3.2.1 钢铁材料（非合金钢）（教案）《机械基础》同步精品课堂（高教版）

3-2-1 钢铁材料（非合金钢） 【教学目标】 一.知识目标： 学习各类非合金钢及其牌号。 二.能力目标： 能够通过图片和视频等手段掌握各类非合金钢的应用。 三.素质目标： 1.通过实践操作培养认真、踏实、细致的工作作风； 2.通过小组合作，培养学生团队合作学习能力。 【重点难点】 重点：各类非合金钢的牌号。 难点：各类非合金钢的应用及其分类。 【教学方法】 讲练法、演示法、议论法、概括法。 【学生分析】 合金工具钢、灰铸铁和球墨铸铁应用宽泛，也是钢铁资料的要点内容，采纳理论联系实质应用的方法，利用网络课程中的形象直观的视频资料，利于学生掌握。 【教学过程】 一.导入新课 钢铁材料与我们的日常生活息息相关，日常生活中的使用的扳手，从小到一把瑞士军刀，大到一台挖掘机，都用到了钢铁材料。在这些不同的产品里，所用的钢铁材料有什么不同？它们的性能又如何？ 二.讲授新课 钢铁材料是钢和铸铁的统称。钢是以铁为主要元素，碳的质量分数在 2.11% 以下，并含有其他元素的材料。铸铁是碳的质量分数大于 2.11%的铁碳合金。钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢与合金钢三大类。 非合金钢（碳素钢） 碳的质量分数小于 2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢称为非合金钢， 也称碳素钢。 （一）非合金钢的分类 1.按碳的质量分数分类 （1）低碳钢：钢中碳的质量分数 Wc<0.25% （2）中碳钢：钢中碳的质量分数 Wc=0.25%～0.60% （3）高碳钢：钢中碳的质量分数 Wc>0.6% 2.按主要质量等级分类 （1）普通质量非合金钢 普通质量非合金钢是指生产过程中不规定需要特别控制质量要求的非合金 钢，Ws≤0.040%，Wp≤0.040%，主要包括一般用途的碳素结构钢、碳素钢筋钢及铁道用钢等。 （2）优质非合金钢 优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢之外的非合金 钢，Ws≤0.030%，Wp≤0.030%，主要包括机械结构用的优质碳素结构钢、工程结 构用碳素结构钢、其他专用优质非合金钢等。 （3）特殊质量非合金钢 特殊质量非合金钢是指生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金 钢，Ws≤0.025%，Wp≤0.025%，主要包括非合金工具钢、保证淬透性钢、核压力 容器用非合金钢、碳素弹簧钢等。 3.按用途分类 （1）碳素结构钢 碳的质量分数一般都小于 0.7%，主要用于制造各种机械零件和金属结构。 （2）非合金工具钢（碳素工具钢） 碳的质量分数一般都大于 0.7%，主要用于制造各种刀具、量具和模具。 4.其他方法分类 非合金钢还可以按其他方法分类。例如，按专业分类，可分为锅炉用钢、矿 用钢、钢轨钢、压力容器用钢等；按脱氧方法分类，可分为沸腾钢、镇静钢、特 殊镇静钢。 （二）非合金钢牌号的表示方法 我国钢铁材料牌号的表示方法采用汉语拼音、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的原则。非合金钢牌号的表示方法见课本表 3-2 。 （三）常用非合金钢的性能和用途 1.碳素结构钢 碳素结构钢属于普通质量非合金钢，碳素结构钢通常轧制成板材或各种型材。 钢中有害杂质含量相对较多，冶炼容易，价廉，力学性能也能满足一般工程结构、 普通机械零件的要求，是各类钢中用量最大的一类。常用的有 Q195、Q215、Q235、 Q275 等。 2. 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢属于优质非合金钢，钢中的有害杂质硫、磷的质量分数较低， 质量较好。大多数用于制造机械零件，可以进行热处理以改善和提高其力学性能。 常用的优质碳素结构钢的牌号有 08、15、20、45、60、70、85 等。 3. 非合金工具钢 特殊质量非合金钢中应用最多的是非合金工具钢，他用于制造刃具、量具、 模具及其他工具。这些工具都要求高硬度和高耐磨性，因此非合金工具钢中碳的 质量分数都在 0.7%以上，属于高碳钢，有害杂质元素（S、P）含量较少，属于 优质钢和高级优质钢。常用的非合金工具钢牌号有 T7、T8A、T9、T10A、T12、 T13 等。 4. 其他专用优质非合金钢 在优质碳素结构钢的基础上还发展出一些专门用途的钢，如锅炉用钢、钢轨 钢、易切削钢、工程用铸造碳钢和桥梁用钢等。 （1） 锅炉用钢 锅炉用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的专门用于制造锅炉构件 的钢。常用的锅炉用钢有 20G 钢、22G 钢、16MnG 钢等。 （2）易切削钢 易切削钢是指在钢中加入较高含量的硫、铅、锡、钙等易切削元素，以改善 其切削加工性能的钢。这种钢在高速切削条件下既能减小对刀具的磨损，又能保 证切削后零件的表面质量。常用的易切削钢有 Y12 钢、Y20 钢、Y35 钢和 Y40Mn 钢等。 （3）工程用铸造碳钢 当零件的形状较复杂，强度要求较高，采用铸铁又不能满足要求时就往往选 用一般工程用铸造碳钢，其碳的质量分数为 0.20%～0.60%。常用的铸造碳钢有 ZG200-400、ZG340-640 等。 三.小结： 1、 非合金钢的分类 （1） 按碳的质量分数分类 （2） 按主要质量等级分类 （3） 按用途分类 （4） 其他方法分类 2、 非合金钢牌号的表示方法 3、 常用非合金钢的性能和用途 4． 课堂小结 1. 填空题 （1） 钢按化学成分可分为_________（非合金钢）、_________（低合金钢）和_________（合金钢）三大类。 （2） 平均碳的质量分数小于 2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢称为_________（非合金钢）， 也称_________（碳素钢）。 2. 选择题 （1）优质合金钢、特殊质量合金钢分类的依据是（ B ） A.按平均碳的质量分数 B.按合金元素的质量分数 C.按S、P的质量分数 D.按Si、Mn的质量分数 （2）12.下列属于合金工具钢的是（ D ） A. Q390G B. Q295GNHL C.20MnSi D. W6Mo5Cr4V2 3. 判断题 （1） 高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。（✘） （2） )Y40Mn表示平均碳的质量分数为0.40%、锰的质量分数较高的易切削钢。（✔） 学科网（北京）股份有限公司 $$