4.5 铸铁和铸钢（教案）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

《机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务4.5 铸铁和铸钢 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 职高学生对生活中的铸铁制品（如铁锅、井盖）和铸钢件（如机器底座）有直观认识，但对两者的本质区别及分类缺乏了解。他们已掌握钢和铁的基本区别（含碳量），但对铸铁内部石墨形态影响性能的原理理解较困难，易混淆白口、灰口铸铁的特性。学生擅长从实物和案例中学习，对抽象的成分与性能关系接受较慢。部分学生可能认为“铸铁不如钢好”，需纠正这种片面认知，通过岗位实例（如机床床身用灰口铸铁的原因）引导他们理解不同材料的适用场景，激发对分类和用途的学习兴趣。 背景分析 铸铁和铸钢是机械制造中重要的铸造材料，广泛用于机床床身、发动机缸体、管道阀门等零件。铸铁因铸造性能好、成本低，占据铸造件的70%以上，像灰口铸铁吸震性好，适合做机床底座；白口铸铁硬度高，可制耐磨零件。铸钢强度高、韧性好，碳素铸钢用于承受冲击的零件（如齿轮），合金铸钢则适应高温、腐蚀等复杂环境（如化工设备）。随着制造业发展，企业对能识别铸铁与铸钢、合理选用铸造材料的技术工人需求迫切，职高学生了解其分类和特性，是看懂图纸、参与生产的基础，也是提升职业技能的重要一环。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 认识到不同铸造材料的适用价值，培养根据实际需求合理选材的意识。 理解材料性能与零件功能的匹配关系，为后续职业岗位中参与铸造生产或质量检验奠定基础。 能说出铸铁（白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁）和铸钢（碳素铸钢、合金铸钢）的基本定义及含碳量范围（铸铁含碳量2.11%以上，铸钢低于2.11%）。 能区分三种铸铁的主要特性（如灰口铸铁韧性较好、白口铸铁硬度高且脆）及碳素铸钢与合金铸钢的性能差异。 能根据零件的使用要求（如承受冲击选铸钢，需吸震选灰口铸铁），初步判断应选用铸铁还是铸钢及具体类型。 能识别生活或生产中常见的铸铁件（如铁锅、机床床身）和铸钢件（如起重机齿轮），并说明选用原因。 学习任务 描述 能说出铸铁和铸钢的基本定义及含碳量范围 能区分三种铸铁的主要特性及碳素铸钢与合金铸钢的性能差异 能根据零件的使用要求，初步判断应选用铸铁还是铸钢及具体类型 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 铸铁与铸钢的核心区别及各自的铸造性能特点 教学难点 灰口铸铁与白口铸铁性能差异的原因 教学难点突破方法 实物观察法：展示灰口铸铁（机床床身断口）和白口铸铁（轧辊断口）的实物或图片，对比断口颜色和质地，结合“石墨像海绵吸震”的类比，理解石墨形态对性能的影响 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：朱明松，第2版；机械工业出版社。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：能说出铸铁和铸钢的基本定义及含碳量范围 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。工业上常用铸铁中碳的质量分数一般为2.5%~4.0%。铸铁具有良好的铸造性、耐性、减振性和可加工性，以及一定的力学性能，其价格便宜，应用广泛。但是由于铸铁的塑性和冲击韧性较差，不能采用压力加工只能用铸造方法形成零件。 根据碳在铸铁中的存在形式，可将铸铁分为以下几种。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 1.白口铸铁 白口铸铁又称白口铸铁。这种铸铁中碳、硅含量较低。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁。组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，即主要以渗碳体形态存在。白口铸铁中的碳以渗碳体(FeC)的形式存在，其断口呈银白色。白口铸铁硬而脆切削加工困难，实用价值很小，常作为炼钢用原料。 2.灰口铸铁 灰口铸铁中的碳全部以游离态石墨的形式存在，其断口呈暗灰色，工业上所用的铸铁几乎都是这类铸铁。灰口铸铁按石墨形态不同，可分为以下几种。 (1)灰铸铁 灰铸铁中的碳主要以片状石墨的形态存在，具有良好的铸造性、减振性耐磨性及可加工性，是目前生产中应用最多的一种铸铁，广泛用于制造各种机架、底座箱体、缸套等。 (2)可锻铸铁 可锻铸铁中的碳以团絮状石墨的形式存在，加工时是将一定成分的白口铸铁经过退火处理，使渗碳体分解而形成的。与灰铸铁相比，可锻铸铁不仅有较高的强度、硬度，而且有一定的塑性和韧性，并由此得名“可锻”，但实际上并不能锻造。 (3)球墨铸铁 球墨铸铁是指基体中石墨以球状形式存在的铸铁。浇注前向铁液中加人适量的球化剂和孕育剂进行球化处理，浇注后可使石墨呈球状分布。球墨铸铁兼有铸铁和钢的优点，可以用来代替碳素钢、合金钢、可锻铸铁等材料，常用于制造受力复杂，强度、硬度、冲击韧性和耐磨性要求较高的零件，如曲轴、凸轮轴及轧等。 主要讲解白口铸铁和灰口铸铁。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 3.麻口铸铁 麻口铸铁是是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁。铸铁中的碳一部分以渗碳体形式存在，一部分以石墨形式存在，其断口呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。麻口铸铁具有较大硬脆性，工业上应用少。 教师根据课本内容讲解麻口铸铁。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 将熔炼好的钢液直接铸成零件或毛坯，这种铸件称为铸钢件。与铸铁相比，铸钢的力学性能，特别是抗拉强度、塑性、冲击韧性较高。因此，铸钢一般用于制造形状复杂、综合力学性能要求较高的零件，而这类零件在工艺上难以用锻造方法获得，在性能上又不能用力学性能较差的铸铁制造。 铸钢分为碳素铸钢和合金铸钢。 1.碳素铸钢 碳素铸钢又称铸造碳钢，简称铸钢。铸钢中碳的质量分数一般为0.20%~0.60%。铸钢的牌号由“ZG”(“铸钢”两字汉语拼音字首)加两组数字组成。两组数字分别表示屈服强度和抗拉强度的最小值。例如，ZG200-400表示屈服强度不低于200MPa，抗拉强度不低于 400MPa的铸钢。 2.合金铸钢 用铸造方法制成的合金钢称为合金铸钢。合金铸钢的牌号是在合金钢的牌号前加“ZG”，如 ZG35SiMn、ZG40Cr、ZG35CrMnMo等，按其用途分为铸造合金结构钢和特殊用途合金铸钢。 教师讲解铸钢，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：为什么机床床身通常用灰口铸铁而不用铸钢制造？ 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 今天我们学了铸铁和铸钢：铸铁含碳量高（≥2.11%），分灰口、白口、麻口——灰口铸铁像“带海绵的铁”，吸震耐磨，做机床床身；白口铸铁硬且脆，适合轧辊；麻口是两者的混合体。铸钢含碳量低（＜2.11%），碳素铸钢强度高，做齿轮；合金铸钢抗高温、腐蚀，用在化工设备。记住：选材料看需求，要便宜好铸造用铸铁，要结实抗冲击用铸钢。课后看看身边的铸件，想想它们是哪种，下次课咱们一起聊聊判断方法！ 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） （1）举例说明在什么情况下应选用铸钢，而不是铸铁。 （2）如何从外观或简单测试上快速区分灰口铸铁和白口铸铁？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课通过实物展示和案例分析，帮助学生掌握了铸铁与铸钢的含碳量区别及基本分类，但部分学生仍混淆灰口铸铁与白口铸铁的性能差异，说明对石墨形态影响性能的讲解不够通俗。铸钢分类环节，学生对合金铸钢的特殊性能理解较浅，需增加具体应用场景（如高温阀门用合金铸钢）的视频演示。课堂互动中，基础薄弱学生对选材逻辑梳理困难，下次可设计“零件配对材料”卡片游戏，结合岗位实例（如机床床身选灰口铸铁）强化理解，同时简化理论表述，多用“石墨像缓冲垫”这类类比，提升知识转化效率。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$