1.2 金属材料的强度与塑性（课件）-高一《金属加工基础》同步精品课堂（机工版）

《金属加工基础》（机工版） 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第1章 金属材料的力学性能 1.2 金属材料的强度与塑性 知识目标 1.掌握力-伸长曲线的基本特征，如屈服点、最大点和断裂点，能够解读力-伸长曲线数据并分析材料的强度表现。 2.熟悉塑性指标的概念，理解这些指标对材料塑性变形能力的反映。 能力目标 1.能够理解金属材料的强度和塑性指标的概念及其在材料工程中的作用，能够解释力-伸长曲线中的各个特征及其对材料性能的影响。 2.能够根据具体需求合理选择材料，并能够解释选择的理由和依据，为工程实践提供有效支持。 情感目标 1.能够运用所学知识，提出新颖的思路和方法来解决工程实践中的问题。 2.通过实验设计和数据分析等方式，积极参与学习过程，培养他们的实践和探索精神。 3.加强团队合作意识，鼓励共同学习和解决问题的合作精神，提高人际交往和沟通能力。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是低碳钢的力一伸长曲线 新知学习 02 二、强度 金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。金属材料的强度指标可以通过静拉伸试验测得。 1.力一伸长曲线 图1-6 所示为退火低碳钢的力 -伸长曲线。从力 -伸长曲线可以看出， 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、缩颈与断裂四个阶段。 新知学习 02 (1) 弹性变形阶段 观察图1-6 中的力 -伸长曲线可以看出，在斜直线 p 阶段，当拉伸力下增加时，试样伸长量 AL 也是正比增加。去除拉伸力尸后，试样的伸长变形消失，恢复原来的形状，其变形规律符合胡克定律，表现为弹性变形。图 1-6 中的 F是试样保持完全弹性变形的最大拉伸力。 (2) 屈服阶段 当拉伸力超过 F时，试样将产生塑性变形，去除拉伸力后，变形不能完全恢复，塑性伸长将被保留下来。当拉伸力继续增加到一定值时，力-伸长曲线将出现一个波动平台，即在拉伸力几乎不变的情况下，试样会明显地伸长，这种现象称为屈服现象。拉伸力 F称为屈服拉伸力。 二、强度 力一伸长曲线从开始拉伸到断裂的阶段 新知学习 02 (3)变形强化阶段 当拉伸力超过屈服拉伸力后，试样抵抗变形的能力将会提高，产生冷变形强化现象。在力-伸长曲线上表现为一段上升曲线，即随着塑性变形的增大，试样抵抗变形的力也逐渐增大。 (4)缩颈与断裂阶段 当拉伸力达到 F时，试样的局部截面开始收缩，产生缩颈现象缩颈会使试样的局部截面迅速缩小，单位面积上的拉伸力增大，变形集中于缩颈区，最后延续到k点时，试样被拉断。缩颈现象在力 -伸长曲线上表现为一段下降曲线。F。是试样被拉断前所能承受的最大拉伸力，称为极限拉伸力。 二、强度 切削运动分析： 新知学习 02 2.强度指标 金属材料的强度指标主要有屈服强度 (一般以下屈服强度表示)、规定残余延伸强度、抗拉强度 等。 (1)屈服强度 试样在拉伸试验过程中，在力不增加 (保持恒定) 的情况下仍然能继续伸长(变形) 时的应力称为屈服强度。屈服强度包括上屈服强度和下屈服强度，由于下屈服强度的数值较为稳定，因此，一般将下屈服强度作为金属材料的屈服强度。屈服强度可用下式计算 二、强度指标 切削运动分析： 新知学习 02 (2) 规定残余延伸强度 工业上使用的部分金属材料，如高碳钢、铸铁等，在进行拉伸试验时，没有明显的屈服现象，也不会产生缩颈现象，这就需要规定一个相当于屈服强度的强度指标，即规定残余延伸强度。 规定残余延伸强度是指试样卸除应力后，残余延伸率等于规定的引伸计标距(L)百分率时对应的应力。规定残余延伸强度用符号“R”加角标“r 和规定残余伸长率”表示例如，R表示规定残余伸长率为 0.2%时的应力，并将此值作为没有产生明显屈服现象金属材料的屈服强度(或条件屈服强度)。 二、强度指标 切削运动分析： 新知学习 02 (3) 抗拉强度 抗拉强度是指拉伸试样拉断前所能承受的最大标称拉应力。抗拉强度用符号R表示，单位为N/mm或MPa。R可用下式计算 Rm是表征金属材料由均塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也可表征金属材料在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性金属材料来说，拉伸试样在承受最大拉应力Rm之前，其变形是均匀一致的，但超过 Rm以后，金属材料开始出现缩颈现象，即产生集中变形。 二、强度指标 切削运动分析： 新知学习 02 塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料的塑性可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示。 工程上广泛使用的表征材料塑性大小的主要指标是:断后伸长率和断面收缩率。 二、塑性指标 切削运动分析： 新知学习 02 (1)断后伸长率 拉伸试样在进行拉伸试验时，在力的作用下产生塑性变形，原始试样中的标距会不断地伸长。试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比称为断后伸长率,用符号A或A11.3表示。A或A11.3可用下式计算 式中Lu——拉断拉伸试样并对接后测出的标距长度(mm); L0——拉伸试样的原始标长度(mm)。 二、塑性指标 切削运动分析： 新知学习 02 圆形横截面比例试样分为长拉伸试样和短拉伸试样，其中，使用长拉伸试样测定的断后伸长率用符号A11.3表示，使用试样测定的断后长率用符号A表。同一种金属材料的断后伸长率A 或Ai的数值是不相等的，因而，不能直接对A 和A11.3进行比较。一般短拉伸试样的A值大于长拉伸试样的 A11.3值。 (2) 断面收缩率 断面收缩率是指圆形横截面比例试样拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。断面收缩率用符号Z表示。Z值可用下式计算 二、塑性指标 新知学习 02 金属材料塑性的大小，对零件的加工和使用有重要的影响。塑性好的金属材料不仅能顺利地进行锻压、轧制等成形工艺，而且在使用过程中如果发生超载，则会由于其产生的是塑性变形，而可以避免或缓冲突然断裂。所以，大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还需要有一定的塑性。铸铁、陶瓷等脆性材料的塑性较差，拉伸时几乎不产生明显的塑性变形，超载时会突然断裂，使用过程中必须注意。 二、塑性指标 切削运动分析： 新知学习 02 目前，金属材料室温拉伸试验方法推广采用 CB/T 228.1-2010 新标准，本书所涉及的力学性能名词尽量采用新标准。原有的采用旧标准 GB/T 228-1987 进行测定和标注的金属材料力学性能数据仍可沿用。关于金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照见表 1-1。 二、塑性指标 小试牛刀 题目 1： 下列哪个指标通常用来描述金属材料的强度？ A. 断后伸长率 B. 抗拉强度 C. 断面收缩率 D. 硬度 正确答案：B。抗拉强度通常用来描述金属材料的强度。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 断后伸长率通常用百分比表示，表示了材料在拉伸断裂后的？ A. 变形程度 B. 延展性 C. 弹性 D. 强度 正确答案：B。断后伸长率表示材料在拉伸破坏后的延展性。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 断面收缩率更直接反映了金属材料的？ A. 强度 B. 延展性 C. 硬度 D. 弹性模量 正确答案：A。断面收缩率更直接反映了金属材料的强度。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 断后伸长率是描述材料在拉伸破坏后？ A. 变形程度 B. 延展性 C. 硬度 D. 强度 正确答案：B。断后伸长率描述了材料在拉伸破裂后的延展性。 尝试解答下面习题 题目 5： 断面收缩率是表示材料在拉伸破坏后，其？ A. 长度变化 B. 面积缩小比例 C. 体积变化 D. 强度增加 正确答案：B。断面收缩率表示材料在拉伸破坏后横截面积缩小的比例。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 哪个指标常常用来评价金属材料的硬度和耐磨性？ A. 断后伸长率 B. 断面收缩率 C. 抗拉强度 D. 硬度 正确答案：D。硬度常用来评价金属材料的硬度和耐磨性。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 哪种测试常用于测定金属材料的硬度？ A. 拉伸试验 B. 压缩试验 C. 硬度试验 D. 弯曲试验 正确答案：C。硬度试验常用于测定金属材料的硬度。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 哪个指标通常被用来描述金属材料在拉伸过程中的最大抗力值？ A. 断后伸长率 B. 断面收缩率 C. 抗拉强度 D. 硬度 正确答案：C。抗拉强度通常用来描述金属材料在拉伸过程中的最大抗力值。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 割裂是指金属材料在拉伸时出现一边或双边呈现撕裂现象，这一现象主要和哪个因素有关？ A. 抗压强度 B. 断后伸长率 C. 断面收缩率 D. 韧性 正确答案：D。割裂现象主要和金属材料的韧性有关。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在本节课中，我们深入学习了金属材料的强度与塑性指标，这些知识点对于理解材料工程中的材料性能至关重要。以下是本节课的重要内容： 1.强度指标是衡量材料抵抗外力破坏能力的重要参数，其中抗拉强度是描述材料在拉伸试验中所达到的最大抗力值。 2.力-伸长曲线是描述材料在受力过程中应力与应变关系的曲线，通过观察力-伸长曲线可以了解材料的强度表现，例如屈服点、最大点和断裂点等。 3.断后伸长率是材料在拉伸破断后拉长部分与原始长度之比，反映了材料的延展性和塑性变形能力。 4.断面收缩率是指材料在拉伸破裂后横截面积缩小的比例，其大小反映了材料的强度和断裂方式。 在实际工程实践中，我们需要综合考虑强度和塑性指标，以确保材料的安全可靠性和性能满足工程需求。深入理解和掌握这些知识将对我们未来的工程实践起着重要的指导作用。 作业布置 04 1.阅读参考资料，总结力-伸长曲线中的主要特征，包括屈服点、最大点和断裂点的意义及特点。 2. 搜索一种金属材料的力-伸长曲线图表，分析其中的强度指标，如抗拉强度和屈服强度，写出分析结果及结论。 3.调研两种不同金属材料的断后伸长率和断面收缩率数据，并比较它们的塑性指标表现，说明两种材料的优缺点以及适用场景。 感谢观看 $$