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项目一 金属材料的性能1

案例导入1

任务一 金属材料的物理性能与化学性能1

一、相关知识2

（一）认识金属物理性能的内容及其应用2

（二）认识金属材料的化学性能及其应用4

二、实践与研究5

三、拓展与提高5

任务二金属材料的力学性能及其测试5

一、相关知识5

（一）认知金属材料的力学性能5

（二）金属材料的强度和塑性以及测试6

（三）金属材料的硬度及其测试9

（四）金属材料的韧性及其测试12

（五）金属材料的疲劳强度及其测试14

二、实践与研究15

三、拓展与提高15

任务三 认识金属材料的工艺性能16

一、相关知识——金属材料的工艺性能内容及影响因素16

二、实践与研究17

三、拓展与提高18

项目二金属及合金的晶体结构与结晶19

案例导入19

任务一纯金属的晶体结构19

一、相关知识20

（一）晶体学的基本知识20

（二）纯金属常见的晶格类型21

（三）实际金属晶体的缺陷22

二、实践与研究25

三、拓展与提高25

任务二纯金属的结晶25

一、相关知识26

（一）过冷现象与冷却曲线26

（二）纯金属的结晶过程26

（三）晶粒的大小及其控制因素27

二、实践与研究28

三、拓展与提高29

任务三合金的晶体结构与结晶29

一、相关知识29

（一）合金的晶体结构29

（二）二元合金的结晶31

二、实践与研究36

三、拓展与提高36

（一）表层细晶粒区37

（二）柱状晶粒区37

（三）中心等轴晶粒区37

项目三金属塑性变形与再结晶39

案例导入39

任务一认知金属的塑性变形39

一、相关知识40

（一）单晶体的塑性变形40

（二）多晶体的塑性变形41

（三）蠕变42

二、实践与研究42

三、拓展与提高42

任务二金属塑性变形对金属组织和性能的影响43

一、相关知识43

（一）金属塑性变形对金属组织的影响43

（二）塑性变形后金属性能的变化44

二、实践与研究46

三、拓展与提高46

任务三冷变形金属在加热时组织和性能的变化46

一、相关知识47

（一）概述47

（二）回复47

（三）再结晶47

（四）晶粒长大49

二、实践与研究49

三、拓展与提高49

任务四金属材料的热变形加工50

一、相关知识50

（一）金属材料的冷加工和热加工50

（二）金属的热塑性变形过程50

（三）热塑性变形加工对金属的组织和性能的影响50

二、实践与研究51

三、拓展与提高52

项目四铁碳合金相图53

案例导入53

任务一认识铁碳合金的基本组织53

一、相关知识53

（一）纯铁的多晶型性转变（同素异构转变）53

（二）铁碳合金的基本相和基本组织54

二、实践与研究55

三、拓展与提高55

任务二铁碳合金相图56

一、相关知识56

（一）铁碳合金的相图概述56

（二）简化的Fe-Fe3C相图的分析56

（三）铁碳合金的分类58

（四）典型的铁碳合金的冷却过程及其组织58

（五）含碳量对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响63

（六）铁碳合金相图的应用63

二、实践与研究64

三、拓展与提高64

项目五钢的热处理和表面处理66

案例导入66

任务一钢在加热时的组织转变66

一、相关知识66

（一）钢的热处理概述66

（二）钢在加热时的组织转变67

二、实践与研究69

三、拓展与提高69

任务二钢在冷却时的组织转变69

一、相关知识70

（一）热处理中常用的冷却方式70

（二）钢在等温冷却时的转变70

（三）钢在连续冷却时的转变72

二、实践与研究75

三、拓展与提高75

任务三钢的退火和正火76

一、相关知识76

（一）钢的退火76

（二）钢的正火78

二、实践与研究79

三、拓展与提高79

（一）切削加工性79

（二）使用性能79

（三）经济性79

任务四钢的淬火与回火79

一、相关知识80

（一）钢的淬火80

（二）钢的回火82

二、实践与研究83

三、拓展与提高84

任务五钢的表面热处理85

一、相关知识85

（一）钢的表面淬火85

（二）钢的化学热处理86

（三）表面气相沉积90

二、实践与研究91

三、拓展与提高91

（一）过热和过烧91

（二）氧化与脱碳91

（三）变形与开裂91

任务六热处理的工序位置92

一、相关知识92

（一）热处理的技术条件92

（二）热处理的工序位置92

二、实践与研究93

三、拓展与提高94

项目六碳素钢与合金钢96

案例导入96

任务一碳素钢（非合金钢）96

一、相关知识97

（一）碳素钢中的常存元素对碳钢性能的影响97

（二）碳素钢的分类97

（三）常用的碳素钢97

二、实践与研究103

三、拓展与提高103

任务二合金元素在钢中的作用和合金钢的分类103

一、相关知识103

（一）合金元素在钢中的作用103

（二）合金钢的分类104

（三）合金钢牌号的表示方法105

二、实践与研究105

三、拓展与提高105

任务三合金结构钢106

一、相关知识106

（一）低合金结构钢106

（二）机械制造用钢108

二、实践与研究112

三、拓展与提高113

任务四合金工具钢113

一、相关知识113

（一）合金刀具钢113

（二）合金模具钢118

（三）合金量具钢119

二、实践与研究120

三、拓展与提高120

任务五特殊性能钢120

一、相关知识121

（一）不锈钢121

（二）耐热钢122

（三）耐磨钢122

二、实践与研究123

三、拓展与提高123

项目七铸铁125

案例导入125

任务一铸铁的分类、组织、性能和石墨化影响125

一、相关知识126

（一）铸铁的分类126

（二）铸铁的组织126

（三）铸铁的优良性能126

（四）铸铁的石墨化及影响因素127

二、实践与研究128

三、拓展与提高128

任务二灰铸铁128

一、相关知识129

（一）灰铸铁的成分、组织和性能129

（二）灰铸铁的孕育处理129

（三）灰铸铁的牌号和用途130

（四）灰铸铁的热处理130

二、实践与研究131

三、拓展与提高131

任务三可锻铸铁131

一、相关知识132

（一）可锻铸铁的成分和生产过程132

（二）可锻铸铁的组织和性能132

（三）可锻铸铁的牌号及用途133

二、实践与研究134

三、拓展与提高134

任务四球墨铸铁134

一、相关知识134

（一）球墨铸铁的化学成分和生产134

（二）球墨铸铁的组织和性能135

（三）球墨铸铁的牌号及用途136

（四）球墨铸铁的热处理136

二、实践与研究137

三、拓展与提高137

任务五蠕墨铸铁138

一、相关知识138

（一）蠕墨铸铁的化学成分和生产过程138

（二）蠕墨铸铁的组织与牌号138

（三）蠕墨铸铁的性能和用途138

二、实践与研究139

三、拓展与提高139

项目八非铁合金与其他材料141

案例导入141

任务一铝及铝合金141

一、相关知识142

（一）工业纯铝142

（二）铝合金143

二、实践与研究147

三、拓展与提高147

任务二 铜及铜合金147

一、相关知识148

（一）工业纯铜148

（二）铜合金148

二、实践与研究152

三、拓展与提高152

任务三粉末冶金材料简介153

一、相关知识153

二、实践与研究155

三、拓展与提高155

项目九模具与模具材料概述157

案例导入157

任务一认识模具158

一、相关知识158

（一）模具的分类158

（二）模具的主要失效形式158

（三）模具寿命及其影响因素160

（四）模具的失效分析及预防措施161

二、实践与研究166

三、拓展与提高166

任务二认识模具材料166

一、相关知识166

（一）模具材料的性能要求166

（二）模具材料的分类168

（三）模具材料的选用原则168

二、实践与研究169

三、拓展与提高169

项目十冷作模具材料170

案例导入170

任务一冷作模具材料的性能要求与成分、热处理特点170

一、相关知识171

（一）冷作模具材料的性能要求171

（二）冷作模具材料的成分特点172

（三）冷作模具材料的热处理特点173

二、实践与研究173

三、拓展与提高173

任务二冷作模具材料与热处理173

一、相关知识174

（一）冷作模具钢及热处理174

（二）硬质合金182

（三）进口冷作模具钢简介183

二、实践与研究186

三、拓展与提高187

（一）四步热处理法187

（二）循环超细化处理187

任务三冷作模具的选材187

一、相关知识188

（一）冷作模具的选材原则188

（二）常用的冷作模具的选材188

二、实践与研究193

三、拓展与提高194

（一）落料拉深复合模凸凹模的材料与热处理工艺选用实例194

（二）冷挤压凸模的材料与热处理工艺选用实例195

项目十一热作模具材料198

案例导入198

任务一热作模具材料的性能要求及成分、热处理特点198

一、相关知识199

（一）热作模具材料的性能要求199

（二）热作模具钢的成分特点199

（三）热作模具钢的热处理特点200

二、实践与研究200

三、拓展与提高200

任务二热作模具材料与热处理201

一、相关知识201

（一）热作模具钢与热处理201

（二）硬质合金206

（三）高温合金206

（四）难熔金属合金206

（五）压铸模用铜合金207

（六）进口热作模具钢简介207

二、实践与研究210

三、拓展与提高210

（一）复合强韧化处理（双重淬火法）210

（二）复合等温处理210

任务三热作模具的选材211

一、相关知识211

（一）热锻模选材211

（二）热挤压模选材213

（三）压铸模选材214

（四）热冲裁模选材215

二、实践与研究215

三、拓展与提高216

（一）锤锻模的材料与热处理工艺选用实例216

（二）压铸模的材料与热处理工艺选用实例217

项目十二塑料模具材料219

案例导入219

任务一塑料模具的分类、工作条件、失效形式及性能要求219

一、相关知识220

（一）塑料模具的分类220

（二）塑料模具的服役条件220

（三）塑料模具常见的失效形式220

（四）塑料模具材料的性能要求220

二、实践与研究221

三、拓展与提高222

任务二 塑料模具材料与热处理222

一、相关知识223

（一）塑料模具钢的分类223

（二）塑料模具钢的成分、性能和热处理223

（三）其他的塑料模具材料232

（四）进口塑料模具钢简介232

二、实践与研究235

三、拓展与提高236

任务三塑料模具的选材236

一、相关知识236

（一）塑料模具选材的原则236

（二）塑料模具成形零件的选材237

（三）塑料模具结构零件的选材238

二、实践与研究239

三、拓展与提高240

（一）塑料模具的工作硬度与选材240

（二）塑料模具材料与热处理工艺选用实例240

附录242

附录1布氏硬度与压痕直径对照表242

附录2黑色金属硬度及强度换算表（一）243

附录3黑色金属硬度及强度换算表（二）244

附录4常用结构钢退火及正火工艺规范245

附录5常用工具钢退火及正火工艺规范246

附录6新旧低合金高强度结构钢的标准牌号对照及用途247

参考文献248