回火的定义与区别。
3. 了解黑色金属的分类及其性能。
二、 能力目标
1 . 能够区分退火、正火、淬火和回火的不同点。
2 . 熟悉铸铁、碳素钢和合金钢的区别；了解中碳钢、低碳钢与高碳钢主要性能的差别。
三、 素质目标
1 . 对材料工艺性能的定义有初步了解。
2 . 了解材料热处理的作用及分类。
3 . 了解黑色金属的分类。
四、 教学要求
1 . 熟悉工艺性能的内涵。
2 . 掌握常用热处理“四火”的区别及应用场合。
3 . 熟悉黑色金属的分类及主要性能特点。
【教学重点】
1 . 热处理的作用及“四火”的区别与应用场合。
2 . 铸铁、碳素钢与合金钢的区别，低碳钢、中碳钢与高碳钢的主要性能区别。
【难点分析】
1. “四火”的区别及应用场合。
2. 金属材料的分类及特性。
【分析学生】
内容多而乱但不难是本次课的特点，所以讲课时要突出重点，把工作中可能碰到的实用内容作为重点讲解清楚；而其他内容作为一般了解，如果今后需要应用时，会查相关材料就可以。
【教学思路设计】
突出“四火”的区别与应用场合，和中碳钢的主要性能及应用，其他内容用比较法介绍。
【教学安排】
2学时（90分钟）
【教学过程】
一、 材料的工艺性能
工艺性能指金属材料适应多种加工要求的能力, 指铸造性、锻造性、焊接性和切削加工性。
铸造性—熔化金属在浇入铸造型腔中所表现出来的流动性、收缩性、吸气性。铸造性能好的金属易成形，不易形成铸不满、缩孔、疏松、砂眼等缺陷。铸钢比铸铁铸造性差。
锻造性—指锻造成形时塑性好，变形抗力小。如低碳钢比中、高碳钢易锻造，碳钢比合金钢好锻。铸铁没有锻造性，高速钢最难锻造。
焊接性—指焊接成形时形成焊接接头的难易程度。低碳钢比中、高碳钢和铸铁焊接性好。两种不同材料焊接性能差。
切削加工性—指金属被切削加工的难易程度。硬度低的材料易加工，但硬度过低，不易断屑，易粘刀，加工表面粗糙。铸铁易加工，但马口铁很难加工。
二、钢的热处理
热处理是通过加热、保温和冷却来改变钢的内部组织结构，改善机械性能的工艺方法。如刀具经加热后快速放入水或油中急速冷却后，硬度得到很大的提高。
1. 退火 加热到相变温度以上某一温度→保温一段时间→缓慢冷却到500°— 600°后→空气冷却。
2. 正火 加热到相变温度以上某一温度→保温一段时间→空气冷却。与退大相比, 保温时间短。正火后材料硬度比退火高。
3. 淬火 加热到相变温度以上某一温度→保温→在水、盐水或油中急剧冷却。与正火相比，保温后投入冷却液中快速降温，可获得很高的硬度和耐磨性，各种刀具的刃部都要采用淬火。但淬火后材料产生较大的内应力，需及时回火。
4. 回火 加热到相变温度以下某一温度→保温→以适当速度冷却到室温。与前三种热处理方式相比，回火加热的温度低，在相变温度以下，且冷却速度慢，起到稳定内部组织，消除内应力，提高韧性
的作用。根据回火温度不同分为低温、中温和高温回火三种，高温回火也称为调质，在轴类零件、齿轮应用很多，可获得优良的综合力学性能。
5. 表面淬火 利用加热工件表面快速升温到淬火温度后立即冷却，以获得表面淬硬、心部组织依然不变的效果。表面淬火要作低温回火。常用的表面淬火方法是高频淬大，如铁轨两端连接处采用高频加热表面淬火大约200mm 长后，以提高接头的抗冲击能力和耐磨性。
其他热处理方法及代号见表1—1、2、3、4。
三、 黑色金属材料
黑色金属材料以含碳量的多少为分界线，含碳量大于2.11％以上为铸铁；含碳量在2.11％以下为钢。
1. 铸铁
1) 白口铁 硬而脆，极难加工。如蜂窝煤炉的外壳、炉圈，只能做炼钢原料。
2) 铸铁 牌号为HT ，如HT200表示最低的抗拉强度为200Mpa 。 铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、抗振性和切削加工性，在生产中应用最多，如表1—5所示。
3) 球墨铸铁 是一种性能优良的铸铁，具有良好的抗振性和耐磨性，如应用于曲轴、连杆等。牌号为QT ，如表1—6所示。
4) 可锻铸铁 可锻铸铁是不能锻造的，已逐渐被球墨铸铁所代替。牌号如KTH 。
2. 碳素钢
按含碳量的多少分为：低碳钢C ≤0.25％；高碳钢C ＞0.6％；其余— 中碳钢.
按钢的用途分为：
1) 普通碳素结构钢 常用作工程结构件。见表1—7, 常用钢号Q235、Q275。
2) 优质碳素结构钢 其力学性能较好，质量较高，用于制造较重要的机械零件。按其含碳量不同，分为低、中、高碳钢三种。低碳钢常用作螺栓螺母；中碳钢的强度较高，塑性和韧性较好，应用广泛多用制造轴、齿轮；高碳钢具有高强度，也有良好弹性，常用于制作弹簧和耐磨损零件，见表1—8。
3) 碳素工具钢 常用来制作工具，如锯条、锉刀及各种量刃具。牌号如T10，T 表示工具钢，含碳量为1％。
4) 铸钢 牌号为ZG ，如ZG200—400，数字表示屈服强度和抗拉强度值。用于大型铸件，其强度比铸铁好。
3. 合金钢
合金钢是在碳素钢中加入合金元素，以提高钢的综合力学性能，常用元素有 Si、Mn 、Cr 、Ni 等。常用合金钢有：
1) 60 Si2Mn 作弹簧用。
2) GCr15 作轴承钢，Cr 含量为1.5％。
3) 9 SiCr 作丝锥、板牙。
4) W18Cr4V 作高速钢刀具 。
5) 5 CrMnMo 作模具钢。
6）1Cr13、 1Cr18Ni9Ti 作不锈钢。
四、 小结
1. 材料的工艺性能指适应加工工艺要求的能力，指铸造性、锻造性、焊接性、切削性和热处理性能。
2. 钢经热处理后可发挥材料潜力，改善使用性能，常见的热处理有“四火”。
3. 黑色金属材料分铸铁、碳素结构钢和合金钢，其中以优质碳素结构钢的低碳钢及中碳钢应用最多。
五、布置作业
P29 1—6、7、8、9、10、11
【课题编号】
2—1.2
【课题名称】
材料的工艺性能、热处理及黑色金属材料
【教学目标与要求】
一、 知识目标
1. 了解材料的铸造性、锻造性、焊接性与切削加工的定义。
2. 熟悉退火、正火、淬火和回火的定义与区别。
3. 了解黑色金属的分类及其性能。
二、 能力目标
1 . 能够区分退火、正火、淬火和回火的不同点。
2 . 熟悉铸铁、碳素钢和合金钢的区别；了解中碳钢、低碳钢与高碳钢主要性能的差别。
三、 素质目标
1 . 对材料工艺性能的定义有初步了解。
2 . 了解材料热处理的作用及分类。
3 . 了解黑色金属的分类。
四、 教学要求
1 . 熟悉工艺性能的内涵。
2 . 掌握常用热处理“四火”的区别及应用场合。
3 . 熟悉黑色金属的分类及主要性能特点。
【教学重点】
1 . 热处理的作用及“四火”的区别与应用场合。
2 . 铸铁、碳素钢与合金钢的区别，低碳钢、中碳钢与高碳钢的主要性能区别。
【难点分析】
1. “四火”的区别及应用场合。
2. 金属材料的分类及特性。
【分析学生】
内容多而乱但不难是本次课的特点，所以讲课时要突出重点，把工作中可能碰到的实用内容作为重点讲解清楚；而其他内容作为一般了解，如果今后需要应用时，会查相关材料就可以。
【教学思路设计】
突出“四火”的区别与应用场合，和中碳钢的主要性能及应用，其他内容用比较法介绍。
【教学安排】
2学时（90分钟）
【教学过程】
一、 材料的工艺性能
工艺性能指金属材料适应多种加工要求的能力, 指铸造性、锻造性、焊接性和切削加工性。
铸造性—熔化金属在浇入铸造型腔中所表现出来的流动性、收缩性、吸气性。铸造性能好的金属易成形，不易形成铸不满、缩孔、疏松、砂眼等缺陷。铸钢比铸铁铸造性差。
锻造性—指锻造成形时塑性好，变形抗力小。如低碳钢比中、高碳钢易锻造，碳钢比合金钢好锻。铸铁没有锻造性，高速钢最难锻造。
焊接性—指焊接成形时形成焊接接头的难易程度。低碳钢比中、高碳钢和铸铁焊接性好。两种不同材料焊接性能差。
切削加工性—指金属被切削加工的难易程度。硬度低的材料易加工，但硬度过低，不易断屑，易粘刀，加工表面粗糙。铸铁易加工，但马口铁很难加工。
二、钢的热处理
热处理是通过加热、保温和冷却来改变钢的内部组织结构，改善机械性能的工艺方法。如刀具经加热后快速放入水或油中急速冷却后，硬度得到很大的提高。
1. 退火 加热到相变温度以上某一温度→保温一段时间→缓慢冷却到500°— 600°后→空气冷却。
2. 正火 加热到相变温度以上某一温度→保温一段时间→空气冷却。与退大相比, 保温时间短。正火后材料硬度比退火高。
3. 淬火 加热到相变温度以上某一温度→保温→在水、盐水或油中急剧冷却。与正火相比，保温后投入冷却液中快速降温，可获得很高的硬度和耐磨性，各种刀具的刃部都要采用淬火。但淬火后材料产生较大的内应力，需及时回火。
4. 回火 加热到相变温度以下某一温度→保温→以适当速度冷却到室温。与前三种热处理方式相比，回火加热的温度低，在相变温度以下，且冷却速度慢，起到稳定内部组织，消除内应力，提高韧性
的作用。根据回火温度不同分为低温、中温和高温回火三种，高温回火也称为调质，在轴类零件、齿轮应用很多，可获得优良的综合力学性能。
5. 表面淬火 利用加热工件表面快速升温到淬火温度后立即冷却，以获得表面淬硬、心部组织依然不变的效果。表面淬火要作低温回火。常用的表面淬火方法是高频淬大，如铁轨两端连接处采用高频加热表面淬火大约200mm 长后，以提高接头的抗冲击能力和耐磨性。
其他热处理方法及代号见表1—1、2、3、4。
三、 黑色金属材料
黑色金属材料以含碳量的多少为分界线，含碳量大于2.11％以上为铸铁；含碳量在2.11％以下为钢。
1. 铸铁
1) 白口铁 硬而脆，极难加工。如蜂窝煤炉的外壳、炉圈，只能做炼钢原料。
2) 铸铁 牌号为HT ，如HT200表示最低的抗拉强度为200Mpa 。 铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、抗振性和切削加工性，在生产中应用最多，如表1—5所示。
3) 球墨铸铁 是一种性能优良的铸铁，具有良好的抗振性和耐磨性，如应用于曲轴、连杆等。牌号为QT ，如表1—6所示。
4) 可锻铸铁 可锻铸铁是不能锻造的，已逐渐被球墨铸铁所代替。牌号如KTH 。
2. 碳素钢
按含碳量的多少分为：低碳钢C ≤0.25％；高碳钢C ＞0.6％；其余— 中碳钢.
按钢的用途分为：
1) 普通碳素结构钢 常用作工程结构件。见表1—7, 常用钢号Q235、Q275。
2) 优质碳素结构钢 其力学性能较好，质量较高，用于制造较重要的机械零件。按其含碳量不同，分为低、中、高碳钢三种。低碳钢常用作螺栓螺母；中碳钢的强度较高，塑性和韧性较好，应用广泛多用制造轴、齿轮；高碳钢具有高强度，也有良好弹性，常用于制作弹簧和耐磨损零件，见表1—8。
3) 碳素工具钢 常用来制作工具，如锯条、锉刀及各种量刃具。牌号如T10，T 表示工具钢，含碳量为1％。
4) 铸钢 牌号为ZG ，如ZG200—400，数字表示屈服强度和抗拉强度值。用于大型铸件，其强度比铸铁好。
3. 合金钢
合金钢是在碳素钢中加入合金元素，以提高钢的综合力学性能，常用元素有 Si、Mn 、Cr 、Ni 等。常用合金钢有：
1) 60 Si2Mn 作弹簧用。
2) GCr15 作轴承钢，Cr 含量为1.5％。
3) 9 SiCr 作丝锥、板牙。
4) W18Cr4V 作高速钢刀具 。
5) 5 CrMnMo 作模具钢。
6）1Cr13、 1Cr18Ni9Ti 作不锈钢。
四、 小结
1. 材料的工艺性能指适应加工工艺要求的能力，指铸造性、锻造性、焊接性、切削性和热处理性能。
2. 钢经热处理后可发挥材料潜力，改善使用性能，常见的热处理有“四火”。
3. 黑色金属材料分铸铁、碳素结构钢和合金钢，其中以优质碳素结构钢的低碳钢及中碳钢应用最多。
五、布置作业
P29 1—6、7、8、9、10、11