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金属材料的性能


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金属材料性能

批 准 人 教案序号 授课时数 授课教师 授课形式

1、 了解金属材料的物理性能、 化学性能、 力学性能和工艺性能所包括的内容。

教学目标

2、了解机械零件失效和强度的内涵。 3、掌握力学性能对金属材料所起的作用和工艺性能对加工的影响。

教学重点 教学难点 教学方法 课后作业

1、金属材料的力学性能和应力与强度的关系。 2、掌握力学性能对机械零件强度的影响。 材料的力学性能,强度的分类 举例、多媒体、讲练法、演示法、归纳法

教学反思









学 生 活 动
教师设问:塑料的应 用很广, 但为什么不用塑 料来代替金属做重要的 齿轮呢?而有些地方却 可以用塑料来代替齿轮, 如家用电器中的组合音 响、 DVD 影碟机的转盘, 随身听的传动都是塑料 齿轮。这是什么道理?

导入新课 常用的机器零件都是由金属材料制成的, 特别是一些 重要的关键零件,不仅要求寿命长耐用,而且机械尺寸精 巧又要易于加工,价格还要低廉,这就要求我们必须研究 金属材料的物理、化学、力学和工艺性能,以满足各种不 同的机械零件的性能要求。 如坦克的履带和挖掘机的铲齿 都要求材料不仅要硬,还要耐磨损;机床的齿轮不仅要求 表面硬度很高,而且芯部要具有足够的韧性;飞机的零件 不仅要求材料要轻,同时还必须具有足够的强度,以抵抗 气流的冲击。等等。力学性能是机械零件在力的作用下所 表示出的特性; 工艺性能是零件进行冷热加工时所表示出 的特性,它们都是课程研究的重点。









学 生 活 动

选择适合于机器使用的材料,主要依据于金属材料 的性能。它分为使用性能和工艺性能。使用性能是指在使 用条件下表现出来的性能, 它包括物理、 化学、 力学性能, 力学性能在机械设备中力的相互作用时所表现出来的性 能,是课程研究的重点,关系最为密切;而工艺性能是零 件从毛坯到成品加工生产过程中所表现出来的性能, 对零 件的加工影响很大。 一、金属的物理性能 金属材料固有的性能。 1、密度 单位 kg/m 2、熔点 3、导电性 4、导热性 5、热膨胀性 6、磁性 二、金属的化学性能 金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反 应的性能。 1、耐腐蚀性 2、抗氧化性 3、化学稳定性 三、金属的力学性能 1、金属的力学性能又称为机械性能,它是指金属在外力 作用所表现出来的性能。 2、金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。 3、载荷的分类:

金属材料的物理、化 学性能对学生来说 比较熟悉,初中已多 少学过,引导学生回 顾自学

同学分组讨论你们 所知的外力(载荷) 指的是哪些?并指 出实例


4、变形的概念及分类







学 生 活 动

金属材料在载荷作用下,形状和尺寸的变化称为变形。 变形分为: 弹性变形:随着载荷的作用而产生,随着载荷的去除 而消失的变形。 塑性变形:随着载荷的去除而不消失的变形。 5、金属材料主要的力学性能包括:强度、塑性、硬度、 韧性、抗疲劳性 (一)强度 1、金属材料在载荷作用下抵抗变形或破坏的能力。 2、强度的大小用应力表示,金属材料在受到外力作用时 认真听讲,观看低碳 必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力,即内力。单位 钢拉伸试验,记录试 截面上的内力称为应力。 样的不同变化 (1)用符号σ 表示,σ =F/S (2)单位:Pa (3)根据载荷作用方式不同,强度可分为:抗拉强度、 抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。 (4)一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的 指标。 纵坐标表示力 F,单位 N; 横坐标表示伸长量△L,单 位为 mm ( 1 ) oe :弹性变形阶段 (2)es:屈服阶段 (3)sb:强化阶段 3、强度指标: (1)屈服强度:当试样上的载荷增加到一定值后,载荷 不再增加或略有减小的情况下, 而试样仍继续变形的现象 叫做屈服。屈服后,材料开始出现明显的塑性变形。金属 材料在产生屈服时的应力称为屈服强度。用符号 ReL (σ s) 表示 对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应 力表示,用符号 RRσ 0.2=F0.2/So 掌握强度的各种表 示方法及应力的常 用单位。 (4)bz:缩颈阶段









学 生 活 动
零件在工作中所承 受的应力,不于允许 超过抗拉强度,否则 会产生断裂。

屈服强度表示的是金属材料抵抗微量塑性变形的能 力。是机械零件设计的主要依据,也是评定金属材料性能 的重要指标。 (2)抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度, 用 符号 Rm(σ b)表示。 (二)塑性 1、定义:指金属材料在栽花作用下发生塑性变形而不断 裂的能力。 (1)断后伸长率 A(δ ) : 试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比。 计算公式:δ =(l1-l0)/l0 ×100% 断面伸长率 Z(ψ ) : 试样拉断后, 缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的 百分比。 计算公式:ψ =(SO-S1)/SO ×100% (三)硬度 1、定义:指金属材料抵抗其他硬物压入其表面的(局部 塑性变形、压痕或划痕)的能力。 2、硬度可通过硬度试验测定,常用硬度有布氏硬度和洛 氏硬度。 (1)布氏硬度(HBW) : 用一定直径的硬质合金球体, 以规定的试验力压入试样表 面,保持规定时间后卸除试验力,然后用测量表面压痕直 径来计算硬度。 用于测定铸铁、有色金属、及其各种软钢等硬度不是很高 的材料。 优点:能准确反映出金属材料的平均性能。 缺点:操作时间长,压痕测量较费时。 (2)洛氏硬度(HRC、HRB、HRA) : 采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头,压入金属表面后,经 规定保持时间后即除主试验力, 以测量的压痕深度来计算 洛氏硬度值。 优点:①操作简单迅速,能直接从刻度盘上读出硬度值; ②压痕小, 可测成品及较薄工件; ③测硬度范围大。 缺点:数值波动大 3、硬度越大,耐磨性也越好 (四)冲击韧性 1、定义:材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 2、指标:冲击韧度α k 3、常用冲击试验来测定金属材料的冲击韧性。 4、冲击韧度越大,表示材料的冲击韧性越好。

A(δ ) 、Z(ψ )值 越大,塑性越好。









学 生 活 动

(五)疲劳强度 1、交变应力:许多零件,在工作过程中往往受到大小或 大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用, 此应力称为 交变应力。 2、金属的疲劳:金属材料在交变应力的长期作用下,虽 然应力远小于材料的抗拉强度,甚至低于屈服强度,也会 发生突然断裂,这种现象叫金属疲劳。 3、疲劳破坏的特征 ①、 疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形, 断裂前没有预兆, 而是突然破坏; ②、引起疲劳断裂的应力很低,常常低于材料的屈服点; ③、疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。 4、金属材料在无数次交变应应力作用下,而不发生断裂 的最大应力。 四、金属的工艺性能 概念: 工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的应能 力。 1、铸造性能: 金属(材料)及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称 为铸造性能。 2、锻造性能: 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。 铸铁不能锻压。 3、焊接性能: 大量接性能是旨金属材料对焊接加工的适应性。 4、切削加性能: 切削加工 (性能) 金属材料的难易程度称为切削加工性能。 五、课堂小结

各种力学性能之间 有一定的联系,提高 强度、硬度,往往会 降低其塑性、韧性。

1、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能,而使用性 回 顾 本 节 课 重 点 内 容 能中的力学性能与零件关系最大。 2、强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能 力。强度越高,抵抗破坏能力越大。常用强度是抗拉强度 和强度极限 ? b 。 3、常用硬度表示方法有 HB 布氏和 HRC 洛氏硬度,后者 用于淬火后材料的硬度表示。 4、失效的定义和应力的含义及应力的单位关系。


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