专题二 金属的韧性（课件）-四川省职教高考《金属加工与实训》(高教版）专题复习讲练测

专题二 金属的韧性 《金属加工与实训》（高教版） 专题复习讲练测 1 目录 01 考纲解读 03 考题讲解 05 归纳小结 02 知识点梳理 04 课内练习 2 常见考点： 夏比摆锤冲击试样的设计和制备：试样的尺寸、准备和标准要求。（知识点：金属材料的韧性） 夏比摆锤冲击试验方法：试验过程、数据记录和分析。（知识点：金属材料的韧性） 温度对吸收能量的影响：温度变化对吸收能量曲线的影响。（知识点：金属材料的疲劳强度） 疲劳现象的特征：疲劳寿命、裂纹扩展等疲劳现象的表现。（知识点：金属材料的疲劳强度） 疲劳强度的测定与计算：疲劳曲线、S-N曲线、疲劳极限等概念及其计算方法。（知识点：金属材料的疲劳强度） 一.考纲解读 3 一.考纲解读 考试要求 01 2.描述夏比摆锤冲击试验的具体步骤和操作流程。 02 3. 解释金属材料在受到交替应力作用下发生的疲劳现象及其机理。 03 1. 解释夏比摆锤冲击试样在金属材料韧性测试中的作用和意义。 4 易考题型： 1.简答题：结合实际工程案例，要求学生综合运用所学知识对问题进行分析和解决。 2.选择题：考查对夏比摆锤冲击试验方法、温度影响等基础知识的掌握程度。 3.填空题：要求对疲劳现象、疲劳强度等概念进行深入理解，并能结合实例进行分析和解释。 一.考纲解读 5 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 6 知识点梳理： 一、夏比摆锤冲击试样 夏比摆锤冲击试样有V形缺口试样和U形缺口试样两种，如图1-6所示。夏比摆锤冲击试样要根据国家标准CB/T229-2007制作。 二.知识点梳理和重点概念复习 7 知识点梳理： 在试样上开缺口的目的:在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在缺口附近，并保证在缺口处发生断裂，以便正确测定金属材料承受冲击载荷的能力。同一种金属材料的试样缺口愈深、愈尖锐，吸收能量愈少，金属材料表现出的脆性愈显著。V形缺口试样比U形缺口试样更容易冲断,因而其吸收能量也较少。因此，不同类型的冲击试样，测定出的吸收能量不能直接比较。 二.知识点梳理和重点概念复习 8 知识点梳理： 二、温度对吸收能量的影响 吸收能量对温度非常敏感，其总的变化趋势是随着温度的降低而降低，如图1-8所示。当温度降至某一数值时，吸收能量急剧下降，金属材料由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为冷脆转变。金属材料在一系列不同温度的冲击试验中，吸收能量急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域，称为韧脆转变温度。韧脆转变温度是衡量金属材料冷脆倾向的指标。金属材料的韧脆转变温度愈低，说明金属材料的低温抗冲击性愈好。例如，非合金钢的韧脆转变温度约为-20℃，因此在较寒冷(低于-20℃)地区使用的非合金钢构件易发生脆断现象。 二.知识点梳理和重点概念复习 9 知识点梳理： 三、疲劳现象 载荷的形式不仅有静载荷(或静应力)、冲击载荷(或冲击应力)，还有循环载荷(或循环应力)。循环应力和循环应变是指应力和应变的大小、方向都随时间发生周期性变化的应力和应变。常见的循环应力是对称循环应力，其应力的最大值σmax和最小值σsim的绝对值相等，即。σmax/σsim=-1，如图1-10所示。 部分机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)是在循环载荷(循环应力、循环应变)作用下工作的。零件在低于制作该零件的金属材料的屈服强度或规定残余伸长应力的循环应力作用下，经过一定工作时间后会发生突然断裂，这种现象称为金属材料的疲劳。 二.知识点梳理和重点概念复习 10 知识点梳理： 四、疲劳强度 金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力值称为金属材料的疲劳强度，即循环次数值N无穷大时所对应的最大应力值称为疲劳强度。在工程实践中，一般是求疲劳极限，即对应于指定的循环基数下的中值疲劳强度。对于钢铁材料其循环基数N=10⁷，对于非铁金属其循环基数N=10⁸。对于对称循环应力，其疲劳强度用表示。许多试验结果表明:金属材料的疲劳强度随着抗拉强度的提高面增加。对于结构钢，当o≤1400N/mm’时，其疲劳强度σ约为其抗拉强度的二分之一。 二.知识点梳理和重点概念复习 11 知识点梳理： 疲劳断裂是在循环应力作用下，经一定循环次数后发生的。在循环载荷作用下，金属材料承受一定的循环应力σ与断裂时相应的循环次数N之间的关系可以用曲线来描述，称为σ-N曲线，如图1-12所示。o-N曲线可以在一定程度上反映金属材料的实际服役过程。 二.知识点梳理和重点概念复习 12 重点概念复习： 1. 吸收能量对温度非常敏感，其总的变化趋势是随着温度的降低而降低。（知识点：金属材料的疲劳强度） 2.夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。（知识点：金属材料的韧性） 3.疲劳断裂与静载荷作用下的断裂是不同的。（知识点：金属材料的疲劳强度） 4.许多试验结果表明:金属材料的疲劳强度随着抗拉强度的提高而增加。（知识点：金属材料的疲劳强度） 二.知识点梳理和重点概念复习 13 1. 金属材料的循环变形在疲劳过程中是如何发生的？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 每个循环产生相同的位移 B. 材料在每个循环中完全恢复原状 C. 每个循环会在材料中产生微小的永久变形 D. 每个循环的应力都是相同的 答案：C. 每个循环会在材料中产生微小的永久变形 解析：在疲劳过程中，每个循环都会在材料中产生微小的永久变形，最终导致疲劳失效。 三.常考习题练习与讲解 选择题 14 2.温度对金属材料的疲劳寿命有着明显的影响。通常情况下，增加温度会如何影响疲劳寿命？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 取决于材料类型 答案：B. 减少 解析：一般情况下，增加温度会缩短金属材料的疲劳寿命，因为高温会加速疲劳破坏过程。 三.常考习题练习与讲解 选择题 15 3. 金属材料的疲劳失效往往与何种因素有关？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 材料的化学成分 B. 材料的导热性 C. 材料的表面硬度 D. 材料的密度 答案：A. 材料的化学成分 解析：金属材料的疲劳失效往往与材料的化学成分有关，不同的化学成分会影响材料的疲劳性能。 三.常考习题练习与讲解 选择题 16 4. 除了金属材料外，哪些材料也可能发生疲劳失效？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 陶瓷材料 B. 塑料材料 C. 复合材料 D. 所有以上材料 答案：D. 所有以上材料 解析：除了金属材料外，陶瓷材料、塑料材料以及复合材料等都可能发生疲劳失效，疲劳现象是普遍存在的。 三.常考习题练习与讲解 选择题 17 5. 金属材料的疲劳性能可以通过哪些方式进行改善？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 提高材料的硬度 B. 减小材料的密度 C. 增加材料的弹性模量 D. 优化材料的晶粒结构 答案：D. 优化材料的晶粒结构 解析：通过优化材料的晶粒结构可以改善金属材料的疲劳性能，提高其抗疲劳能力。 三.常考习题练习与讲解 选择题 18 6. 在疲劳试验中，材料的疲劳寿命通常以什么为单位进行表示？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 循环次数 B. 载荷幅值 C. 断裂韧度 D. 加载频率 答案：A. 循环次数 解析：材料的疲劳寿命通常以经历的循环次数来表示，即在加载循环中材料发生疲劳失效前所经历的次数。 三.常考习题练习与讲解 选择题 19 7. 为了延长材料的疲劳寿命，常采用哪种方法来消除材料内部的微缺陷或应力集中？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 热处理 B. 表面涂层 C. 应变处理 D. 化学处理 答案：C. 应变处理 解析：应变处理可以消除材料内部的微缺陷或应力集中，从而延长材料的疲劳寿命。 三.常考习题练习与讲解 选择题 20 8.疲劳试验中常用的S-N曲线表示了什么？（知识点：金属材料的疲劳强度） A. 材料的拉伸强度和断裂韧度之间的关系 B. 材料在不同应力水平下的疲劳寿命 C. 材料的硬度和韧性之间的关系 D. 材料的弹性模量和屈服强度之间的关系 答案：B. 材料在不同应力水平下的疲劳寿命 解析：S-N曲线表示了材料在不同应力水平下的疲劳寿命，是评估材料抗疲劳能力的重要参考。 三.常考习题练习与讲解 选择题 21 1. 夏比摆锤冲击试验中，试样的形状通常为__________。（知识点：金属材料的韧性） 答案：V形 解析：夏比摆锤冲击试验中，试样的形状通常为V形，这种形状有利于观察断裂形态。 三.常考习题练习与讲解 填空题 22 2.在夏比摆锤冲击试验中，试样受到冲击后，通常会在试样的中心形成一个__________。（知识点：金属材料的韧性） 答案：凹痕 解析：试样受到冲击后，通常会在中心形成一个凹痕，这是冲击试验中的典型现象之一。 三.常考习题练习与讲解 填空题 23 3.在夏比摆锤冲击试验中，试样通常由__________材料制成。（知识点：金属材料的韧性） 答案：金属 解析：夏比摆锤冲击试验通常用金属试样来评估材料的韧性。 三.常考习题练习与讲解 填空题 24 4.夏比摆锤冲击试验中，试样的吸收能量与其__________有关。（知识点：金属材料的韧性） 答案：断裂形态 解析：试样的吸收能量与其断裂形态有关，断裂形态是评估材料韧性的重要指标之一。 三.常考习题练习与讲解 填空题 25 5.夏比摆锤冲击试验方法可以评估材料在__________条件下的韧性。（知识点：金属材料的韧性） 答案：冲击 解析：夏比摆锤冲击试验方法是评估材料在冲击条件下的韧性的一种常用方法。 三.常考习题练习与讲解 填空题 26 1. 疲劳试验中，载荷幅值越小，材料的疲劳寿命越短。（ ）（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：错误 解析：较小的载荷幅值可以延长材料的疲劳寿命。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2.材料的疲劳强度只受到温度的影响，与其他加载条件无关。（ ）（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：错误 解析：材料的疲劳强度受到多种因素的影响，包括温度、载荷幅值等加载条件。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.疲劳试验中，频率越高，材料的疲劳寿命越长。（ ）（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：错误 解析：频率越高，对材料的疲劳影响越大，可能导致疲劳寿命缩短。 三.常考习题练习与讲解 判断题 4.夏比摆锤冲击试验方法不能用于评估金属材料的韧性。（ ）知识点：金属材料的韧性） 答案：错误 解析：夏比摆锤冲击试验方法可以用于评估金属材料的韧性。 三.常考习题练习与讲解 判断题 5.在金属材料的疲劳现象中，裂纹形成和扩展的速度与载荷幅值无关。（ ）（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：错误 解析：载荷幅值会影响裂纹的形成和扩展速度，进而影响材料的疲劳寿命。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1. 解释一下材料的疲劳寿命预测方法中的确定性方法和统计方法的区别。（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：确定性方法是基于材料的理论模型和数学公式来预测疲劳寿命，通常适用于简单加载条件和理想材料。而统计方法则更倾向于使用实验数据进行建模，考虑更多的随机因素和材料变异性，适用于复杂加载条件和实际材料。 四.课内练习与讲解 2.在金属材料的疲劳过程中，裂纹形成和扩展的速度受到哪些因素的影响？（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：裂纹形成和扩展的速度受到载荷幅值、频率、材料性质、环境条件等因素的影响。其中，载荷幅值是影响最为显著的因素之一。 四.课内练习与讲解 3. 夏比摆锤冲击试验方法中，试样吸收的能量与材料的哪些性能有关？请简要说明。（知识点：金属材料的韧性） 答案：试样吸收的能量与材料的韧性和吸收能量能力有关。试样吸收的能量越大，通常表示材料具有较好的韧性，能够在受冲击时吸收更多的能量而不发生破坏。 四.课内练习与讲解 4.夏比摆锤冲击试验中，为什么通常采用V形试样？V形试样的特点有哪些？（知识点：金属材料的韧性） 答案：V形试样有利于观察试样的断裂形态，使得冲击试验的结果更容易分析。V形试样的主要特点是在受到冲击后会在中心形成一个凹痕，这有助于评估材料的韧性和吸收能量表现。 四.课内练习与讲解 5. 简要解释一下疲劳现象是什么，并说明在材料的疲劳过程中发生了什么。（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：疲劳现象是在动态加载条件下材料逐渐失效的现象。在材料的疲劳过程中，反复加载会引起材料内部微小裂纹的形成和扩展，最终导致材料的失效。这种失效形式在实际工程中很常见，特别是对于金属材料。 四.课内练习与讲解 6. 疲劳试验中，为什么较小的载荷幅值可以延长材料的疲劳寿命？请解释原因。（知识点：金属材料的疲劳强度） 答案：较小的载荷幅值会减缓裂纹的形成和扩展速度，降低材料的疲劳损伤速率，从而延长材料的疲劳寿命。这是因为较小的载荷幅值下，材料受到的动态加载较小，裂纹的形成和扩展相对缓慢。 四.课内练习与讲解 7. 在夏比摆锤冲击试验中，试样吸收的能量与材料的哪些性能密切相关？请简要说明。（知识点：金属材料的韧性） 答案：试样吸收的能量与材料的韧性和吸收能量能力密切相关。试样吸收的能量越大，通常表示材料具有较好的韧性，能够在受冲击时吸收更多的能量而不发生破坏。 四.课内练习与讲解 本节课主要介绍了金属材料韧性和疲劳强度相关的知识点。通过夏比摆锤冲击试验方法，我们能够评估金属材料的韧性，了解其在不同温度下的性能表现。同时，疲劳现象在材料工程中也是一个重要的研究领域，了解疲劳现象以及如何计算疲劳强度对于材料设计和工程实践具有重要意义。学生在学习过程中应重点掌握夏比摆锤冲击试验方法、温度对吸收能量的影响、疲劳现象的特征以及疲劳强度的测定与计算方法，以便在工程实践中能够有效地应用所学知识。 五.课程小结 重点复习知识点： 1.吸收能量对温度非常敏感，其总的变化趋势是随着温度的降低而降低。（知识点：金属材料的疲劳强度） 2.夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。（知识点：金属材料的韧性） 3.疲劳断裂与静载荷作用下的断裂是不同的。（知识点：金属材料的疲劳强度） 4.许多试验结果表明:金属材料的疲劳强度随着抗拉强度的提高而增加。（知识点：金属材料的疲劳强度） 五.课程小结 感谢观看 $$