专题一 金属的强度与硬度（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

专题一 金属的强度与硬度 《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： 1. 强度和塑性的概念及其在工程材料中的重要性。 2.拉伸试验的步骤和原理，以及如何根据试验结果评估材料的性能。 3.不同硬度测试方法的原理和应用，例如布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 4.强度和塑性在金属材料中的表现及其相互关系。 5.材料的组织和处理对其硬度、强度和塑性的影响。 一.考纲解读 3 一.考纲解读 考试要求 01 2.理解金属材料的硬度、强度和塑性之间的关系，以及如何调节这些性能。 02 3. 掌握不同硬度测试方法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）的原理和应用。 03 1. 能够解释材料的强度和塑性在工程设计和制造中的重要作用，并举例说明。 4 易考题型： 1.简答题：解释力学性能概念、硬度测试方法、强度和塑性的关系等。 2.选择题：根据拉伸试验结果分析材料的性能表现，并选择出正确选项。 3.填空题：根据给定的拉伸试验数据计算材料的强度参数，填空。 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、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。 二.知识点梳理和重点概念复习 7 知识点梳理： 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.知识点梳理和重点概念复习 8 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 9 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 10 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 11 知识点梳理： 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)。 二.知识点梳理和重点概念复习 12 重点概念复习： 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。（知识点：金属材料的硬度） 2.强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。（知识点：金属材料的硬度） 3.塑性是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。（知识点：金属材料的硬度） 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。（知识点：金属材料的硬度） 5.洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验方法。（知识点：金属材料的硬度） 二.知识点梳理和重点概念复习 13 1. 布氏硬度测试常用于评估哪种类型的材料？（知识点：金属材料的硬度） a) 金属材料 b) 陶瓷材料 c) 塑料材料 d) 木材材料 答案：a) 金属材料 解析：布氏硬度测试适用于金属材料，尤其是较软的金属。 三.常考习题练习与讲解 选择题 14 2.拉伸试验过程分析主要评估材料的哪些性能？（知识点：金属材料的强度和韧性） a) 硬度和延展性 b) 强度和韧性 c) 密度和导热性 d) 熔点和电阻率 答案：b) 强度和韧性 解析：拉伸试验评估材料的强度（抗拉应力）和韧性（断裂前的变形能力）。 三.常考习题练习与讲解 选择题 15 3. 维氏硬度测试使用的主要工具是什么？（知识点：金属材料的硬度） a) 硬度计 b) 钢珠 c) 钻头 d) 电子显微镜 答案：b) 钢珠 解析：维氏硬度测试使用一颗钢珠作为压头进行测试。 三.常考习题练习与讲解 选择题 16 4. 拉伸试验中，应变率是指什么？（知识点：金属材料的变形） a) 施加在材料上的应变 b) 施加在材料上的应力 c) 材料的变形速率 d) 材料的拉伸速率 答案：c) 材料的变形速率 解析：拉伸试验中，应变率是指材料的变形速率。 三.常考习题练习与讲解 选择题 17 5. 金属材料的硬度通常与其什么有关？（知识点：金属材料的硬度） a) 结晶度 b) 温度 c) 密度 d) 电导率 答案：a) 结晶度 解析：金属材料的硬度通常与其结晶度有关。 三.常考习题练习与讲解 选择题 18 6. 洛氏硬度测试常用于评估哪种类型的材料？（知识点：金属材料的硬度） a) 金属材料 b) 陶瓷材料 c) 塑料材料 d) 木材材料 答案：a) 金属材料 解析：洛氏硬度测试也适用于金属材料，提供了不同于布氏硬度的评估方法。 三.常考习题练习与讲解 选择题 19 7. 洛氏硬度测试中，所使用的压头的材料通常是？（知识点：金属材料的硬度） a) 钢 b) 铝 c) 铜 d) 铁 答案：a) 钢 解析：洛氏硬度测试中，所使用的压头通常是钢制的。 三.常考习题练习与讲解 选择题 20 8.何种硬度测试方法在测试过程中产生的印痕最小？（知识点：金属材料的硬度） 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：维氏硬度测试产生的印痕最小。 三.常考习题练习与讲解 选择题 21 1. 洛氏硬度和维氏硬度测试方法受到材料的__________的影响。（知识点：金属材料的硬度） 答案：表面状态、厚度和成分 解析：洛氏硬度和维氏硬度测试方法受到材料的表面状态、厚度和成分等因素的影响，因此不是完全不受形状和尺寸影响的。 三.常考习题练习与讲解 填空题 22 2.拉伸试验中的材料断裂点通常发生在材料发生过__________变形后。（知识点：金属材料的塑性） 答案：塑性 解析：拉伸试验中，材料的断裂点通常出现在材料发生过塑性变形后，即在材料达到其极限强度之前。 三.常考习题练习与讲解 填空题 23 3.拉伸试验中的应力-应变曲线中，材料的屈服点对应的应变称为什么__________？（知识点：金属材料的硬度） 答案：屈服应变 解析：在拉伸试验中，材料的屈服点对应的应变称为屈服应变，是材料开始发生塑性变形的临界点。 三.常考习题练习与讲解 填空题 24 4.哪种硬度测试方法通常用于评估较硬的金属和合金材料的表面硬度__________？（知识点：金属材料的硬度） 答案：洛氏硬度测试 解析：洛氏硬度测试通常用于评估较硬的金属和合金材料的表面硬度。 三.常考习题练习与讲解 填空题 25 5.拉伸试验中，材料的断裂点通常出现在材料发生过塑性变形后的哪个阶段__________？（知识点：金属材料的塑性） 答案：断裂阶段 解析：拉伸试验中，材料的断裂点通常出现在材料发生过塑性变形后的断裂阶段，即材料无法承受继续受力而发生断裂。 三.常考习题练习与讲解 填空题 26 1. 在拉伸试验中，材料的弹性模量反映了其弹性变形能力。（ ）（知识点：金属材料的弹性） 答案：正确 解析：弹性模量是反映材料的弹性变形能力的重要指标之一。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2. 拉伸试验中，材料的强度通常随着温度的降低而增加。（ ）（知识点：金属材料的强度） 答案：错误 解析：通常情况下，材料的强度会随着温度的升高而增加，而不是随着温度的降低而增加。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.在拉伸试验中，材料的强度通常随着应变速率的增加而增加。（ ）（知识点：金属材料的强度） 答案：错误 解析：通常情况下，材料的强度会随着应变速率的增加而减小。 三.常考习题练习与讲解 判断题 4.洛氏硬度和维氏硬度测试方法不受材料的形状和尺寸影响。（ ）（知识点：金属材料的硬度） 答案：错误 解析：洛氏硬度和维氏硬度测试方法受到材料的表面状态、厚度和成分的影响，因此不是完全不受形状和尺寸影响的。 三.常考习题练习与讲解 判断题 5.拉伸试验中，材料的应力-应变曲线通常呈现出两个阶段，分别是弹性阶段和塑性阶段。（ ）（知识点：金属材料的塑性） 答案：正确 解析：拉伸试验中，材料的应力-应变曲线通常会显示出弹性阶段和塑性阶段，分别对应材料的弹性变形和塑性变形。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1. 解释拉伸试验中的弹性阶段和塑性变形区域的区别，并说明它们对应的材料性质。（知识点：金属材料的弹性） 答案：拉伸试验中的弹性阶段是指材料在受力作用下发生的弹性变形，此时材料恢复力学性能良好，应力与应变成正比关系；塑性变形区域是指材料在超过弹性极限后发生的塑性变形，此时材料内部发生了塑性变形，但仍可以维持形状。弹性阶段对应材料的弹性模量，而塑性变形区域对应材料的屈服点后的变形区域。 四.课内练习与讲解 2.为什么在金属材料的评价中，除了硬度和强度外，塑性也是一个重要的指标？（知识点：金属材料的硬度） 答案：塑性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形的能力，对于某些应用场景，如冲压、拉伸等加工工艺中，材料的塑性是非常重要的指标。高塑性的材料在加工过程中不易产生开裂或断裂，具有更好的加工性能，因此在材料评价中塑性也是一个重要的考量因素。 四.课内练习与讲解 3. 洛氏硬度测试常用于评估金属材料的表面硬度，请解释表面硬度和体积硬度之间的区别。（知识点：金属材料的硬度） 答案：表面硬度是指材料表面在受力作用下抵抗划痕或压痕的能力，通常用于评估材料的耐磨性和耐蚀性；体积硬度是指材料全体在受力作用下的抵抗能力，通常用于评估材料的整体强度。洛氏硬度测试主要用于评估金属材料的表面硬度。 四.课内练习与讲解 4.为什么在拉伸试验中要测量材料的延伸率？延伸率有什么实际意义？（知识点：金属材料的延伸率） 答案：延伸率是指材料在拉伸断裂时的最大变形能力，是衡量材料塑性的重要指标之一。通过测量延伸率，可以评估材料的延展性和变形能力，指导工程师选择合适的材料进行设计和制造，确保产品在使用过程中具有足够的可靠性和安全性。 四.课内练习与讲解 5. 为什么在拉伸试验中需要测定材料的抗拉强度和屈服点？（知识点：金属材料的强度） 答案：抗拉强度是衡量材料在受拉力作用下的最大抗拉能力，可以评估材料的强度；屈服点是材料开始发生塑性变形的临界点，可以评估材料的塑性。这两个指标可以帮助工程师评估材料的机械性能，指导材料的选择和应用。 四.课内练习与讲解 6. 解释维氏硬度测试与洛氏硬度测试相比，有哪些优点和缺点？（知识点：金属材料的硬度） 答案：维氏硬度测试与洛氏硬度测试相比，维氏硬度测试的优点包括更高的精度、更好的重复性和更大的测试范围。缺点包括测试时间较长、对设备的要求较高、测试过程中的样品损伤较大。维氏硬度测试适用于硬度较高的金属材料，而洛氏硬度测试适用于硬度较低的材料，两者各有优缺点。 四.课内练习与讲解 7. 材料在受力作用下发生塑性变形时，为什么会出现颈缩现象？颈缩现象对材料性能有何影响？（知识点：金属材料的塑性） 答案：材料在受力作用下发生塑性变形时，会出现颈缩现象，这是因为材料内部的应力分布不均匀，导致某些区域首先发生变形，形成颈缩。颈缩现象对材料性能的影响包括降低了材料的强度和塑性，增加了断裂的风险。因此，在材料的设计和应用中，需要避免颈缩现象的发生。 四.课内练习与讲解 节课主要涉及金属材料的力学性能，包括硬度、强度和塑性。通过拉伸试验可以评估材料的强度和塑性，并通过不同硬度测试方法了解材料的硬度特性。强度和塑性是金属材料重要的性能指标，它们相互影响，同时也受材料的组织和处理方式影响。因此，掌握力学性能的概念和测试方法，以及理解强度和塑性之间的关系对于材料工程师至关重要。在复习中，重点关注拉伸试验过程分析、不同硬度测试方法的原理和应用，以及强度和塑性的相互关系。 五.课程小结 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。（知识点：金属材料的硬度） 2.强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。（知识点：金属材料的硬度） 3.塑性是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。（知识点：金属材料的硬度） 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。（知识点：金属材料的硬度） 5.洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验方法。（知识点：金属材料的硬度） 五.课程小结 感谢观看 $$