课 题：第四节 金属的力学性能（1课时）
教学要求：1．理解韧性的意义，明确韧性测定方法，掌握韧性的衡量指标（Ak）；
2．了解金属的疲劳断裂，理解疲劳强度。
教学重点：韧性、疲劳强度、疲劳断裂。
教学难点：理解韧性测定方法、疲劳强度含义。 教学过程：
【复习】 冲击载荷、交变载荷是什么样的载荷？请举例说明。
【新课导入】中文里“韧”是什么意思?它是指柔软而结实,不易折断。在生产和生活中，许多机械零件往往要受到冲击载荷的作用，如冲床的冲头、凿岩石机风镐上的活塞、快速行驶的汽车相撞、高速飞行的子弹击中防弹衣的材料等。在金属材料受到冲击载荷作用时，也必须具有这种韧性。
【板书】四、韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 1．韧性测定
（1）冲击试样 图1-19所示 V型缺口试样 10×10×55 U型缺口试样 10×10×55
（2）冲击试验 大能量一次冲击（图1-20所示） 2．韧性指标
冲击功 Ak=G（H1—H2）
G──摆锤重量（N）；
H1──冲击前摆锤举起的高度（m）；
H2──冲断试样后，摆锤回升的高度（m）； Ak──冲击功（J）。
【练习】依据表4-2，请查出下列材料的韧性（Ak） 碳 钢 25 35 25 韧性（Ak） 【板书】韧性材料 Ak≥8 J 如碳钢； 脆性材料 Ak＜8 J 如铸铁。
小结：
（1）Ak值的越大，表示材料的韧性越好；
【交流与讨论】是否所有受到冲击载荷作用的零件都要选用韧性大的材料制造？
【板书】 （2）受到大能量，一次冲击载荷作用的零件，应选用韧性大的材料制造。如汽车
保险杆、防弹材料；
受到小能量，多次冲击载荷作用的零件，应选用强度大塑性好的材料制造。
如模锻锤锤杆。
五、疲劳强度 【讲解】我们人长时间工作会觉得疲劳，那么没有生命的金属材料长时间工作会产生疲劳吗？请阅读下例空难事件和调查结论。 【新闻联接】 空难事件：2002年5月25日下午3：08，台湾华航公司一架波音747 飞机从台北桃园机场飞往香港，3：37当飞机飞行到离大陆很近的澎湖海域 上空，飞机发生解体性爆炸，机上225名乘客和机组人员全部遇难。空难发 生后，一时间境外媒体纷纷猜测空难原因。有的认为飞机遇上了恶劣天气， 也有认为是恐怖分子所为，更有甚者说是飞机被大陆导弹击中。 调查结论：＂5．25＂空难发生后，华航公司邀请美国专家协查空难 原因。美国专家从海水中打捞的飞机残胲进行分析研究，得出的结论是：飞 机发动机材料疲劳断裂导致空难发生。
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【板书】1.疲劳断裂
【讲解】在交变应力作用下，零件的工作应力低于材料的屈服点，但仍会发生突然断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳断裂是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中约有80%以上疲劳断裂。而且疲劳断裂前没有明显的塑性变形而突然发生。所以，疲劳断裂经常造成重大的事故。 【板书】特征:
（1）疲劳断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然发生；
（2）引起疲劳断裂的应力很低，常低于材料的屈服点；
（3）疲劳断裂的断口由两部分组成，即疲劳裂纹的产生及扩展区（光滑部分）和最
后断裂区（毛糙部分）。
(观察图1-21断口示意图) 原因(阅读教材内容)
【设问】材料在交变载荷作用下，会产生疲劳断裂，那么金属材料在多少大的交变应力作用下工作是安全的呢？ 【板书】2.疲劳强度: 金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏活的最大应力称为疲劳强度。用σ-1表示，单位是MPa。
【讲解】电风扇的轴（45钢）受交变载荷作用,假如它的设计寿命为10年（工作107次），当它以100MPa、200MPa、300MPa、400MPa都能达到工作107次。则电风扇轴的疲劳强度为400MPa。
【板书】国家规定：
钢铁材料 经受107次交变载荷作用时，不产生断裂的最大应力作为疲劳强度； 有色金属 经受108次交变载荷作用时，不产生断裂的最大应力作为疲劳强度。
【交流与讨论】通过学习，你认为如才能避免材料疲劳断裂？（1.提高零件的疲劳强度。a设计合理的结构;b提高零件材料的质量，避免损伤。2.严格执行机械使用时间。如飞机飞行达到10000小时、轿车使用达到8年强行退役。） 【小结】学习内容 四、韧性 Ak
Ak值的越大，表示材料的韧性越好； 五、疲劳强度 σ-1
学习重点：韧性、疲劳强度、疲劳断裂
【作业】略
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课 题：第五节 金属的工艺性能（1课时）
教学要求：1．了解一般机械零件的生产工艺，从而明确铸造、压力加工、焊接和切削加工
等四种工艺；
2．初步明确常用材料的四种工艺性能。
教学重点：铸造、压力加工、焊接和切削加工等四种工艺，常用材料的工艺性能。 教学难点：常用材料的工艺性能。 教学过程： 【新课导入】工厂是怎能样把金属材料加工制造成机械零件的？（教师指导学生观察下图。）”
【板书】第五节 金属的工艺性能
工艺性能 指金属材料是否易于加工成形的的性能。
【讲解】工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 工艺性能的好坏直接影响机械零件的质量，它是选择 、制订工艺必须考虑的因素。 【板书】一、铸造性能（指导学生观察图1-22，阅读教材内容。）
铸造性能指标： 1、流动性
响流动性的主要因素：化学成分。钢铁材料中含磷量越高流动性越好。 2、收缩性
铸铁的收缩率为1.0%，而铸钢的收缩率为2.0%。
3、偏析
小结：铸造性 铸铁＞碳钢
二、压力加工性（指导学生阅读教材内容，观察图1-23。）
1、压力加工方法：锻造、挤压、轧制、拉制、冲压等。 2、塑性好、变形抗力小的材料压力加工性能也好。 小结：
塑性： 低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁 压力加工性：低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁 （铸铁不能进行压力加工。）
【设问】钢制的零件毛坯为什么要进行反复的锻造？（阅读教材内容。） 【板书】三、焊接性能（指导学生阅读教材内容。） 【讲解】全世界每年生产的钢材约45%是经焊接成型的，焊接方法有人工焊接，机器人焊接，还有激光焊接。
金属材料的化学成分对金属的焊接性能有很大的影响。 【板书】焊接性能：低碳钢＞中碳钢＞高碳钢＞铸铁
四、切削加工性能（指导阅读教材内容，让学生进一步明确常用的切削加工方法）
1、切削加工性能难易主要与金属材料的硬度有关。 最佳切削硬度：170~230HBS
硬度高难于切削加工，刀具易磨损； 硬度低易粘刀，表面光洁度低。 2．切削加工性能：铸铁＞碳钢 【小结】学习内容
工艺性能：铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能。 重点：常用材料的工艺性能。
学习“新闻联接” 【作业】略
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第二章 金属的晶体结构与结晶
课 题：第一节 金属的晶体结构（1课时） 教学要求：1．初步了解金相学及显微组织；
2．掌握金属的三种常见晶格。
教学重点：金属的三种常见晶格。
教学器材：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格模型（用彩色塑料球、乒乓球沾粘的模型）。 教学过程： 【新课导入】
人类对金属结构的认识： 早期 用肉眼观察；
1860年 英国索拜第一次采用显微镜观察到了钢铁六种不同的组织结构，并由
此推动了金相学的创立。（指导观察纯铜、纯铁的显微组织。）
【板书】第一节 金属的晶体结构 一、金属晶体结构：金属材料内部的原子是有序、有规律排列的晶体。（指阅读“你知道吗”）
1、晶格：用于描述原子在晶体中排列方式的空间格架。（指导观察图2-3a） 2、晶胞：完整反映晶格特征的最小几何单元。（指导观察图2-3b） 二、常见金属的晶格
1、体心立方晶格 a－Fe、钨、铬、钒等；
（教师展示模型，教师描述清楚具体的空间结构。） 2、面心立方晶格 γ—Fe、铝、铜、铅、镍等；
（教师展示模型，指出具有这种晶格类型的金属塑性、韧性良好。）
3、密排六方晶格 锌、镁、铍、镉等。
（教师展示模型）
【交流与讨论】请计算体心立方晶胞、面心立方晶胞的原子数。（2，4）
教师指导阅读“拓展视野”
【小结】学习内容
一、金属晶体结构： 晶格、晶胞
二、常见金属的晶格
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
学习重点：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
【作业】略
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课 题：第二节 纯金属的结晶（1课时）
教学要求：1．掌握纯金属结晶的特点、过程，理解临界温度、过冷度概念；
2．明确晶粒越细力学性能越好，懂得细化晶粒的方法。
教学重点：纯金属结晶的特点，细化晶粒的方法。 教学难点：临界温度和过冷度概念的建立。 教学过程：
【复习】金属常见的晶格类型有哪三种？请描述具体的空间结构。
【新课导入】在通常情况下，金属都为晶体，本节课我们将讨论纯金属结晶的知识。 【板书】第二节 纯金属的结晶
金属的结晶 液态─→固态
【讲解】金属材料由液态转变为固态时凝固的过程，即晶体结构形成的过程称为结晶。金属材料的冶炼和铸造都要经历由液态转变为固态的结晶过程。金属材料性能与结晶后组织密切相关，所以了解金属材料结晶过程的基本规律，对于掌握和控制金属材料的组织及性能具有十分重要的
【板书】一、纯金属结晶特点（教师引导分析观察图2-5，概括出特点。）
纯金属是在恒定的温度下结晶的。
如：Fe 1538℃， Cu 1083℃。
原因：结晶过程中释放出来的结晶热量，补尝了散失在空气中的热量。
【讲解】在实际生产中我们总会发现液态金属冷却到理论结晶温度（T0）以下才开始结晶，如图2-6所示。实际结晶温度（T1）低于结晶温度（T0）。（过冷现象） 【板书】过冷度：理论结晶温度和实际结晶温度之差
△T=T0—T1
【交流与讨论】 在寒冷季节里，北方人是怎样吃硬梆梆的冻柿子呢？
他们吃法叫做“拨冰子”，其过程就是将冻柿子放入冷水 中，待冻柿子外面结成大冰团时将其捞出，此时剥开冰团， 里面的柿子已变得松软可口了。请你想一想，他们是利用
什么原理把冻柿子里的冰拨出来的？
（利用水结冰放出的热量熔化冻柿。） 教师指导阅读“你知道吗？” 【板书】二、纯金属的结晶过程 【讲解】液态金属在达到结晶温度开始结晶时，首先从液态金属形成一些微小而稳定的小晶体，称为晶核，然后随着时间推移，晶核不断长大，与此同时，液体中不断形成新晶核，并不断长大，直到它们彼此相互接触，液态金属完全消失而转变为固态，如图2-7所示。 【板书】（纯金属的结晶过程是）晶核形成与晶核长大。
三、晶粒大小对其力学性能的影响
（教师讲读“材料史话”） 【交流与讨论】
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