专题四 金属材料的性能（课件）-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 《机械基础》（高教版） 专题复习讲练测 1 01. 考纲解读 02. 知识点梳理 03. 考题讲解 04. 课内练习 05. 归纳小结 目录 CONTENTS 一.考纲解读 常见考点： 钢铁材料的分类和特性： 包括碳钢、合金钢和不锈钢，各自具有特定的化学成分和机械性能，适用于不同的工程需求。 金属材料的强度与塑性关系： 强度和塑性是材料的重要力学性能，通常增强强度可能会降低塑性，需要在设计和选择时平衡考虑。 金属材料的热处理与性能改善： 通过退火、淬火和回火等热处理工艺，可显著改善金属材料的强度、硬度和耐腐蚀性能。 金属材料的腐蚀与防护措施： 面对化学腐蚀，常采用涂层、防腐涂料和镀层等方法保护金属表面，延长其使用寿命。 一.考纲解读 1.理解金属材料的基本性能和分类： 能够描述不同类型的金属材料（如钢铁、铝合金等）的基本特性，包括力学性能、耐腐蚀性和加工性能等。 2.掌握金属材料的加工和热处理方法 3.能够评估和选择适当的金属材料 考试要求 考试要求： 易考题型： 一.考纲解读 计算题 应力和应变的计算 简答题 屈服点和断裂点的解释： 考察学生对金属材料力学性能中屈服点和断裂点的概念理解。 分析题 材料选择的比较与分析： 考察学生在实际工程背景下，对不同金属材料（比如不锈钢和碳钢）在特定应用条件下的优缺点分析能力。 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 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。 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 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。 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.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： (二)铜及铜合金 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： 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。 二.知识点梳理和重点概念复习 知识点梳理： (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。 二.知识点梳理和重点概念复习 重点概念复习： 二.知识点梳理和重点概念复习 1.金属材料的力学性能： 包括强度、硬度和韧性等，学习如何评估和应用这些性能指标。 2.热处理工艺及其效果： 深入了解退火、淬火、回火等热处理方法，以及这些方法如何改善材料的结构和性能。 1.金属材料的主要机械性能包括哪些？ A) 密度、熔点和导电性 B) 强度、硬度和延展性 C) 耐腐蚀性、脆性和疲劳度 D) 热膨胀、韧性和刚度 答案： B) 强度、硬度和延展性 解析： 这些性能是决定金属在不同机械应力下表现的关键因素。 三.常考习题练习与讲解 选择题 2.哪种制造工艺适合塑造复杂的金属部件？ A) 铸造 B) 锻造 C) 挤压 D) 机械加工 答案： C) 挤压 解析： 挤压允许金属通过特定形状的模具，从而生产出具有复杂截面形状的部件。 三.常考习题练习与讲解 选择题 3. 金属加工中的退火目的是什么？ A) 增加硬度 B) 提高导电性 C) 缓解内部应力 D) 提高耐腐蚀性 答案： C) 缓解内部应力 解析： 退火是一种热处理过程，用于通过减少内部应力来软化金属并提高其加工性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 4.哪种热处理过程涉及从高温快速冷却金属以增加硬度？ A) 退火 B) 回火 C) 淬火 D) 正火 答案： C) 淬火 解析： 淬火涉及快速冷却，以实现金属（如钢）的硬化结构。 三.常考习题练习与讲解 选择题 5 不锈钢主要因其什么特性而受重视？ A) 高导电性 B) 耐腐蚀性 C) 低成本 D) 高延展性 答案： B) 耐腐蚀性 解析： 不锈钢以其出色的耐腐蚀性和抗污性而闻名。 三.常考习题练习与讲解 选择题 6.哪种金属加工工艺通常用于永久性地连接两个金属件？ A) 铸造 B) 锻造 C) 焊接 D) 挤压 答案： C) 焊接 解析： 焊接涉及金属的熔化和融合，以在两个部件之间创建牢固的连接。 三.常考习题练习与讲解 选择题 7.金属的哪种属性是通过其在断裂前吸收能量的能力来衡量的？ A) 延展性 B) 韧性 C) 硬度 D) 弹性模量 答案： B) 韧性 解析： 韧性是衡量材料在塑性变形和断裂前吸收能量的能力的指标。 三.常考习题练习与讲解 选择题 8. 在航空航天应用中，通常选择哪种金属因其高强度与重量比？ A) 铝合金 B) 铜 C) 铅 D) 锌 答案： A) 铝合金 解析： 铝合金轻便且坚固，非常适合航空航天应用。 三.常考习题练习与讲解 选择题 9. 钢淬火后进行回火的主要目的是什么？ A) 增加硬度 B) 缓解内部应力 C) 提高耐腐蚀性 D) 提高韧性和减少脆性 答案： D) 提高韧性和减少脆性 解析： 回火是一种热处理过程，旨在平衡通过淬火获得的硬度，同时提高韧性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 10. 为什么在金属材料的生产中经常使用合金化？ A) 提高熔点 B) 提高延展性 C) 降低成本 D) 增强特定性能，如强度或耐腐蚀性 答案： D) 增强特定性能，如强度或耐腐蚀性 解析： 合金化涉及结合金属以增强纯金属中不存在的特定性能。 三.常考习题练习与讲解 选择题 1.退火是一种热处理过程，主要目的是______内部应力。 答案：缓解（解析：退火通过加热和逐渐冷却的过程，减少金属内部的应力，使其变得更加均匀和稳定。） 2.淬火是一种热处理过程，通过______金属，使其获得更高的硬度。 答案：快速冷却（解析：淬火涉及将金属从高温迅速冷却到室温以下，以改变其晶体结构，增加硬度。） 三.常考习题练习与讲解 填空题 3.不锈钢因其出色的______而广泛应用于抗腐蚀要求高的环境。 答案：耐腐蚀性（解析：不锈钢以其高抗腐蚀能力而闻名，适用于许多需要长期抗腐蚀保护的场合。） 4.焊接是一种常用的金属加工方法，用于______金属件。 答案：连接（解析：焊接通过熔化并融合金属来永久性地将两个金属部件连接在一起。） 三.常考习题练习与讲解 填空题 5.挤压是一种______工艺，适合生产复杂截面形状的金属部件。 答案：成形（解析：挤压通过将金属强行挤压通过模具，以形成复杂的截面形状，是一种有效的加工方法。） 6.合金化是指通过______，以改善金属的特定性能。 答案：合金元素的添加（解析：合金化通过向金属中添加其他元素，如锰、铬等，以增强其特定的机械、物理或化学性能。） 三.常考习题练习与讲解 填空题 1.不锈钢以其高导电性而闻名。 答案：错 解析：不锈钢以其耐腐蚀性而闻名，而非导电性。 2.回火是一种热处理过程，旨在增加金属的硬度。 答案：错 解析：回火旨在通过降低硬度来提高金属的韧性，而非增加硬度。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.挤压是一种加工工艺，适用于生产大批量的简单金属零件。 答案：错 解析：挤压适合生产复杂截面形状的金属部件，不仅限于简单零件。 4.铝合金因其高强度与重量比而在航空航天应用中广泛使用。 答案：对 解析：铝合金轻便且强度高，非常适合要求重量轻的航空航天应用。 三.常考习题练习与讲解 判断题 5.硬度是衡量金属材料在断裂前吸收能量的能力的指标。 答案：错 解析：这个描述更符合韧性的定义，而非硬度。 6.铸造是一种加工工艺，用于永久性地连接两个金属部件。 答案：错 解析：铸造是通过将熔化金属注入模具来制造零件，不涉及连接不同金属部件。 三.常考习题练习与讲解 判断题 7.合金化是指通过添加合金元素来改善金属的特定性能。 答案：对 解析：合金化是常见的改善金属性能的方法，例如增加强度或耐腐蚀性。 8.金属的延展性是指其抵抗塑性变形和断裂前吸收能量的能力。 答案：错 解析：延展性是指材料在拉伸过程中能够发生塑性变形而不断裂的能力，而非吸能能力 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.简要解释金属材料的韧性是什么意思？ 答案：韧性是材料在受力时能够吸收能量、发生塑性变形而不断裂的能力。 2.描述一下金属材料的硬度是如何定义的？ 答案：硬度是材料抵抗表面划痕或压痕的能力，通常用于衡量材料的抗划伤性和耐磨性。 四.课内练习与讲解 3. 什么是金属材料的强度？它如何与硬度区分开来？ 答案：强度是材料抵抗拉伸或压缩等应力时的抗力。与硬度不同，强度考虑的是材料在受力时的整体抗力而非表面抗划痕能力。 4.解释一下金属材料的延展性有什么重要性？ 答案：延展性决定了材料在受拉应力时的变形能力，对于工程设计中需要经历塑性变形的部件至关重要。 四.课内练习与讲解 5. 为什么在金属加工中经常需要对材料进行热处理？ 答案：热处理可以改变金属的组织结构和性能，包括提高硬度、改善韧性、缓解内部应力等，以满足不同的工程需求。 6.简述一下铸造工艺的基本原理及其适用范围。 答案：铸造是通过将熔化金属注入模具，使其冷却凝固成形的工艺，适用于大批量生产复杂形状的零件。 四.课内练习与讲解 7.什么是淬火过程？它的主要目的是什么？ 答案：淬火是将加热至一定温度的金属迅速冷却到室温以下的过程，主要目的是增加材料的硬度。 8.为什么航空航天应用中常使用铝合金？ 答案：铝合金具有较高的强度与重量比，适合于需要轻量化设计的航空航天部件。 四.课内练习与讲解 9.描述一下金属材料中的合金化是如何实现的？ 答案：合金化是通过向金属中添加其他元素（合金元素），以改变其化学成分和物理性能，如提高强度、耐腐蚀性等。 10.简要解释一下金属材料的冷加工与热加工有何区别？ 答案：冷加工是在室温下进行，可显著提高材料的硬度和强度；热加工则在高温下进行，通常用于塑性加工和改善加工性能。 四.课内练习与讲解 11.金属材料中的疲劳是指什么？它对材料性能有何影响？ 答案：疲劳是材料在交替载荷下发生的渐进性损伤和断裂现象，会显著降低材料的耐久性和使用寿命。 12.简述一下焊接在金属加工中的作用和应用。 答案：焊接通过熔化并融合金属，实现金属件的永久性连接，广泛用于制造和修复各种金属结构和部件。 四.课内练习与讲解 五.课程小结 在本节课中，我们了解了数控铣床和加工中心的输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置以及机床本体的结构。我们深入掌握了数控铣床和加工中心的工作原理、分类及特点，包括其自动化程度、加工精度、加工效率等方面。通过学习这些知识点，我们可以更好地理解数控铣床和加工中心的运行原理和特点，为日后的实际应用提供基础。 这门金属材料课程旨在帮助学生全面理解金属材料的基本性能和分类，掌握金属材料的加工及热处理方法，以及培养学生评估和选择适当金属材料的能力。通过学习课程内容，学生将能够在工程设计和材料选择中运用所学知识，提高工程项目的效率和可靠性。 五.课程小结 重点复习知识点 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。 感谢观看 $$