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［教學目標］一、 知識目標了解金屬材料的性能。二、 能力目標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)目標提高學生對金屬材料基本知識的了解，了解機器零件選材的主要依據(jù)，能合理選擇零件材料。［教學重點］金屬材料的使用性能。金屬材料的工藝性能。［教學難點］金屬材料的力學性能。金屬材料的工藝性能。［教學方法］講授法、互動法。［學生分析］金屬材料的使用性能決定了它的使用范圍，學生對機械了解得很少，講課時要注意聯(lián)系學生常見的機器，分析零件性能，對材料的要求，引起學生的興趣和愛好。［教學安排］2學時［教學過程］一、 導入新課材料是機器的物質(zhì)基礎。零件有強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、化學性能和力學性能。（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、導熱性、熱膨脹性、導電性和磁性等。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重要物理性能，與材料的使用和檢測等都有關系。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。熔點金屬從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點，單位為。C。各種金屬都有其固定熔點，如鋼的熔點為1538C，鉛的熔點為323C。熔點對于冶煉、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、導彈、燃氣輪機和噴氣飛機等耐高溫零件。（1） 低熔點金屬：熔點低于1000C的金屬。（2） 中熔點金屬：熔點在1000C?2000C的金屬。（3） 高熔點金屬：熔點高于2000C的金屬。導熱性金屬材料傳導熱量的能力稱為導熱性，一般用熱導率（導熱系數(shù)）入表示。熱導率大的金屬材料導熱性能好，導熱性好的金屬散熱也好，金屬材料的導熱性比非金屬材料好。金屬的導熱性以銀為最好，銅、鋁次之。熱膨脹性金屬材料在受熱時體積會增大，冷卻時則收縮，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹性，常用線脹系數(shù)a］表示。在實際工作中有時必須考慮熱膨脹的影響，例如一些精密測量工具就要選用膨脹系數(shù)較小的金屬材料來制造；鋪設鐵軌、架設橋梁、金屬工件加工過程中測量尺寸等都要考慮到熱膨脹的因素。導電性金屬材料傳導電流的能力稱為導電性。各種金屬材料的導電性各不相同，以銀為最好，銅、鋁次之，工業(yè)上用銅、鋁做導電的材料。導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、電機的鐵芯和測量儀表零件等；錳、銘、銅、鋅為無磁性或順磁性材料，用做要求避免磁場干擾的零件。（三） 金屬材料的化學性能指金屬在化學作用下所表現(xiàn)的性能，如耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩(wěn)定性等。耐腐蝕性金屬材料在常溫下氧、水蒸氣及其他化學介質(zhì)腐蝕作用的能力。腐蝕對金屬材料危害很大，每年都有大量的鋼鐵被銹蝕，嚴重時還會使金屬構(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、制堿等化工設備），必須考慮金屬材料的耐腐蝕性能。抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力。金屬材料在加熱時，氧化作用加速，如鋼材在鍛造、熱處理、焊接等加熱作業(yè)時，會發(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，常在其周圍形成一種還原氣體或保護氣體，以避免金屬材料的氧化?；瘜W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，主要有強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等。強度強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，所以材料的強度又分為抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗扭等強度，其中最常用的是抗拉強度或強度極限。。b強度極限。可以通過拉伸試驗測定，表示材料在拉伸條件下所b能承受的最大應力，是機械設計和選材的主要依據(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。塑性指標用伸長率。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指標，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、強度等性能的綜合體現(xiàn)。布氏硬度（HB），用于測定鑄鐵、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），應用最廣，常用于測定工件的表面硬度，如淬火鋼。維氏硬度（HV），應用較少，用于測定薄壁工件。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機上測試，測得試樣在沖斷時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力稱為疲勞強度或疲勞極限。一般規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、有色金屬經(jīng)受108次交變載荷作用時不產(chǎn)生斷裂的最大應力稱為疲勞強度。當施加的交變應力是對稱循環(huán)變化時，所得的疲勞強度用。_1表示。由于疲勞斷裂是突然發(fā)生的，，具有很大的危險性，所以要選擇抗疲勞強度較好的材料來制造承受交變載荷的機器零件，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性、冷卻時的收縮率等。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。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，焊接時不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。焊縫接頭有一定的力學性能。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。可加工性好的金屬材料，在切削加工時刀具磨損小，加工表面好。一般認為，硬度過高或過低的金屬材料，其切削加工性能較差。切削時切屑易于折斷，也表明材料切削加工性好。三、 小結(jié)金