机械基础《金属材料的性能》教案.doc

课 题学问目标教学力气目标目标情感目标金属材料的性能 12 课时1、了解金属力学性能各指标概念2、把握低碳钢拉伸曲线的绘制及各段曲线的含义 应使学生能对常用力学指标进展查表和计算对常用力学性能指标在工业中的应用予以充分重视教学重点教学难点教学用具1、强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲乏强度的概念2、低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义把握低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义多媒体、PPT、图片、视频教学方法阅读教学法、归纳法、举例分析法教学过程设计教学环节一、组织教学教师活动学生活动 设计意图二、导入课在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时，大多数是以其力学性能为主要依据，因此生疏和把握金属材料的力学性能是格外重要的。三、课教学 一、根本概念1、力学性能：即指金属在外力的作用下所表现出来的性能。它包括强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲乏强度等。2、载荷：金属材料在加工和使用过程中所受的外力称为载荷。依据载荷作用性质的不同分为：（1） 静载荷：指大小不变或变化过程极其缓慢的载荷（2） 冲击载荷：指在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷（3） 交变载荷：指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷依据载荷作用形式的不同分为：拉、压、弯曲、剪切以及扭转等3、变形：指金属材料受到载荷作用而产生的几何外形和尺寸的变化举例：让学生头脑中形成概念教学环节教师活动学生活动 设计意图（1） 弹性变形：指随载荷的去除而消逝的变形（2） 塑性变形：不能随载荷去除而消逝的变形。也称为永久变形或剩余变形二强度1、强度的概念金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的力气，称为强度。金属材料强度越高，则强度越大，越不简洁被破坏，承载能也就越大。依据载荷作用方式的不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗扭强度等五种。2、强度的测定以抗拉强度为例进展分析，其他不作介绍（1） 拉伸试样的选用为了使测试结果具有可比性，拉伸试验时必需承受国家表准规定的拉伸试样，具体拉伸试样可参照GB/T 397-1986，在该标准中对试样的外形尺寸以及加工要求均有明确的规定。（2） 低碳钢拉伸曲线oe比例阶段弹性变形阶段在这个阶段试样变形完全是弹性的，假设撤去载荷，试样能马上恢复原状。图中 Fe 为试样弹性恢复最大载荷。es屈服阶段塑性变形阶段在这个阶段试样发生明显的塑性变形，试样外表消灭 45º滑移线，假设此时撤去载荷，试样不能恢复原状。图中s 为屈服载荷。sb强化阶段在这个阶段随着外载荷的不断增加试样连续伸长，变形均匀发生，消灭了加工硬化现象，抗拉强度明显提高。图中b 为试样最大载荷。bz颈缩阶段局部塑性变形阶段 在这个阶段试样局部直径消灭了明显的收缩，试样所需载荷急剧下降，伸长主要集中在颈缩部位通过举例， 使 学 生 对强 度 的 概念 有 一 个明 确 的 生疏教学环节教师活动学生活动 设计意图直至最终断裂，断口呈 45º刀口状。注：工程上使用的材料多数是没有明显的屈服现象的，有些脆性材料不仅没有屈服现象，而且也不产生“颈缩”， 例如铸铁等。3、强度的衡量指标常用的衡量指标有屈服点和抗拉强度两种。屈服点： 在拉伸试验过程中，载荷在不增加保持恒定的状况下，试样仍能连续增加伸长时的应力即为屈服点。用符号s表示。抗拉强度： 材料在断裂前所能承受的最大载荷即位抗拉强度。常用符号b表示。(注：b 为零件在工作中所承受的最大应力也是零件设计和选材的重要依据)三塑性 、塑性的概念塑性是指金属材料在断裂前产生变形的力气。常用伸长率和断面收缩率来表示。、塑性的衡量指标伸长率试样拉断后，试样的伸长量与拉断前试样的长度的百分比称为伸长率断面收缩率试样拉断后，颈缩处横截面积的缩减量与拉伸前原试样横截面积的百分比注：塑性好的材料，在受力过大时，首先产生塑性变形而不致突然断裂，因此比较安全四硬度 、硬度的概念金属材料抵抗局部变形特别是塑性变形、外表压痕或外表划痕的力气称为硬度。它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。、常用硬度测试方法布氏硬度 测试方法：压入法一般淬火钢球压头 硬质合金钢球压头教学环节教师活动学生活动 设计意图表示方法：符号HBS 或 HBW 之前的数字为硬度值，符号后面依次为钢球直径、试验力、试验力保持的时间1015s 不标记。应用范围及有缺点：试验压力大，压痕大，能较准确的反映金属材料的平均性能，故适用于测定会铸铁、有色金属及各种软钢等硬度不高的材料。但不宜测量成品及薄件。（2） 洛氏硬度HR 测试方法：压入法120º金刚石圆锥体压头1.588mm 淬火钢球表示方法：符号 HR 前面的数字表示硬度值， 后面的字母表示不同洛氏硬度的标尺。优缺点：操作简洁，能直接从刻度盘上读出读 数，压痕小，可以测定成品以及薄件。（3） 维氏硬度HV 测试方法：压入法相对面夹角为 136º的正四棱锥体金刚石压头表示方法：符号 HV 前面的数字表示硬度值， 后面的为试验力保持的时间 1015s不标记。优缺点：试验力较小，压入深度不大，故可测 量薄件或外表渗碳、渗氮层的硬度， 且硬度值有连续性，故可测量很软到 很硬的各种金属材料，且准确性很高。五冲击韧性1、冲击韧性的概念金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的力气称为冲击韧性。通常用ak 表示冲击韧性。注：使用不同类型的试样V 型缺口或 U 型缺口进展试验时，冲击韧度分别标记为akv 或aku2、小能量屡次冲击实践说明：承受冲击载荷的机械零件，大多数状况下是因小能量屡次冲击而遭到破坏的，所以对材料进展小能量屡次冲击试验是很重要 的。一次冲击韧度高的材料，小能量屡次冲击抗力不愿定高，反之也一样。金属材料受大能量冲击载荷作用时，其冲击抗力主要取决于冲击韧度ak 的大小，而在小能量屡次冲击条件下， 其冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。教学环节教师活动学生活动 设计意图六疲乏强度1、疲乏强度的概念疲乏强度是指金属材料在很屡次的交变载荷的作用下而不断裂的最大应力称为疲乏强 度。用-1 表示。2、疲乏破坏的特征（1） 疲乏断裂时并没有明显的宏观塑性变形， 断裂前无预兆，而是突然的。（2） 引起疲乏断裂的应力很低，经常低于材料的屈服点。（3） 疲乏破坏的宏观断口由裂纹的策源地及 扩展区光滑局部和最终断裂区粗糙局部两局部组成。3、影响疲乏强度的因素及提高疲乏极限的措施 因素：如工作条件、零件外表状态、材料成分、组织及剩余应力等。措施：改善零件的构造形式、降低零件外表粗糙度、承受各种外表强化的方法例如外表渗碳、外表渗氮等。四、课堂总结通过本节内容的学习，同学们要了解有关强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲乏强度的概念及其衡量指标，重点把握对拉伸曲线各阶段的分析及其各阶段的特征。除此之外还要对疲乏破坏的特点加以生疏。五、布置作业 1、课后练习2、低碳钢拉伸曲线的绘制及各阶段的分析。3、疲乏破坏有哪些特点？教学反思由于是第一节课，大多数学生的学习乐观性较高，能够很好的理解金属材料的机械力学性能和工艺性能的区分。课 题学问目标教学力气目标目标情感目标金属材料的性能 22 课时1、了解金属工艺性能的有关根本概念2、生疏和把握金属材料各工艺性能的衡量指标应使学生能利用工艺性能指标判别简洁工件加工过程对工艺性能在加工中的重要性予以充分生疏教学重点教学难点教学用具1、金属工艺性能的有关根本概念2、金属材料各工艺性能的衡量指标金属材料各工艺性能的衡量指标多媒体、PPT、图片、视频教学方法阅读教学法、归纳法、举例分析法教学过程设计教学环节一、组织教学教师活动学生活动设计意图二、导入课金属材料仅有良好的力学性能是不够的，除此之外还必需有良好的工艺性能，只有这样，才能得到生产工艺简洁、质量良好、本钱低廉的工件。我们可通过举一些例子来说明这个问题。例如：有色金属如青铜铸造性很好，常用来铸造精巧的工艺品；再如铸铁的铸造性能要比钢好，因此常用铸造的方法生产零件；举例：让学但是钢的锻造性能很好，可以用锻造的工艺方生头脑中形法生产出力学性能较高的机械零件，而铸铁则成概念不能锻造。工艺性能：指金属材料对不同加工工艺方 法的适应力气，主要包括铸造性能、锻造性能、三、课教学 焊接性能、切削加工性能以及热处理性能等。工艺性能直接影响到零件制造工艺和质 量，是选材和制定零件工艺路线时必需考虑的因素之一。一铸造性能1、铸造性能的概念金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的力气称为铸造性能。2、铸造性能衡量指标（1） 流淌性流淌性好的金属简洁布满铸型，从而可以获得外形完整、尺寸准确、轮廓清楚的铸件教学环节教师活动学生活动 设计意图（2） 收缩性铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸 减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺 寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用于铸造的金属其收缩 率越小越好。（3） 偏析倾向金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象称为偏析。偏析严峻时能使铸件各局部的力学性能有很大的差异，从而降低了铸件的质量，尤其对大型铸件危害更大。二锻造性能用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要与金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形扛力越小，金属的锻造性能越好。三焊接性能焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是说在确定焊接工艺下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性的好坏主要取决于钢中的含碳量，含碳量越低，焊接性越好；反之含量越高，焊接性越差。四切削加工性能切削加工金属材料的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能的好坏主要取决于钢的化学成分以及组织状态等因素。一般认为材料具有适当硬度170-230HBS和足够的脆性时较易切削。例如铸铁比钢的切削加工性能要好， 一般碳钢要比高合金钢切削加工性能好。通过本节内容的学习，我们知道金属材料四、课堂总结 仅有良好的力学性能是不够的，还必需具有良好的工艺性能，只有这样，才能得到生产工艺简洁、质量良好、本钱低廉的工件。五、置作业练习册P1P3金属的工艺性能包括那些？影响其好坏的因素有哪些？教学反思通过本节内容的学习，我们知道金属材料仅有良好的力学性能是不够的，还必需具有良好的工艺性能，只有这样，才能得到生产工艺简洁、质量良好、本钱低廉的工件。