《《工程材料及成形工艺基础》（李辉）教案 项目1--9 金属材料的性能--机械零件材料及毛坯制造工艺选择.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工程材料及成形工艺基础》（李辉）教案 项目1--9 金属材料的性能--机械零件材料及毛坯制造工艺选择.docx（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、工程材料及成形工艺基础教案7.含碳量影响铁碳合金的力学性能：钢的塑性、韧性随含碳 量的增加而降低，硬度随含碳量增加而升高，强度随含碳量增加 先升后降。工业用钢含碳量一般不超过1.4%。教学设计教学内容项目3钢的热处理教学参考学时12教学目标知识目标：1 . 了解钢的热处理分类定义、目的、分类及作用。2 .理解钢加热和保温的目的及组织转变。3 .钢在等温冷却和连续冷却过程中的组织转变和转变产物的 性能特点。4 .掌握退火、正火、淬火、回火的目的、工艺及应用。5 .掌握钢的淬透性概念、影响因素及与淬硬性的区别。6 .理解各种表面热处理的目的及应用特点。技能目标：1 .能制定钢的整体热处理工艺。2
2、.能分析并观察钢的不同热处理组织。 思政目标：1 .通过热处理“四把火”的学习，锻造“淬火成钢”的坚韧品质。2 .理解热处理工艺对材料性能和使用安全性的影响，培养学 生树立责任意识，铸就工匠精神。教学重点 与难点教学重点：钢的加热和冷却时的组织转变；钢在等温转变和连续转变时 的转变产物和性能特点；热处理“四把火”的目的、工艺和应用； 表面热处理的目的、工艺和应用。教学难点：钢在等温转变时的转变产物和性能特点；热处理“四把火”的 目的、工艺和应用。教学方法1 .混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2 .案例分析法。教学内容由
3、案例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3 .讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。教学实施过程环节教学内容技能分析1.碳钢的整体热处理操作掌握碳钢整体热处理“四把火”的工艺方法，制定热处理工艺 包括加热温度、保温时间和冷却方式，根据实验结果会分析不同 的热处理工艺对碳钢力学性能的影响。2.碳钢的热处理显微组织观察观察不同热处理状态下的试样 组织形貌，分析钢在不同热处理状态下的组织和性能特点。将钢在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温、冷却， 使其内部组织发生变化，从而获得预期的组织、结构和性能的工 艺过程称
4、为钢的热处理工艺。由加热、保温和冷却三个阶段组成， 可改变钢的组织，改善钢的性能。r系体热处退火 正火 淬火 回火热处理表而热处理热处理表而热处理表面淬火化学热处理火焰加热表而淬火感应加热表而淬火r渗碳碳氮共渗 I其他网在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热目的是相关知识学习为了获得奥氏体，所以钢加热的转变本质就是奥氏体的形成。1 .钢的加热温度非平衡条件加热：Aci、Ac3 Acem；冷却：4口、An、Alm。2. 奥氏体的形成 晶核形成及长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体 成分的均匀化。3.影响奥氏体晶粒大小的主要因素：加热温度 和钢的化学成分。二、钢在冷却时的转变 钢的冷却过程是热处理的关
5、键工序，直接决定热处理后材料 的组织和性能。钢的冷却转变实质上是过冷奥氏体的冷却转变。据冷却方式不同，过冷奥氏体的转变分为等温转变和连续冷 却转变两种。2 .过冷奥氏体的等温转变等温转变曲线。(1)珠光体型转变珠光体型转变也称高温转变、扩散型转变，产物可分为珠光 体、索氏体和托氏体三类。(2)贝氏体型转变 贝氏体型转变也称中温转变、半扩散型 转变，产物可分为上贝氏体和下贝氏体两类。3 .过冷奥氏体向马氏体的转变马氏体转变称为低温转变、 非扩散型相变。有板条状和针叶状马氏体。4 ,过冷奥氏体的连续冷却转变三、钢的整体热处理整体热处理中的“四把火”：退火、正火、淬火和回火。L钢的退火(定义、目的、
6、种类和应用)完全退火、不完全退火、等温退火和去应力退火等。2.钢的正火(定义、目的和应用)退火与正火的选择：切削加工性能、 从使用性能上考虑、从经济上考虑。3 .钢的淬火(定义、目的、种类和应用)淬火加热温度 的选择：亚共析钢4c3以上3050,共析钢和过共析钢Aci以上3050 C。淬火冷却介质：水、水溶液、 油、空气和有机水溶液等，淬火冷却方法：单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法和等温淬火法，淬火质量：钢的淬透性和钢的淬硬性，淬火缺陷：过 热和过烧、氧化和脱碳、变形和开裂、硬度不足。4 .钢的回火(定义、目的、种类和应用)低温回火(150250)、中温回火(350500C)、高温回火(50
7、0650) o钢件经淬火加高温回火的复合热处理工艺 称为调质。四、钢的表面热处理.钢的表面淬火：火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。1 .钢的化学热处理：渗碳、钢的渗氮和碳氮共渗等，化学热处 理的三个基本过程：分解、吸收和扩散。五、热处理工艺设计.处理的技术条件1 .热处理的工序安排，包括预先热处理和最终热处理。技能训练技能训练1：按照热处理工艺实验要求，为20、45、T8和T10 钢制定热处理加热温度、保温时间和冷却方式。试验结束后，清 理试样，测硬度值；根据测得的硬度值分析含碳量、热处理方法 对钢热处理后组织、硬度的影响。并按要求完成实训报告。技能训练2：在金相显微镜下观察不同热处理状态下
8、的20钢， 45钢试样，观察组织形貌，分析钢在不同热处理状态下的组织和 性能特点。并按要求完成实训报告。技能评价考核标准：热处理工艺操作的规范性；工艺参数制定的是否 合理；相关数据的测得过程是否正确；组织形貌特征观察是否正 确；实训报告填写是否规范、正确。评价方法：观察法、检测法。项目小结1 .钢的普通热处理分为退火、正火、淬火、回火。2 .退火的主要目的是降低硬度、提高塑性、消除残余内应力、 细化晶粒、均匀组织和成分。退火分为：完全退火、球化退火、 去应力退火。3 .正火与退火目的基本相同。正火的速度比退火快，正火钢的 组织较细，强度、硬度比退火钢高。4 .淬火主要目的是为了获得硬度高、耐磨
9、的马氏体组织。淬火 方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火（获得下贝氏 体组织）。淬火必须与回火相配合。5 .回火的目的是减小或消除淬火产生的内应力，降低硬度、脆 性，提高韧性，使钢获得良好的综合力学性能。回火还能稳定工 件的尺寸，保证精度。回火分为高温回火、中温回火、低温回火。6 .常见的表面热处理为表面淬火。表面淬火有火焰加热表面淬 火和感应加热表面淬火。化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。7 .预先热处理包括退火、正火、调质等，通常安排在毛坯生产 之后、切削加工之前的位置；最终热处理包括淬火、回火、表面 淬火及化学热处理，通常安排在半精加工之后、精加工之前的位 置，且不再进行除磨削
10、之外的切削加工。教学设计教学内容项目4金属材料教学参考学时14教学目标知识目标：1 . 了解合金元素在钢中的作用。2 .掌握金属材料的分类、牌号、性能及其用途。技能目标：能够对常用机械零件进行性能分析和材料选用。思政目标：1 .通过钢中元素的利害辩证关系，培养学生在学习生活中， 遇到问题要辩证看待对错与得失。2 .不同牌号的钢铁性能和用途不尽相同，培养学生树立自信、 发挥自己的特点和优势。教学重点 与难点教学重点：碳钢（碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸造碳 钢）、合金钢（普低钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、 合金轴承钢）的分类、牌号、性能、热处理特点及应用。教学 难点：碳钢和
11、合金钢的牌号、性能和应用。教学方法L混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2 .案例分析法。教学内容由案例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3 .讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。教学实施过程环节教学内容技能分析1.机床主轴选材根据零件选材原则，分析不同工作条件下 的机床主轴。根据工作条件要求，能为机床主轴选择材料和热处理方法。2.汽车变 速器齿轮选材根据零件选材原则，分析汽车变速器齿轮的 工作条件、失效方式、性能要求。初步具备指定工艺
12、路线的能力，并分析热处理 在工艺路线中的作用。一、钢中常存元素与合金元素1 .钢中常存元素对钢性能的影响Si、Mn、S、P： Mn和Si是钢中的有益元素，S和P是钢中 的有害元素，S会导致热脆，P会导致冷脆。2 .钢中合金元素的作用合金元素对钢基本相的影响：引起 铁素体晶格畸变，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降；有些合 金元素可与碳作用形成碳化物，有些与碳亲和力很弱，不形成碳 化物。合金元素对Fe - Fe3c相图的影响：合金元素扩大或缩小奥氏 体相区，合金元素都使Fe-Fe3c相图的S点和E点向左移，合金 元素对钢热处理的影响（奥氏体化及奥氏体晶粒长大、过冷奥氏 体转变
13、、回火转变）二、碳钢.碳素结构钢相关知识学习碳素结构钢简称普碳钢，代表牌号Q235,牌号由代表屈服 点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四部 分按顺序组成。可做建筑构件、桥梁等。1 .优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数 （0.01 %为单位），如45钢。可做活塞销、齿轮、小轴等。2 .碳素工具钢碳素工具钢如T8A钢，后面的数字表示平均碳的质量分数的 千倍。碳的质量分数wc =0.65%1.35%。作为刃具，最终热处理 为淬火+低温回火。可做木工工具、冲头等。3 .铸造碳钢铸钢含碳量0.150.60%之间，铸钢的牌号：ZGxxx-xxx。后 面两组数字，第一组表示屈
14、服点，第二组表示抗拉强度。铸钢一 般均需热处理，完全退火或正火等。可做机座、阀体、轴承盖等。三、合金钢.合金钢的分类与编号1 .合金结构钢低合金结构钢简称“普低钢”，碳的质量分数一般 不超过0.2%,如Q235,正火，广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、船舶等工业中。合金渗碳钢，如20CrMnTi,渗碳淬火、低温回火后使用，如 汽车、拖拉机上的变速齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销以及部分 量具等，均采用渗碳钢制造。合金调质钢，最典型的钢种是40Cr,最终热处理为淬火后高 温回火（即调质处理），主要用于汽车、拖拉机上的连杆、螺栓、 传动轴和机床主轴等。合金弹簧钢，如60Si2Mn,最终热处理为淬火
15、后中温回火， 用于制造各种弹簧。滚动轴承钢，如GCrl5,最终热处理为淬火后低温回火，用 于制造滚动轴承套圈和滚动体的专用钢。三、合金工具钢根据用途不同，分为刃具钢、模具钢和量具钢三大类。1.刃具钢低合金刃具钢，碳质量分数wc=0.75%1.45%,如9SiCr,刃 具钢一般经过淬火和低温回火后使用。高速工具钢是由大量W、Mo、Cr、Co、V等元素组成的高碳、 高合金钢，用于制造尺寸大，切削速度高，负荷重的刃具，车刀、 铳刀、刨刀、拉刀、钻头、冷热模具。热处理为高温淬火+三次低 温回火。2 .量具钢量具钢是用来制造各种度量工具的钢种，如CM2, GCrl5o3 .模具钢模具钢是用来制造锻压、冲
16、压、成型、压铸等模 具的钢种。按模具的工作条件和使用性质分为两大类：热作模具钢和冷作模 具钢。特殊性能钢.特殊性能钢不锈钢、耐热钢和耐磨钢。四、铸铁1 .铸铁的石墨化铸铁组织中石墨的形成过程称之为石墨化 过程。碳与硅是强烈促进石墨化的元素。硫是强烈阻碍石墨化的元素，镒也是阻碍 石墨化的元素；冷却越慢，越有利于石墨化的进行。2 .灰铸铁灰铸铁的显微组织可以看成是在钢的基体上分布着一些片状 石墨。灰铸铁的牌号由“HT”及数字组成，如HT100表示灰铸铁， 最低抗拉强度是lOOMPa。为了改善灰铸铁的组织和力学性能，生 产中常采用孕育处理。灰铸铁的热处理：消除应力退火、表面淬 火等。3 .球墨铸铁由
17、普通灰铸铁熔化的铁液，经过球化处理后得 到的，使石墨呈球状析出。球墨铸铁的牌号用“QT”符号及其后面两组数字表示。4 .蠕墨铸铁蠕墨铸铁经蠕化处理后获得的高强度铸铁，石墨 呈短小的蠕虫状，牌号用“RuT”符号及其后面数字表示。常用于制造受热循环 载荷、要求组织致密、强度较高、形状复杂的大型铸件，如机床 的立柱、柴油机的汽缸盖、缸套、排气管等。5 .可锻铸铁 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经可锻化退火，使渗碳体分解而获得团絮状石墨的铸铁。牌号是由三个字母及两组数字组 成，如 KTH300-06。6 .合金铸铁常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁及耐 腐蚀铸铁等。五、有色金属材料铝及其合金、铜及铜合
18、金、轴承合金、钛及钛合金。技能训练技能训练1：选择材料要满足零件工作条件、工艺性能的要求， 同时必须十分重视材料的经济性。根据以上三个原则，分析不同 工作条件下的机床主轴和性能要求。为每一种工作条件下的机床 主轴选材和选择热处理工艺。并按要求完成实训报告。技能训练2：分析汽车变速齿轮的工作条件，根据工作特点， 判断失效形式，分析其性能要求，并确定选择材料。初步拟定汽 车变速齿轮的加工工艺路线，并分析热处理在工艺路线中的位置 和作用。并按要求完成实训报告。技能评价考核标准：机床材料选择是否合理；实训过程是否合理；实 训报告填写是否规范、正确。评价方法：观察法、检测法。项目小结1.钢中常存元素Si
19、、Mn、S、P等，Mn和Si是钢中的有益 元素，S和P是钢中的有害元素。2 .碳钢，是指碳含量在2.11%以下的铁碳合金。按碳的含量 分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢；按钢的冶金质量分类：普通钢、 优质钢、高级优质钢；按钢的用途分类：碳素结构钢、碳素工具 钢、专用钢；按钢液脱氧程度分类：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。3 .合金钢是指为了改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入 合金元素的钢。按合金元素含量分类：低合金钢、中合金钢、高 合金钢；按主要用途分类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能 钢；按金相组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢和碳化物 钢等。4 .铸铁是wc2.11%的铁碳合金。根据碳在铸铁中
20、存在的形 式，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁；根据石墨的形 态，灰铸铁可分为普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。5 .工业纯铝的纯度为99.0-98.0%,其牌号有LiL7,牌号越 大，纯度越低。在纯铝中适量加入Si、Cu、Mn、Mg等合金元素 配制成铝合金，铝合金通常按成型工艺分为变形铝合金和铸造铝 合金。6 .纯铜又称紫铜，按照加工方法及含氧量不同分为工业纯铜 和无氧铜两类。7 .制造轴瓦及其内衬的合金叫做轴承合金。常用锡基轴承合 金是以锡为基础，加入睇、铜等元素组成的合金。此外还有铅基 轴承合金、铜基轴承合金和铝基轴承合金等。8 .钛及钛的合金是航空，航天，导弹，造船，化工
21、机械等广 泛应用，它具有重量轻，比强度高，耐高温，耐腐蚀以及良好的 低温韧性等优点。工艺纯钛的性质与其纯度有关，纯度越大，硬 度、强度越低。教学设计教学实施过程教学内容项目1金属材料的性能教学参考学时8教学目标知识目标：1 .了解金属材料力学性能的含义。2 .准确理解强度、塑性、刚度有关名词概念，了解拉伸曲线， 掌握强度、塑性指标的检测方法。3 .准确理解硬度的含义，掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 检测原理、表示方法、适用范围。4 .准确理解冲击韧度、疲劳强度的含义，并了解其对于材料使 用的重要性。5 .了解金属材料的性能对使用和加工过程的影响。6 .准确理解材料的工艺性能。技能目标：1 .
22、能检测金属材料的强度、塑性、硬度指标。2 .能依据检测结果判断金属材料是否符合使用要求。思政目标：理解金属材料性能在实际工程应用中的重要意义，培养学生 认真严谨的学习与工作态度，树立对所从事行业的使命感和责任 感。教学重点 与难点教学重点：金属材料力学性能-强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强 度的含义和指标，重点掌握强度、塑性和硬度的检测方法，能判 断金属材料是否符合使用性能要求。教学难点：强度、塑性和硬度的检测，并判断是否符合使用性能要求。教学方法1 .混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2 .案例分析法。教学内容由案
23、例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3 .讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。教学内容教学设计教学内容项目5其他工程材料教学参考学时6教学目标知识目标：1 .认知机械工业中非金属材料和复合材料的种类、性能特点 和应用。2 . 了解新型工程材料的种类、性能特点和应用。技能目标：能够正确认知和使用机械工业中常用非金属材料、复合材料 和新型工程材料。思政目标：认识新型工程材料，以高性能材料研究应用作为切入点，一 代材料，一代装备，激发学生爱国热情和自豪感，树立远大志向， 为建设材料强国而努力奋斗。教学重点 与难点
24、教学重点：高分子材料、陶瓷材料、复合材料的种类、性能特点及工程 应用。教学难点：高分子材料、陶瓷材料、复合材料的种类、性能特点及工程 应用。教学方法1 .混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2 .案例分析法。教学内容由案例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3 .讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。教学实施过程环节教学内容技能分析1 .自行车车架材料演变的认知收集资料，了解自行车车架 材料的演变过程，认识每一种材料的性能特点。2 .新型工
25、程材料的认知收集资料，了解新型工程材料，认识 每一种材料的性能特点。相关知识一、高分子材料学习高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。机械工程 中使用的高分子材料主要是各种有机高分子化合物，例如塑料、 合成橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂等。1 .塑料塑料=树脂+添加剂，添加剂的种类：填料、增塑齐!J、稳定剂（防老剂）、润滑剂、固化剂、发泡剂、抗静电剂、稀释剂、阻 燃剂、着色剂等。、常用塑料：热塑性塑料（聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、 聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、丙烯 月青-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚甲醛（POM）、聚四氟乙烯 （PTFE）、聚碳
26、酸脂（PC）、聚飒（PSF）等）。热固性塑料（酚醛 塑料（用）、环氧塑料（EP）等）。2 .橡胶橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。配合剂如硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂、着 色剂等。橡胶弹性大，最高伸长率可达800%1000%,外力去除后能 迅速恢复原状；橡胶可积储能量，吸振能力强，有足够的强度， 耐磨性、隔声性、绝缘性好，有一定的耐蚀性。按原料来源不同，橡胶分为天然橡胶和合成橡胶；根据应用 范围宽窄，分为通用橡胶和特种橡胶。二、陶瓷材料陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和 高温烧结制成的一类无机非金属材料，刚度最好、硬度最高的材料。陶瓷按原 料不同分为普通陶
27、瓷和特种陶瓷。根据应用范围不同，普通陶瓷分为日用陶瓷和工业陶瓷。根据用途不同，特种陶 瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。特种陶瓷包括特种结构陶瓷和功能陶瓷两大类，如压电陶瓷、 磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷等。工程上最重要的是高温陶 瓷，包括氧化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷。三、复合材料复合材料是指两种或两种以上的物理、化学性 质不同的物质，经一定方法得到的一种新的多相固体材料。按基体不同，分为非金属基体复合材料和金属基体复合材料两类；按增强相的形态，分为晶须增强复合材料、颗粒增强复合 材料、层叠增强复合材料、纤维增强复合材料；按性能，分为结 构、功能等复合材料。常用复合
28、材料：纤维增强复合材料、层叠增强复合材料、颗 粒增强复合材料、晶须增强金属基复合材料四、新型工程材料1 .纳米材料的特性、应用2 .梯度功能材料的特性、应用3 .形状记忆合金的特性、应用4 .高嫡合金的特性、应用技能训练学生以小组为单位，利用互联网和课程资源库等资源，搜集 车架材料、新型工程材料的图片、文字资料等；在教师引导下学 生处理信息，各小组以卡片的形式把搜集到的信息粘贴在黑板上， 教师指导学生对材料分类，并让学生分析和总结各类材料的性能 特点及应用；各小组相互交流信息，并总结出自行车车架材料的 演变过程和各类新型工程材料等，将实践活动转化为对材料的认 知。技能训练1：自行车车架材料的演
29、变：铭钥钢车架、铝制车架、 碳纤维车架、钛车架、高光泽LFT复合材料。并按要求完成实训 报告。技能训练2：非晶态合金、阻尼合金等。并按要求完成实训报 告。技能评价考核标准：收集材料方法的多样性；材料性能分析是否正确； 实训报告填写是否规范、正确。评价方法：观察法、检测法。项目小结1 .高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。塑料是以 合成树脂为主要成分，加入一些用来改善塑料使用性能和工艺性 能的添加剂而制成的。橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合 剂而制成的高分子材料。2 .陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成 的一类无机非金属材料。陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶 瓷。3
30、 .复合材料是指两种或两种以上的物理、化学性质不同的物 质，经一定方法得到的一种新的多相固体材料。按基体不同，分为非金属基体复合材料和金属基体复合材料两类；按增强相的形 态，分为晶须增强复合材料、颗粒增强复合材料、层叠增强复合 材料、纤维增强复合材料；按性能，分为结构、功能等复合材料。4.新型工程材料：纳米材料、梯度功能材料、形状记忆合金、 高蜡合金等。教学设计教学实施过程教学内容项目6铸造成形教学参考学时8教学目标知识目标：1 .理解合金的铸造性能及对铸件质量的影响，常用铸造合金 的铸造性能。2 .掌握砂型铸造的工艺过程及工艺要点（分型面、浇注位置、 工艺参数等的正确选择）。3 . 了解金属
31、型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造的基本 原理、特点和应用。4 .了解铸造新工艺及其发展。技能目标：1 .熟悉整模造型和分模造型典型工艺过程，铸件的结构工艺 性。具有选择典型铸造方法的能力。会画简单铸件的铸造工艺简 图。2 .熟悉挖砂造型工艺过程，铸件的结构工艺性。具有选择典 型铸件铸造方法的能力。思政目标：1 .以青铜器作品为切入点，培养学生国情观念、文化自信， 尊重中华民族的优秀文明成果，传播弘扬中华优秀传统科技文化。2 .以绿色铸造为切入点，引导学生树立绿色环保理念。教学重点 与难点教学重点：砂型铸造的工艺过程及工艺要点（分型面、浇注位置、工艺 参数等的正确选择），铸件的结构工艺性分析
32、，选择典型铸件的 铸造方法。教学难点：铸件的结构工艺性分析。教学方法L混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2 .案例分析法。教学内容由案例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3 .讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。的大平面应朝下；铸件上壁薄而大的平面应朝下或垂直、倾斜， 有利于金属液充满型腔，以防止产生冷隔、浇不足缺陷；容易产 生缩孔的铸件或铸件的厚大部分应放在上面，以保证铸件自下而 上的顺序凝固，保证液态金属的补缩。环节教学内容技能分
33、析1 .支座铸造工艺的设计砂型铸造的工艺过程及工艺要点， 选择典型铸造方法，会画简单铸件的铸造工艺简图。2 .插齿机刀轴蜗轮铸造工艺的设计分型面、浇注位置、工艺 参数等的正确选择，铸件的结构工艺性，选择典型铸件铸造方法的能力。相关知识 学习一、铸造工艺基础 铸造定义、特点及应用。1.液态合金的充型流动性，是合金主要铸造性能之一。影响充型能力的主要因素：合金的成分、浇注温度、铸型填 充条件、铸件结构。2.铸件的凝固与收缩铸造合金的收缩：液态收缩、凝固收 缩、固态收缩。铸件中缩孔和缩松的形成和防止措施，使 铸件实现“定向凝固”（即顺序凝固）。铸造应力及铸件的变形的防止措施。铸件的裂纹与防止。二、砂
34、型铸造砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形 状、大小、批量及各种合金铸件的生产。又称一次性铸造，俗称翻砂。1 .造型方 法的选择按造型的手段，可以分为手工造型和机器造型两 大类。手工造型，仅适用于单件小批量生产，常用的手工造型有整模造型、 分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型、刮板造 型等几种方法；机器造型按紧实方式分震压式造型、高压造型、 空气冲击造型等，是目前铸造生产中的主要方法。2.铸造工艺设计铸造工艺图是铸造生产的基本工艺文件， 图中主要表示出，铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、 机械加工余量、拨模斜度、收缩率、浇冒口、冷铁的尺寸及位置 等。浇注位
35、置的选择原则：铸件的重要表面应朝下或侧面；铸件分型面的选择原则：尽量使铸件全部或大部分放在同一砂箱 中；应使铸件的加工基准面处于同一砂型中；应尽量使分型面平 直，数量少，避免不必要的活块和型芯等，以便于起模，使造型 工艺简化；尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便造型、下芯、 合型、检验铸件壁厚。3.工艺参数的确定包括铸件的收缩率、机械加工余量、起模斜度、型芯头和最小铸出孔及槽等工艺参数。三、铸件结构设计1.砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求减少和简化分型面、铸件外形应力求简单、应有一定的结构 斜度、铸件结构必须考虑型芯装配的稳定性，排气的可能性和铸 件的清理，以避免偏芯，气孔等缺陷。2.合金铸造性
36、能对铸件结构设计的要求铸件壁厚要合理、铸 件壁厚应均匀、铸件壁的连接应合理、铸件应尽量避免过大的平面。四、特种铸造1 .熔模铸造是一种精密铸造方法，又称为失蜡铸造。工艺过程: 压型、蜡模的压制、结壳、脱蜡和焙烧、填砂和浇注。2 .金属型铸造工艺过程、特点和应用。3 .压力铸造工艺过程、特点和应用。4 .低压铸造工艺过程、特点和应用。5 .离心铸造工艺过程、特点和应用。五、铸造新技与发展1.铸造新技术：半固态金属铸造、快速原型制造技术.铸造技术的发展趋势技能训练技能训练1:根据支座结构特点，可供选择的分型面主要是： 方案1,沿底板中心线分型，即采用分模造型；方案II,沿底面分 型，铸件全部位于下
37、箱，为铸出110mm凹槽必须采用挖砂造型； 方案HI,沿110mm凹槽底面分型。方案II、III的优点多于方案1。 单件、小批量生产依靠方案II分型较为经济合理，大批量生产，应 采用方案HI以降低模板制造费用。绘制支座铸造工艺图，并按要求完成实训报告。技能训练2：按照生产批量和技术要求，进行分型面的选择、 浇注位置的选择。最终，选用了平做立浇、一型两件的工艺，采 用机器造型。并按要求完成实训报告。技能评价考核标准：铸造工艺的制定是否合理；铸造工艺图绘制是否 正确；实训报告填写是否规范、正确。评价方法：观察法、检测法。项目小结1 .不同合金其流动性不同。可以通过调整其影响因素，调节合 金的流动性
38、。合金的流动性越高，其充型能力越强，越有利于充 型。否则，容易引起浇不足、冷隔等铸造缺陷。2 .收缩是合金的固有属性，不能消除，但可控制。收缩使铸件 的体积和尺寸变小，如果控制不当，容易使铸件产生缩孔、缩松、 应力、变形、裂纹等铸造缺陷合金具有吸气性，控制和排气不当， 将在铸件上产生气孔缺陷。3 .手工造型根据铸型寿命、模样形式、使用砂箱情况分类。4 .有别于砂型铸造的铸造方法统称为特种铸造。各种特种铸造 方法有其特定的铸造机械、造型方法和适用范围。5 .从保证铸件质量，便于造型制芯，简化铸造工艺出发，确定 浇注位置与分型面。6 .根据造型方法、合金种类、铸件大小以及浇注位置和分型面 查表或根
39、据经验确定机械加工余量、拔模斜度、铸造收缩率和最 小铸出孔、槽等铸造工艺参数。7 .从简化铸造工艺过程出发设计铸件结构以便于拔模、减少和 简化型芯、便于型芯固定和排气。8 .从避免铸造缺陷的角度出发，铸件结构要适合合金铸造性能 的要求，铸件应有合适的壁厚、壁与壁的连接应有过渡且为圆角 连接、肋的布置应对称、避免水平方向出现大的平面。教学设计教学内容项目7锻压加工教学参考学时8知识目标：1 . 了解塑性变形的实质和锻压的基本方法，锻压生产的特点 及其应用，模锻的特点及应用，锻模的主要构成。2 .理解金属的塑性变形对金属组织和性能的影响以及冷加 工、热加工的特点，金属的锻造性能及其影响因素，板料冲
40、压的 特点和应用。教学目标教学重点 与难点教学方法3 .掌握锻造比和锻造流线对锻件的影响，自由锻的基本工序 和自由锻工艺规程的制订过程，自由锻零件的结构工艺性，板料 冲压的基本工序和冲压零件的结构工艺性。4 .了解现代塑性加工方法及发展趋势。技能目标：1 .能分析金属的锻造性能及影响因素，并能根据生产实际选 择锻压方法，制订简单零件的自由锻工艺规程。2 .能分析冲压件的结构工艺性。思政目标：1 .以锻造国产大飞机为切入点，激发学生对中国制造的自信, 积极投身专业发展。2 .以冲压成形助力中国打造靓丽的高铁名片为切入点，了解 自主创新的中国智慧，激发学生的钻研探索精神。教学重点：金属的塑性变形对
41、金属组织和性能的影响以及冷加工、热加 工的特点，自由锻的基本工序和自由锻工艺规程的制定过程，自 由锻零件的结构工艺性，板料冲压的基本工序和冲压零件的结构 工艺性。教学难点：自由锻工艺规程的制定过程和自由锻零件的结构工艺性，板 料冲压的基本工序和冲压零件的结构工艺性。1.混合教学法。线上线下相结合，线下为主，线上为辅。线上 统计学生学习情况，便于更好开展线下教学并及时做出调整。2.案例分析法。教学内容由案例引入。一方面可自然过渡到教 学内容，一方面可实现课堂思政的教学目标。3.讨论法。在知识讲授中，难以理解的知识点可作为问题点， 由同学们分组讨论得出结论，强化认识。教学实施过程环节教学内容技能分
42、析1 .自由锻工艺方案的制定 熟悉自由锻基本工序的特点及工 艺要求，制订简单零件的自由锻工艺方案。2 .弯曲工艺方案的制定 熟悉冲压变形工序弯曲的特点及工 艺要求，制订简单零件的弯曲工艺方案。相关知识 学习锻压是对金属材料施加外力，使其产生塑性变形或分离，以获 得一定形状、尺寸、性能的工件和毛坯的成形加工方法。锻压是 锻造和冲压的总称。相对于铸造成形来说，锻压成形在加工过程 中可压合缺陷，细化晶粒，使零件的力学性能提高，是金属材料 不可或缺的毛坯制造工艺之一。一、锻压概述1 .金属塑性变形的实质是晶体内部位错滑移的结果。2 .锻压方法：锻造(自由锻、模锻、胎模锻)、冲压、挤压、 轧制、拉拔等。
43、3 .锻压特点及应用。二、塑性变形对金属组织和性能的影响1 .冷变形强化，又称为加工硬化，可作为强化材料的手段之一。2 .回复及再结晶。对冷变形后的金属进行加热，金属的产生会 三个阶段的变化，即回复、再结晶、晶粒长大。了回= (0.25 0.3)T熔7再q 0.4T熔3 .冷加工和热加工，以金属的再结晶温度为划分界限。4 .锻造流线与锻造比，锻造流线的明显程度与金属的变形程度 有关。三、金属的可锻性1 .金属的内在因素：化学成分和金属的组织。2 .金属的变形条件：变形温度、变形速度和应力状态。四、锻 造1.自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下砧铁之间，施 加冲技能分析1 .强度、塑性指标了解材
44、料拉伸时力与变形的关系，观察 拉伸过程中的各种现象（屈服、强化、缩颈、断裂）；测定塑性材料低碳钢的下屈服强 度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z；测定脆性材 料白口铸铁的抗拉强度数据Rm；分析比较塑性材料与脆性材料在 拉伸时的不同。2 .硬度指标使用洛氏硬度计测定20钢正火试样、45钢退火试样、T8钢 淬火试样的HRC值，使用布氏硬度计上测定铝、黄铜、45钢退火 试样的硬度值；掌握布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围； 了解布氏、洛氏硬度试验机硬度数据的测试方法。相关知识 学习金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两方面。使用性能 包括力学性能、物理性能、化学性能。工艺性能包括铸
45、造性能、 锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。一、金属的力学性能（定义、指标）1 .强度（定义、指标）（1）拉伸试验 低碳钢在拉伸过程的几个变形阶段：弹性变 形阶段（此阶段可得到力学性能指标刚度E）；屈服阶段；强化阶段；局部塑性变 形（缩颈）阶段；断裂。通过拉伸试验可以得到力学性能指标：强度、刚度、塑性。（2）强度指标塑性材料的屈服强度：分为上屈服强度&H和下屈服强度ReL， 一般用下屈服强度&L作为衡量指标；脆性材料的屈服强度：工程 上常采用塑性延伸强度Rp来表征材料对微量塑性变形的抗力，如 Rp0.2。抗拉强度用符号Rm表示。2 .塑性（定义、指标）断后伸长率A：试样拉断后
46、的标距伸长量与原始标距的百分 比；断面收缩率Z：试样拉断处横截面面积的缩减量与原始横截面 面积的百分比。3 .硬度（定义、分类、测试原理、特点、应用）（1）布氏硬度布氏硬度采用硬质合金球压头，用符号HBW （硬质合金球压击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状和内部质量的锻 件的成形方法。常用的自由锻设备有锻锤和压力机。自由锻工序，根据作用与变形要求的不同，可分为基本工 序、辅助工序和精整工序。基本工序包括徽粗、拔长、冲孔、 弯曲、切割、扭转、错移、锻接等，最常用的是锻粗、拔长、 冲孔。精整工序如修整鼓形、断面校平和弯曲校直。辅助工序 如压钳口、倒棱和切肩。2 .模锻是将加热到锻造温度的金属坯料放到固定在模锻设备 上的锻模模膛内，使坯料受压变形，从而获得锻件的方法，适用 于大批量生产形状复杂、精度要求较高的中小型锻件（一般低于 150Kg）,不适于单件小批量和大型锻件。模锻按其锻造设备的不 同，又分为锤上模锻、压力机模锻和平锻机模锻等。3 .胎模锻是指在自由锻设备上，使用可移动的胎模具生产锻件 的锻造方法。种类：摔模、扣模、开式套模、闭式套模、合模等。4 .锻件的结构工艺性，自由锻件的结构工艺性要求和模锻件的 结构工艺性。五、冲压冲压是利用冲模使板料产生变形或分离，从而获得具有一定形状和尺寸的零件的工艺方法。冲压通常在常温下进行，又叫冷 冲压。冲压所用设备为冲床和剪床。冲床