1-2金屬材料的性能

1.2金屬材料的性能［課題］金屬材料的性能［教學(xué)目標(biāo)］一、 知識(shí)目標(biāo)了解金屬材料的性能。二、 能力目標(biāo)通過了解金屬材料的性能，了解常用金屬材料的使用范圍、力口工方法。三、 素質(zhì)目標(biāo)提高學(xué)生對(duì)金屬材料基本知識(shí)的了解，了解機(jī)器零件選材的主要依據(jù)，能合理選擇零件材料。［教學(xué)重點(diǎn)］金屬材料的使用性能。金屬材料的工藝性能。［教學(xué)難點(diǎn)］金屬材料的力學(xué)性能。金屬材料的工藝性能。［教學(xué)方法］講授法、互動(dòng)法。［學(xué)生分析］金屬材料的使用性能決定了它的使用范圍，學(xué)生對(duì)機(jī)械了解得很少，講課時(shí)要注意聯(lián)系學(xué)生常見的機(jī)器，分析零件性能，對(duì)材料的要求，引起學(xué)生的興趣和愛好。［教學(xué)安排］2學(xué)時(shí)［教學(xué)過程］一、 導(dǎo)入新課材料是機(jī)器的物質(zhì)基礎(chǔ)。零件有強(qiáng)度和使用壽命的要求，不同的零件需要選用不同的材料。金屬材料的性能是選擇材料的主要依據(jù)。二、 講授新課（一） 概述金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。工藝性能指金屬材料從冶煉到成品的生產(chǎn)過程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能。使用性能指金屬零件在使用條件下金屬材料表現(xiàn)出來的性能。使用性能包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。（二） 金屬材料的物理性能是金屬所固有的屬性，包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、導(dǎo)電性和磁性等。密度金屬的密度是單位體積金屬的質(zhì)量，單位為kg/m3。根據(jù)密度的大小，金屬材料可分為輕金屬和重金屬。（1） 輕金屬：密度小于4.5g/cm3的金屬，如鋁、鈦等。（2） 重金屬：密度大于4.5g/cm3的金屬，如鐵、銅等。密度是金屬材料的一個(gè)重要物理性能，與材料的使用和檢測(cè)等都有關(guān)系。例如在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中，為了增加有效載重量，密度是需要考慮的重要因素。熔點(diǎn)金屬?gòu)墓虘B(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)，單位為。C。各種金屬都有其固定熔點(diǎn)，如鋼的熔點(diǎn)為1538C，鉛的熔點(diǎn)為323C。熔點(diǎn)對(duì)于冶煉、鑄造、焊接和配制合金等都很重要。易熔金屬及合金可用來制造熔斷器和防火安全閥等零件；難熔金屬及合金則用來制造要求耐高溫的零件，廣泛用于飛船外殼、火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等耐高溫零件。（1） 低熔點(diǎn)金屬：熔點(diǎn)低于1000C的金屬。（2） 中熔點(diǎn)金屬：熔點(diǎn)在1000C?2000C的金屬。（3） 高熔點(diǎn)金屬：熔點(diǎn)高于2000C的金屬。導(dǎo)熱性金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性，一般用熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）入表示。熱導(dǎo)率大的金屬材料導(dǎo)熱性能好，導(dǎo)熱性好的金屬散熱也好，金屬材料的導(dǎo)熱性比非金屬材料好。金屬的導(dǎo)熱性以銀為最好，銅、鋁次之。熱膨脹性金屬材料在受熱時(shí)體積會(huì)增大，冷卻時(shí)則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性，常用線脹系數(shù)a］表示。在實(shí)際工作中有時(shí)必須考慮熱膨脹的影響，例如一些精密測(cè)量工具就要選用膨脹系數(shù)較小的金屬材料來制造；鋪設(shè)鐵軌、架設(shè)橋梁、金屬工件加工過程中測(cè)量尺寸等都要考慮到熱膨脹的因素。導(dǎo)電性金屬材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。各種金屬材料的導(dǎo)電性各不相同，以銀為最好，銅、鋁次之，工業(yè)上用銅、鋁做導(dǎo)電的材料。導(dǎo)電性差的高電阻金屬材料，如鐵銘合金、鎳銘鋁、康銅和錳銅等用于制造儀表零件或電熱元件，如電爐絲。磁性金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性鐵、鉆等為鐵磁性材料，用于制作變壓器、電機(jī)的鐵芯和測(cè)量?jī)x表零件等；錳、銘、銅、鋅為無磁性或順磁性材料，用做要求避免磁場(chǎng)干擾的零件。（三） 金屬材料的化學(xué)性能指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能，如耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。耐腐蝕性金屬材料在常溫下氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的能力。腐蝕對(duì)金屬材料危害很大，每年都有大量的鋼鐵被銹蝕，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使金屬構(gòu)件遭到破壞而引發(fā)重大事故，特別是在腐蝕介質(zhì)中工作的金屬材料制件（如制藥、制酸、制堿等化工設(shè)備），必須考慮金屬材料的耐腐蝕性能?？寡趸越饘俨牧系挚寡趸饔玫哪芰?。金屬材料在加熱時(shí)，氧化作用加速，如鋼材在鍛造、熱處理、焊接等加熱作業(yè)時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化和脫碳，造成從材料的損耗和各種缺陷。因此，在加熱坯件或材料時(shí)，常在其周圍形成一種還原氣體或保護(hù)氣體，以避免金屬材料的氧化。化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性叫做熱穩(wěn)定性。用于制造在高溫下工作的零件的金屬材料，要有良好的熱穩(wěn)定性。（四） 金屬材料的力學(xué)性能指金屬材料在力作用下所表現(xiàn)出來的性能，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。由于出來承受載荷的方式不同，其變形形式也不同，所以材料的強(qiáng)度又分為抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗扭等強(qiáng)度，其中最常用的是抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限。。b強(qiáng)度極限?？梢酝ㄟ^拉伸試驗(yàn)測(cè)定，表示材料在拉伸條件下所b能承受的最大應(yīng)力，是機(jī)械設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。塑性塑性是金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。塑性指標(biāo)用伸長(zhǎng)率。和斷面收縮率甲來表示。5、甲值越大，表示材料的塑性越好。5N5%的材料為塑性材料，5<5%的材料為脆性材料。材料具有塑性才能進(jìn)行壓力加工，如汽車外殼、不銹鋼用品等。硬度硬度是衡量金屬材料軟硬的一個(gè)指標(biāo)，指金屬材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力，是金屬材料表面抵抗變形或破壞的能力，是材料塑性、強(qiáng)度等性能的綜合體現(xiàn)。布氏硬度（HB），用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼及調(diào)質(zhì)鋼的硬度。洛氏硬度（HR），應(yīng)用最廣，常用于測(cè)定工件的表面硬度，如淬火鋼。維氏硬度（HV），應(yīng)用較少，用于測(cè)定薄壁工件。韌性金屬材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。材料的沖擊韌性一般在擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試，測(cè)得試樣在沖斷時(shí)斷口單位面積所消耗的沖擊吸收功，稱為沖擊韌度或沖擊值，用氣表示，單位為J/cm2。'5.疲勞強(qiáng)度金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。一般規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、有色金屬經(jīng)受108次交變載荷作用時(shí)不產(chǎn)生斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用。_1表示。由于疲勞斷裂是突然發(fā)生的，，具有很大的危險(xiǎn)性，所以要選擇抗疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造承受交變載荷的機(jī)器零件，如軸、齒輪、彈簧等。（五）金屬材料的工藝性能指金屬材料在各種加工條件下表現(xiàn)出來的適應(yīng)能力，包括鑄造性、鍛壓性、焊接性和可加工性等。鑄造性金屬材料能否用鑄造方法制成優(yōu)良鑄件的性能，稱為鑄造性或可鑄性。鑄造性能主要決定于金屬材料熔化后金屬液體的流動(dòng)性、冷卻時(shí)的收縮率等。不同的金屬材料，其鑄造性能差異較大。常用金屬材料中，灰鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能，鑄鋼的鑄造性低于鑄鐵，鑄造鋁合金和鑄造銅合金的鑄造性也較好。鍛壓性金屬材料能否用鍛壓方法制成鍛壓件的性能，稱為鍛壓性或可鍛性。鍛壓性一般與材料的塑性及其塑性變形抗力有關(guān)。在一般情況下，材料塑性好，變形抗力小，則鍛壓性也好。低碳鋼的鍛壓性最好，中碳鋼次之，高碳鋼則較次。低合金鋼的鍛壓性近似于中碳鋼，高合金鋼的鍛壓性比碳鋼差。焊接性金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力稱為焊接性或可焊性。焊接性取決于焊縫是否產(chǎn)生裂紋、氣孔等，焊接性能好的材料易于用一般的方法焊接，焊接時(shí)不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。焊縫接頭有一定的力學(xué)性能。低碳鋼有較好的可焊性，高碳鋼較差，鑄鐵則更差。銅、鋁合金的可焊性一般都比碳鋼差。可加工性金屬材料切削加工的難易程度稱為可加工性或切削加工性?？杉庸ば院玫慕饘俨牧?，在切削加工時(shí)刀具磨損小，加工表面好。一般認(rèn)為，硬度過高或過低的金屬材料，其切削加工性能較差。切削時(shí)切屑易于折斷，也表明材料切削加工性好。三、 小結(jié)金