no模块一 工程材料基础　《机械制造基础》教案

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1、教学目标知识目标：熟悉工程材料的种类、性能指标和牌号表示方法；熟悉金属晶体结构；掌握铁碳合金相图的相关知识；熟悉热处理的理论基础，掌握常见的热处理工艺方法。能力目标：根据零件的使用条件，选择力学性能指标；根据材料的牌号，判断其所属种类、性能特点、应用场合；根据材料的性能要求，选择合适的热处理工艺。素质目标：教学重点各种工程材料的应用领域教学难点各种工程材料的性能教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时16教学内容与教学过程设计注释模块一工程材料基础〖任务描述〗减速器是机械设备中的常用装置，它是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作

2、需要。减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件（轴承盖、定位销、螺栓、螺钉等）组成。试确定这些零部件都是由哪些材料制作而成的。〖任务分析〗减速器的各零部件在工作时受力情况各不相同，对材料的性能要求也有所差异，需要区别对待。〖相关知识〗学习情境一材料的分类和金属材料的性能一、材料的分类工程材料是指在机械、船舶、化工、建筑、车辆、仪表、航空航天等工程领域中用于制造工程构件和机械零件的材料。按材料的组成和结合键的特点，可将工程材料分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。二、金属材料的性能1.使用性能1）力学性能力学性能是指材料在载荷（外力）作用下所表现出

3、的抵抗产生塑性变形或断裂的能力。（1）弹性和刚度。材料力学性能的指标是通过拉伸试验测定的。根据国家标准GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中的相关规定制作标准拉伸试样，如图1-1所示。图1-1标准拉伸试样明确任务，在任务驱动下开始教学。16第页为消除试样几何尺寸对试验结果的影响，将拉伸过程中试样所受的拉伸力转化为试样单位截面积上所受的力（称为应力），试样伸长量转化为试样单位长度上的伸长量（称为应变），得到应力—应变曲线，其形状与拉伸曲线完全一致。低碳钢的应力—应变曲线如图1-2所示。图1-2低碳钢的应力—应变曲线（1）强度。工程材料在外力

4、作用下抵抗永久变形和破坏的能力称为强度。屈服强度。在图1-2中，当曲线超过A点后，若卸去外加载荷，则试样会留下不能恢复的残余变形，这种不能随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。在金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而力不增加的应力点称为屈服点，其所对应的强度称为屈服强度，应区分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL，单位为MPa。抗拉强度。材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度或强度极限，用Rm表示，单位为MPa。（3）塑性。塑性是指材料在断裂前发生永久变形的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率，在拉伸试验中，可以通过把试样拉断后将其对接起来进行测量

5、而得到。断后伸长率A和断面收缩率Z越大，材料的塑性越好。两者相比，用断面收缩率表示塑性比断后伸长率更接近真实变形。（4）硬度。硬度是反映材料软硬程度的一种性能指标，它表示材料表面局部区域内抵抗其他物体压入的能力。测量硬度的常用指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。使用不同方法所测得的硬度值不能直接比较，可通过硬度对照表换算。（5）冲击韧性。材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力称为冲击韧性，用ak表示。一般采用一次冲击弯曲试验测定材料的冲击韧性。（6）疲劳。①疲劳的概念。许多机械零件（如齿轮、轴、弹簧）是在重复或交变载荷下工作的。交变载荷是指大小或方向随时间而变化的载荷。在交变

6、载荷作用下，即使零件所承受的应力远低于其屈服强度，长时间作用后也会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为材料的疲劳。②疲劳强度。在测定材料的疲劳强度时要用较多的试样，在不同循环应力作用下进行试验，作出疲劳曲线（材料所受交变应力S与其断裂前的应力循环次数Nf的关系曲线），如图1-8所示。图1-8疲劳曲线示意图2）物理性能和化学性能教师讲解屈服强度和抗拉强度的含义，学生结合图1-2分析，加深理解。学生分组讨论断后伸长率和断面收缩率与塑性的关系。16第页（1）物理性能。工程材料的物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。各种机械零件由于用途不同，对材料的物理性能要求也

7、有所不同。（2）化学性能。金属及合金的化学性能指它们在室温或高温时抵抗各种介质化学侵蚀的能力，主要有耐蚀性和抗氧化性。2.工艺性能工艺性能是指材料适应加工工艺要求的能力。按加工方法的不同，可分为铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性及热处理工艺性能等。在设计零件和选择工艺方法时，都要考虑材料的工艺性能，以降低成本，获得质量优良的零件。学习情境二金属的晶体结构与结晶一、晶体结构的基本概念1.晶格如果把组成晶体的原子（或离子、分子）看做刚性球体，那么晶体就是由这些刚性球体按一定规律周期性地堆积而成，如图1-9（a）所示。不同晶体的堆积