模块7 单元1 材料的力学性能（2）（课件）《机械基础》同步精品课堂（苏教版）

同步精品课程——中职专业课 模块七 金属材料及热处理 单元1 材料的力学性能（2） 《机械基础》（苏教版） 知识目标 掌握应变与变形的概念、材料基本变形形式及其工程实例、材料力学性能指标及其测试方法。 能力目标 学生能分析构件受力变形形式，通过拉伸试验测定强度指标，合理选择硬度试验方法，并理解冲击韧性与疲劳强度的工程应用。 情感目标 激发学生对机械工程领域的好奇心和探索欲，培养积极主动的学习态度。 在小组讨论和项目合作中，培养学生的团队协作能力和有效沟通技巧。 学习目标 同学们，想象一下，你正站在一座雄伟的大桥上，桥下是湍急的河流，桥上是川流不息的车辆。突然，你感觉到桥面微微颤动，那么，这座桥为何能承受如此重的负荷而不倒塌？它背后隐藏着怎样的材料科学秘密呢？ 导入情景 01 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 3. 应变 构件受到外力作用后发生的形状变化可分为两种：长度变化与角度变化。为反映构件 变形的程度，用单位长度的伸长量(线应变e)和直角的改变量(切应变y)来表示 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 4. 材料的基本变形 构件在不同的受力情况下，会产生各种不同的变形。 轴向拉伸或压缩 受力特点：作用在杆件两端的两个外力(或外力的合力), 大小相等，方向相反，作用线与杆的轴线重合 变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短 受力简图 工程实例 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 4. 材料的基本变形 剪 切 与 挤 压 受力特点：作用于构件两 侧面上外力的合 力大小相等，方 向相反，且作用 线相距很近 变形特点：构件在两个力作 用线之间的部分发 生相对错动。在传力的接触面 上，由于局部承受较 大的压力，往往因挤 压而出现塑性变形， 产生挤压变形的表 面称为挤压面 受力简图 工程实例 新知学习 02 二 、内力、应力及材料的基本变形 4. 材料的基本变形 扭转 受力特点：外力是一对反 向力偶，作用面 均垂直于杆的轴线 变形特点：各横截面绕轴线 发生相对转动 受力简图 工程实例 弯曲 受力特点：杆件所受的力 是垂直于梁轴线 的横向力 变形特点：梁的轴线由直线 变成曲线 考一考 若构件长度从1m伸长到1.002m，计算线应变并解释其物理意义。 若直角改变量为0.01rad，切应变是多少？与线应变有何本质差异？ 为什么工程中更常用相对变形（e）而非绝对变形（△L）？举例说明。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (一)低碳钢的拉伸 根据低碳钢拉伸试验中拉力 F 与伸长量△L 关系曲线，得到如图7-10所示的低碳钢 拉伸曲线图。根据低碳钢拉伸过程中的变形特点，将低碳钢拉伸过程分为弹性变形阶段、 屈服阶段、塑性变形阶段、缩颈阶段。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (一)低碳钢的拉伸 1. 弹性变形阶段 拉伸曲线的直线段，如图7-10中所示的oe 段，试样的伸长量与拉力成正比。 2. 屈服阶段 拉伸曲线的水平或锯齿形线段，如图7-10中所示的es段。此时拉伸力不变，而试样 继续伸长变形，材料丧失了抵抗变形的能力，把这种现象称为“屈服” 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (一)低碳钢的拉伸 3. 塑性变形阶段 拉伸曲线的上升的曲线段，如图7-10中所 示的 sb段。伸长量随着力的增加而增加，FM 为 试样在拉伸试验时的最大载荷。 4. 颈缩阶段 拉伸曲线的下降的曲线段，如图7-10中所 示的bk 段，从b 点开始试样局部截面缩小，出现 “颈缩”现象，当拉至k 点时，试样被拉断。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形或破坏的能力。 强度 01 (1)屈服强度 屈服强度是指在拉伸试验过程中载荷不增加(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。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形或破坏的能力。 强度 01 (2)抗拉强度 抗拉强度又称抗拉极限、断裂极限，即材料断裂前所能承受的最大抵抗应力。用符号 Rm 表示。Rm可用下式计算： 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 塑性是金属材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。断后伸长率和断面收缩率 是表征材料塑性的主要力学性能指标。 塑 性 02 (1)断后伸长率 拉伸试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比称为断后伸长率 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 塑性是金属材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。断后伸长率和断面收缩率 是表征材料塑性的主要力学性能指标。 塑 性 02 (2)断面收缩率 断面收缩率是指拉伸试样拉断后颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百 分比。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量金 属材料软硬程度的一种性能指标。 硬 度 03 (1)布氏硬度 布氏硬度的试验原理是用一定直径的硬质合金球，以匹配的试验力压人试样表面，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,然后根据压痕直径计算其硬度 值的方法 布氏硬度试验的特点是压痕大，能较大范围反映平均硬度，但对表面损伤较大，不宜测 定太小或太薄的试样。 主要用于测定原材料的硬度，如铸铁、非铁金属、经退火或正火处理 的金属材料及其半成品。 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 (2)洛氏硬度 洛氏硬度试验是用锥角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.5875 mm 的球(钢球或硬 质合金球)作为压头，加上定载荷(载荷先后两次施加),使压头压入试样表面，根据压痕深 度确定其硬度值。 洛氏硬度按所选用的总载荷及压头类型的不同，常用A、B、C三种标尺 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 (3)维氏硬度 维氏硬度用符号HV 表示，维氏硬度的测定原理与布氏硬度的测定原理相似。 维氏硬度因试验时所加的载荷较小，压入深度浅，故 可测量较薄材料和表面硬化层的硬度值。而且维氏硬度 值具有连续性，可测定从极软到极硬的各种金属材料的硬 度。 想一想 低碳钢拉伸时，为何屈服阶段后还有强化阶段？ 若材料无显著屈服现象（如铸铁），如何确定其强度指标？ 机车轴受垂直力时，为何轴线会变成曲线？ 扭转中横截面转动的角度与外力偶矩有何关系？ 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 冲击韧性是金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏 的能力。金属材料的冲击韧性通常采用夏比摆锤冲击试 验方法(GB/T 229—2020)来测定。 冲击韧性 04 (1)夏比摆锤冲击试样 夏比摆锤冲击试样有V 形缺口和U 形缺口试样两 种 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 (2)夏比摆锤冲击试验方法 试验时，将带有缺口的标准试样 安放在试验机的机架上，使试样的缺口位于支座中间，并背向摆锤的冲击方向。 将一定质量的摆锤升高到规定高度落下将试样冲断，摆锤冲断试样过程中所失去的 势能就等于冲击试样吸收的能量K, 称为冲击吸收能量 新知学习 02 三 、材料的力学性能 (二)材料的力学性能 金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。 实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验，所示一般试验时规定，钢在经受 10⁷次、有色金属经受108次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力称为疲劳强度。当施 加的交变应力是对称循环力时，所得的疲劳强度用R-1 表示。 由于疲劳断裂是突然发生的，具有很大的危险性，所以要选择疲劳强度较好的材料来 制造承受交变载荷的机器零件，如轴、齿轮、弹簧。 疲劳强度 05 机械手的控制系统可以（） A.按照输入的程序发出指令 B.接收传感器的反馈信息 C.使手部完成各种运动 D.以上都是 断面收缩率公式为Z=（___ - ___）/S₀×100%。 屈服强度是材料断裂前的最大应力。（） 切应变存在时，构件一定发生角度变化。（） 巩固练习——填一填、判一判 答案：S₀, Su、×、√ 机械手的控制系统可以（） A.按照输入的程序发出指令 B.接收传感器的反馈信息 C.使手部完成各种运动 D.以上都是 巩固练习——选一选 以下哪种变形属于弯曲？ A.轴向拉伸 B.梁受横向力 C.扭转 D.剪切 答案：B 课堂小结 03 本节课围绕材料的力学性能，使学生掌握了应变与变形的概念）、材料基本变形形式及其工程实例、材料力学性能指标及其测试方法。学生能分析构件受力变形形式，通过拉伸试验测定强度指标，合理选择硬度试验方法，并理解冲击韧性与疲劳强度的工程应用。同时通过学习，激发学生对机械工程领域的好奇心和探索欲，培养积极主动的学习态度。在小组讨论和项目合作中，培养学生的团队协作能力和有效沟通技巧。 作业布置 04 解释为何某些零件（如螺栓）需同时满足强度和塑性要求。 洛氏硬度标尺为HRC，压痕深度0.2mm，硬度值约为多少？ 感谢观看 $$