3.1 金属材料的性能 3.2钢铁材料 3.3其他材料 讲义 -2022-2023学年高二下学期（中职）《机械基础（多学时）（第2版）》（高教版）

模块三 材料与选用 3.1 金属材料的性能 3.2钢铁材料 3.3其他材料 [章节名称] 金属材料的性能、钢铁材料、其他材料 ［教学目标与要求］ 一、知识目标 1.熟悉非合金钢、低合金钢与合金钢以及铸铁的分类、牌号、性能及用途。 2.熟悉非铁金属材料的分类、牌号、性能及用途；较清楚地了解非金属材料的分类、性能用途。 二、能力目标 根据非合金钢、低合金钢与合金钢的牌号，能分析它的成分、性能特点和大致用途。 三、素质目标 熟悉非合金钢、低合金钢、合金钢、铸铁的分类、牌号，了解合金结构钢的牌号，知道它们的性能和用途。 熟悉非铁金属材料和非金属材料的分类、牌号、性能及用途。 四、教学要求、 较熟练地掌握非合金钢的分类、牌号、性能及应用，掌握常用低合金钢、合金钢、铸铁的牌号、性能及应用，具有初步运用的能力。了解非铁金属材料和非金属材料的分类、牌号、性能及用途。 [教学重点] 常用非合金钢、低合金钢、合金钢、铸铁的牌号、性能和应用。 [难点分析] 根据非合金钢、低合金钢、合金钢、铸铁的牌号能分析它们的性能特点和大致应用范围。 [分析学生] 非合金钢、铸铁是生产上用途最广、用量最大的工程材料，低合金钢、合金钢广泛用于制造重要零件，是机械工程材料学习的重点。本节课应用性很强，在教学上要引导学生联系实际应用，根据材料牌号，知道它的大致性能与应用；根据零件的用途、性能要求，初步学会正确选用钢铁牌号。 [教学设计思路] 教学方法：讲授法、讨论法 【教学资源】 机械基础在线开放课程．“中国职教MOOC”频道，高等教育出版社。 [教学安排] 4学时（180分钟） [教学过程] 一、复习旧课（15分钟） 讲评作业批改情况及存在问题。 二、导入新课 在人类社会发展过程中，材料往往扮演着划分时代的角色，从石器时代、青铜时代、铁器时代开始，演进到近代以钢铁和有色金属为代表的金属材料，以水泥、玻璃和陶瓷为代表的无机非金属材料，以橡胶、纤维和塑料为代表的高分子材料，在此基础上，已经发展到现代能够满足各种工程结构更高的力学性能、更高的轻量化特质、更高的耐热性、更高的环境适应性和环境亲和性需求的结构材料；能够满足电、磁、声、光、热等物理学、化学以及生物医学等各方面性能需求的各种功能材料。可以说，材料无所不在，材料日新月异。因此，材料与信息、能源一起被国际社会公认为构成现代文明的三大支柱。 三、新课教学 选择适合于机械使用的材料，主要依据于金属材料的性能。它分为使用性能和工艺性能。使用性能是指在使用条件下表现出来的性能，它包括物理、化学、力学性能，力学性能在机械设备中力的相互作用时所表现出来的性能，是课程研究的重点，关系最为密切；而工艺性能是零件从毛坯到成品加工生产过程中所表现出来的性能，对零件的加工影响很大。 讲课中把力学性能作为重点，特别是强度的含义及所包括的内容要讲清楚。硬度要把洛氏和布氏硬度作为重点，注意应用场合的区别和表示方法，应多举例说明，如HB170~230；HRC45~50，要注意说明为什么不给一个具体值，而要给一个范围？疲劳强度要举例说明，如飞机规定使用1万小时飞行后必须强行退役；出租汽车运行满3年后要报废等实例说明疲劳对零件寿命的关系。 工艺性能以举例说明更能帮助学生理解。如铸造性好的金属其流动性好，可以铸造薄而大的表面，否则易出现填不平；塑性好的低碳钢容易锻造成型，而含碳量高的金属不易锻造，高速钢更难锻压；焊接性好的材料如普通碳素钢，而铜次之，铝更难。 （一）金属材料的性能 金属材料的性能包括物理、化学性能、力学性能和工艺性能。研究金属材料的性能主要指力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。它涉及到材料的安全和使用寿命。 （二）钢铁材料 钢铁是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）以及少量的其他元素所组成的合金。 铁和碳的质量分数对钢铁材料的力学性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。 钢中有益元素（要添加）：硅能提高钢的强度，锰能提高钢的硬度和耐磨性； 钢中有害元素（要控制）：硫使钢在热加工时产生“热脆”，磷使钢在低温时产生“冷脆”。碳的质量分数wC<2.11%的铁碳合金称为钢，wC,>2.11%的铁碳合金称为铸铁。 钢可以分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。 1.非合金钢 钢铁牌号比较复杂，我们采取不同的对策辨识与记忆—— 对于与强度数值有关的牌号，采取【认牌号 知强度】的小栏目，适合于碳素结构钢、铸造碳钢、低合金高强度合金钢、铸铁等；强度是主要关注指标； 对于与质量分数有关的牌号，采取【认牌号 知成分】的小栏目，适合于优质碳素结构钢、刃具模具用非合金钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢与耐热钢；性能是主要关注指标。 非合金钢性价比高，在机械制造、建筑、交通运输等行业得到广泛应用。 按照钢中硫和