《金属加工基础》金属材料的力学性能（1）（举一反三考点练）讲义

举一反三考点练 《金属加工基础》-金属材料的力学性能（1）讲义 1. 掌握金属材料的各种性能，了解金属拉伸试验 2. 掌握金属材料强度的概念 3. 掌握金属材料硬度的概念 知识点一 金属材料的性能 1.金属材料的损坏与塑性变形 1.1与变形相关的概念 （1）载荷：金属材料的变形通常是在外力作用下发生的，金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷三种。根据载荷作用形式不同载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。 （2）内力：工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力、称为内力。 （3）应力：材料内部单位面积上的内力。 1.2.金属的变形：金属在外部载荷作用下，首先发生弹性变形；载荷增加到一定值后，除了发生弹性变形外，还发生塑性变形，即弹一塑性变形；继续增加载荷，塑性变形也将逐渐增大，直至金属发生断裂。 1.3金属材料的冷塑性变形与加工硬化：金属材料发生冷塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为形变强化或加工硬化。 2.金属材料的性能：金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 2.1金属材料的使用性能：使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即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(或机械性能）等。 (1)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。 (2)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。包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。 (3)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，它主要包括强度、塑性、硬度、冲击性和疲劳强度。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。 2.2金属材料的工艺性能：工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能（即金属材料从治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)。工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。 3.拉伸试验过程分析 3.1拉伸实验的定义：拉伸实验是指用静(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、塑性等力学性能的实验。 3.2拉伸试样：拉伸试样通常采用圆柱形比例拉伸试样。圆柱形比例拉伸试样分为短圆柱形比例拉伸试样和长圆柱形比例拉伸试样两种，为了节省成本，通常采用短圆柱形比例拉伸试样。 3.3拉伸试验过程的阶段：试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂阶段。 1.下列不是金属力学性能的是（ ） A.强度 B.硬度 C.韧性 D.压力加工性能 【答案】D 【解析】金属材料的力学性能包括强度、韧度、硬度、冲击性和疲劳强度。 1.在拉伸试验中，拉伸试样拉断前所能承受的最大标称应力是（ ） A.屈服强度 B.抗拉强度 C.抗压强度 D.弯曲强度 【答案】B 【解析】在拉伸试验中，拉伸试样拉断前所能承受的最大标称应力是抗拉强度 2.低碳钢棒料拉伸试验过程中，最大拉伸力出现在（ ） A.弹性变形 B.屈服阶段 C.冷变形强化阶段 D．缩颈与断裂阶段 【答案】B 【解析】低碳钢棒料拉伸试验过程中，最大拉伸力出现在屈服阶段。 3.金属材料的性能一般分为两类，一类是 ，它包括物理性能、化学性能和力学性能等；另一类是 【答案】使用性能 工艺性能 【解析】金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 1.机械零件在使用中常见的损坏形式有 、 及 。 【答案】变形 断裂 磨损 【解析】机械零件在使用中常见的损坏形式有变形、断裂、磨损 2.大小不变或变化过程缓慢的载荷称为 载荷，在短时间内以较高的速度作用于零件上的载荷称为 载荷，大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为 载荷。 【答案】静 冲击 交变 【解析】大小不变或变化过程缓慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高的速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为交变载荷。 3.变形一般分为 变形和 变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为 变形。 【答案】弹性 塑性 塑性 【解析】变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。 · 载荷：金属材料的变形通常是在外力作用下发生的，金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。 · 根据载荷作用性质的不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷三种。 · 根据载荷作用形式不同载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。 · 金属材料的性能：金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 知识点二 强度 1.定义：金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。金属材料的强度指标可以通过拉伸试验测得。金属材料抵抗拉伸力的强度指标主要有屈服强度和抗拉强度等。 2.屈服强度：在拉伸试验过程中拉力(或载荷)不增加(保持恒定）的情况下，拉伸试样仍然能继续伸长（变形）时的应力。屈服强度分为上屈服强度(ReH和下屈服强度（Ret)，一般情况下屈服强度为下屈服强度。下屈服强度可用Ra=F/So计算，式中：Ra为下屈服强度(MPa)；F为拉伸试样产生屈服时的恒定拉力或首次下降的最小拉力(N)；S为拉伸试样平行长度的原始横截面积(mm²)。 3.抗拉强度：拉伸试样拉断前所承受的最大标称拉应力，用Rm表示。抗拉强度Rm可用Rm=Fm/So计算，式中：Rm为抗拉强度(MPa)；Fm为拉伸试样承受的最大载荷(N)：Fm为拉伸试样的原始横截面积（mm²)。 1.(2012年高考）金属材料抵抗永久变形和断裂的能力称为（ ） A.塑性 B.韧性 C.硬度 D.强度 【答案】D 【解析】金属材料抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 1.强度是指金属材料在 载荷的作用下，抵抗 或 的能力 【答案】静载荷 塑性变形 断裂 【解析】强度是金属材料力学性能的重要指标之一，它反映了材料在受到外力作用时抵抗变形和破坏的能力。静载荷是指大小和方向不随时间变化的载荷，金属材料在静载荷作用下的强度称为静强度。当材料受到静载荷作用时，如果载荷过大，材料会发生塑性变形甚至断裂，因此强度是评价材料抵抗这种变形和破坏能力的重要参数。 2.强度的常用衡量指标有 和 ，分别用符号 和 表示。 【答案】抗拉强度 屈服强度 σb σs 【解析】抗拉强度（σb）是指金属材料在拉伸试验中，试样拉断前所能承受的最大应力。它反映了材料抵抗拉伸破坏的能力。屈服强度（σs）是指金属材料在拉伸试验中，试样开始发生塑性变形时的应力。它反映了材料抵抗塑性变形的开始能力。这两个指标是评价金属材料强度性能的重要参数。 3.材料的强度常用 测出。 【答案】拉伸试验 【解析】材料的强度常用拉伸试验测出 1.材料的屈服强度越低，则允许的工作应力越高。（ ） 【答案】错误 【解析】材料的屈服强度越低，则允许的工作应力越低。 2.下列哪种金属的强度通常最高？（ ） A.铝 B.铜 C.钛 D.镁 【答案】C 【解析】钛的强度通常高于铝、铜和镁，尤其是在高温和腐蚀环境下，钛合金的强度表现尤为突出。 3.金属的屈服强度是指：（ ） A.金属断裂时的应力 B.金属开始发生塑性变形时的应力 C.金属的弹性极限 D.金属的硬度 【答案】B 【解析】屈服强度是金属开始发生塑性变形时的应力值，是衡量金属强度的重要指标。 · 强度定义：金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。 · 屈服强度：在拉伸试验过程中拉力(或载荷)不增加(保持恒定）的情况下，拉伸试样仍然能继续伸长（变形）时的应力。 · 抗拉强度：拉伸试样拉断前所承受的最大标称拉应力，用Rm表示。 知识点三 塑性 1.定义：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料的塑性指标可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示。衡量塑性好坏的指标是断后伸长率A或A11.3和断面收缩率Z。 2.断后伸长率：是指拉伸试样进行拉伸试验被拉断后的标距伸长量与原始标距之比值的百分数，用符号A或A11.3表示。A或A11.3可用A或A11.3=（LU-L0)/L0*100%计算，式中：A或A11.3为断后伸长率（%）；LU为拉伸试样断后标距（mm)；L0为拉伸试样原始标距（mm）。 3.断面收缩率：是指金属试样进行拉伸面积的最大缩减量与原始横截面积之比值的百分数，用Z表示。Z可用Z=（S0-SU）/S0*100%计算，式中：乙为断面收缩率（%）；So为拉伸试样平行长度部分的原始横截面积（mm2）；Su为拉伸试样断口处的最小横截面积（mm²）。 1.下列符号中，用来表示塑性力学性能指标的是（ ） A.ReL B.K C.Z D.Rm 【答案】C 【解析】断面收缩率Z用来表示塑性力学指标 1.断裂前金属材料产生 的能力称为塑性。金属材料的 和 数值越大，表示材料的塑性越好。 【答案】永久变形 断后伸长率 断面收缩率 【解析】塑性是金属材料在受到外力作用时产生永久变形而不破坏的能力。它是评价材料韧性和成形性能的重要指标。断后伸长率是指金属材料在拉伸试验中，试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。断面收缩率是指金属材料在拉伸试验中，试样拉断后缩颈处的横截面积减小量与原始横截面积之比。这两个指标越大，说明材料的塑性越好，越容易进行塑性加工和成形。 2.一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，拉断后试样的标距长度为79mm，缩颈处的最小直径为4.9mm，此材料的断后伸长率为 断面收缩率为 【答案】58% 72.1% 【解析】断后伸长率计算公式为：(L-L0)/L0×100%，其中L为拉断后的标距长度，L0为原始标距长度。代入数据得：(79-50)/50×100%=58%。 断面收缩率计算公式为：(A0-A)/A0×100%，其中A0为原始横截面积，A为拉断后缩颈处的横截面积。代入数据得：[(π×(10/2)^2)-π×(4.9/2)^2]/(π×(10/2)^2)×100%≈72.1%。 3.金属材料抵抗 载荷作用而的能力，称为冲击韧性。 【答案】冲击 【解析】冲击韧性是金属材料在受到冲击载荷作用时抵抗破坏的能力。它是评价材料韧性和抗冲击性能的重要指标。冲击载荷是指大小和方向随时间变化的载荷，如冲击、碰撞等。金属材料在受到冲击载荷作用时，如果冲击韧性较差，容易发生脆性断裂。因此，冲击韧性是评价金属材料在动态载荷作用下性能的重要参数。 1.填出下列力学性能指标的符号：断后伸长率 ，断面收缩率 ，冲击吸收能量 【答案】A Z Ak 【解析】断后伸长率通常用符号A（或δ）表示，它是评价材料塑性的重要指标之一。断面收缩率通常用符号Z（或ψ）表示，它反映了材料在拉伸试验中缩颈处的横截面积减小程度。冲击吸收能量通常用符号Ak表示，它是评价材料冲击韧性的重要指标之一。这些符号在金属材料力学性能试验中广泛使用，用于表示和比较不同材料的力学性能。 2.金属的塑性通常用________和________两个指标来衡量。 【答案】断后伸长率、断面收缩率 【解析】断后伸长率是指金属在拉伸断裂后的长度增加百分比，断面收缩率是指断裂后横截面积减少的百分比，两者都是衡量金属塑性的重要指标。 3.金属的塑性变形主要是通过________的运动实现的。 【答案】位错 【解析】位错是金属晶体中的线缺陷，其运动是金属塑性变形的主要机制。 · 定义：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 · 断后伸长率：是指拉伸试样进行拉伸试验被拉断后的标距伸长量与原始标距之比值的百分数，用符号A或A11.3表示。 · 断面收缩率：是指金属试样进行拉伸面积的最大缩减量与原始横截面积之比值的百分数，用Z表示。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！7 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$