汽车机械基础教案项目一

教学目标知识目标：能力目标：教学重点教学难点教学手段教学学时理实一体实物讲解小组讨论、协作6 课时教学内容与教学过程设计注释模块一汽车工程材料单元 1 金属材料的性能【学习目标】1.了解材料弹性变形和塑性变形的特点；2.掌握材料强度、硬度、塑性的概念、应用并了解其测定方法；3.了解材料疲劳破坏的机理；4.了解疲劳极限和冲击韧度的意义；5.了解材料的物理、化学与工艺性能。

【知识导入】由于具体的汽车零件在汽车上的作用和功能各不相同，于是对其材料的性能要求也不尽相同。

汽车零件对材料的性能要求主要包括材料的使用性能和工艺性能两方面。

材料在使用中所表现的性能称为材料的使用性能，包括材料的物理性能、化学性能和力学性能；材料在加工过程中所表现的性能称为材料的工艺性能，包括材料的铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。

图1-2 所示为汽车金属材料的主要性能，汽车非金属材料的性能指标与金属材料基本相同或者相似。

密度、熔点、物理导电性、导热热膨耐抗氧强度、刚塑性、疲劳铸造锻造焊接切削热处图1-2 汽车金属材料的性能课题 1 金属材料的力学性能案例导入，引起学生兴趣。

汽车金属材使用工艺力学化学力学性能是汽车零件材料选择的主要依据，是材料所有性能中最为基本和重要的性能。

材料的力学性能是指在外力的作用下所表现出来的特性，常用的力学性能指标主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳极限等。

一、强度和塑性二、硬度硬度实际上是指金属表面一个小的或者很小的体积内反抗弹性变形、塑性变形或者反抗破裂的一种抗力。

硬度能够反映出金属材料在化学成份、金相组织和热处理状态上的差异，是检验产品质量、研制新材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的检测性能指标之一。

同时硬度试验是金属力学性能试验中最简便、最迅速的一种方法。

三、冲击韧度机械零部件在工作过程中不仅受到静载荷或者变载荷的作用，而且还会受到不同程度的冲击载荷的作用，如内燃机的活塞销与连杆、锻锤的锤杆、冲床的冲头等。

金属在受冲击时，应力分布与变形很不均匀，所以，在设计和创造承受冲击载荷作用的零件和工具时，仅考虑静载荷强度指标是不够的，还必须考虑所用材料的冲击韧度。

冲击韧度是指材料反抗冲击载荷作用的能力。

四、疲劳极限许多机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)和工程结构都是在变应力下工作的，它们工作时所承受的应力通常都低于材料的屈服点。

材料在循环应力和应变作用下，在一处或者几处产生局部永久性积累损伤，经一定循环次数后产生裂纹或者蓦地发生彻底断裂的过程称为材料的疲劳。

疲劳失效与静载荷下的失效不同，断裂前没有明显的塑性变形，发生断裂也较蓦地。

这种断裂具有更大的危（wei）险性，往往造成重大事故。

据统计，大部份机械零件的失效是由金属疲劳造成的。

反映材料抗疲劳性能的指标是疲劳极限。

课题 2 金属材料的物理、化学与工艺性能一、物理性能金属材料的物理性能是指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。

由于机器零件的用途不同，对金属材料的物理性能要求也有所不同。

例如，飞机零件是用密度小、强度高的铝合金创造，这样可以增加有效载荷；创造汽车发动机活塞，要求材料具有较小的热膨胀系数；创造变压器用的硅钢片，要求具有良好的磁性。

二、化学性能金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现出的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。

1.耐腐蚀性2.抗氧化性3.化学稳定性三、工艺性能金属材料的工艺性能是指材料加工成型获得合格产品的难易程度。

工艺性能往往是由物理性能、化学性能和力学性能综合作用所决定的，不能简单用一个物理参数来表示。

按照加工工艺的不同，工艺性能可分为铸造性能、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理性能等。

1.铸造性能2.锻造性能3.焊接性能4.切削加工性能5.热处理性能单元小结1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。

2.使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。

常用的力学性能包括强度、硬度、塑 性、韧性等。

3.材料的力学性能指标σe 、σ s 、σ 0.2、σ b 、σ -1、δ、 HBW 、HRC 等是汽车零件设计、 创造、使用的重要依据。

4.金属材料的硬度常用布氏硬度值和洛氏硬度值表示。

5.金属材料的工艺性能是指材料加工成型获得合格产品的难易程度。

材料的工艺性能包 括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。

复习思量题一、填空题 图解相关性。

1.材料常用的塑性指标有 和 两种。

2.检验淬火钢成品件的硬度普通用 硬度，而布氏硬度合用于测定 的硬 度。

3.材料的工艺性能是指 性， 性， 性， 性， 性。

4.表征材料反抗 载荷能力的性能指标是冲击韧度，其单位是 。

二、判断题1.所有金属材料均有明显屈服现象。

( )2.同种材料不同尺寸试样所测得的伸长率相同。

( )3. σb 是机械零件的设计和选材的主要依据之一，是主要的强度指标。

( )4.拉伸试验可测量材料的强度和硬度。

( ) 三、问答题1.什么是金属材料的力学性能?根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?2.什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?3.什么是硬度?HB 、HR 各代表什么硬度?4.l50HBS ，70HRC 分别表示什么意思？5.什么是冲击韧性?用什么符号表示?6.什么是疲劳现象?什么是疲劳强度?7.长期工作的弹簧蓦地断裂，属于哪种问题?与材料的哪些性能有关?8.大能量冲击和小能量多次冲击的冲击韧性， 各取决于金属材料的哪些力学性能指标?流程说明。

单元 2 金属材料基本知识【学习目标】1.了解金属的晶体结构及其结晶过程、实际金属的晶体结构和性能特点；2.掌握铁的同素异构转变规律；3.掌握铁碳合金的基本组织、性能特点及分类；4.了解合金组元、相和组织的概念；5.了解碳对钢性能的影响规律；6.掌握钢的热处理概念及原理;7.了解钢在加热和冷却时的转变产物；8.了解钢的热处理分类、工艺及应用。

【知识导入】工程材料的各种性能，特别是力学性能，与其微观结构关系密切。

一切物质都是由原子组成的，根据原子在固体物质内部会萃状态的不同，可将物质分为晶体与非晶体两类。

晶体物质的原子在三维空间呈现有规律的周期性重复罗列，而非晶体不具有这一特点。

汽车上使用的金属材料都是晶体。

不同的金属材料具有不同的性能，即使同一种金属材料，由于所处的状态不同，力学性能也不同，这主要是由于金属材料的原子罗列方式不同所致。

为了合理选材，做到充分发挥材料潜力，必须了解金属材料的内部结构及其影响因素。

课题 1 金属与合金的晶体结构及结晶材料的性能取决于其化学成份与内部组织结构。

材料的化学成份不同，性能固然不同；然而化学成份相同的材料，通过热处理改变其组织结构，性能也会差别很大。

一、金属晶体结构的基本知识1.晶体和非晶体2.晶格和晶胞3.金属中常见的晶格类型二、合金的基本概念比较说明。

三、合金的相结构四、实际金属的晶体结构五、纯金属的结晶课题 2 铁碳合金铁碳合金是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称。

铁碳合金具有优良的力学性能和工艺性能，是现代工业中应用最广泛的金属材料。

要了解铁碳合金首先要了解铁碳合金相图。

课题 3 钢的热处理热处理是指金属材料在固态下，采用适当的方式进行加热、保温、冷却，以获得预期的组织结构与性能的一种工艺方法。

热处理工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成，如图1-30 所示。

通过热处理之所以能改变一些金属的性能，是因为这些金属在加热和冷却过程中存在组织结构或者溶解度的变化，如图1-31 所示。

钢经过热处理后，不仅能消除其在前一加工工艺过程中所产生的内部组织结构上的缺陷，改善力学性能，充分发挥材料的性能潜力，而且能改善钢的加工工艺性能，于是钢的热处理在机械加工中是一个强化材料的重要工艺二、钢的普通热处理1.钢的退火退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(普通采用随炉冷却的方式)，使金属内部组织达到或者接近平衡状态的热处理工艺。

退火的主要目的是：(1)降低硬度，提高塑性和韧性，改善钢的成形和切削加工性能。

(2)减小钢的化学成份及组织的不均匀性，消除或者减小钢件内应力，提高尺寸稳定性， 防止钢件变形和开裂。

(3)为后续的热处理做准备。

2.钢的正火正火是将钢加热到 A c3 或者 Ac cm 以上 30~50℃，经保温一定时间后在空气中冷却，获得细 片状珠光体组织的热处理工艺。

与退火的主要区别：冷却速度快，组织比退火细，硬度、强度高，塑韧性较好。

正火的主要目的是：3.钢的淬火淬火是将钢加热到 A C3(亚共析钢)或者 A C1(过共析钢)以上某一温度范围， 保温一定时 间， 奥氏体化完成后，以大于临界冷却速度的冷速在水、盐水或者油中冷却，获得马氏体或者(和)贝 氏体组织的热处理工艺。

淬火的加热温度范围，如图 1-41 所示。

图 1-41 淬火的加热温度范围复习思量题一、 填空题1.常见典型金属晶体晶格结构类型主要有 、 和 三种。

2.金属由液态转变为固态晶体的过程称为 ，金属从一种固体晶格转变为另一 种 固体晶格的过程称为 。

3.金属由液态转变为 ，是原子由不规则罗列到 罗列的过程称为结晶。

4.金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度 ， 晶粒越 ，强度 ， 塑性越 。

5.结晶过程是由 和 两个基本过程组成。

6.合金的基本相可分为 和 两大类。

7.固溶体可分为 和 两种。

8.铁碳合金中的基本相有 、 和 三种。

9.铁碳合金中基本组织有 、 、 、 、 五种。

10. 铁碳合金相图中，共晶线是指 ；液相线是指 ；共晶点是指 ， 其碳质量分数是 。

11.钢的热处理是将钢在固态下 、 、 ， 以改变钢的 ，从 而获得所需性能的一种工艺方法。

12.热处理可分为 热处理和 热处理两大类，其中常用的整体热处理包 括 、 、 和 四种，表面热处理包括 和 。

13. 根据回火温度不同，回火分为、和三种。

14.调质处理是加的统称。

二、判断题1.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

( )2.纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。

( )3. 普通来说，晶粒越细小，金属的力学性能如强度、韧性、塑性都越好，因此晶粒细化是提高金属力学性能的重要手段之一。

( )4.热处理时加热温度越高越好。

( )5. 热处理时选择冷却速度的依据是C 曲线。

( )6.渗碳以后不需要淬火。

( )7.表面淬火用钢普通为中碳钢或者中碳合金钢。

( )8.表面淬火不改变工件表面的化学成份。

( )9.渗碳以后，工件表面的含碳量与心部相同。

( )10.淬透性好的钢，其淬硬性也一定好。

( )三、选择题1.热处理时选择加热温度的依据是。

A.铁碳相图B.C 曲线C.拉伸曲线2.热处理时选择冷却速度的依据是。