汽車材料教案1(基礎(chǔ)知識、鋼鐵材料)

1、第一章 汽車材料根底知識第一節(jié)：汽車材料概述第二節(jié)：金屬材料性能 課時：2課時 教學(xué)目標(biāo)：根底知識：掌握強度與塑性、硬度、沖擊韌性及金屬疲勞概念能力培養(yǎng)：通過本次學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生在生產(chǎn)和生活中樹立善于思考的良好習(xí)慣 重點：金屬材料的力學(xué)性能 難點：屈服強度和金屬疲勞概念 教學(xué)方法：討論+講授 所用教具：課件 時間分配：引入5分、新課講授75分，小結(jié)10分，作業(yè)布置及答疑10分 新課導(dǎo)入：請同學(xué)們思考以下兩個問題：1你所知道的汽車材料有哪些？2汽車材料的選用與環(huán)境有關(guān)嗎？第一節(jié)：汽車材料概述一、汽車材料分類：1.汽車零部件材料2.汽車運行材料第二節(jié)：金屬材料性能金屬材料性能：使用性能-力學(xué)性能、物

2、理性能、化學(xué)性能、其他性能工藝性能-壓力加工性能、鑄造性能、焊接性能、切削加工 熱處理一、力學(xué)性能力學(xué)性能定義：材料受到外力作用所表現(xiàn)出來的性能，又稱機械能。力學(xué)性能包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、抗疲勞性二、兩個概念：強度-在外力作用下，金屬材料抵抗永久變形和斷裂的能力塑性-在外力作用下,金屬材料產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力三、同學(xué)分組討論你們所知的外力載荷指的是哪些？并指出實例 載荷的分類根據(jù)外力作用的類型可分為拉伸載荷抗拉強度拉鉤、繩、螺栓壓縮載荷抗壓強度活塞、連桿彎曲載荷抗彎強度曲軸、搖臂剪切載荷抗剪強度銷、軸扭轉(zhuǎn)載荷扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)曲軸等旋轉(zhuǎn)零件根據(jù)作用力的方向、時間可分為靜載荷緩慢增加后保

3、持大小和方向不變的載荷沖擊載荷不僅和作用力有關(guān)，而且作用時的速度有關(guān)交變載荷力的大小、方向隨時間作周期性變化四、強度有關(guān)知識：請同學(xué)描述你所知的強度強度的大小用應(yīng)力表示，金屬材料在受到外力作用時必然在材料內(nèi)部產(chǎn)生與外力相等的抵抗力，即內(nèi)力。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。用符號表示，=F/S 單位：Pa通過拉伸試驗得到的指標(biāo)有；彈性極限、屈服強度、抗拉強度。五、塑性 定義：指材料受力時在斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力。指標(biāo)：伸長率和斷面收縮率=L1-L0/L0×100 100指L0=100mm的延伸率=S0-S1/S0×100伸長率、斷面收縮率與塑性的關(guān)系：、值越大，塑性越好。六、硬度

4、知識：1定義：指材料外表抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。 2請同學(xué)舉例并示范汽車零件根據(jù)工作條件的不同，要求具有一定的硬度以保證零件具有足夠的強度、耐磨性、和使用壽命等。3常用硬度試驗法；布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV 布氏硬度HB主要用于測定鑄鐵、有色金屬、及其合金，低合金結(jié)構(gòu)鋼以及非金屬材料。洛氏硬度HRC主要用于測定銅、鋁等有色金屬及其合金、硬質(zhì)合金、外表淬火、滲碳件以及退火、正火和淬火。維氏硬度HV主要用于測定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理后的硬度。硬度與耐磨性的關(guān)系：請同學(xué)答復(fù)硬度越大，耐磨性也越好。 七、沖擊韌性 定義：材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)：沖

5、擊韌度k=Ak/S舉例汽車上哪些零件受到?jīng)_擊力的作用(八)金屬疲勞的概念交變應(yīng)力：許多零件，在工作過程中往往受到大小或大小及方向隨時間呈周期性變化的應(yīng)力作用，此應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。金屬的疲勞：金屬材料在交變應(yīng)力的長期作用下，雖然應(yīng)力遠小于材料的抗拉強度，甚至低于屈服點，也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象叫金屬疲勞。舉例變速箱上齒本課小結(jié)強度與塑性、硬度、沖擊韌性及金屬疲勞概念。作業(yè)布置：習(xí)題冊審批：后記：第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用第一節(jié) 碳素鋼 課時：2課時 教學(xué)目標(biāo)：掌握鋼鐵材料的概念及其分類、特性 重點：熱處理類型及優(yōu)點 難點：如何區(qū)分碳素鋼、合金鋼及鑄鐵 教學(xué)方法：討論+講授 所用教具：課

6、件 時間分配：引入5分、新課講授75分，小結(jié)10分，作業(yè)布置及答疑10分 教學(xué)過程：一、復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容：1金屬的力學(xué)性能包括哪些內(nèi)容？2強度、硬度、塑性變形、疲勞的概念二、提問：1什么叫強度？你知道哪些類型的強度？2硬度與耐磨性有什么關(guān)系？3受力越大，強度越大？三、新課講授第一節(jié) 碳素鋼一碳及常存元素對碳素鋼性能的影響1、碳的影響：隨著含碳量增加，強度硬度增加，塑性韌性降低，到0.9%時強度最大，隨著含碳量繼續(xù)升高，除了硬度升高，其他都降低2、常存元素的影響：錳、硅有益：流動性變好，減少硫的有害作用 硫、磷有害：塑性韌性下降，出現(xiàn)“熱脆、“冷脆二碳素鋼的分類：1、碳含量 低碳鋼C% 0.25%

7、 、中碳鋼0.25<C% 0.6%、高碳鋼C>0.6%2、質(zhì)量 S、P雜質(zhì)含量 普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼3、按用途 碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼三常用碳素鋼：1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼甲類鋼A類鋼機械性能：A1,A2,A3,A4,A5,A6，A7, 隨鋼號數(shù)字的增大，強度提高，塑性下降。用途:A1,A2,A3，塑性好，鋼板、鋼筋、螺釘、螺帽 A4,A5 型鋼、鋼板 A6，A7 工具、農(nóng)機零件、輕軌熱軋狀態(tài)使用乙類鋼B類鋼 按成分供給，B1，B2，B3.B7, 特類鋼C類 C2,C3,C4,C5,按機械性能及化學(xué)成分供給。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用平均碳含量的萬分數(shù)的數(shù)字表示。如：08F，20

8、A，45，15Mn。F表沸騰鋼 0.20%C，后有“A表高級優(yōu)質(zhì)鋼 表含Mn量高制作各種機器零件，一般進行熱處理。08F 塑性好，冷沖壓件10，20 冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。35，45 40，50? 齒輪、軸類60，65 彈簧3、鑄鋼 “ ZG加平均碳含量萬分數(shù)表示，如：ZG25， ZG45 0.25%C，0.45%C 形狀復(fù)雜，需要一定強度、塑性和韌性的零件。本課小結(jié)：鋼鐵材料的概念及其分類、特性作業(yè)布置：習(xí)題冊審批：后記：第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用第二節(jié) 鋼的熱處理簡介 課時：2課時 教學(xué)目標(biāo)：掌握鋼鐵材料鋼鐵材料常用的熱處理方法 重點：熱處理類型及優(yōu)點 難點：如何區(qū)分碳素鋼、

9、合金鋼及鑄鐵 教學(xué)方法：討論+講授 所用教具：課件 時間分配：引入5分、新課講授75分，小結(jié)10分，作業(yè)布置及答疑10分 新課引入： 熱處理是改善金屬材料使用性能和工藝性能的一種非常重要的工藝方法，它是強化金屬材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的主要途徑之一。因此，絕大局部重要的機械零件在制造過程中都必須進行熱處理。一、熱處理的根底知識1.熱處理的概念所謂熱處理，就是對固態(tài)的金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 2.熱處理的工藝過程任何一種熱處理的工藝過程，都包括以下三個步驟：(1)加熱以一定速度把零件加熱到規(guī)定的溫度。這個溫度范圍根據(jù)不同的金屬材料、不

10、同的熱處理要求而定。(2)保溫在此溫度下保溫一定的時間，使工件全部或局部熱透。(3)冷卻以某種速度把工件冷卻下來。 二、常用熱處理的方法熱處理方法很多，常用的有普通熱處理(包括退火、正火、淬火和回火)以及外表熱處理(包括外表淬火和化學(xué)熱處理等)兩大類。熱處理既可以作為預(yù)備熱處理以消除上一道工序所遺留的某些缺陷，為下一道工序準(zhǔn)備好條件；也可作為最終熱處理進一步改善材料的性能，從而充分發(fā)揮材料的潛力，到達零件的使用要求。 1、退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬

11、度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少剩余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。 2、正火：指將鋼材或鋼件加熱到或 鋼的上臨界點溫度以上，3050保持適當(dāng)時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學(xué)性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。 3、淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1鋼的下臨界點溫度以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，外表淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬

12、氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。 文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)淬火質(zhì)量取決于淬火三要素，即加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。(1)淬火加熱溫度鋼的淬火加熱溫度是根據(jù)Fe-Fe3C相圖來選擇的，如圖2-23所示。對于亞共析鋼，淬火加熱溫度一般選擇在Ac3以上3050，淬火后獲得的是均勻細小的馬氏體組織。 (2)加熱保溫時間淬火加熱保溫時間受鋼的化學(xué)成分、工件尺寸及形狀、加熱爐類型等多種因素的影響。一般來講，在保證工件熱透和內(nèi)部組織充分轉(zhuǎn)變的前提下，應(yīng)盡量縮短加熱保溫時間，以提高熱處理質(zhì)量。具體加熱保溫時間，可根據(jù)經(jīng)驗公式估算，也可由試驗來確定。 (3)淬火冷卻

13、介質(zhì)鋼件淬火所用的冷卻介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)。淬火是為了得到馬氏體，這就要求淬火的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度v臨。但冷卻速度過大，可能會造成很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起鋼件的變形和開裂。因此，淬火冷卻介質(zhì)對鋼的理想淬火冷卻速度應(yīng)是“慢快慢，4、回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 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。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和屢次回火等。 回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。 5、調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)質(zhì)鋼。

14、它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。 6、滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼外表層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的外表層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的外表層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心局部仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。（一） 外表熱處理1、外表淬火通過不同的熱源對工件進行快速加熱，當(dāng)零件表層溫度到達臨界點以上此時工件心部溫度處于臨界點以下時迅速予以冷卻，這樣工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。為了到達只加熱工件表層的目的，要求所用熱源具有較高的能量密度。根據(jù)加熱方法不同，外表淬火可分為感應(yīng)加熱高頻、中頻、工頻外表淬火、火焰加熱外表淬火、電接觸加熱外表淬火、電解液加熱外表淬火

15、、激光加熱外表淬火、電子束外表淬火等。工業(yè)上應(yīng)用最多的為感應(yīng)加熱和火焰加熱外表淬火。 2、外表化學(xué)熱處理將工件置于含有活性元素的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層或形成某種化合物的覆蓋層，以改變表層的組織和化學(xué)成分，從而使零件的外表具有特殊的機械或物理化學(xué)性能。通常在進行化學(xué)滲的前后均需采用其他適宜的熱處理，以便最大限度地發(fā)揮滲層的潛力，并到達工件心部與表層在組織結(jié)構(gòu)、性能等的最正確配合。根據(jù)滲入元素的不同 ，化學(xué)熱處理可分為滲碳 、滲氮、滲硼、滲硅、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲鋅、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。 最常用的外表熱處理工藝有感應(yīng)加熱熱處理和火焰淬火，此外還有接觸電阻加熱淬火、電解加

16、熱淬火、激光熱處理和電子束熱處理等。本課小結(jié)：熱處理類型，各自特征及優(yōu)點作業(yè)布置：習(xí)題冊審批：后記：第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用第三節(jié) 合金鋼 課時：2課時 教學(xué)目標(biāo)：掌握合金鋼的分類和牌號 重點：合金鋼的分類和牌號 難點：合金鋼牌號 教學(xué)方法：討論+講授 所用教具：課件 時間分配：引入5分、新課講授75分，小結(jié)10分，作業(yè)布置及答疑10分 新課引入： 現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的開展，對鋼的性能提出了更高的要求。碳鋼價格低廉，便于獲得，容易加工；通過改變含碳量和進行不同的熱處理，能滿足許多工程上的需求。但碳鋼也存在一定的缺點，難以滿足耐熱、耐低溫、耐腐蝕、高耐磨等性能要求。而這些都需要通過鋼的

17、合金化來得到。為了提高鋼的力學(xué)性能、工藝性能或物理、化學(xué)特殊性能，有目的地向鋼中參加一種或幾種一定量的化學(xué)元素(金屬或非金屬)，這種鋼就稱為合金鋼。一、合金鋼的分類和牌號1、合金鋼的分類：1、按合金元素含量：低合金鋼合金總量低于5 % 中合金鋼合金總量為5 %10 % 高合金鋼合金總量高于10 % 2、按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼 、特殊性能鋼2、合金鋼的牌號：1、合金結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字合金元素符號數(shù)字質(zhì)量等級符號“A1當(dāng)合金元素的平均含量1.5%時，鋼號中一般只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明含量；但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號后亦可標(biāo)以數(shù)字“1，例如鋼號“12CrMoV和“12Cr1MoV

18、，前者鉻含量為0.4-0.6%，后者為0.9-1.2%，其余成分全部相同。2當(dāng)合金元素的平均含量1.5%、2.5%、3.5%時，那么相應(yīng)地在元素符號后面標(biāo)以2、3、4 ；如果為高級優(yōu)質(zhì)鋼，那么在其鋼號后加“A， 以區(qū)別于一般優(yōu)質(zhì)鋼。例如：18Cr2Ni4WA。3鋼中的釩V、鈦Ti、鋁Al、硼B(yǎng)、稀土Re等合金元素，均屬微合金元素，雖然含量很低，仍應(yīng)在鋼號中標(biāo)出。例如20MnVB鋼中，釩：0.070.12%，硼：0.0010.005%。4專門用途的合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼號冠以或后綴代表該鋼種用途的符號。例如，鉚螺專用的30CrMnSi鋼，鋼號表示為ML30CrMnSi。2、合金工具鋼和高速工具鋼 ：數(shù)字

19、合金元素符號數(shù)字1合金工具鋼中，當(dāng)WC1.0%時，含碳量不標(biāo)出，如Cr12、CrWMn；當(dāng)WC1.0%時，以千分之幾表示，如9SiCr、3Cr2W8V。2對于含鉻量低的鋼，其含鉻量以千分之幾表示，并在數(shù)字前加“0，以示區(qū)別。如平均Cr =0.6%的低鉻工具鋼的鋼號為 “Cr06。3高速鋼，一般不標(biāo)出含碳量，只標(biāo)出合金元素平均含量的百分之幾。如“鎢18鉻4礬W18Cr4V，簡稱18-4-1，“鎢6鉬5鉻4礬2W6Mo5Cr4V2，簡稱6-5-4-2。 一、合金結(jié)構(gòu)鋼1、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼用途：在大氣和海洋中工作的的大型焊接結(jié)構(gòu)件，如建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、車輛 、船舶 、輸油輸氣管道、壓力容器等。性能特

20、點：強度高，良好的塑性、韌性、冷沖壓性能及焊接性能 ，可抵抗大氣腐蝕。牌號：Q數(shù)字質(zhì)量等級符號A、B、C、D、E 共11個牌號，6個等級，以強度等級分類，如表所示。2、滲碳鋼用途：主要作于制作承受交變載荷、很大的接觸應(yīng)力，并在沖擊和嚴重磨損條件下工作的零件，如汽車、重型機床齒輪、活塞銷，內(nèi)燃機的凸輪軸等。性能要求：“表硬心韌。 要求零件外表硬度高、耐磨，心部那么具有較高的韌性和足夠的強度以承受沖擊。一般滲碳件外表滲碳層淬火后硬度58HRC，心部3545HRC。3、調(diào)質(zhì)鋼采用調(diào)質(zhì)處理，即淬火+高溫回火后使用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，統(tǒng)稱為調(diào)質(zhì)鋼。應(yīng)用：用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件。如機床主軸、火

21、車發(fā)動機曲軸、汽車后橋半軸等軸類零件，以及連桿、螺栓、齒輪等。性能要求：具有良好的綜合力學(xué)性能，即高的強度、良好塑性和韌性。4、彈簧鋼應(yīng)用：用于制造汽車、拖拉機和火車的板彈簧或螺旋彈簧。 性能要求：具有高的彈性極限和屈強比，高的疲勞強度和足夠的塑性、韌性。常用牌號：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA5、彈簧鋼應(yīng)用：用于制造汽車、拖拉機和火車的板彈簧或螺旋彈簧。 性能要求：具有高的彈性極限和屈強比，高的疲勞強度和足夠的塑性、韌性。常用牌號：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA二、特殊性能鋼1、不銹鋼：通常所說的不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指能抵抗大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是指能抵抗

22、化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼。“不銹只是說腐蝕的速度相對較慢，沒有絕對不受腐蝕的鋼種。主要是合金化，添加 Cr、Ni、Si、Al、Mo、Ti、Nb等合金元素。其作用：1參加Cr元素，提高基體的電極電位。當(dāng)鉻含量為12左右時，合金的電極電位由-0.56V 0.2V，不銹鋼中鉻的含量都在12以上。2 使鋼在使用態(tài)為單相組織，防止形成微電池。3參加Cr、Si、AL等形成致密氧化膜，基體與環(huán)境隔絕，提高耐蝕性。主要有Cr2O3、SiO2、Al2O3。4Ti、Nb等形成穩(wěn)定碳化物或金屬間化合物，防止晶界貧鉻 。2、耐熱鋼：耐熱鋼是指在高溫下具有熱穩(wěn)定性和熱強性的特殊鋼和合金。性能要求：1高的熱穩(wěn)定性-高的抗氧化能力

23、。2高的熱強性-高的蠕變抗力和持久強度。本課小結(jié)：1、合金鋼的分類2、合金鋼的牌號作業(yè)布置：習(xí)題冊審批：后記：第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用第四節(jié) 鑄鐵 課時：2課時 教學(xué)目標(biāo)：掌握合金鋼的分類和牌號 重點：合金鋼的分類和牌號 難點：合金鋼牌號 教學(xué)方法：討論+講授 所用教具：課件 時間分配：引入5分、新課講授75分，小結(jié)10分，作業(yè)布置及答疑10分 新課引入：提問1合金鋼的分類2各種合金鋼的牌教師總結(jié)并帶著學(xué)生復(fù)習(xí)，導(dǎo)入新課授課內(nèi)容：一、什么是鑄鐵1、是由鐵、碩和硅等組成的合金。它比碳鋼含有較多硫、磷等雜質(zhì)元素。為了進一步提高鑄鐵的力學(xué)性能或特殊性能，還可以參加鉻、鉬、釩、銅、鋁等合金元

24、素，或提高硅、錳、磷等元素的含量，這種鑄鐵稱為合金鑄鐵。 2、11<Wc<6.69%的鐵碳合金稱為鑄鐵。 碳在鑄鐵中有兩種存在狀態(tài)：一種是化合狀態(tài)滲碳體Fe3C，另一種是游離狀態(tài) 石墨G 二、鑄鐵的分類 根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)的不同，可分為： 1、白口鑄鐵C極少溶于F 外。其余皆以Fe3C形式存在，斷口蘭銀白色。這類鑄鐵組織中都存在著共晶萊氏體，性能硬很脆，很難切削加工，很少直接用來作機械零件，主要煉鋼原鋼原料或可鍛鑄鐵件毛坯。有時也利用它的硬而耐磨的特征，鑄造成冷硬鑄鐵件。冷磧鑄鐵常用作一些要求耐磨的工件，如軋輥、球磨機的磨球等。 2、灰口鑄鐵C主要以片狀的游離G存在，由于斷口呈黑色暗 3、麻口鑄鐵它是碳一局部以滲碳體形式存在；另一局部以石墨形式存在的鑄鐵，斷口呈灰白色相間。這類鑄鐵也具有較大硬脆性，故工