高一上高教版《金属材料与热处理》 1-1 金属的力学性能教案

课 题 §1-1 金属的力学性能 教 学 目 标 知识目标 1、了解金属力学性能各指标概念 2、掌握低碳钢拉伸曲线的绘制及各段曲线的含义 能力目标 应使学生能对常用力学指标进行查表和计算 情感目标 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 1、强度、塑性、硬度、冲击韧性以及疲劳强度的概念 2、低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义 教学难点 掌握低碳钢拉伸曲线的绘制及曲线中各要点的含义 教学用具 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 教师活动 学生活动 设计意图 一、组织教学 二、导入新课 三、新课教学 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，因此熟悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。 （一）、基本概念 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、冲击韧性以及疲劳强度等。 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。 根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 根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形状和尺寸的变化 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失的变形 （2）塑性变形：不能随载荷去除而消失的变形。也称为永久变形或残余变形 （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能力，称为强度。 （金属材料强度越高，则强度越大，越不容易被破坏，承载能也就越大。） 根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（以抗拉强度为例进行分析，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，拉伸试验时必须采用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形状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，若撤去载荷，试样能立刻恢复原状。 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，试样表面出现45º滑移线，若此 时撤去载荷，试样不能恢复原状。图中Ｆs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继续伸长，变形均匀发生，出现 了加工硬化现象，抗拉强度明显提高。图中Ｆb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出现了明显的收缩，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认识 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 直至最后断裂，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）的情况下，试样 仍能继续增加伸长时的应力即为屈服点。用符号σs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σb 表示。 (注：σb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 １、塑性的概念 塑性是指金属材料在断裂前产生变形的能力。常用伸长率（δ）和断面收缩率（Ψ）来表示。 ２、塑性的衡量指标 （１）伸长率（δ） 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 （２）断面收缩率（Ψ） 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 １、硬度的概念 金属材料抵抗局部变形特别是塑性变形、表面压痕或表面划痕的能力称为硬度。它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。 ２、常用硬度测试方法 （１）布氏硬度（ＨＢ） 测试方法：压入法 ＨＢＳ（普通淬火钢球压头） ＨＢＷ（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（10~15s不标记）。 应用范围及有缺点：实验压力大，压痕