浙江xx學(xué)院6.2金屬材料的機械性能

浙江 XX 學(xué)院 汽車機械基礎(chǔ) 教案 NO. 6-2授課班級授課日期編制人 日 期 檢查人 日 期 抽查人 日 期王增樂課 題 6-2 金屬材料的機械性能教學(xué)內(nèi)容分析 重 點難 點 金屬材料的機械性能基本概念學(xué)情分析 大專技師同學(xué)對于金屬材料的基礎(chǔ)知識有著深切的渴望，在金屬材料學(xué)習(xí)中中，金屬材料的機械性能的學(xué)習(xí)是機械基礎(chǔ)的內(nèi)容。 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計了解金屬材料的機械性能的基本概念；掌握根據(jù)材料性能選擇相應(yīng)材料的基本能力教學(xué)準(zhǔn)備 教案，教本，教師手冊教學(xué)方法 講授、學(xué)生練習(xí)相結(jié)合。摘 要 占用時間教學(xué)組織 師生問候、考勤復(fù) 習(xí) 金屬的物理化學(xué)性能導(dǎo) 入 金屬在當(dāng)今社會的廣泛應(yīng)用1、金屬材料的機械性能的基本概念。2、金屬材料的機械性能的有關(guān)指標(biāo)。3、金屬材料的機械性能的有關(guān)拓展。講授新課P15T2 回答課堂練習(xí)P6 公式識記布置作業(yè) P10 讀圖教學(xué)過程設(shè)計小 結(jié) 回顧金屬材料的機械性能的有關(guān)指標(biāo)。2bZF0eSL低碳鋼的力伸長曲線講授內(nèi)容 以及 師生活動課堂常規(guī)一、組織教學(xué) 檢查學(xué)生出勤，并記錄二、復(fù)習(xí)提問 金屬的物理化學(xué)特性三、導(dǎo)入新課 金屬材料。四、講授新課 6-2 金屬材料的機械性能一 金屬材料的抗拉強度和塑性測量機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。（一）強度：金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。強度的大小用應(yīng)力來表示。指 b =Pb/F0; s=PS/F0;0.2 產(chǎn)生 0.2%永久變型量時的強度。強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應(yīng)力。 屈服點（ s ）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生 0.2%L 。時應(yīng)力值，單位用牛頓 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。根據(jù)載荷作用方式不同，強度可分為：抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度和抗扭強度等。一般情況下多以抗拉強度作為判別金屬強度高低的指標(biāo)。1、 拉伸試樣：拉伸試樣的形狀一般有圓形和矩形。Do：直徑 Lo：標(biāo)距長度 長試樣：Lo=10do 短試樣：Lo=5do2、 力伸長曲線 縱坐標(biāo)表示力 F，單位 N；橫坐標(biāo)表示伸長量L，單位為 mm。（1）oe：彈性變形階段：試樣變形完全是彈性的，這種隨載荷的存在而產(chǎn)生，隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。Fe 為試樣能恢復(fù)到原始形狀和尺寸的最大拉伸力。（2）es ：屈服階段：不能隨載荷的去除而消失的變形稱為。在載荷不增加或略有減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象叫做屈服。屈服后，材料開始出現(xiàn)明顯的塑性變形。Fs 稱為屈服載荷（3）sb：強化階段：隨塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強化（或稱加工硬化） 。Fb：試樣拉伸的最大載荷。（4）bz：縮頸階段（局部塑性變形階段）當(dāng)載荷達(dá)到最大值 Fb 后，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸” 。工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，有些脆性材料，不但沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸” 。如鑄鐵等。3、強度指標(biāo)：抗拉強度（b）也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓 / 毫米 2（ N/mm2 ）表示。4（二）塑性：指材料發(fā)生永久變形而不被破壞的一種能力。所謂塑性，是指固體金屬在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。因此，塑性反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性的好壞或大小，可用金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變形程度來表示，并稱其為“塑性極限”或“塑性指標(biāo)” 。2塑性指標(biāo)的測量方法（1）拉伸試驗法 用拉伸試驗法可測出破斷時最大延伸率（ ）和斷面收縮率（ ） ， 和 的數(shù)值由下式確定： %10Fh%10Lh式中：L0拉伸試樣原始標(biāo)距長度； Lh拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長度；F0拉伸試樣原始斷面積； Fh拉伸試樣破斷處的斷面積（2）壓縮試驗法在簡單加載條件下，因壓縮試驗法測定的塑性指標(biāo)用下式確定：%100Hh（5-3）式中： 壓下率； H0試樣原始高度； Hh試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度（3）扭轉(zhuǎn)試驗法扭轉(zhuǎn)試驗法是在專門的扭轉(zhuǎn)試驗機上進(jìn)行。試驗時圓柱體試樣的一端固定，另一端扭轉(zhuǎn)。隨試樣扭轉(zhuǎn)數(shù)的不斷增加，最后將發(fā)生斷裂。材料的塑性指標(biāo)用破斷前的總扭轉(zhuǎn)數(shù)（n）來表示，對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（ ） 。 03LnR（5-4）式中：R試樣工作段的半徑； L0試樣工作段的長度； n試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。延伸率（ ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長度的百分比。 斷面收縮率（ ）材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。 伸長率：斷裂的長度增加量與原長度之比。（L1-L0 ）/L0100斷面收縮率：拉斷的橫截面積減小量與試樣原來橫截面積之比，百分?jǐn)?shù)。硬度與強度的近似關(guān)系：軋制或鍛鋼件 b（0.34-0.36）HB 鑄鋼件 b（0.3 0.4）HB 灰口鑄鐵件 b（HB-40）/6（四）韌性：指材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的一種能力。沖擊韌性 ak=Ak/F(1 公斤米/厘米 2);脆性與韌性相反，脆性材料的破壞是突然發(fā)生，沒有顯著變形，斷口處很明亮并有金屬光澤。而韌性材料的破壞都有預(yù)兆，并且斷口呈灰色纖維狀。二 硬度測量硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測定分布氏硬度（ HBS 、 HBW ）和洛氏硬度（ HKA 、 HKB 、 HRC ）是指金屬表面抵抗其它更硬物體壓入的能力金屬的硬度是指金屬材料抵抗硬物壓入的能力，常用的硬度指標(biāo)有：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、表面洛氏硬度、肖氏硬度。布氏硬度 HB 只適用于硬度小于 HB450 的退火、正火、調(diào)質(zhì)狀態(tài)想的鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。而且壓痕較大，不適宜檢查成品和太薄的工件。洛氏硬度 HRA 用于測量表面淬火、滲碳層、或硬質(zhì)合金等很硬的材料； HRB 用于測量有色金屬、退火、正火鋼等較軟的金屬；HRC 用于測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等較硬的材料。表面洛氏硬度 HRT、HRN 適用于鋼鐵表面滲碳、滲氮等處理的表面層硬度，以及薄、小試件硬度的測定；維氏硬度 HV 壓痕淺，適于測量零件表面硬化層、化學(xué)熱處理后的表面層硬度及薄零件的硬度，測定的硬度值比布氏和洛氏硬度精確；肖氏硬度 HS 硬度計體積小，便于攜帶，適于測量大型機件、軋輥、鋼結(jié)構(gòu)的硬度，誤差較大，特別是彈性較大的材料，硬度值可能偏高HB 鋼球印痕面積法=2P D(D- dD2)（單位面積上的力） ；HB450 時不能用布氏方法；不能測太薄的金屬 10h (壓坑深度)；HRC 測量淬火回火后的工件 （120o 金鋼錐） ；HRB 測量較軟的退火件 銅、鋁 （1.588mm 鋼球） ；HRA 測量硬度很高或硬而薄的金屬，如硬質(zhì)合金表面處理工件等（ 120o 金鋼錐） ；HR=k-h/0.002； H 壓痕深度（mm） ；K 常數(shù)，用鋼球時為 130，用金鋼石時為 100；0.002 為壓痕深，每 0.002 為洛氏硬度一度；高硬度時 HRC1/10HB；HV 用頂角為 136o 金剛石四方角錐體，根據(jù)被測工件越薄，選用越小載荷 ;5、10、20、30、50 、100、和 120Kg；HV=1.8544P/d2(1 公斤/mm2)； HV 可測量很薄的工件和滲碳層、氮化層、氰化層硬度。三 沖擊韌性測量沖擊韌性（ Ak ）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳 / 厘米 2 （ J/cm2 ）沖擊韌性是指金屬材料在沖擊荷載的作用下抵抗“斷裂”的能力。五 金屬疲勞金屬疲勞 在交變應(yīng)力作用下，金屬材料發(fā)生的破壞現(xiàn)象。機械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過一段時間后，在局部高應(yīng)力區(qū)形成微小裂紋，再由微小裂紋逐漸擴展以致斷裂。疲勞破壞具有在時間上的突發(fā)性，在位置上的局部性及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點，故疲勞破壞常不易被及時發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力大小和循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個主要因素。金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)并