铁碳合金相图有色金属及非金属材料在汽车上的应用

附件：授课教案学校广西生态工程职业技术学院任课教师江鸿丰授课题目铁碳合金相图、有色金属及非金属材料在汽车上应用授课时间长度80分钟所用教材李子云主编《汽车机械基础：2013》教学目标知识目标：熟悉铁碳合金相图、了解有色金属及非金属材料在汽车上应用能力目标：能够熟练选择汽车材料教学重点有色金属及非金属材料在汽车上应用教学难点金属结晶教学方法分析1.讨论法2.讲授法教学方式：讲授□√探究□问答□实验□演示□练习□其他□√教学手段分析板书教学手段：板书□√多媒体□模型□实物□标本□挂图□音像□其他□过程设计引导5分钟；授新课内容65分钟；讨论与提问总结5与布置作业5分钟授课类型理论课□√讨论课□实验课□练习课□其他□教学步骤设计步骤时间主要任务教师活动学生活动目的意图第一步（5分钟）引入新授内容提问与引导回答老师问题，随老师讲授进入对新课的了解。引入新的授课内容，调动学生学习兴趣，便于学生对内容的把握。第二步（65分钟）讲授新的课程内容利用板书展示基本概念和基本理论；认真聆听老师讲授内容，结合课前作业把握课程重点与难点。利用板书和讲授让学生理解金属结晶、有色金属及非金属材料在汽车上应用。第三步（5分钟）讨论与提问引导同学对设定话题开展讨论；引导同学提问并答疑。学生回顾本次授课内容，开展相互讨论，对存疑问题提问。通过相互学习加深理解，通过解疑释难促进对讲述内容的掌握。第四步（5分钟）总结与布置作业结合板书口头总结本次课程内容；板书布置作业内容；介绍涉及的参考书目。随老师总结快速记忆和复习，记录作业内容。全面总结复习，为下次课准备。内容讲解任务一铁碳合金相图1.任务导入在汽车材料中金属材料约占整车质量的80%，其中钢铁约占70%,钢铁是以铁和碳为主要组成元素的合金，我们将通过任务一学习铁碳合金的特点和性质。一.金属的结晶1.金属的结晶金属的结晶过程是液态金属冷却凝固转变为固态晶体的过程，可用(温度—时间的曲线)冷却曲线来表示。晶体结晶存在“过冷”现象。金属在一平衡温度下，液态金属与其固态晶体处于平衡状态，只有冷却到低于该平衡温度时才能有效结晶。金属结晶时的这种现象称为过冷。由图2-1可知：T0为理论结晶温度(平衡温度)，它是在无限缓慢的冷却条件下得到的结晶温度。T1为实际结晶温度，它是在某一具体冷却条件下(如炉冷、空冷等)得到的结晶温度，两者温度之差称为过冷度，以ΔT表示，即2.结晶过程的基本规律晶粒之间由于成长的方位或结构不同而形成的分界面称为晶界。3.晶粒大小及控制晶粒大小对金属机械性能有较大的影响，在常温下工作的金属，其强度、硬度、塑性和韧性，一般是随晶粒细化而有所提高的。在生产中，常用的细化晶粒的方法有以下三种：(1)增大过冷度过冷度影响晶粒的关系曲线如图2-3所示，由图可知，冷却速度愈大，过冷度愈大。实线部分，随着ΔT的增大，形核率和长大速度都增大，且N的增加比G增加得快，晶粒更细。图2-3过冷度影响晶粒的关系曲线(2)变质处理在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，并能达到细化晶粒的效果，这种处理方法即为变质处理。(如孕育铸铁是加入硅铁小颗粒孕育剂；铸造铝合金时将钠盐作为变质剂，以减慢硅的长大速度)(3)振动对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，从而提高形核率，使晶粒细化。二、纯铁的晶体结构(1)晶格和晶胞(2)晶格的类型①体心立方晶格②面心立方晶格③密排六方晶格三、纯铁同素异晶转变液态铁缓慢冷却到熔点左右经过第一次结晶后，到室温的过程中，晶格类型将发生改变。这种随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。四、合金的基本相结构1.基本概念(1)合金。将一种金属元素同一种或几种其他元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。(2)组元。组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，通常是指组成该合金的元素或某些化合物，根据合金组元数目的多少，把合金分为二元合金、三元合金和多元合金。如：铁碳合金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。(3)相。相是指在合金中，凡成分相同、晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。2.合金相的结构在显微镜下能观察到的金属和合金微观形貌、图像称为组织，合金又可分为不同的组织。铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。五、铁碳合金的基本组织1.铁素体(F)铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。2.奥氏体(A)奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。3.渗碳体(Fe3C)它是由碳和铁形成的一种金属化合物，其分子式为Fe3C，碳的质量分数为6.69%，具有硬而脆的性能特点。4.珠光体(P)珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体珠光体的平均碳的质量分数为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。5.莱氏体(Ld)莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。任务二有色金属及非金属材料在汽车上的应用任务导入汽车中除了黑色金属外，还有约20%的有色金属和非金属材料，有色金属产量和用量少，但是由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐腐蚀及高强度性能，现已成为现代工业中不可缺少的金属材料。一、铝及铝合金1.工业纯铝铝的特点、应用。2.铝合金根据铝合金的成分及性能特点，可以将其分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。(1)变形铝合金具有较高的强度和良好的塑性，可通过压力加工制成各种半成品，可以焊接。它主要用于各类型材和结构件，如发动机机架、飞机大梁等。变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金。(2)铸造铝合金可分为Al-Si系铸造铝合金(代号ZL1+两位数字顺序号)、Al-Cu系铸造铝合金(代号ZL2+两位数字顺序号)、Al-Mg系铸造铝合金(代号ZL3+两位数字顺序号)、Al-Zn系铸造铝合金(代号ZL4+两位数字顺序号)。二、铜及铜合金1.纯铜的特点2.铜合金的分类：一般将铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。3.铜及铜合金在汽车工业上的应用铜及铜合金有良好的力学性能和加工性能，在汽车工业上的用途是很广的。它可以用来制造汽车发动机摇臂衬套、活塞销衬套、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件、排气管热密圈外壳、水箱体、暖风散热器的散热管、冷却管、化油器进气阀本体、主量孔、功率量孔、怠速量孔、曲轴箱通风阀座、曲轴轴瓦、曲轴止推垫圈、储气筒放水阀本体及安全阀座等许多零部件。有资料显示，生产一辆普通载货汽车，需要20kg左右的铜。三、非金属材料1.有机高分子材料有机高分子材料主要有塑料、橡胶及胶粘剂等。2.陶瓷材料普通陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷、功能陶瓷3.复合材料由两种或多种不同性能的材料用某种工艺方法合成的多相材料。复合材料既保持组成材料各自的特性，又具有复合后的新特性，其性能往往超过组成材料的性能之和或平均值。组成材料的种类、性能、比例、形态不同，复合方法不同，会得到不同的强化效果。汽车的常用复合材料包括：(1)纤维增强塑料(FRP)(2)金属基复合材料(MMC)(3)纤维增强陶瓷(FRC)作业内容汽车常用工程材料复习题