专题一 金属的强度与硬度（教案）-四川职教高考《金属加工与实训》（高教版） 专题复习讲练测

专题一 金属的强度与硬度（教案）-《金属加工与实训》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 解释力学性能的概念，包括强度和塑性的定义以及它们在金属材料中的重要性。 2. 掌握拉伸试验过程的步骤和原理，能够分析拉伸试验的结果并解释材料的性能。 3. 理解不同硬度测试方法，包括布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）的原理和应用。 4. 能够区分强度和塑性在金属材料中的表现，并解释它们之间的关系。 5. 掌握金属材料的硬度、强度和塑性之间的相互影响，以及如何通过改变材料的组织和处理方式来调节这些性能。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、力学性能的概念 1.力学性能是指金属材料在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能，又称机械性能，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(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。金属材料的力学性能是评定金属材料质量的主要依据，也是金属构件设计时选材和进行强度计算的主要依据。 2.拉伸试验过程分析拉伸试验是指用静(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、塑性等力学性能的试验。拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，如图1-1所示。圆柱形拉伸试样分为短圆柱形拉伸试样和长圆柱形拉伸试样两种:长圆柱形拉伸试样L=10d0;短圆柱形拉伸试样L=5d0(d为圆桂形拉伸试样的原始直径,L为圆柱形拉伸试样的原始标距,)。为了节省成本，通常采用短圆柱形拉伸试样。图1-la为圆柱形拉伸试样拉伸前的状态，图1-1b为圆柱形拉伸试样拉断后的状态。图中dυ为圆柱形拉伸试样断口处的直径，Lυ为圆柱形拉断拉伸试样对接后测出的标距长度。 二、布氏硬度(HBW) 布氏硬度的试验原理是用一定直径的硬质合金球，以匹配的试验力压入试样表面，保持规定的时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径d，然后根据压痕直径d计算其硬度值的方法，如图1-3所示。 目前，金属材料布氏硬度试验方法执行GB/T231.1-2002标准，用符号HBW表示。本标准规定的布氏硬度值试验范围上限为650。布氏硬度的标注方法是将测定的硬度值标注在符号HBW的前面。除了保持时间为1015s的试验条件外，在其他条件下测得的硬度值，均应在符号HBW的后面用相应的数字注明压头直径、试验力大小和试验力保持时间。例如，150HBW10/1000/30表示用压头直径为10mm的硬质合金球，在1000kgf(9.807kN)试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为150;又如，500HBW5/750表示用压头直径为5mm的硬质合金球，在750kgf(7.355kN)试验力作用下，保持10~15s时测得的布氏硬度值为500。 三、洛氏硬度(HR) 洛氏硬度的试验原理是将锥角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.5875mm的球(钢球或硬质合金球)压人试样表面(如图1-4所示)，试验时，先加初试验力，然后加主试验力，压人试样表面之后，去除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样残余压痕深度增量来衡量试样硬度的大小。 在图1-4中，0-0位置为金刚石压头还没有与试样接触时的原始位置;当加上初试验力F后，压头压人试样中，深度为h，处于1-1位置;再加主试验力F，使压头又压入试样的深度为h，图中2-2位置;然后去除主试验力，保留初试验力，压头因材料的弹性恢复到图中3-3位置。图中所示e值，称为残余压痕深度增量。洛氏硬度试验就是用残余压痕深度增量来计算金属材料的硬度值，实际测量时可通过试验机的表盘直接读取被测金属材料的硬度值。洛氏硬度按选用的总试验力及压头类型的不同，常用A、B、C三种标尺(见表1-2)。 [真题练讲] 1.(2019年河南省统一考试)哪种硬度测试方法适用于较软的金属？ a) 布氏硬度测试 b) 洛氏硬度测试 c) 维氏硬度测试 d) 以上皆是 答案：a) 布氏硬度测试 解析：布氏硬度测试适用于较软的金属。 2.(2016年四川省统一考试)什么是材料的“屈服点”？ a) 材料开始变形的点 b) 材料开始塑性变形的点 c) 材料的最大变形能力 d) 材料完全失去弹性的点 答案：b) 材料开始塑性变形的点 解析：屈服点是材料开始塑性变形的点。 3.(2023年四川省统一考试）在拉伸试验中，应力是指什么？ a) 施加在材料上的力 b) 材料受到的反作用力 c) 材料的形变 d) 材料的体积变化 答案：a) 施加在材料上的力 解析：拉伸试验中，应力是指施加在材料上的力。 4.(2018年四川省统一考试)材料的塑性指数是什么？ a) 断裂前的应力 b) 断裂后的应变 c) 材料的塑性变形能力 d) 材料的硬度 答案：c) 材料的塑性变形能力 解析：材料的塑性指数是指其在受力作用下能够发生塑性变形的能力。 5.(2019年河北省统一考试)哪种硬度测试方法使用的压头直径最大？ a) 布氏硬度测试 b) 洛氏硬度测试 c) 维氏硬度测试 d) 洛氏硬度和维氏硬度测试 答案：c) 维氏硬度测试 解析：维氏硬度测试使用的压头直径最大。 [限时练讲] 1.拉伸试验中的“应力-应变曲线”通常表现为什么形状？ a) 直线 b) 曲线 c) 抛物线 d) 双曲线 答案：c) 抛物线 解析：拉伸试验中的应力-应变曲线通常呈现抛物线形状。 2.哪种硬度测试方法可以提供多个硬度值？ a) 布氏硬度测试 b) 洛氏硬度测试 c) 维氏硬度测试 d) 以上都可以 答案：d) 以上都可以 解析：布氏、洛氏和维氏硬度测试都可以提供多个硬度值。 3.何种力学性能表征材料的耐刮擦能力？ a) 强度 b) 硬度 c) 韧性 d) 塑性 答案：b) 硬度 解析：硬度表征了材料的耐刮擦能力。 4.拉伸试验中的“断裂点”通常出现在哪里？ a) 断裂前的应力 b) 屈服点 c) 断裂后的应变 d) 材料的最大变形能力 答案：c) 断裂后的应变 解析：拉伸试验中的“断裂点”是指材料断裂后的应变。 5.金属的硬度与其什么性质有关？ a) 密度 b) 强度 c) 导电性 d) 电阻率 答案：b) 强度 解析：金属的硬度与其强度有关。 6.哪种硬度测试方法通过在材料表面施加负载来评估硬度？ a) 布氏硬度测试 b) 洛氏硬度测试 c) 维氏硬度测试 d) 硬度计测试 答案：d) 硬度计测试 解析：硬度计测试通过在材料表面施加负载来评估硬度。 7.力学性能的概念涵盖了哪些方面？ a) 硬度和强度 b) 塑性和延展性 c) 密度和熔点 d) 电导率和热导率 答案：a) 硬度和强度 解析：力学性能涵盖了材料的硬度（耐刮擦能力）和强度（抵抗拉伸或压缩的能力）。 8.什么是力学性能？简要描述其在材料工程中的重要性。 答案：力学性能是指材料在受外力作用下所表现出的各种性能指标，如强度、硬度、韧性等。在材料工程中，力学性能的好坏直接影响材料的选择和应用，对材料的设计、制造和性能评价具有重要意义。 9.拉伸试验是用来测试材料力学性能的一种常用方法，请简要描述拉伸试验的基本原理。 答案：拉伸试验是通过对材料施加拉伸力，使其发生形变，从而测定材料在拉伸过程中的力学性能。试样在拉伸加载下逐渐延长，直到发生破坏为止，通过记录载荷和变形的关系来分析材料的强度和塑性等性能指标。 10.解释强度和塑性在金属材料中的含义，并举例说明它们的重要性。 答案：强度是指材料在受力作用下抵抗破坏的能力，通常用抗拉强度来表示；塑性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形的能力，通常用延伸率来表示。例如，一座桥梁需要具有足够的强度来承受车辆和行人的重量，同时也需要具有一定的塑性，以应对外部风力和温度变化引起的变形。 11.布氏硬度测试和洛氏硬度测试是两种常见的硬度测试方法，请比较它们的优缺点。 答案：布氏硬度测试适用于金属和非金属材料，测试过程简单，但只适用于低硬度材料；洛氏硬度测试适用于金属材料，测试范围广，但需要根据材料硬度选择不同的测试方法，测试过程稍复杂。布氏硬度测试需要留下明显的痕迹，而洛氏硬度测试则可以选择不留痕迹的方法进行测试。 12.解释杨氏模量的概念，并说明它与材料的硬度和强度之间的关系。 答案：杨氏模量是衡量材料弹性变形能力的指标，表示单位应变下材料产生的应力。它与材料的硬度和强度之间存在一定的关系，通常情况下，杨氏模量越大，材料的硬度和强度也越大。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.金属材料的力学性能是评定金属材料质量的主要依据，也是金属构件设计时选材和进行强 度计算的主要依据。 2. 强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。 3. 塑性是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 4. 布氏硬度的标注方法是将测定的硬度值标注在符号HBW的前面。 5. 洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验方法。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$