金屬性能教案

1、緒論一、自我介紹簡單介紹自已，對待金屬材料與熱處理這門課簡單介紹，并聯(lián)系該專業(yè)與這門課的聯(lián)系性，讓大家認(rèn)識到這本書的重要性。二、新課引入本節(jié)課將對本課程的性質(zhì)和任務(wù)、主要內(nèi)容以及學(xué)習(xí)本課程需注意的幾個問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。三、新課內(nèi)容材料是人類生產(chǎn)和生活中重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會的發(fā)展歷程是以材料為主要標(biāo)志的，如石器時代、青銅器時代、鐵器時代等。材料的種類繁多，按化學(xué)成分不同，一般將材料劃分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料以及其它復(fù)合材料等。進(jìn)入鐵器時代以后，金屬材料在人類社會發(fā)展中占據(jù)重要地位。金屬材料是指金屬元素或以多金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。我國有悠久的使用金屬材料的

2、歷史，考古發(fā)掘證明，我國在六千多年前就已經(jīng)冶練出黃銅。在商代早期已有簡單的青銅工具，出土于河南安陽的后母大方鼎是世界上出土最大最重的青銅器，其體積寵大，造型精美，享有鎮(zhèn)國之寶的稱號。就中以反映商朝中期青銅鑄造業(yè)的宏大規(guī)模和高超技術(shù)。春秋時期我國已經(jīng)掌握了冶練生鐵技術(shù)，比歐洲要早一千八百多年以上。在熱處理技術(shù)方面，我國在商周時期已經(jīng)有效地應(yīng)用退火技術(shù)，鍛及矛戈是商周時期有關(guān)利用鍛間退火技術(shù)制作兵器的記載。戰(zhàn)國時期，我國古代熱處理的一項舉世矚目的成就是發(fā)明了鑄鐵柔化術(shù)，而在西漢時期我國熱處理技術(shù)就已具有很高水平。明代科學(xué)家宋應(yīng)星的天工開物一書，介紹了冶鐵、練鋼、鋼鐵等各種金屬加工方法，是世界上最早

3、的金屬材料著作之一。（一）、本課程的性質(zhì)和任務(wù)本課程是一門研究金屬材料的成分、組織、熱處理與其性能間關(guān)系和變化規(guī)律的學(xué)科。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握有關(guān)金屬材料及熱處理的基本理論和基本知識，掌握常用金屬材料的種類、牌號、性能和用途，了解機(jī)械零件和工具設(shè)計中合理選材的方法，初步掌握正確運(yùn)用熱處理工藝、合理安排零件工藝路線的方法。（二）本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容包括金屬的性能、金屬與合金、金屬材料和鋼的熱處理等。由于非金屬材料和復(fù)合材料在機(jī)械工業(yè)應(yīng)用中很多，本教材也做了介紹。金屬的性能主要介紹金屬的使用性能和工藝性能；金屬與合金講述金屬的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶、鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖；鋼的熱

4、處理講述熱處理的原理和工藝；金屬材料講述碳素鋼、合金鋼、鑄鐵等的組織、成分和性能。（三）、學(xué)習(xí)本課程要注意的幾個問題金屬材料與熱處理是一門研究微觀與宏觀的學(xué)科，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，概念和術(shù)語較多，因此應(yīng)注意如下幾個問題：1、理論聯(lián)系實際與其他學(xué)科一樣，金屬材料與熱處理是一門來自生產(chǎn)實踐，又直接為生產(chǎn)服務(wù)的學(xué)乎，具有很強(qiáng)的實踐性，學(xué)習(xí)中要聯(lián)系生產(chǎn)和生活，結(jié)合實際幫助理解，在理解的基礎(chǔ)上強(qiáng)化記憶。2、善于總結(jié)規(guī)律任何一門學(xué)科都有其內(nèi)在規(guī)律，本學(xué)科同樣如此，應(yīng)善于尋找總結(jié)，如在同一材料系中，其應(yīng)用范圍是由性能決定的，而性能是由組織決定，凡是影響組織的因素如成分、熱處理都會影響其性能。3、以知識應(yīng)用為

5、最終學(xué)習(xí)目的 本課程的編寫模式也充分體現(xiàn)了這一要求。如學(xué)習(xí)力學(xué)性能，是為了根據(jù)機(jī)械零件的工作條件提出性能要求；學(xué)習(xí)金屬材料，是為了根據(jù)零件的性能要求合理選擇材料；學(xué)習(xí)熱處理，是為了根據(jù)材料的成分特點(diǎn)、性能要求和加工方法，合理安排熱處理和工序等。四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了金屬材料的物理和化學(xué)性能，通 五、作業(yè)布置1、指出本課主要內(nèi)容，以及學(xué)習(xí)方法；五、課堂后記模塊一 金屬的性能1.1金屬的物理性能和化學(xué)性能一、知識回顧上節(jié)課講授了緒論，對本教材進(jìn)行了初步認(rèn)知，對本課程的性質(zhì)和任務(wù)、主要內(nèi)容進(jìn)行了學(xué)習(xí)。二、新課引入與同學(xué)們一起討論了解身邊的金屬以及這些金屬的性能有哪些，有什么區(qū)別，有什么用途。提

6、問最重的金屬是什么？提問最輕的金屬是什么？（鋨和鋰）三、新課內(nèi)容夏商周時期（采用氧化銅礦石，敲碎后混合木炭，形成銅液，倒模后形成鼎（一言九鼎,九鼎象征九州，問鼎中原,鼎三足兩耳），戟（戈器，蛇戟，張飛），孫子兵法故事（春秋戰(zhàn)國），到了鐵器時代，（干將莫邪，軒轅劍，純鈞等，都是天然鐵制作），這個時代非常漫長,一直到清末，代表的作品有法國埃菲爾鐵塔，1884年，代表著愛情（埃菲爾對她妻子忠貞不渝的愛情）。為提高金屬材料性能，在熱處理方面，比如古代就有淬火，鐵匠打鐵，然后放入水中淬火，比如純鐵較軟，生鐵硬而脆，家里的鍋是生鐵的，脆而易裂，如何讓鐵又硬又不脆呢，這就要用到熱處理技術(shù)，也就是四把火，脆火

7、，回火，正火，退火。這個以后會重點(diǎn)學(xué)習(xí)。1. 金屬的物理性能 金屬的物理性能主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。(1) 密度 是指金屬單位體積的質(zhì)量，用表示m金屬質(zhì)量 (kg) V金屬體積(m3) 金屬密度(kg/m3)【例】質(zhì)量為222.5g，體積為25cm3的金屬塊，其密度為多少g/cm3？答：該金屬的密度為8.9g/cm3.例：估算身邊的密度。(2) 熔點(diǎn) 金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)是的溫度稱之為熔點(diǎn)。純金屬都有固定的熔點(diǎn)。熔點(diǎn)是制定熱加工(冶煉、鑄造、焊接)工藝規(guī)范的重要依據(jù)之一。鐵：熔點(diǎn)1535銅：熔點(diǎn)1083金：熔點(diǎn)1064鋁：熔點(diǎn)660鎂：熔點(diǎn)648.8鈉和鉀熔點(diǎn)很低，

8、100度以下就能融掉。汞：室溫下呈液體。(3) 熱膨脹性 金屬受熱時，體積會增大，冷卻時收縮，金屬這種性能稱之為熱膨脹性。熱膨脹性能的大小可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)來表示。l0線膨脹前的長度(cm) lt線膨脹后的長度 (cm) t溫度差(K或)1線膨脹系數(shù)(1/K)或(1/)從式中可以看出，線膨脹系數(shù)是指溫度每升高一個單位，金屬材料長度增量與原來長度的比值。線膨脹系數(shù)不是固定不變的，它是隨溫度的升高而增大的。體膨脹系數(shù)是線膨脹系數(shù)的3倍。在實際工作中，應(yīng)當(dāng)考熱膨脹的影響，例如鑄造冷卻時工件體積收縮，精密量具因溫度變化二引起的讀數(shù)誤差等。(4) 導(dǎo)熱性 金屬傳到熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。金屬導(dǎo)熱

9、性能較好。這與其內(nèi)部的自由電子有關(guān)。金屬導(dǎo)熱能力的大小，常用導(dǎo)熱率(導(dǎo)熱系數(shù))來表示。熱導(dǎo)率說明維持單位溫度梯度(溫度差)時，在單位時間內(nèi)，流過物體單位橫截面的熱量，單位是W/(m·K)。金屬材料的導(dǎo)熱率越大，說明導(dǎo)熱性能越好。一般來說，金屬越純，其導(dǎo)熱能力越好。導(dǎo)熱性好的金屬散熱性能就越好，在制造散熱器、熱交換器等零件時，就要注意選用導(dǎo)熱性能好的材料。(5) 導(dǎo)電性 金屬能夠傳導(dǎo)電流的性能，稱為導(dǎo)電性。金屬的導(dǎo)電性與其內(nèi)部存在的自由電子有關(guān)。常用電阻率來表示。單位長度，單位截面積的物體在一定溫度下所具有的電阻數(shù)叫電阻率，單位是·m。電阻率小，導(dǎo)電性能好。電導(dǎo)率是電阻率的倒

10、數(shù)，顯然電導(dǎo)率大，導(dǎo)電性能好。 (6) 磁性 金屬材料在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性的性能稱之為磁性。按磁性劃分可把金屬材料劃分為：鐵磁性材料：在外加磁場中，能夠強(qiáng)烈被磁化。順磁性材料：在弱外加磁場磁化作用的金屬，如銅，金、銀等。磁性只存在于一定溫度范圍內(nèi)，高于一定溫度時，磁性就會消失。如鐵在770以上就沒有磁性，這一溫度稱為居里點(diǎn)。2. 金屬的化學(xué)性能 金屬的化學(xué)性能是指在化學(xué)作用下表現(xiàn)出來的性能。包括耐腐蝕性和抗氧化性等。(1) 耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗周圍介質(zhì)(如大氣、燃?xì)?、油、水、酸、鹽等)腐蝕的能力。由材料的成分、化學(xué)性能、組織形態(tài)等決定的。鋼中加入可以形成保護(hù)膜的鉻、鎳、鋁、鈦。(

11、2)抗氧化性 金屬在高溫下對氧化的抵抗能力，稱為抗氧化性，又稱抗高溫氧化性。工業(yè)上用的鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)、火箭、導(dǎo)彈等，。四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了金屬材料的物理和化學(xué)性能，通過對一些常見金屬的性能進(jìn)行學(xué)習(xí)，以及在金屬的使用中這些性能的重要改進(jìn)行講解，使學(xué)生對金屬性能有了全面認(rèn)識。五 、作業(yè)布置練習(xí)冊 課題一：一、二；六、課堂后記模塊一 金屬的性能1.2金屬的力學(xué)性能（一）一、知識回顧復(fù)習(xí)：1.何謂金屬的物理和化學(xué)性能？ 2.何謂抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性？二、新課引入本節(jié)課重點(diǎn)學(xué)習(xí)金屬的力學(xué)性能中的強(qiáng)度指標(biāo)，對拉伸試驗進(jìn)行學(xué)習(xí)，對強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)。三、新課內(nèi)容鑄件成本低。三、課堂

12、總結(jié)材料的性能：指用來表征材料在給定外界條件下的行為參量,當(dāng)外界條件發(fā)生變化時，同一種材料的某些性能也會隨之變化。通常所指金屬材料的性能包括以下兩個方面：1、使用性能包括力學(xué)、物理、化學(xué)等方面性能。金屬材料的使用性能決定了其應(yīng)用范圍、安全可靠性和使用壽命等。2、工藝性能反映材料在被制成各種零件、構(gòu)件和工具的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工的性能。主要包括鑄造、壓力加工、焊接、切削加工、熱處理等方面的性能。(一） 、強(qiáng)度（1）變形：材料在載荷作用下引起的尺寸與性狀的改變。如同彈簧，受力會變形，那么金屬在外力下也會變形，只是變形大小不同。（2）彈性變形和塑性變形：卸載后變形可否恢復(fù)。比如拉彈簧力小時

13、，彈簧能恢復(fù)，當(dāng)力增加到一定程度，彈簧就不能恢復(fù)。如何來衡量強(qiáng)度呢？同樣力作用一根和十根筷子上，同樣的材料，筷子強(qiáng)度是相同的，它和密度，熔點(diǎn)等一樣。強(qiáng)度指金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力，通常用應(yīng)力即單位面積上的內(nèi)力來衡量，即1N/m2=1MPa,用符號（西格瑪）表示。1、拉伸試驗金屬的拉伸試驗可以測得材料的強(qiáng)度指標(biāo)。拉伸試樣的要求：長試樣：L0=10d0,短試樣：L0=5d02、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：特點(diǎn)：外力去除后完全恢復(fù)原狀，應(yīng)力應(yīng)變成正比。（2）sd：屈服階段：特點(diǎn)：材料開始出現(xiàn)明顯的塑性變形。Fs稱為

14、屈服載荷。金屬開始顯著的塑性變形，除去外力，試樣不能恢復(fù)原尺寸。（3）db：強(qiáng)化階段：特點(diǎn)：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(qiáng)化（或稱加工硬化）。Fb：試樣拉伸的最大載荷。外力去除后部分復(fù)原，保留一部分加工硬化。（4）bk：縮頸階段（局部塑性變形階段）特點(diǎn)：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”。再一分為二，發(fā)生斷裂。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(qiáng)度指標(biāo)：（1）屈服點(diǎn)（西格瑪）：在拉伸試驗過程中，載荷不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)。用符號s

15、表示 ，計算公式：s=Fs/A0 對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料可用試樣去除拉伸力后，其標(biāo)距部分殘余伸長量為0.2%L0時的應(yīng)力做為屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度），用0.2表示，計算公式：0.2=F0.2/So屈服點(diǎn)s和規(guī)定殘余伸長應(yīng)力0.2都是衡量金屬材料塑性變形抗力的指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度b拉斷前的最大拉應(yīng)力。b=Fb/A0；四、課堂總結(jié) 本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容為強(qiáng)度指標(biāo)，對拉伸試驗中的彈性變形階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段進(jìn)行了學(xué)習(xí)，對抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度進(jìn)行了掌握。五、作業(yè)布置練習(xí)冊：課題二：一（1,2,3,4,5,6,7,8）；四（1、2）；六、課堂后記模塊一 金屬的性能1.2金屬的力學(xué)性能（二）一、知識回顧上節(jié)課

16、學(xué)習(xí)內(nèi)容為金屬的強(qiáng)度指標(biāo)，對拉伸試驗中的彈性變形階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段進(jìn)行了學(xué)習(xí)，對抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度進(jìn)行了掌握。二、新課引入本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容為塑性指標(biāo)，對斷后伸長率和斷面收縮率進(jìn)行學(xué)習(xí)，并通過習(xí)題進(jìn)行練習(xí)和掌握。三、新課內(nèi)容斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。塑性由拉伸試驗測得的。常用伸長率和斷面收率表示。塑性是金屬在外力作用下，斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。為了比較和評定金屬材料的塑性變形能力，絕大部分機(jī)械制造用鋼都是采用光滑的圓試樣，在拉伸試驗機(jī)上做金屬材料室溫拉伸試驗，以拉斷后試樣的斷后伸長率和斷面收縮率作為評定塑性變形能力大小的指標(biāo)。1、 伸長率（德爾塔）：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與

17、原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。用表示：計算公式：=(L1-L0)/ L0×100% 斷后伸長率是指試樣拉斷后標(biāo)距與原始標(biāo)距的百分比。2、 斷面收縮率（普西）：試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率。用表示 =(SO-S1)/SO×100%金屬材料的伸長率（）和斷面收縮率（）數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。例、有一直徑dO=10mm，L0=100mm的低碳鋼試樣，拉伸驗時測得FS=21KN，F(xiàn)b=29KN，d1=5.65mm，L1=138mm，求：s、b、。解：（1）計算SO，S1 S0=d02/4 =3.14×102/4=78.5mm2

18、S1=d12/4 =3.14×5.652/4=25mm2（2）計算s、bs=FS/SO=21×103/78.5 =267.5MPab= Fb/SO=29×103/78.5 =369.4MPa（3）計算、=(L1-L0)/ L0×100%=(138-100)/100×100%=38%=(S0-S1)/S0×100%=(78.5-25)/78.5×100%=68%根據(jù)斷后伸長率和斷面收縮率的相對大小，可以判斷金屬材料拉伸時是否形成縮頸，材料的斷后伸長率大于或者等于斷面收縮率，則該材料只有均勻變形而無縮頸現(xiàn)象。塑性好的材料可以發(fā)生

19、大量塑性變形而不破壞，便于通過各種壓力加工方法，獲得形狀復(fù)雜的零件或者構(gòu)件。三、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了金屬材料的塑性，通過對不同性能的特點(diǎn)、測試原理進(jìn)行講授，讓同學(xué)們了解到這幾種性能的重要性。四、作業(yè)布置練習(xí)冊：課題二：一（9、10）； 五、課堂后記模塊一 金屬的性能1.2金屬的力學(xué)性能（三）一、知識回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容為金屬的塑性和塑性指標(biāo)，對金屬的斷后伸長率和斷面收縮率進(jìn)行了學(xué)習(xí)。二、新課引入學(xué)習(xí)了金屬材料的塑性后，本節(jié)將學(xué)習(xí)材料的硬度試驗，通過對幾種硬度試驗的測試方法，掌握常見的硬度知識。三、新課內(nèi)容硬度硬度是金屬材料抵抗局部變形的能力，特別是塑性變形、壓痕和劃痕的能力。是衡量材料軟硬的

20、指標(biāo)，材料越硬，耐磨性越好，因此，常用硬度值衡量材料耐磨性。常用的硬度測試方法為壓入法，用一鋼球壓入金屬，壓痕表面的大小和深度可以測定硬度值，壓入法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。1、布氏硬度（1）布氏硬度的測試原理：用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金），以規(guī)定的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，然后用測量表面壓痕直徑來計算硬度用HBS（HBW）表示：HBS（HBW）=0.102當(dāng)F、D一定時，布氏硬度與d有關(guān)，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。（2）布氏硬度的表示方法：符號HBS之前的數(shù)字為硬度值符號后面按以下順序用數(shù)字表示條件：1）球體直徑；2）試驗力；3）試驗力保持的時間（1

21、015不標(biāo)注）。170HBS10/100/30：表示用直徑10mm的鋼球，在9807N的試驗力作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。530HBW5/750：表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N的試驗力作用下，保持105s時測得的布氏硬度值為530。（3）應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)：測定灰鑄鐵、有色金屬各種軟鋼等硬度不是很高的材料。優(yōu)點(diǎn)：能準(zhǔn)確反映出金屬材料的平均性能。缺點(diǎn)：操作時間長，壓痕測量較費(fèi)時。2、洛氏硬度（1）測試原理：采用金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭，壓入金屬表面后，經(jīng)規(guī)定保持時間后即除主試驗力，以測量的壓痕深度來計算洛氏硬度值。表示符號：HR（2）標(biāo)尺及其適用范圍：每一標(biāo)尺用一個

22、字母在洛氏硬度符號HR后面加以注明。常用的洛氏硬度標(biāo)尺是A、B、C三種，其中C標(biāo)尺應(yīng)用最為廣泛。 不同標(biāo)尺的洛氏硬度值不能直接進(jìn)行比較，可換算。表示方法：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的標(biāo)尺。（3）優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡單迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可測成品及較薄工件；測硬度范圍大。缺點(diǎn)：數(shù)值波動大。3、維氏硬度原理：與布氏硬度試驗相同。測量壓痕對角線長度，從表中查出。表示：與布氏硬度相同。如：640HV30表示用294.2N試驗力，保持10S15S測定的維氏硬度值為640?？蓽y較薄的材料，也可測量表面滲碳、滲透層的硬度，可測定很軟到很硬的各種金屬材料

23、的硬度、準(zhǔn)確。 四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了力學(xué)性能的硬度，通過學(xué)習(xí)他們的概念、表示方法及計算，讓學(xué)生理解力學(xué)性能的重要性。五、作業(yè)布置練習(xí)冊：課題二：一（11、12、13、14）；二； 六、課堂后記模塊一 金屬的性能1.2金屬的力學(xué)性能（四）一、知識回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容為力學(xué)性能的硬度，通過學(xué)習(xí)他們的概念、表示方法及計算，讓學(xué)生理解力學(xué)性能的重要性。二、新課引入學(xué)習(xí)了金屬材料的力學(xué)性能后，本節(jié)課將對沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行學(xué)習(xí)。三、新課內(nèi)容金屬材料在使用和加工過程所承受的載荷往往是比較復(fù)雜的，不僅有靜載荷，也有沖擊載何或交變載荷，也可能同時受到多種載荷的作用。因此，要研究金屬材料在不同性質(zhì)載荷作

24、用下的力學(xué)性能和評價方法，拉伸試驗和硬度試驗都屬于靜載荷試驗，下面研究沖擊載荷試驗、疲勞載荷試驗及相應(yīng)的指標(biāo)。（一）、沖擊韌性在生產(chǎn)實際中，許多機(jī)械零件往往受到?jīng)_擊載荷的作用，如連桿螺栓等，因此，這類零件所使用材料的性能指標(biāo)，不用簡單地用靜載荷作用下的指標(biāo)來向量衡量，金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。1、一次沖擊試驗 金屬材料的沖擊抗力用沖擊韌度來表示，沖擊韌度是指試樣沖斷后，單位斷口面積上的沖擊吸收功，用符號ak表示，單位J/cm2。 沖擊吸收功Ak除以試樣缺口處的橫截面積S0,即可得到材料的沖擊韌度。沖擊韌度只能反映金屬材料有一次沖斷下的抵抗能力，但金屬材料的實際使用情

25、況與試驗條件并不同，所以沖擊韌度僅供參考。2、多次重復(fù)沖擊試驗事實上，機(jī)械零件在作用過程中，很少因一次大能量沖擊而被破壞，絕大多數(shù)是在一次沖擊不足以使零件破壞的小能量多次沖擊下，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展的結(jié)果，完全不同一次沖擊破壞過程。在這種沖擊下，單純用沖擊韌度來作為設(shè)計依據(jù)是不符合實際的。因此，需要采用小能量多次重復(fù)沖擊試驗來檢驗這類金屬材料的抗沖擊性能。多次重復(fù)沖擊試驗所使用的沖擊能量較小，試樣經(jīng)多次重復(fù)沖擊作用后斷裂，以試樣斷裂時經(jīng)受沖頭沖擊的次數(shù)N代表金屬的抗沖擊能力。試驗發(fā)現(xiàn)，一次沖擊韌度ak高的材料，多次重復(fù)沖擊抗力不一定就高，如大功率柴油機(jī)，它的沖擊韌度低，而在長期使用中卻并未發(fā)生

26、沖擊斷裂。2、疲勞強(qiáng)度1）、概念詽機(jī)械零件，如軸、齒輪等，都是在交變應(yīng)力作用下工作的，雖然工作應(yīng)力的最大值低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過較長時間的工作也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一，據(jù)統(tǒng)計，在失效機(jī)械零件中，大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以更易造成事故 損失。2）、特征盡管交變載荷有各種不同的類型，但疲勞破壞仍具有斷裂前是突然破壞，引起的應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，疲勞破壞都要經(jīng)過裂紋形成、擴(kuò)展、整體斷裂三個階段。3）、疲勞曲線的疲勞強(qiáng)度 金屬材料的疲勞抗力是采用專門設(shè)備，通過疲勞試驗測量的，曲線表明，金屬承受的交變應(yīng)力越

27、小，則斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越多。實際上，金屬材料不可能做無數(shù)次交變載荷試驗，對于黑色金屬，一般規(guī)定應(yīng)力達(dá)到107為疲勞強(qiáng)度。四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了力學(xué)性能的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度，掌握了測試沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的基本方法，對影響因素也有一定了解。五、作業(yè)布置練習(xí)冊：課題二：一（18、19、20、21）；三（7、8）； 六、課堂后記模塊一 金屬的性能1.3金屬的工藝性能一、知識回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容為金屬的力學(xué)性能，對沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度，掌握了測試沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度的基本方法，對影響因素也有一定了解。二、新課引入復(fù)習(xí)：1.何謂金屬的物理和化學(xué)性能？ 2.何謂抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性？三、新課內(nèi)容金屬的

28、工藝性能工藝性能是指金屬材料在經(jīng)濟(jì)條件下，完成各種加工的難以程度。工藝性能也就是指金屬材料是否易于加工成形的性能。包括鑄造性、鍛壓性、焊接性、切削加工性等。工藝性能直接影響到零件的加工工藝和質(zhì)量。也是選材時必須考慮的因素之一。1.鑄造性 金屬熔化成液態(tài)后，在鑄造成形時具有的一種特性。衡量金屬材料鑄造性的指標(biāo)有：流動性、收縮率和偏析傾向。金屬材料中，灰鑄鐵和青銅的鑄造性能較好。（1）流動性：流動性是指熔融金屬的流動能力。同一種金屬材料，澆注溫度越高，流動性越好。（2）收縮性：收縮性是指鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象。鑄造用金屬材料的收縮率越小越好。（3）偏析傾向：偏析是指金屬凝固

29、后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織不均勻的現(xiàn)象。偏析現(xiàn)象會使鑄件各部分的組織和性能不一致，從而引起強(qiáng)度、塑性和抗蝕性等的下降，降低鑄件質(zhì)量。2.鍛壓性 金屬材料在鍛造過程中承受塑性變形的性能。鍛壓性直接與材料的塑性及塑性變形抗力有關(guān)，也與材料的成分和加工條件有關(guān)，例如大部分銅、鋁的合金在冷態(tài)下就具有很好的鍛壓性；碳素鋼在加熱狀態(tài)下，鍛壓性也很好；而青銅、鑄鋁、鑄鐵等幾乎不能鍛造。3.焊接性 焊接性指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性好的金屬能獲得沒有裂紋、氣孔等缺陷的焊縫，并且焊接接頭具有一定的力學(xué)性能。導(dǎo)熱性好、收縮小的金屬材料焊接性都比較好。例如低

30、碳鋼具有良好的焊接件，高碳鋼、不銹鋼、鑄鐵的焊接性較差。4切削加工性 金屬材料的切削加工性是指金屬材料在切削加工時的難易程度。切削加工性能好的金屬對使用的刀具磨損較小，切削用量大，加工表面也比較光潔。切削性能的好壞是與金屬材料的硬度、導(dǎo)熱性、金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)、加工硬化等因素有關(guān)。尤其與硬度關(guān)系較大，若材料硬度在170230HBS強(qiáng)時最易切削加工。從材料的種類而言，鑄鐵、銅舍金、鋁合金及一般碳鋼都具有較好的切削加工性，而高合金鋼的切削加工性較差。5.熱處理工藝性能熱處理工藝性是材料接受熱處理的能力，包括淬硬性、淬透性、淬火變形開裂傾向，過熱敏感性，回火脆性傾向，氧化脫碳傾向等，有關(guān)內(nèi)容將在有關(guān)章節(jié)介

31、紹。根據(jù)以上知識我們可以知道，導(dǎo)線的主要功能是傳導(dǎo)電流，電導(dǎo)率越高，電阻率越低，導(dǎo)電性越好。由于銅比鋁的電導(dǎo)率高，所以銅比鋁的導(dǎo)電性好，并且銅的化學(xué)穩(wěn)定性也比較好，使用壽命長。因此，比較重要的導(dǎo)線一般用銅芯導(dǎo)線而不用鋁芯。 保險絲，防火安全閥門用狗日的鉛等及其合金，原因是錫鉛等及其合金是易熔金屬，其熔點(diǎn)低，一旦超載可使電流變大，溫度升高熔點(diǎn)而立即熔斷，從而防止危險發(fā)生。 鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，可制成形狀復(fù)雜的優(yōu)良鑄件，其尺寸，重量不受限制，且鑄件成本低。四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)講授了金屬材料的工藝性能，主要從概念和工藝性能對產(chǎn)品質(zhì)量的影響來了解工藝性能。1.工藝性能的分類2.工藝性能對產(chǎn)品質(zhì)量

32、的影響五、作業(yè)布置練習(xí)冊P8：課題三六、課堂后記模塊一 金屬的性能小結(jié)一、知識回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容為金屬的工藝性能，主要從概念和工藝性能對產(chǎn)品質(zhì)量的影響來了解工藝性能。二、新課引入本節(jié)課將對本章內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，對金屬的物理化學(xué)性能、強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性進(jìn)行復(fù)習(xí)。三、新課內(nèi)容（一）、金屬的物理1、密度2、熔點(diǎn)3、導(dǎo)熱性4、導(dǎo)電性5、熱膨脹性6、磁性（二）、金屬的化學(xué)性能1、耐腐蝕性2、抗氧化性3、化學(xué)穩(wěn)定性（三）、金屬的力學(xué)性能1、強(qiáng)度1）、屈服強(qiáng)度也叫屈服點(diǎn)s，計算公式：s=Fs/A0。2）、抗拉強(qiáng)度b，拉斷前的最大拉應(yīng)力。b=Fb/A0。2、硬度1）、布氏硬度 HBS用HBS（HBW）表示：H

33、BS（HBW）=0.102當(dāng)F、D一定時，布氏硬度與d有關(guān)，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。170HBS10/100/30：表示用直徑10mm的鋼球，在9807N的試驗力作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。530HBW5/750：表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N的試驗力作用下，保持105s時測得的布氏硬度值為530。2）、洛氏硬度HR表示方法：符號HR前面的數(shù)字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的標(biāo)尺。（3）優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡單迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值；壓痕小，可測成品及較薄工件；測硬度范圍大。3)、維氏硬度HV640HV30：表示用294.2N試驗力，保持1

34、0S15S測定的維氏硬度值為640。3、沖擊韌性是金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。金屬材料的韌性大小通常采用吸收能量K衡量。常用一次擺錘沖擊彎曲，試驗來測定金屬材料的沖擊韌性。試樣兩種，如下圖所示。帶V型缺口的試樣，稱為夏比V型缺口試樣；帶U型缺口的試樣，稱為夏比U型缺口試樣。4、疲勞強(qiáng)度疲勞斷裂時無明顯的宏觀朔性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞；引起疲勞斷裂的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)；疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成。疲勞曲線是指交變應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。四、課堂總結(jié)本堂課重點(diǎn)對本單元進(jìn)行了復(fù)習(xí)，對金屬材料的物理性能、化學(xué)性能，力學(xué)性能，塑性、韌性，疲勞性能進(jìn)行了復(fù)習(xí)。五、作業(yè)布置練習(xí)冊

35、：課題一、二、三全部完成。 六、課堂后記模塊一 金屬的性能測驗一、知識回顧上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)模塊一，對金屬的物理化學(xué)性能、強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性進(jìn)行復(fù)習(xí)。二、新課引入本節(jié)課將對模塊一進(jìn)行測驗，復(fù)習(xí)所學(xué)。三、課堂測驗金屬的性能    測試題一（一）填空題（每空1分，共45分） 1金屬材料的性能一般分為兩種，一類是使用性能，一類是工藝性能，前者包括                 

36、                                                  

37、                                                 后者包括&#

38、160;                                                 &#

39、160;                     。 2力學(xué)性能是指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能，包括                       

40、;                                             。 3 530HBW/750表示 &#

41、160;                                               。 4.斷裂前金屬

42、發(fā)生不可逆永久變形的能力成為塑性，常用的塑性判斷依據(jù)是_和_。5.常用的硬度表示方法有_、_和維氏硬度。 （二）選擇題（每選擇項1分，共5分） 1用拉伸試驗可測定材料的（以下的）性能指標(biāo)（     ） A 強(qiáng)度     B  硬度    C   韌性 2金屬材料的變形隨外力消除而消除為（      ） A彈性形變    B  屈服現(xiàn)象  C  斷裂 3做疲勞試驗時，試樣承受的載荷為（       ） A靜載荷   B  沖擊