专题四 金属材料的性能（教案）-四川省职教高考《机械基础》（高教版）专题复习讲练测

专题四 金属材料的性能（教案）-《机械基础》（高教版）-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解金属材料的基本性能概念 2. 掌握金属材料的力学性能和工艺性能： 3. 识别不同类型的钢铁材料及其特性： 4. 了解非铁金属材料和非金属材料的分类及应用： 5. 分析结构材料与功能材料的区别和应用： [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一 、金属材料的物理性能和化学性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程 中所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能；工艺性能是指金属材 料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下所表现出的性能。 金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、 热膨胀性和磁性等。 金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现出来的性能，包括耐蚀性、 抗氧化性和化学稳定性等。 二 、金属材料的力学性能和工艺性能 金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，主要包括 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。 1.强度 在外力的作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。当承受拉力时， 强度特性指标主要是屈服强度和抗拉强度。 2.塑性 在外力的作用下，材料不能恢复的变形称为塑性变形，产生永久变形而不断裂 的能力称为塑性。 3.硬度 硬度是指固体材料对外界物体机械作用(如压陷、刻划)的局部抵抗能力。硬 度不是金属独立的基本性能，而是反映材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。 常用的硬度指标有布氏硬度 (HBW) 、洛氏硬度 (HRA 、HRBW 、HRC等)和维氏 硬度 (HV) 等。硬度高的材料强度高，耐磨性能较好，而切削加工性能较差。 4.韧性 金属材料在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。冲击载荷下的力学性能指标 是冲击吸收能量，用KV(V 形缺口)或KU(U 形缺口)表示，单位为J。 冲击吸收能量值越大，则材料的韧性越好。冲击吸收能量值低的材料称为脆性 材料，冲击吸收能量值高的材料称为韧性材料。很多零件，如齿轮、连杆等，工作 时受到很大的冲击载荷，因此要用冲击吸收能量值高的材料制造。铸铁的冲击吸收 能量值很低，灰铸铁的冲击吸收能量值近于零，因此不能用来制造承受冲击载荷的 零件。 5.疲劳强度 疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力，或 称为疲劳极限。实际上，金属材料并不可能做无限多次交变载荷试验。 一般试验时 规定，钢铁材料经受10⁷次、非铁(有色)金属材料经受10⁸次交变载荷作用时不 产生断裂时的最大应力即称为疲劳强度。当施加的交变应力是对称循环应力时，所 得的疲劳强度用R_,表示。 金属材料的工艺性能是指在各种加工条件下所表现出来的适应性能，包括铸造 性能、锻造性能、焊接性和切削加工性能等。 三、非合金钢 碳的质量分数wc≤2.11% 而不含有特意加入合金元素的钢称为非合金钢。随着 钢中碳的平均质量分数wc的增加，钢的强度和硬度不断升高，塑性、韧性不断降 低。当wc>0.9% 时，虽然硬度升高，但强度下降，塑性、韧性继续降低。工业上应 用的非合金钢，其wc不大于1.4%。 1.碳素结构钢 (一)认牌号 知强度 碳素结构钢牌号由四个部分构成：“屈”字汉语拼音首位字母 “Q” 、最 小 上屈服强度 (MPa) 、 质量等级符号 (A 、B 、C 、D, 质量依次提高)、脱氧方法 符号(沸腾钢 F、镇静钢Z 、特殊镇静钢TZ,Z 与TZ 可以省略)。 例如：Q235AF表示最小上屈服强度为235 MPa, 质量等级为A 级，脱氧方 法为沸腾钢的碳素结构钢。 碳素结构钢冶炼容易，价格低，冷成形性和焊接性好，而且力学性能也能满足 一般工程结构及普通机械零件的要求，通常热轧成各种型材，应用广泛。其中， Q195 、Q215A~B通常轧制成薄板、钢筋供应，也可以用于制造铆钉、螺钉、焊接 结构件；Q235A~D的强度稍高，可用于制造螺栓、螺母等连接零件，焊接结构件 以及桥梁等金属构件和建筑构架； Q275A~D 的强度较高，可用于制造杆、销、轮 等受力中等的机械零件。用碳素结构钢制造的部分零件如图3-1所示。 2.刃具模具用非合金钢 刃具模具用非合金钢具有较高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较差，适于制造 低速切削工具、小型简单工具。用刃具模具用非合金钢制造的部分零件如图3-3所 示 。T7 、T8 、T8Mn钢可用于制造承受冲击的工具，T9 、T10 钢可用于制造承受振 动和冲击较小的工具，T11 、T12 、T13钢韧性差，可用于制造不受冲击的工具。 3.铸造碳钢 铸钢中碳的平均质量分数wc=0.20%～0.60%, 其铸造性能次于铸铁，但力学 性能优于铸铁，用于制造形状复杂、力学性能要求高又难以锻造的重要机械零件。 ZG200-400 、ZG230-450为低碳铸钢，塑性、韧性、焊接性好，铸造性能差，用于 制造机座、阀体、箱体等载荷不大的零件； ZG270-500 、ZG310-570 为中碳铸钢， 有一定的塑性和韧性，强度和硬度较高，用于制造齿轮、联轴器、气缸、缸体等重 载荷零件； ZG340-640为高碳铸钢，具有高强度、高硬度、高耐磨性，但塑性、韧 性、焊接性差，用于制造起重运输机齿轮、联轴器、车轮等零件。笔记 搜 索 铸钢5个牌号的化学成分及力学性能可见国家标准GB/T 11352—2009 《一般工程用铸造碳钢件》。 (二)铜及铜合金笔记 1.纯铜 纯铜是玫瑰红色的，表面形成氧化铜膜后为紫红色，故俗称紫铜。由于纯铜是 用电解法制造的，故又名电解铜。它具有良好的导电性、导热性、耐蚀性，但强度 不高、硬度很低、塑性较好，易于冷、热压力加工。纯铜价格较贵，为贵重金属， 一般不用于制造结构零件，主要作为导电材料及配制铜合金的原料。 工业上使用的纯铜，其铜的质量分数为99.7%~99.95%。其牌号有 T1 、T2、 T3 、T4四种。T 为“铜”字汉语拼音首位字母，数字为顺序号，顺序号越大，杂质 含量越高。 2.铜合金 铜合金根据主加元素不同可分为黄铜、青铜、白铜。在工业上最常用的是黄铜 和青铜。 (1)黄铜 黄铜是指以锌为主加元素的铜合金。黄铜敲起来声音很好听，因此又称响铜， 锣、铃、号等都是用黄铜制作的。黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。 (2)普通黄铜 仅由铜和锌组成的铜合金称为普通黄铜。其牌号用H 加数字表示，H 代表黄 铜，数字为铜的平均质量分数，如H70 表示铜的平均质量分数为70%的铜锌合金。 普通黄铜常用的牌号有： H80, 呈金黄色，又称金黄铜，可用于制作装饰品； H70, 又称三七黄铜，具有较好的塑性和冷成形性，用于制造弹壳、散热器等，有 弹壳黄铜之称； H62, 又称四六黄铜，是普通黄铜中强度最高的一种，同时又具有 好的热塑性、切削加工性能、焊接性和耐蚀性，价格低，故工业上应用较多，如制 造弹簧、垫圈、金属网等。 [真题练讲] 1.(2019年四川省统一考试)金属材料的物理性能中，以下哪项属于典型的导电性能？ A. 高热导率 B. 低电阻率 C. 高拉伸模量 D. 高塑性 答案：B。 金属材料的导电性能通常通过电阻率来衡量，低电阻率表示较好的导电性能。 2.(2016年江苏省统一考试)下列哪项不属于金属材料的化学性能？ A. 耐腐蚀性 B. 反应活性 C. 化学稳定性 D. 硬度 答案：D。 硬度属于金属材料的力学性能，而非化学性能。 3.(2021年四川省统一考试)关于金属材料的力学性能，以下哪项不属于典型的力学性能指标？ A. 硬度 B. 韧性 C. 疲劳强度 D. 导电性 答案：D。 导电性是物理性能的一部分，而非力学性能。 4.(2023年吉林省统一考试)金属材料的工艺性能影响着其加工过程中的表现，以下哪项不是工艺性能的典型考虑因素？ A. 可焊性 B. 可锻性 C. 可塑性 D. 热膨胀系数 答案：D。 热膨胀系数属于金属材料的物理性能之一。 5.(2022年四川省统一考试)金属材料的物理性能中，导热性主要由其（ ）决定。 A. 晶格结构 B. 晶粒大小 C. 电子结构 D. 金属的成分 答案：C。 导热性主要受金属中电子的热传导性能影响。 [限时练讲] 1.下列关于低合金钢和合金钢的说法中，正确的是（ ）。 A. 低合金钢含有较高比例的合金元素 B. 合金钢比低合金钢更易焊接 C. 低合金钢的耐腐蚀性比合金钢好 D. 合金钢通常用于制造机械零件 答案：D。 合金钢通常含有较高比例的合金元素，用于增强其特定的力学性能，适合制造要求较高的机械零件。 2.铸铁的主要特点是（ ）。 A. 高强度和高硬度 B. 优良的塑性和韧性 C. 良好的耐磨性和耐腐蚀性 D. 易于铸造和加工 答案：D。 铸铁因其良好的流动性和铸造性能而广泛用于复杂形状零件的铸造。 3.非铁金属材料中，以下哪种材料具有良好的导热性和导电性？ A. 镍合金 B. 铝合金 C. 镁合金 D. 铜及铜合金 答案：D。 铜及铜合金因其优异的导热性和导电性而常用于电气领域和散热器件制造。 4.功能材料的一个典型应用是（ ）。 A. 制造钢筋混凝土 B. 制造光纤通信设备 C. 制造家具 D. 制造塑料容器 答案：B。 光纤通信设备需要使用具有特定光学性能的功能材料，如光纤材料。 5.结构材料的一个典型应用是（ ）。 A. 制造电子产品外壳 B. 制造轮胎 C. 制造玻璃器皿 D. 制造纺织品 答案：A。 电子产品外壳通常需要具有一定的强度和耐用性，因此选择适合的结构材料是关键。 6.非金属材料中，玻璃钢属于（ ）。 A. 金属材料 B. 硅酸盐材料 C. 传统材料 D. 复合材料 答案：D。 玻璃钢是由玻璃纤维和树脂制成的复合材料，具有优异的强度和耐腐蚀性 7.非金属材料中，以下哪种材料属于传统材料？ A. 高分子材料 B. 玻璃钢 C. 陶瓷材料 D. 碳纤维复合材料 答案：C。 陶瓷材料作为传统材料，其应用历史悠久且广泛，例如陶瓷器具和陶瓷砖等。 8.解释金属材料的物理性能中的导热性和导电性有何不同？ 答案解析：导热性： 导热性是材料传导热量的能力。金属中的电子在热量作用下会快速传递，因此导热性通常与金属的电子结构有关。 导电性： 导电性是材料导电的能力，主要取决于电子的自由移动性和电子的密度。金属通常具有良好的导电性，因为它们有很多自由电子可导电. 9.为什么疲劳强度是评估金属材料耐久性的重要指标？ 答案解析：疲劳强度是指材料在交变应力作用下能够承受的最大应力。在实际工程中，许多零件都会受到交变应力的作用，例如机械零件在振动或周期性加载下的工作状态。了解材料的疲劳强度可以帮助工程师预测材料的寿命和安全性。 10.简要描述钢铁材料中非合金钢和合金钢的主要区别。 答案解析：非合金钢： 不添加或添加少量合金元素，主要由碳和铁组成，具有较低的成本和较高的强度。 合金钢： 添加一定比例的合金元素（如铬、镍、钼等），以提高其特定的力学性能，如硬度、耐磨性和耐腐蚀性。 11.什么是铸铁？它在工业中的应用有哪些特点？ 答案解析：铸铁： 是一种含碳量较高的铁合金，具有良好的流动性和铸造性，适合于各种复杂形状零件的铸造。 应用特点： 铸铁常用于制造发动机缸体、机床床身等需要复杂结构的零件，其耐磨性和耐腐蚀性较好，但相对于钢而言，强度和韧性较低。 12.功能材料与结构材料有何区别？举例说明其应用。 答案解析：功能材料： 具有特定功能性能，如光学材料、磁性材料等，主要用于特定技术或工程领域，如光纤通信设备中的光纤材料。 结构材料： 主要用于支撑结构和承受载荷，如钢铁用于建筑结构和机械零件。 [学法建议] 1.金属材料的力学性能金属材料的力学性能主要指其抵抗外力的能力。这包括强度（抵抗断裂的能力）、硬度（抵抗局部形变的能力）、塑性（发生形变而不断裂的能力）、韧性（抵抗冲击的能力）和疲劳强度（抵抗重复载荷的能力）。了解这些性能对于设计和选择材料至关重要，可以确保工程结构的安全性和可靠性。 2.金属材料的耐腐蚀性:耐腐蚀性是指金属材料在一定腐蚀介质中抵抗腐蚀破坏的能力。腐蚀是材料与环境相互作用引起的破坏，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。耐腐蚀性的高低取决于材料本身的化学成分、内部结构、表面状态以及所处环境条件。提高耐腐蚀性的方法包括选择具有自我钝化特性的合金、在表面形成保护层（如涂层或抗氧化膜）以及设计和工程应用中的合理选择和维护。 3.金属材料的加工性能:金属材料的加工性能涉及材料在加工过程中的表现，包括铸造、锻造、轧制、焊接、切削等加工方法的适应性。加工性能好的材料在加工过程中容易实现所需形状和尺寸，能够减少能源消耗、提高生产效率和降低成本。加工性能与材料的微观结构和化学成分有关，如某些合金可以通过热处理获得更好的加工性。 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 $$