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金属材料由于具有不同的优异性能，被广泛地用于生活和生产当中，是现代工业和科学技术领域不可缺少的重要材料。机械专业技校生，未来作为一名机械专业技术工人，从手中使用的工具，到加工各种零件，每天都要与各种各样的金属材料打交道。为了能够正确地认识和使用金属材料，合理选用加工方法和切削用量，加工出合格零件，就需熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能与变化规律，为机械专业理论学习和技能训练起到事半功倍的效果。
1.掌握碳素钢、合金钢牌号，可很好识别刀具材料性能。如钳工生产实习的手用刀具：锯条、锉刀、丝锥、板牙、刮刀、等都是碳素工具钢。有较高硬度与耐磨性，但红硬性较差，在生产上切削速度低、切削产生热量小、效率低。如机床生产的机用刀具：车刀、铣刀、钻头、镗刀等一般由高速钢、合金刃具钢、硬质合金组成，它们具有高硬度、高耐磨性、高热硬性及足够的强度和韧性。在生产上切削速度高、切削产生热量大、效率高。如图所示：
2.掌握纯铁，钢、铸铁、合金钢材料是什么标准来分类，如何真正理解它们的联系与区别，从而在正确了解材料性质与生产用途不同。
(1)含碳量小于0.0218％铁碳合金称为纯铁。钝铁具有良好塑性和韧性，硬度和强度低。同时纯铁具有同素异构转变性质，固态下随温度变化，由一种品格转变为另外一种晶格。通过同素异构转变，可使金属在固态下重组晶粒，获得所需性能。也就是说，可不改变零件尺寸、形状的情况下使其内部组织结构和性能发生变化。
(2)把含碳量大于0.0218％而小于2.11％的铁碳合金称为钢。按钢的含碳量分类，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢：C≤0.25％，在生产上用于塑性、韧性及焊接性能好，但强度、硬度要求不高零件。中碳钢：C=0.25％～0.6‰在生产上用于机器的主轴或车辆的转轴要求有较好的综合性能。高碳钢：C≥0.6‰车刀、钻头、铣刀选用高碳钢。
(3)把含碳量大于2.11％铁碳合金称为铸铁。可锻铸铁具有铁水处理简单、质量稳定、容易组织流水生产、低温韧性好等优点，广泛应用于管道配件和汽车行业，常用于制造形状复杂、承受冲载荷的薄壁、中小型零件。
(4)在碳素钢的基础上有目的加入一种或数种合金元素称为合金钢。合金钢具有较高的力学性能、淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、耐蚀特性能，在机械制造中得到广泛应用。合金钢按用途分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。合金结构钢用于制造各类工程结构件和各种机器零件的钢，如齿轮，曲轴，轴承、直升机旋翼轴。合金工具钢：分为合金刃具钢、合金量具钢，合金模具钢，用于制造刀具、量具、模具，如铣刀、热锻模、百分表、千分尺等。特殊性能钢：分为不锈钢，耐热钢、耐磨钢，生产中用于汽轮机叶片、钢炉、挖掘机的铲斗。
3.在识别刀具与工件材料性能基础上，能做到合理选择切削用量，提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本、延长刀具寿命。选择切削用量要根据不同的加工条件和加工要求，从以下几个方面分析：(1)生产效率 背吃刀量ap、进给量碍口切削速度Vc增大，切削时间减小。一般情况下，特别是粗加工时，应尽量优先增大ap，以求一次走刀切除全部加工余量。(2)机床功率 增大进给量f使切削力增加较少，功率增加较少，所以，在粗加工时尽量增大f是合理的。(3)刀具耐用度 对刀具耐用度影响最大是切削速度Vc，影响最小是背吃刀量ap。过高切削速度会由于经常磨刀、换刀而增加费用，提高加工成本。(4)表面粗糙度在理想的条件下，提高切削速度能降低表面粗糙度值，提高背吃刀量对表面粗糙度影响较小。所以，加工表面粗糙度主要限制的进给量f的提高。
根据以上原则，具体分析如下：如手用刀具2号中齿锉刀，它的牌号是T12、T13是碳素工具钢，它的切削用量为：切削速度控制140次／分钟、锉削余量0.2～0.5、尺寸精度0.05～0.2、表面粗糙度Ra25～6.3。如機用刀具10钻头，它的牌号是W18Cr4V，是高速钢，它的切削用量为：ap=5、Vc=50m／min、f=0.2mm／r，这样在加工过程中就能准确控制切削用量，提高产品质量有了保证。
4.热处理主要知识点在生产加工工艺上具体应用。
(1)要消除材料内应力，降低材料硬度，提高塑性、改善切削性能，防止工件变形与开裂，就要用到退为或正火，它们加工工序位置处于铸造或锻造之后，粗加工之前。对于力学性能不太高零件，正火还可作为最终热处理。
(2)淬火的目的是得到马氏体组织，提高产品强度和硬度，并保持一定的韧性，是决定产品最终质量的关键。回火的目的降低钢的脆性和内应力，防止变形或开裂，稳定钢的结晶组织，保证工件不再发生形状和尺寸的改变，获得不同机械性能。它们加工工序位置一般为粗加工之后，精加工之前。同时淬火和回火是结合在一起使用，淬火+长时间低温回火常用在合金量具钢，以稳定量具的尺寸。淬火+中温回火(高温回火)常用在热作模具钢，以保证其具有足够的韧性。
(3)钢的化学热处理有：钢的渗碳、钢的渗氮。渗碳的目的：提高工件表层的含碳量，渗碳后的工件需经淬火及低温回火，才能使零件表面具有高的硬度和耐磨性，从而达到以零件“外硬内韧”性能要求，它加工工序位置在机械加工之后。钢的渗氮目的：提高零件表面的硬度、耐磨性，耐蚀性及疲劳强度。渗氮层还具有渗碳层所没有的耐蚀性，可防止蒸汽、碱性溶液的腐蚀，它加工工序位置在机械精加工之后，精磨或研磨之前。常用在复杂的精密零件，如精密丝杠、精密机床主轴。
教师在金属材料教学过程中，要着重突出生产应用教学。首先学生要学会对各材料牌号能准确无误读出来，这样学生真正了解零件图、装配图材料所标注符号含义，这是学生进行生产加工前提条件；其次学生能对使用的刀具、加工材料力学性能特点和用途有清楚认识，在加工过程中如何控制切削用量保证产品质量和提高生产效率；如何用不同刀具加工不同材料，避免刀具过早磨损；如何准确装、夹避免加工零件变形。再次学生要了解热处理工序位置在铸造、锻造、机械粗加工、机械精加工具体先后位置，同时注意各热处理具体操作要点及结合起来使用方法。如果教师踏踏实实按照以上要点进行理论与实践的实物教学、工艺教学，学生就会在金属材料知识学习中学到很多知识，并且在生产实践中很好、很快用上，从而实现金属材料知识学习真正目的。
1.掌握碳素钢、合金钢牌号，可很好识别刀具材料性能。如钳工生产实习的手用刀具：锯条、锉刀、丝锥、板牙、刮刀、等都是碳素工具钢。有较高硬度与耐磨性，但红硬性较差，在生产上切削速度低、切削产生热量小、效率低。如机床生产的机用刀具：车刀、铣刀、钻头、镗刀等一般由高速钢、合金刃具钢、硬质合金组成，它们具有高硬度、高耐磨性、高热硬性及足够的强度和韧性。在生产上切削速度高、切削产生热量大、效率高。如图所示：
2.掌握纯铁，钢、铸铁、合金钢材料是什么标准来分类，如何真正理解它们的联系与区别，从而在正确了解材料性质与生产用途不同。
(1)含碳量小于0.0218％铁碳合金称为纯铁。钝铁具有良好塑性和韧性，硬度和强度低。同时纯铁具有同素异构转变性质，固态下随温度变化，由一种品格转变为另外一种晶格。通过同素异构转变，可使金属在固态下重组晶粒，获得所需性能。也就是说，可不改变零件尺寸、形状的情况下使其内部组织结构和性能发生变化。
(2)把含碳量大于0.0218％而小于2.11％的铁碳合金称为钢。按钢的含碳量分类，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢：C≤0.25％，在生产上用于塑性、韧性及焊接性能好，但强度、硬度要求不高零件。中碳钢：C=0.25％～0.6‰在生产上用于机器的主轴或车辆的转轴要求有较好的综合性能。高碳钢：C≥0.6‰车刀、钻头、铣刀选用高碳钢。
(3)把含碳量大于2.11％铁碳合金称为铸铁。可锻铸铁具有铁水处理简单、质量稳定、容易组织流水生产、低温韧性好等优点，广泛应用于管道配件和汽车行业，常用于制造形状复杂、承受冲载荷的薄壁、中小型零件。
(4)在碳素钢的基础上有目的加入一种或数种合金元素称为合金钢。合金钢具有较高的力学性能、淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、耐蚀特性能，在机械制造中得到广泛应用。合金钢按用途分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。合金结构钢用于制造各类工程结构件和各种机器零件的钢，如齿轮，曲轴，轴承、直升机旋翼轴。合金工具钢：分为合金刃具钢、合金量具钢，合金模具钢，用于制造刀具、量具、模具，如铣刀、热锻模、百分表、千分尺等。特殊性能钢：分为不锈钢，耐热钢、耐磨钢，生产中用于汽轮机叶片、钢炉、挖掘机的铲斗。
3.在识别刀具与工件材料性能基础上，能做到合理选择切削用量，提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本、延长刀具寿命。选择切削用量要根据不同的加工条件和加工要求，从以下几个方面分析：(1)生产效率 背吃刀量ap、进给量碍口切削速度Vc增大，切削时间减小。一般情况下，特别是粗加工时，应尽量优先增大ap，以求一次走刀切除全部加工余量。(2)机床功率 增大进给量f使切削力增加较少，功率增加较少，所以，在粗加工时尽量增大f是合理的。(3)刀具耐用度 对刀具耐用度影响最大是切削速度Vc，影响最小是背吃刀量ap。过高切削速度会由于经常磨刀、换刀而增加费用，提高加工成本。(4)表面粗糙度在理想的条件下，提高切削速度能降低表面粗糙度值，提高背吃刀量对表面粗糙度影响较小。所以，加工表面粗糙度主要限制的进给量f的提高。
根据以上原则，具体分析如下：如手用刀具2号中齿锉刀，它的牌号是T12、T13是碳素工具钢，它的切削用量为：切削速度控制140次／分钟、锉削余量0.2～0.5、尺寸精度0.05～0.2、表面粗糙度Ra25～6.3。如機用刀具10钻头，它的牌号是W18Cr4V，是高速钢，它的切削用量为：ap=5、Vc=50m／min、f=0.2mm／r，这样在加工过程中就能准确控制切削用量，提高产品质量有了保证。
4.热处理主要知识点在生产加工工艺上具体应用。
(1)要消除材料内应力，降低材料硬度，提高塑性、改善切削性能，防止工件变形与开裂，就要用到退为或正火，它们加工工序位置处于铸造或锻造之后，粗加工之前。对于力学性能不太高零件，正火还可作为最终热处理。
(2)淬火的目的是得到马氏体组织，提高产品强度和硬度，并保持一定的韧性，是决定产品最终质量的关键。回火的目的降低钢的脆性和内应力，防止变形或开裂，稳定钢的结晶组织，保证工件不再发生形状和尺寸的改变，获得不同机械性能。它们加工工序位置一般为粗加工之后，精加工之前。同时淬火和回火是结合在一起使用，淬火+长时间低温回火常用在合金量具钢，以稳定量具的尺寸。淬火+中温回火(高温回火)常用在热作模具钢，以保证其具有足够的韧性。
(3)钢的化学热处理有：钢的渗碳、钢的渗氮。渗碳的目的：提高工件表层的含碳量，渗碳后的工件需经淬火及低温回火，才能使零件表面具有高的硬度和耐磨性，从而达到以零件“外硬内韧”性能要求，它加工工序位置在机械加工之后。钢的渗氮目的：提高零件表面的硬度、耐磨性，耐蚀性及疲劳强度。渗氮层还具有渗碳层所没有的耐蚀性，可防止蒸汽、碱性溶液的腐蚀，它加工工序位置在机械精加工之后，精磨或研磨之前。常用在复杂的精密零件，如精密丝杠、精密机床主轴。
教师在金属材料教学过程中，要着重突出生产应用教学。首先学生要学会对各材料牌号能准确无误读出来，这样学生真正了解零件图、装配图材料所标注符号含义，这是学生进行生产加工前提条件；其次学生能对使用的刀具、加工材料力学性能特点和用途有清楚认识，在加工过程中如何控制切削用量保证产品质量和提高生产效率；如何用不同刀具加工不同材料，避免刀具过早磨损；如何准确装、夹避免加工零件变形。再次学生要了解热处理工序位置在铸造、锻造、机械粗加工、机械精加工具体先后位置，同时注意各热处理具体操作要点及结合起来使用方法。如果教师踏踏实实按照以上要点进行理论与实践的实物教学、工艺教学，学生就会在金属材料知识学习中学到很多知识，并且在生产实践中很好、很快用上，从而实现金属材料知识学习真正目的。