2.2 金属材料的工艺性能（教案）《金属材料与热处理》上好课（科学版·第二版）

《金属材料与热处理》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 2.2 金属材料的工艺性能 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 二、设计意图 学情分析 学生前期已完成单元一和2.1节的学习，对金属材料的基本概念、分类体系、机械制造过程及力学性能指标有了较为系统的认识。学生已经了解了从原材料到零件的完整生产流程，知道铸造、锻压、焊接、切削加工等基本工艺方法，也学习了强度、塑性、硬度等力学性能指标及其测定方法。在此基础上，学生自然会思考：“有了力学性能指标，就能选对材料吗？”学生已经知道塑性好适合锻压、强度高适合承载，但尚未从“工艺性能”角度系统认识材料对各种加工方法的适应能力。学生对铸造性能（流动性、收缩性、偏析）、锻压性能（塑性、变形抗力）、焊接性能、切削加工性能等概念缺乏系统认识，容易混淆力学性能和工艺性能的区别。学生形象思维较强，对实物图片、工艺视频、流程图等直观教学手段接受度高。授课依托教材工艺图片、对比表格和生产流程图，用直观教学法和对比教学法帮助学生建立工艺性能的清晰认知，并区分力学性能与工艺性能。 背景分析 本节选自科学出版社《金属材料与热处理》第二版单元二“金属材料的性能”中的2.2节。金属材料的工艺性能是选材和制定零件加工工艺必须考虑的重要因素之一，是连接材料性能与工程实际应用的关键桥梁。本节系统介绍金属材料的五种工艺性能：铸造性能（流动性、收缩性、偏析倾向）、锻压性能（塑性、变形抗力）、焊接性能（使用性能与工艺性能）、切削加工性能（表面粗糙度、刀具寿命）和热处理性能（淬透性、淬硬性、变形开裂倾向等）。本节内容是在学生学习了力学性能之后，进一步学习“材料加工时的表现如何”，帮助学生建立“力学性能决定能否用，工艺性能决定能否造”的完整选材观，为后续学习铁碳合金相图、热处理及各类钢材选用奠定基础。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 1.感受工艺性能在零件制造过程中的重要作用，树立合理选材和科学制定工艺的意识。 2.培养理论联系实际的工程思维习惯，体会力学性能与工艺性能的辩证关系。 3.认识工艺性能对产品质量、成本和周期的影响，增强综合分析与决策能力。 1.说出铸造性能的含义及衡量铸造性能的三个主要指标（流动性、收缩性、偏析倾向）。 2.说出焊接性能的含义及影响焊接性能的主要因素。 3.说出切削加工性能的含义、衡量指标及改善措施。 1.能区分力学性能与工艺性能，明确两者在选材中的不同作用。 2.能根据材料特征判断其铸造性能、锻压性能、焊接性能的好坏。 3.能根据零件加工工艺要求，初步判断材料工艺性能对加工质量的影响。 学习任务 描述 1.通过展示金属材料一般加工过程图（图2.21）和教师讲解，理解工艺性能的定义及其在零件制造中的重要性。 2.通过铸造工艺图片和教师讲解，掌握铸造性能的含义及三个衡量指标（流动性、收缩性、偏析倾向）。 3.通过锻压生产图片（图2.23）和教师讲解，掌握锻压性能的含义及两个衡量指标（塑性、变形抗力）。 4.通过焊接操作图片（图2.24）和教师讲解，掌握焊接性能的含义及影响焊接性能的因素。 5.通过切削加工性能内容讲解，掌握切削加工性能的衡量指标及改善措施。 6.通过对比表格，系统比较五种工艺性能的主要衡量指标和典型材料表现。 7.完成课堂练习：根据给定零件的加工工艺路线，判断各工艺环节需要关注哪些工艺性能。 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 1.工艺性能的定义及其与力学性能的区别。 2.铸造性能的含义及三个衡量指标（流动性、收缩性、偏析倾向）。 3.锻压性能的含义及两个衡量指标（塑性、变形抗力）。 4.焊接性能的含义及影响因素。 5.切削加工性能的衡量指标及改善措施。 教学难点 1.工艺性能与力学性能的区别与联系。 2.铸造性能三个指标（流动性、收缩性、偏析倾向）对铸件质量的影响。 3.塑性、变形抗力与锻压性能的关系。 4.切削加工性能改善热处理措施的适用条件。 教学难点突破方法 1. 图示分析法 2. 类比教学法 3. 分步引导法 4. 案例诊断法 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、问答法； 学法 观察归纳法、练习巩固法、背诵记忆法。 四、教学资源 教材工具材料 《金属材料与热处理》，科学出版社组织编写。 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 新课导入（2分钟） [引入主题]（2分钟） 展示金属材料一般加工过程图（图2.21）：铸件/热轧→板棒型管→机加工/焊接→零件。提问：“上一节学习了力学性能（强度、塑性、硬度等），是不是材料力学性能满足要求就能造出合格零件？材料在不同加工过程中还会表现出什么性能？”引出工艺性能的概念。 展示图2.21，引导学生观察从原材料到零件的完整加工流程。提问“材料力学性能满足要求就能造出合格零件吗？”倾听回答。归纳总结，指出材料在加工过程中还表现出工艺性能，引出课题。板书课题：2.2 金属材料的工艺性能。 观察工艺流程图，思考并回答问题。听讲，明确本节学习内容。回顾上一节所学力学性能的概念。 从已学的力学性能引出新问题“满足性能就能用吗”，通过加工流程启发学生思考材料在加工过程中的表现，自然引出工艺性能的概念，实现新旧知识的衔接。 探索 新知（20分钟） 一、工艺性能概述 1.金属材料的工艺性能是指金属在制造加工过程中所表现出的各种性能，即材料对冷、热加工方法的适应能力。 2.工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。 3.力学性能与工艺性能的区别： （1）力学性能——材料在使用过程中的表现（强度、塑性、硬度等）——决定“能不能用”。 （2）工艺性能——材料在加工过程中的表现（铸造性、锻压性等）——决定“好不好造”。 4.工艺性能的好坏直接影响零件的加工质量、制造周期、使用寿命和生产成本，是选材和制定零件加工工艺必须考虑的因素。 二、铸造性能 1.铸造性能是指材料在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。 2.衡量铸造性能的三个主要指标： （1）流动性——金属液体的流动能力。流动性好→充型能力强→获得轮廓清晰、薄壁复杂铸件；有利于夹杂物和气体上浮排除。流动性差→易出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣等缺陷。 （2）收缩性——金属从液态凝固和冷却至室温过程中体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。收缩性大→影响尺寸精度，产生缩孔、缩松、裂纹、变形等缺陷。收缩性越小越好。 （3）偏析倾向——金属凝固后内部化学成分和组织的不均匀现象。偏析严重→力学性能差异大，降低铸件质量，大型铸件危害更大。 3.影响铸造性能的因素：化学成分、浇铸温度、铸件结构、铸型条件等。 三、锻压性能 1.锻压性能是指材料用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度。 2.衡量锻压性能的两个主要指标： （1）塑性——塑性越好，锻压性能越好。 （2）变形抗力——变形抗力越小，锻压性能越好。 3.典型材料锻压性能比较：黄铜和铝合金→室温下锻压性能良好；碳钢→加热状态下锻压性能较好；铸铁、铸铝→不能锻造。 4.影响锻压性能的因素：化学成分、组织、工艺条件（温度、变形速度等）。 1讲解工艺性能的定义，强调“制造加工过程中”这一关键限定。列举五种工艺性能（铸造、锻压、焊接、切削加工、热处理）。用对比表格讲解力学性能与工艺性能的区别：力学性能决定“能不能用”，工艺性能决定“好不好造”。强调工艺性能对加工质量、成本、周期的影响。板书定义和五种工艺性能名称。 2. 展示铸造浇铸图片（图2.22），讲解铸造性能的定义。依次讲解三个指标：流动性——用“水好倒还是油好倒”类比，解释流动性对充型能力和缺陷的影响；收缩性——用“热胀冷缩”类比，说明三个阶段和缺陷类型；偏析倾向——强调对大型铸件的危害。总结影响铸造性能的因素。板书三个指标名称。 3.展示锻压生产图片（图2.23），讲解锻压性能的定义。讲解两个衡量指标：塑性和变形抗力。用“越容易压扁、越不费劲”的类比帮助学生理解。列举典型材料的锻压性能：黄铜和铝合金好，碳钢加热好，铸铁不能锻。讲解影响因素。板书两个指标。 1.记录工艺性能的定义。记录五种工艺性能的名称。理解并记录力学性能与工艺性能的区别。记录工艺性能的工程意义。 2.观察铸造浇铸图片。记录铸造性能的定义。理解流动性的概念，记录其好坏的后果。理解收缩性的三个阶段和危害。理解偏析倾向的概念和危害。记录影响铸造性能的因素。 3.观察锻压生产图片。记录锻压性能的定义。记录两个衡量指标（塑性、变形抗力）。记录典型材料的锻压性能表现。 1.建立工艺性能的整体认知框架，明确与力学性能的区别，为后续分项学习奠定基础。用“能用 vs 好造”的口诀帮助学生区分两种性能。 2. 铸造性能是工艺性能的重要部分，通过三个指标的逐一讲解和类比，帮助学生理解抽象概念及其对铸件质量的影响。 3锻压性能是毛坯成形的重要依据，通过与生活经验类比帮助学生理解塑性变形抗力的概念。 学 习 新 知（20分钟） 一、焊接性能 1.焊接性能是指金属在限定的施工条件下被焊接成符合设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。 2.焊接性能包括两个方面： （1）使用性能——焊接接头对使用要求的适应性（强度、塑性、耐腐蚀性等）。 （2）工艺性能——焊接时对产生裂纹等缺陷的敏感程度。 3.影响焊接性能的四个因素：化学成分、焊接方法、构件类型、使用要求。 4.典型材料焊接性能比较：低碳钢和低合金钢→焊接性能良好；高碳钢、不锈钢、铸铁→焊接性能较差。 二、切削加工性能 1.切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。 2.衡量切削加工性能的指标：表面粗糙度、刀具寿命等。 3.切削加工性能与金属的化学成分、组织状态、硬度、塑性、导热性和形变强化等因素有关。 4.适宜切削加工的硬度范围：HBW=170~230。 5.典型材料切削加工性能比较：铸铁、铜合金、铝合金、碳钢→较好；高合金钢→较差。 6.改善切削加工性能的热处理措施： （1）高碳钢→球化退火，降低硬度，获得球状珠光体。 （2）低碳钢→正火处理，降低塑性，提高硬度。 （3）马氏体不锈钢→调质处理，降低塑性。 （4）铸铁件→切削前退火，降低表面硬度，消除内应力。 三、热处理性能 1.热处理性能包括淬透性、淬硬性、过热敏感性、变形开裂倾向、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。 2.碳钢的热处理变形程度与含碳量有关：含碳量越高，变形与开裂倾向越大。 3.合金钢比碳钢的变形与开裂倾向小一些。 4.淬硬性主要取决于含碳量，含碳量越高，淬硬性越好。 1.展示焊接操作图片（图2.24），讲解焊接性能的定义。讲解使用性能和工艺性能两个方面。列举四个影响因素（化学成分、焊接方法、构件类型、使用要求）。比较典型材料：低碳钢和低合金钢好焊，高碳钢、不锈钢、铸铁难焊。板书焊接性能的两个方面和影响因素。 2.讲解切削加工性能的定义。讲解衡量指标（表面粗糙度、刀具寿命）。讲解影响因素：化学成分、组织状态、硬度、塑性等。强调适宜硬度范围HBW=170~230。列举典型材料切削加工性能。详细讲解四种改善切削加工性能的热处理措施及其适用条件和原理。板书关键措施。 3.简要讲解热处理性能包括的内容。强调“此部分内容由后面专门讲解，这里不作详细介绍”。提示学生了解基本概念即可。 4.知识背诵： （1） 力学性能决定“能不能用”；工艺性能决定“好不好造”。 （2） 铸造性能三指标：流动性、收缩性、偏析倾向。 （3） 锻压性能两指标：塑性、变形抗力。 5.师生互动： （1）某机械制造厂需要生产一批铸铁机床床身，毛坯采用铸造方法生产，铸造完成后需进行切削加工达到精度要求。请回答：①生产该床身时，铸造过程中应重点关注哪些铸造性能指标？②切削加工前，应采取什么热处理措施改善切削加工性能？ （2）某汽车零部件厂需要生产一批形状简单的碳钢轴类零件，工艺路线为：热轧圆钢→锻造→切削加工→成品。请回答：①该零件在选材时，应重点考虑材料的哪些工艺性能？②锻造时碳钢应在什么状态下进行？③切削加工前是否需要热处理改善切削性能？ （3）某重型机械制造企业需要将多块低碳钢板焊接成大型结构件，焊接完成后对焊缝质量要求较高。请回答：①低碳钢的焊接性能如何？②影响焊接性能的主要因素有哪些？③焊接时应重点关注哪些问题以确保焊接质量？ 1.观察焊接操作图片。记录焊接性能的定义。记录使用性能和工艺性能两个方面。记录四个影响因素。记录典型材料的焊接性能表现。 2.记录切削加工性能的定义。记录衡量指标。理解影响切削加工性能的因素。记录适宜硬度范围。记录典型材料的表现。记录四种改善措施及其适用条件。 3.记录热处理性能的主要内容。了解后续将专门学习的知识点。 4.合书默背，同桌互背。 5. 小组讨论，代表回答，其他人补充。 1.焊接性能是连接工艺的重要指标，通过两方面的讲解帮助学生理解其复杂性，通过典型材料的比较建立直观认识。 2.切削加工性能是零件精加工阶段的重要工艺性能，通过热处理方法改善切削加工性能是工程实际常用手段，重点讲解各种措施的适用条件，帮助学生理解“不同材料不同处理”的原则。 3.热处理性能内容丰富，后续章节专门讲解，本环节仅做概述性介绍，保持知识的完整性。 4.强化记忆。 5.帮助学生在课堂上掌握核心知识点。 课堂 总结（2分钟） 1.工艺性能定义：材料在制造加工过程中表现出的性能（决定“好不好造”）。 2.五种工艺性能及衡量指标： 铸造性能：流动性、收缩性、偏析倾向 锻压性能：塑性、变形抗力 焊接性能：使用性能、工艺性能 切削加工性能：表面粗糙度、刀具寿命 热处理性能：淬透性、淬硬性等 3.力学性能与工艺性能的区别： 力学性能→使用中表现→决定“能不能用” 工艺性能→加工中表现→决定“好不好造” 4.工艺性能在选材中的作用：选材需同时考虑力学性能和工艺性能。 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（1分钟） 1.背诵：力学性能与工艺性能的区别口诀；五种工艺性能名称及主要衡量指标。 2.简答：什么是工艺性能？它和力学性能的主要区别是什么？ 板书 设计 2.2 金属材料的工艺性能 一、工艺性能的定义 材料在制造加工过程中表现出的性能（决定“好不好造”） 力学性能→使用中表现→“能不能用” 工艺性能→加工中表现→“好不好造” 二、铸造性能 衡量指标：流动性、收缩性、偏析倾向 三、锻压性能 衡量指标：塑性、变形抗力 四、焊接性能 两个方面：使用性能、工艺性能 影响因素：化学成分、焊接方法、构件类型、使用要求 五、切削加工性能 衡量指标：表面粗糙度、刀具寿命 适宜硬度：HBW=170~230 改善措施：球化退火、正火、调质、退火 六、热处理性能 淬透性、淬硬性、变形开裂倾向等 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 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 学科网（北京）股份有限公司 $