2-2金属材料的力学性能

理论课教案首页授课日期5.10班级机12高6班课题：金属的力学性能教学目的要求：掌握强度，塑性的概念和衡量强度，塑性指标符号及含义；掌握常用硬度测试掌握强度，塑性的概念和衡量强度，塑性指标符号及含义；掌握常用硬度测试方法及适用范围；掌握冲击韧性的概念及衡量指标，掌握疲劳强度的定义。教学重点、难点：拉伸曲线各个阶段及相应指标定义授课方法：面授（课堂教学）教学参考及教具（含电教设备）：《机械工程材料》授课执行情况及分析：板书设计或授课提纲§2-2金属的力学性能一、基本概念载荷应力强度塑性二、强度和塑性指标的含义三、硬度四、冲击韧性五、金属小能量多次冲击抗力六、疲劳强度【复习提问】1.金属零件常用的损坏形式有哪些？2.金属的变形受哪些因素影响？【引入新课】任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。【讲授新课】一、基本概念载荷：金属材料在加工和使用过程中受到的外力称为载荷。分为静载荷，冲击载荷和交变载荷。应力：金属材料在受外力作用时，为保证其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。单位面积内力称为盈利。强度：强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。塑性：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。二、强度和塑性指标的含义衡量强度和塑性的指标是拉伸实验过程中测得拉伸曲线，再由拉伸曲线通过计算获得的。1．低碳钢(含碳量﹤0.25%)拉伸实验及力学性能2．衡量强度和塑性指标I．屈服强度ReL无明显屈服阶段的，规定以塑性应变es=0.2%所对应的应力作为名义屈服极限，记作R0.2.II.抗拉强度RmIII.断后伸长率A≥5%—塑性材料A＜5%—脆性材料IV．断面收缩率三、硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。（一）布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷P的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。布氏硬度指标有HBS和HBW，前者所用压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为450~650的金属材料，如淬火钢等。布氏硬度测试法，因压痕较大，故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。（二）洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为f1.558mm（1/16英寸）的淬火钢球为压头，以一不定的载荷压入被测试金属材料表面，根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值。常用的洛氏硬度指标有HRA、HRB和HRC三种。0SFeReL0SFmRm%10000lllAu%10000SSSZu采用120°金刚石圆锥体为压头，施加压为600N时，用HRA表示。其测量范围为60～85，适于测量合金、表面硬化钢及较薄零件。采用f1.588mm淬火钢球为压头，施加压力为1000N时，用HRC表示，其测量硬度值范围为25～100，适于测量有色金属、退火和正火钢及锻铁等。采用120°金刚石圆锥体为压头，施加压力为1500N时，用HRC表示，其测量硬度值范围为20～67，适于测量淬火钢、调质钢等。洛氏硬度测试，操作迅速、简便，且压痕小不损伤工件表面，故适于成品检验。（三）维氏硬度用同一种硬度标尺上测定由极软到极硬金属材料的硬度硬度是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬度值也越高。四、冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，用ak表示，单位为J/cm2。冲击韧性常用一次摆锤冲击弯曲试验测定，即把被测材料做成标准冲击试样，用摆锤一次冲断，测出冲断试样所消耗的冲击AK，然后用试样缺口处单位截面积F上所消耗的冲击功ak表示冲击韧性。ak值越大，则材料的韧性就越好。ak值低的材料叫做脆性材料，ak值高的材料叫韧性材料。很多零件，如齿轮、连杆等，工作时受到很大的冲击载荷，因此要用ak值高的材料制造。铸铁的ak值很低，灰口铸铁ak值近于零，不能用来制造承受冲击载荷的零件。五、金属小能量多次冲击抗力在承受小能量多次冲击载荷作用下，金属材料冲击抗力取决于材料一定强度和塑性的配合。六、疲劳强度1.疲劳现象：承受交变载荷的零件，在工作应力低于屈服强度时，经过教长时间工作后会突然断裂，这种现象叫做疲劳。2.疲劳强度：金属材料在无数次交变载荷作用下，而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度。3.提高疲劳强度措施：改善零件结构形式；降低零件表面粗糙度；采用各种表面强化处理；通过适当热处理提高抗拉强度。【小结】本节内容主要介绍了金属的力学性能，分别有甚么作用。【作业】习题册相关内容