高等教育出版社新版《机械基础》—非铁材料【教学设计】

课题 任务五 识别数控加工用工具、零部件的材料—非铁材料 授课时间 授课时数 3 课型 理论课 教学目标 1.能根据非铁金属的定义辨识和区分常见的非铁金属种类。 2.能根据有色金属材料的牌号及其应用领域合理选用有色金属材料。 教学重点 根据非铁金属的分类与性能合理选用非铁金属材料 教学难点 根据有色金属材料的牌号及其应用领域合理选用有色金属材料 学情分析 授课对象为机械专业学生，对零部件的材料有一定的了解，但对材料的分类感到比较陌生，容易搞混淆，同时对理论知识的学习能力较弱，因此本课借助慕课、视频等丰富学习内容，提高学生学习兴趣。 教学方法 讲授法、视频演示、自主学习、实物教学法 教学过程设计 教师活动 学生活动 设计意图 一、课前预习 发布学习任务：自主观看慕课视频，提前了解非铁金属材料的分类、牌号及性能相关内容，并完成慕课的课后习题。 观看慕课，并完成习题 提前了解学习内容，习题可检测学生的完成情况 二、课堂导入 某中职学校数控技术应用专业实训室内有：铜棒、电缆、铝合金门窗、铆钉、轴套、滑动轴承等，如图1-25所示，试分析上述零部件所使用的材料及特性。 学生思考并回答问题 导入新课 三、新课讲授 1.定义：非铁金属是指除钢铁材料以外的其他金属材料的总称,也称有色金属。 2.分类：常见的非铁金属有铜及其合金、铝及其合金和滑动轴承合金等。 一）铜及铜合金 现代工业中使用的铜及铜合金主要有工业纯铜、黄铜和青铜，白铜应用较少。 1.纯铜的定义、分类及应用 纯铜是玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后为紫红色，俗称紫铜。 工业上使用的纯铜，其铜的质量分数为99.5%～99.95%。工业纯铜牌号用“T”和数字表示。“T”表示“铜”,数字表示顺序号。顺序号越大，杂质含量越高。常见牌号有T1、T2、T3。应用实例：铜丝、北京奥运会铜牌，如下图所示。 2.铜合金的分类及应用 根据主加元素不同可分为黄铜、青铜、白铜。 1) 黄铜 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。黄铜又分为普通黄铜和复杂黄铜。 仅由铜和锌组成的合金称为普通黄铜。其牌号用H加数字表示，H代表黄铜，数字为铜的平均质量分数，如H70表示铜的平均质量分数为70%的铜锌合金。应用实例：艺术品、子弹壳、乐器，如下图所示。 2) 复杂黄铜 在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金。 常加入的合金元素有锡、硅、铅等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。加入合金元素是为了改善黄铜的使用性能或工艺性能（耐蚀性、切削加工性能、强度、耐磨性等）。复杂黄铜的牌号用“H＋第二主添加元素化学符号＋铜含量＋除锌以外的各添加元素含量（数字间以“-”隔开）”命名。如HPb59-1表示铅黄铜，铜的平均质量分数为59%，铅的平均质量分数为1%，其余为锌。 ① 铅黄铜：加入铅可提高黄铜的抗腐蚀性能和切削性能，如HPb59-1可用于制造大型轴承、垫圈等。 ② 硅黄铜：加入硅可提高黄铜的强度和硬度，如 HSi80－3 可用于制作船舶零件、水管接头等。 ③ 锡黄铜：加入锡可提高黄铜的强度及在海水中的耐蚀性，如HSn70－1又称为“海军黄铜”，可用于制造海上舰船零件，如阀门、螺旋桨等。 2.白铜 白铜是以铜为基体，以镍为主加元素的铜合金。 白铜表面很光亮，不易锈蚀，主要用于制造精密仪器、仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。 锌白铜手表表盘 3.青铜 除黄铜、白铜以外的铜合金统称为青铜。按化学成分不同，青铜分为普通青铜（锡青铜）、特殊青铜（无锡青铜）两类。 普通青铜即锡青铜，是人类历史上应用最早的一种合金，一些古镜、钟鼎等文物便是由这些合金制成。普通青铜牌号用“Q”加主加元素的化学元素符号、质量分数和数字（其它加入元素的平均质量分数）表示。例如QSn4-3表示锡的平均质量分数为4%，锌的平均质量分数为3%，其余为铜的普通青铜。 1）锡青铜 锡青铜在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性，用于铸造轴瓦、海上船舶和矿山机械零件。常用牌号有 QSn4－3 等。 2）铝青铜 铝青铜常用来铸造承受重载、耐蚀和耐磨的零件，如轴承、蜗轮以及在蒸汽和海水中工作的高强度、耐蚀零件。常用牌号有 QAl9－4等。 3）铍青铜 铍青铜有较高的强度和屈服强度，良好的导电和导热性能、耐蚀性和耐磨性，可制造高级弹性元件和特殊耐磨元件，还用于电气转向开关、电接触器等。常用牌号有 QBe2 等。 电气转向开关 二）铝及铝合金 铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。 1.纯铝 （1）纯铝的定义及性能 纯铝是一种银白色的金属，它具有以下特性：质量轻、密度较小，是轻金属之一，常用作各种轻质结构材料的基本组元；具有优良的导电性、导热性，其导电性仅次于银和铜，居第三位；铝在大气中具有优良的耐蚀性，铝在常温下就能与空气中的氧气反应，在铝表面生成一层薄而致密的氧化膜，阻止氧气向铝内部扩散而起保护作用；塑性好，易于通过压力加工制成多种型材与制品。但强度、硬度较低，故工业上常通过合金化提高其强度，用作结构材料。 （2）纯铝的牌号 图1-31 纯铝牌号的含义 例如：1A99 表示99.99%的纯铝；1A93 表示99.93%的纯铝。 （3）纯铝的用途 纯铝用途非常广泛，可用于制作电线、电缆、电子产品，也可制作换热器、冷却器、化工设备以及茶、糖等食品和药物的包装用品。同时，也可用于制作建筑物面板、隔声和绝热材料以及家庭用具、炊具等。 2.铝合金 （1）铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点的不同，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两类。 1) 铸造铝合金 铸造铝合金具有良好的铸造性能，牌号用“铸铝”二字的汉语拼音首位字母“ZAl”加三位数字表示，其中第一位数字表示合金系别(1为铝硅系合金，2为铝铜系合金，3为铝镁系合金，4为铝锌系合金)，后两位数字表示合金的顺序号。 2) 变形铝合金 变形铝合金主要有以下四类： ① 防锈铝合金(LF)：铝-镁系或铝-锰系合金，具有优良的耐蚀性和良好的焊接性，适用于制作焊接管道、容器、铆钉、铝合金门窗、油箱、易拉罐以及其他冷变形零件。 ② 硬铝合金(LY)：铝-铜-镁系合金，具有优良的加工工艺性能，经时效处理后具有很高的硬度、强度，可加工成板、管、棒、线、型材等，用于制作飞机蒙皮、壁板、隔框、铆钉等。 ③ 超硬铝合金(LC)：铝-铜-镁-锌系合金，在铝合金中强度最高，韧性也很高，有良好的热塑性和焊接性能，是飞机工业中重要的结构材料，用于制造如飞机大梁、加强框、翼肋和起落架零件等。 ④ 锻铝合金(LD)：铝-铜-镁-硅系合金，用于制作形状复杂和中等强度的锻件和冲压件，如内燃机活塞、压气机叶片、叶轮、圆盘以及其他在高温下工作的复杂锻件。 变形铝合金的应用如下图所示。 三）滑动轴承合金 1.滑动轴承合金的定义 滑动轴承合金是用来制造滑动轴承的材料。 2. 滑动轴承合金的分类 滑动轴承合金主要有锡基滑动轴承合金、铅基滑动轴承合金和铝基滑动轴承合金等。 (1)锡基滑动轴承合金(锡基巴氏合金) 锡基滑动轴承合金是以锡、锑为基础，加入锑、铜等元素的合金，如 ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb4Cu4。 (2)铅基滑动轴承合金(铅基巴氏合金) 铅基轴承合金是以铅、锑为基础的合金，常用牌号有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb15Sn10等。 (3)铝基滑动轴承合金 常用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。铝锑镁轴承合金仅在低速柴油机等的轴承上使用，高锡铝基轴承合金应用最广，用于汽车、拖拉机、内燃机车的轴承。 铝基轴承合金是一种新型减摩材料，具有密度小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好的特点。它原料丰富、价格低廉，广泛用于在高速重载荷条件下工作的轴承。 认真听讲，并能介绍非铁金属的概念、分类 学生听讲并思考 比较几种铜合金的分类，应用，牌号，结合特点掌握分类方法 认真听讲并区别不同的复杂黄铜的分类、牌号及性能 认真听讲并区别不同的白铜、青铜的分类、牌号及性能 认真听讲并区别不同的青铜的分类、牌号及性能 认真听讲掌握纯铝的分类、牌号及性能 认真听讲并区别不同的铸造铝合金的分类、牌号及性能 认真听讲并区别不同的变形铝合金的分类、牌号及性能 认真听讲并区别不同的滑动轴承合金的分类、牌号及性能 借助慕课视频等丰富学习内容 让学生积极参与课堂 重点内容 利用对比法，让学生增强记忆 重点知识讲解 视频、图片让学生更快理解铜及其合金的分类、牌号及性能 借助慕课视频等丰富学习内容 让学生积极参与课堂 利用对比法，让学生增强记忆 视频、图片让学生更快理解复杂黄铜的分类、牌号及性能 视频、图片让学生更快理解铝及其合金的分类、牌号及性能 借助慕课视频等丰富学习内容 让学生积极参与课堂 利用对比法，让学生增强记忆 视频、图片让学生更快理解变形铝合金的分类、牌号及性能 视频、图片让学生更快理解滑动轴承合金的分类、牌号及性能 四、任务实施 某数控技术应用专业实训工厂内有阀门、电缆、铝合金门窗、铆钉、轴套、滑动轴承，试分析上述工具及数控设备零部件所使用的材料及特性，选择合适的非铁金属材料，填写非铁金属材料的牌号及主要特性。 根据实训工厂的工具及数控设备零部件所使用的材料及特性，分析选择非铁金属的牌号、性能及特点 理论联系实际，根据所学知识选择合适的非铁金属材料的牌号及性能，让学生感受学习理论知识的现实意义 小 结 1.了解非铁金属的定义及常见非铁金属种类。 2.掌握铜及铜合金常用的牌号及应用。 3.掌握铝及铝合金常用的牌号及应用。 4.了解轴承合金的分类及应用。 课后作业 完成习题册相关内容 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $