机械综合项目工程材料及应用教案王纪安.doc
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1、机械工程材料应用教案项目一 工程材料与机械制造过程课 题: 材料发展过程 分类及发展趋势(4学时)导入:教师以教材“问题”进行课程始学教诲,举出身边某制品或零件,说出是什么材料制造,为什么选用这种材料?教学目的:1.理解机械工程材料及其分类; 2. 理解机械工程材料发展过程; 3. 理解机械制造过程; 4. 理解机械工程材料在机械制造过程中地位和作用前测:什么是机械工程材料? 你所懂得机械制造过程有哪些?教学过程:【板书】一.材料简要发展过程材料是人类文明和技术进步重要标志。 石器时代青铜器时代铁器时代钢铁时代新材料时代 1、司母戊大鼎发掘历史; 2、新型材料(航空航天材料)。【解说】在浩瀚材
2、料世界里,金属材料是一种最大王国。最早,咱们人类使用金属材料重要是天然产品。(穿插解说材料史话)经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代漫长历史过程后,在冶金技术推动下,咱们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中,金属材料对推动社会发展,增进文明进步,丰富文化内容,变化人们生活方式发挥了巨大作用。当今世界,金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展重要物质基本。离开了金属材料“钢筋铁骨”,桥梁将断,舰艇将毁,大厦将倾,工厂将停 二、理解机械工程材料分类及发展过程1 、 定义 机械工程材料重要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域材料。2、 分类 (按化
3、学成分分类) 金属材料 (综合性能好,用量最大、应用范畴最广)【设问】同窗们在平时生活中看到过哪些金属(纯金属)?【板书】1金属:如铁、铜、铝、金、银等,共有90种。常温下为固体(除汞外)。【设问】金属与非金属比较有哪些特性?【板书】2金属特性:具备金属光泽;(铁、铝等大多数金属为银白色,铜为紫红色,金为黄色)有良好导电性和导热性;(铜、铝是优良导电体)有一定强度和塑性。【交流与讨论】金属是一类重要材料,人类生活和生产都离不开金属。请说出下表寻常生活中使用金属。 金 属 不 同 用 途金属名称制易拉罐金属制作导线紫红色金属灯泡中灯丝体温计中填充金属家用热水瓶内壁上金属【解说】在普通状况下,金属
4、单质往往无法满足使用规定。如纯铜、纯铝及纯铁质软,强度、硬度很小,无法用来制造承受大载荷机械零件和工具。如果咱们将一种金属跟其她金属(或非金属)熔合制成具备金属特性物质就得到合金。合金:一种金属跟其她金属(或非金属)熔合制成具备金属特性物质。 教师指引阅读表1-1寻常生活中常用合金和教材内容,并简介记忆合金。【交流与讨论】1构成合金元素一定是金属元素吗?从概念上来理解合金至少有几种元素构成?其中有一种必定是什么元素?2合金用途远远比纯金属广泛得多,请问这是为什么?金属材料:将纯金属和合金材料统称为金属材料。1黑色金属:以铁或以它们为主形成物质。如碳钢、合金钢和铸铁等。2有色金属:除黑色金属以外
5、金属和合金。如铜及铜合金、铝及铝合金和轴承合金等。【解说】金属材料在机械工业中应用最为广泛,在各种机械设备所用材料中,金属材料占90%以上。这是由于金属材料不但冶炼资源丰富,并且还具备优良物理、化学、力学和工艺性能。此外,金属材料品种多,性能各异,可以通过不同加工办法(例如热解决),使金属材料某些性能获得进一步改进,从而扩大其使用范畴。 高分子材料 (质轻、耐腐蚀,惯用于化工、机械、航空航天等) 陶瓷材料 (高硬度、耐腐蚀、绝缘,用于电器、化 工、航空航天等等) 复合材料 (轻、高比强度、比刚度,结合两种材料性能长处,用于航空航天等领域)三、机械制造过程与材料1、机械工程材料惯用性能 材料使用
6、性能力学性能(强度、塑性、韧性等)物理性能(光、热、电、磁等)化学性能(氧化、腐蚀等)材料工艺性能加工性能(切削、锻造等)锻造性能(适合锻造与否)焊接性能(容易焊接与否)热解决性能(可热解决强化)2、机械工程材料加工办法金属材料加工办法:锻造、锻造、焊接、冲压、合金粉末:粉末冶金工程陶瓷材料:压制、烧结工程塑料、橡胶:注塑、挤出、吹塑、模压、压铸等复合材料:层压、浇注、粘贴3、金属材料热解决钢热解决办法:普通热解决:退火、正火、淬火、回火及表面热解决等五种。钢表面热解决(1)感应淬火感应淬火是指运用感应电流通过工件所产生热量,使工件表层、局部或整体加热并迅速冷却淬火。(2)火焰淬火钢化学热解决
7、:当前惯用化学热解决有:渗碳、渗氮、碳氮共渗等。四课程学习指引 1机械制造和寻常生活基本知识; 2学习其她后续工艺学基本。 3课程特点与学习规定【小结】:1机械工程材料及分类;金属材料、有机高分子材料、无机非金属、复合材料 2. 理解机械工程材料发展过程;石器时代青铜器时代铁器时代钢铁时代新材料时代 3. 理解机械制造过程; 4. 理解机械工程材料在机械制造过程中地位和作用【作业】书面:习题【交流与讨论】阅读下面一段故事,谈谈你感想。形状记忆合金发现许多重大发现都源于偶尔事件。20世纪60年代初,美国海军研究所一种研究小组把某些乱如麻丝镍-钛合金拉直,以便使用。她们无意中发现,当温度升高到一定
8、值时时候,这些已被拉直镍-钛合金突然“记忆”起自己模样,又恢复到弯弯曲曲“本来面目”。通过材料专家重复实验,证明了镍-钛合金丝“变形恢复”现象能重复进行。其实,类似现象早在20世纪50年代初就不止一次被观测到,只但是当时没有引起人们足够注重。这一发现引起了科学家们极大兴趣,经研究发现,铜基合金,铁基合金等均有这种奇妙记忆本领。课 题:项目二 螺栓、螺母选材碳素构造钢应用(4学时)【导入新课】螺栓、螺母使用什么材料做?它为什么有这样性能?材料内部构造?【学习目的】1.理解分析螺栓、螺母工作条件2. 理解分析机械工程材料力学性能3. 理解分析金属材料内部晶体构造特点4.理解碳素构造钢种类、牌号、性
9、能与应用5理解分析螺栓、螺母选材教学重点:碳素构造钢种类、牌号、性能与应用螺栓、螺母选材教学难点:理解分析机械工程材料力学性能理解分析金属材料内部晶体构造特点前测:低碳钢力学性能有哪些?如何测定?金属材料内部晶体构造如何?螺栓、螺母选材?教学过程:【板书】2.1螺纹联接件服役条件分析1、螺纹联接件重要功能:连接、传递载荷(载荷分类:动载荷静载荷)2、螺纹联接件受力状况分析:螺栓受拉力、螺母受剪切力3、螺纹联接件失效分析:螺栓受拉力:塑性变形和断裂螺母受剪切力:剪断和压溃2.2材料力学性能力学性能:金属材料在外力作用时体现来性能。力学性能涉及强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。【解说】在机械设备
10、及工具设计、制造中选用金属材料时,大多以力学性能为重要根据,因而熟悉和掌握金属材料力学性能是非常重要。力学性能不但是本章学习重点,同步也是整个教材学习重点,但愿同窗们要努力学习掌握好这些内容。本节课学习准备知识。一、低碳钢拉伸实验分析1、绘制拉伸试样应力与应变曲线金属材料强度、刚度与塑性可通过静拉伸实验测定。图1-1 力伸长曲线和拉伸式样 1-2应力应变曲线力-伸长曲线(也叫拉伸曲线)为了消除试样尺寸影响,引入应力-应变曲线,如图1-2所示。应力-应变曲线形状与力-伸长曲线相似,只是坐标和数值不同,从中,可以看出金属材料某些力学性能。【板书】拉伸试样 圆形长试样 L0=10d0圆形短试样工 L
11、0= 5d0【解说】d0为试样原始直径(mm), L0为试样原始长度(mm)【解说】拉伸曲线是指以载荷F为纵坐标,试样伸长量L为横坐标绘制曲线,如下图为低碳钢拉伸曲线。【板书】2、低碳钢拉伸曲线四个阶段分析:oe弹性形变形阶段 试样伸长量L和载荷F成正比,试样只发生弹性形变。es屈服阶段 试样发生屈服现象,开始产生明显塑性变形。屈服现象:载荷保持不变或略有减小而试样变形继续增长现象。sb强化阶段 试样发生变形强化,产生大量塑性变形。变形强化:随着塑性变形增长,金属材料强度、硬度增大,塑性、韧性下降现象。bZ缩颈阶段 试样浮现缩颈,塑性变形所需载荷逐渐减小。 3、附加某些概念【板书】(一)、载荷
12、(金属材料在加工和使用过程中所受外力) 静载荷:指大小不变或变动很慢载荷。 如地面所受讲台压力,千斤顶工作所受载荷。 冲击载荷:指突然增长载荷。如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶汽车相撞载荷。交变载荷:指周期性或非周期性动载荷。如电扇主轴、弹簧工作时所受载荷。【交流与讨论】请依照下列文字描述,判断物体所受载荷类型。电视机放在桌面上,桌面所受载荷是_。在金属拉伸实验中。金属试样所受载荷是_。电动机工作时,电动机主轴所受载荷是_。人坐在沙发上,沙发里弹簧所受载荷是_。子弹击中金属防弹衣,防弹衣所受载荷是_。【板书】(二)、变形(金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸变化。)【演示】教师用橡皮筋、弹簧演示
13、弹性变形,用镀锌钢丝、薄钢板演示塑性变形。【板书】弹性变形:载荷去除后,可完全恢复变形。塑性变形:载荷去除后,不可恢复永久变形。【解说】金属材料弹性变形可用于控制机构运动、缓冲与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于成型产品加工,70%金属材料是通过塑性变形加工成型。【交流与讨论】 1、弹性变形与塑性变形主线区别是什么?(有无永久变形。) 2、生活、生产哪些地方发生弹性变形或塑性变形?你懂得哪些产品产通过塑性变形加工成形?(沙发、席梦思中弹簧变形;汽车、拖拉机车厢下板弹簧变形;闹钟发条变形。课桌椅上钢板折边、钢管弯折;自行车铃、弹壳冲压加工;轿车车身冲压加工。) 3、加工制造好机械零件,在使
14、用时一旦发生塑性变形有什么危害?(零件变形、失效,甚至发生断裂。)【板书】(三)应力 1、内力 金属受外力作用后,在材料内部作用着与外力相对抗力称为内力。 F内力= F外力【板书】 2、应力:单位面积上内力。 =式中 F外力(N);S横截面积(mm2); 应力,惯用单位为MPa(N/mm2),1MPa=106 Pa。【板书】结论:当横截面积一定期,应力越大,表达材料承受载荷能力越大。例 碳钢 最大应力 235钢(生活中最惯用钢) 460 MPa45钢 (制电机主轴钢) 600 MPa65Mn钢(制沙发弹簧钢) 735 MPa4、强度、与塑性(1)强度 是指材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂能力
15、。强度大小通惯用应力表达,符号为,单位为MPa(兆帕)。工程上惯用强度指标有:屈服点和抗拉强度等。 屈服点s(r0.2)由曲线1-2可知:e是试样保持弹性变形最大应力;当应力e时,产生塑性变形;当应力达s时,试样变形浮现屈服。此时应力称为材料屈服点(s):(MPa)式中 Fs试样屈服时所承受载荷(N)S0试样原始横截面积(mm2)有些材料用规定残存伸长应力r来表达它屈服点,如图1-3所示。表达此应力符号,如:r0.2表达规定残存伸长率为0.2%时应力值(经常写成0.2):(MPa)图1-3规定残存伸长应力示意图式中 Fr0.2残存伸长率达0.2%时载荷(N);S0试样原始横截面积(mm2)。
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