专题四 金属材料的力学性能、碳素钢、合金钢（教案）-河北省职教高考《汽车机械基础》（人交版）专题复习讲练测

专题四.金属材料的力学性能、碳素钢、合金钢（教案）-《汽车机械基础》人交版 -专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解碳素钢和合金钢的区别：包括组成成分、性能特点以及应用领域。 2.掌握热处理对金属材料性能的影响：淬火、回火等热处理方法的原理、过程及其效果。 3.了解晶粒及晶界对金属材料性能的影响：晶粒尺寸、晶界稳定性对材料的力学性能的影响。 4.认识残余应力的形成和影响：加工、热处理过程中产生的残余应力对金属材料性能的影响。 5.掌握焊接过程中的控制要点：焊接参数的选择及其对焊接质量的影响。 6.了解合金元素对金属性能的影响：合金钢相比碳素钢在抗拉强度等方面的优势。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 重点一 金属材料及力学性能 零件的材料将影响机器的性能。以汽车为例,80%为金属材料。从汽车设计、选材、制造,到汽车维护、修理,掌握金属材料知识都十分重要。 金属是指具有良好的导电性和导热性,有一定的强度和塑性,并具有特殊金属光泽的物质。金属材料是指由金属元素或以金属元素为主要材料构成的,并具有金属特性的工程材料,它一般包括纯金属和合金两类。 纯金属在工业生成中虽然具有一定的用途,但是由于它的强度、硬度一般都较低,而且冶炼技术复杂,价格较高,因此在使用上受到很大的限制。目前在汽车工业生产中广泛使用的是合金状态的金属材料。 合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。与纯金属相比,合金除具有良好的力学性能外,还可以通过调整组成元素之间的比例,获得一系列性能各不相同的合金,从而满足不同的性能要求。 力学性能是指金属材料在力的作用下所显示的性能,主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。物体受外力作用后导致物体内部之间产生的相互作用的力称为内力,而单位面积上的内力则称为应力σ(N/mm'或MPa)。应变是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化。 重点二 金属材料的强度、塑性、硬度强度 强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。金属材料的强度指标可以通过拉伸试验测得,如图 3-1所示。拉伸试验是指用静(缓慢)拉伸力对试样进行轴向拉伸,通过测量拉伸力和伸长量来测定试样强度、塑性变形等力学性能的试验。在进行拉伸试验时,拉伸力(F)和试样伸长量 A(L-L.)之间的关系曲线,称为力一伸长曲线,如图3-2所示。从图3-2中曲线可以看出,试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂阶段。金属材料抵抗拉伸力的强度指标主要有屈服强度(或规定残余伸长应力)和抗拉强度等。 重点三 合金元素对钢性能的影响 合金钢,是在碳素钢的基础上,有目的地加入一种或多种合金元素冶炼而成的钢,如图 3-4所示。加入的合金元素常用的有硅(Si)锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)钼(Mo)钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、硼(B)、铝( A1)、锆(Zr)及稀土元素( Re)等。在含碳量低的钢中加人铬,能提高其强度和硬度。含镍在6%以下时能使钢具有高强度和高韧性。合金结构钢中含锰量在2%以下时,就能使钢的强度得到显著提高,而且具有一定的韧性。硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性,含硅量为2.5%~4.4%的钢是很好的软磁材料,可制作变压器或电动机线圈的铁芯。钨能提高钢的强度及耐磨性；使钢具有良好的热硬性。钒能使钢的强度和韧性同时提高,并提高钢的耐性和回火稳定性。铝能提高钢的抗氧化性能。铝与氮形成化合物,还能提高钢的硬度和耐磨性。钛能提高钢的强度、硬度和耐磨性,对塑性影响较小。稀土元素对冶炼和铸造有良好的作用,还能提高钢的塑性和韧性,改善钢的特殊性能(耐热、耐蚀、抗氧化等)。 [真题练讲] 1.(2020年河北省统一考试) 在金属材料的塑性变形过程中，以下哪个因素可能导致材料的硬度增加？ a) 拉伸速度增加 b) 温度升高 c) 材料中的晶粒尺寸减小 d) 加工过程中施加的压力减小 答案：c) 材料中的晶粒尺寸减小 解析：晶粒尺寸的减小通常会导致材料的强度和硬度的增加，这在金属材料的塑性变形过程中可能会发生。 2.(2019年河北省统一考试)金属材料的哪个性质对于其在高温环境下的应用至关重要？ a) 密度 b) 导热性 c) 熔点 d) 硬度 答案：c) 熔点 解析：在高温环境下，材料的熔点决定了其是否能够保持其结构和性能，因此对于高温应用来说，熔点是一个关键性质。 3.(2021年河北省统一考试) 以下哪个方法可以有效地降低金属材料的脆性？ a) 加热至高温 b) 增大晶粒尺寸 c) 施加高压 d) 添加合金元素 答案：d) 添加合金元素 解析：添加合金元素可以改变金属的晶界结构，提高其韧性，从而有效地降低脆性。 4.(2022年甘肃省统一考试) 金属材料的导电性通常与其什么性质相关？