1.1 金属材料的性能（课件）《数控加工机械基础》（高教版）同步精品课堂

任务1.1 金属材料的性能 《数控加工机械基础》（高教版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 能准确区分金属材料的使用性能（物理、化学、力学性能）和工艺性能（铸造、可锻、焊接、切削加工性能），明确两类性能的核心定义。 了解各类性能的关键特点及实际应用场景，能举例说明不同性能在生活、生产中的作用。 初步具备根据使用需求选择对应性能金属材料的意识，为后续专业实践奠定基础。 学习目标 课前导入 同学们，咱们日常用的铁锅能炒菜、自行车车架耐骑行、手机外壳易加工，这些都和金属材料的性能息息相关！物理性能决定它能不能耐高温，力学性能影响结实程度，工艺性能则关系到能不能轻松做成想要的样子。今天咱们就解锁这些“隐藏技能”，看看金属材料为啥能适配不同场景～ 金属材料的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等。 (1)物理性能 金属材料的物理性能是指金属材料固有的属性,包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。 使用性能 (2)化学性能 金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温下,抵抗介质对它化学浸蚀的能力,一般包括耐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。 (3)力学性能 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。 使用性能 1)强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形(塑性变形)或断裂的能力。永久变形是指物体在外力作用下产生形状、尺寸的改变,外力去除后,物体却不能恢复到原来的形状和尺寸的现象。 使用性能 由于材料承受载荷作用的方式不同,强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗扭强度、抗弯强度及抗剪强度，工程上常用的强度指标是抗拉强度(Rm)和屈服强度(ReH、ReL,它们可以通过拉伸试验测定,是机械设计和材料选择的主要依据之一。钢的抗拉强度高,常用于制造轴、齿轮、螺母等;铸铁的抗压强度高,常用于制造各种机床的床身和机器的机座等。 使用性能 使用性能 2)塑性 塑性是指金属材料产生永久变形(塑性变形)而不被破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率(A)和断面收缩率(Z),A和Z数值越大,表示金属材料的塑性越好。断后伸长率和断面收缩率均可以通过拉伸试验测定。塑性好的材料不仅有利于进行锻压、轧制等成形加工,若使用时超载,还能避免突然断裂,因此比较安全。常用的塑性材料有低碳钢、紫铜、纯铝等。 使用性能 金属材料的强度与塑性的相关术语与符号见表1-1。 使用性能 3)硬度 硬度是指金属材料在静载荷作用下抵抗表面局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力,是衡量金属材料软硬程度的指标之一。机械零件和工具都应具备足够的硬度才能保证其使用性能和寿命。生产中常用的硬度有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(如HRA、HRBW、HRC等)和维氏硬度(HV)。布氏硬度用于测定灰铸铁、非铁金属及退火、正火或调质处理后的钢材的硬度,主要测定半成品或毛坯件。洛氏硬度应用最广,常用于测定工件的表面硬度,如非铁金属件、淬火后工件及硬质合金件等,主要测定成品件。维氏硬度由于试验较烦琐,所以应用较少,一般用于测定薄壁件。三种硬度之间没有换算关系。 使用性能 4)韧性 韧性是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。工程上常用夏比摆锤冲击试验测定金属材料的冲击韧性。活塞销、冲床的冲头、锻锤杆、冲模等零件在工作时会承受冲击载荷的作用,这些零件除要求强度、塑性、硬度外,还需要具有足够的韧性。冲击载荷比静载荷的破坏力要大得多,衡量冲击载荷作用下材料韧性的指标是冲击吸收能量。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。 使用性能 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、非铁金属经受108次交变载荷作用而不产生断裂的最大应力即为疲劳强度,用Rr表示。 使用性能 当施加的交变应力对称循环变化时,所得的对称循环强度用R-1表示。 疲劳断裂是突然发生的,具有很大的危险性,常造成严重事故。因此,要选择疲劳强度较高的材料制造承受交变载荷的零件,如轴、齿轮、弹簧等。设计零件时要通过减少应力集中、改善零件表面粗糙度及采用热处理等方法提高零件的疲劳强度。 金属材料的工艺性能是指金属材料从冶炼到成品的生产过程中,在加工条件下表现出来的适用性能,包括铸造性能、可锻性、焊接性及切削加工性能等。 (1)铸造性能 金属材料能否用铸造方法制成优良铸件的性能称为铸造性能。衡量铸造性能的指标有流动性、收缩性和偏析性等。不同金属材料的铸造性能差异较大。在常用金属材料中,灰铸铁具有优良的铸造性能,铸钢的铸造性能低于铸铁,铸造铝合金和铸造铜合金的铸造性能也较好。 工艺性能 工艺性能 (2)可锻性 金属材料能否用锻压方法制成锻压件的性能称为可锻性。可锻性主要与金属材料的塑性和变形抗力有关。塑性越好,变形抗力越小,金属的可锻性越好。例如,黄铜和变形铝合金在室温状态下具有良好的可锻性;非合金钢在加热状态下具有较好的可锻性;而铸铜、铸铝、铸铁几乎不能锻造,因此它们的可锻性较差。 工艺性能 (3)焊接性 金属材料在一定焊接条件下,是否易于获得优良焊接接头的能力称为焊接性。焊接性好的材料在焊接时不易产生裂纹、气孔等缺陷,焊缝接头有一定的力学性能。焊接性主要与金属材料的化学成分有关,其中以碳的影响最大。低碳钢有较好的焊接性,高碳钢较差,铸铁更差。铜、铝合金的焊接性一般比非合金钢差。 工艺性能 (4)切削加工性能 金属材料切削加工的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能好的金属材料，切削加工时刀具磨损小,加工表面质量也比较好。一般硬度过高或过低的金属材料，其切削加工性能较差。切削时,切屑易于折断也表明材料的切削加工性能好。铸铁、铜合金、铝合金及非合金钢都具有较好的切削加工性能,而高合金钢的切削加工性能则相对较差。 工艺性能 课堂练习 1.金属材料不易被酸、碱腐蚀，这体现的是（ ） A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 切削加工性能 答案：B 解析：抵抗酸、碱等化学物质腐蚀的性能，属于化学性能中的耐腐蚀性。 课堂练习 2.下列不属于工艺性能的是（ ） A. 铸造性能 B. 导电性 C. 焊接性 D. 切削加工性能 答案：B 解析：工艺性能聚焦加工过程，B是物理性能，描述金属的导电特性，不属于工艺性能。 课堂练习 3.金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，属于（ ） A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 可锻性 答案：C 解析：这种塑性变形能力是力学性能中“塑性”的定义，属于力学性能范畴。 课堂练习 4.选择焊接用金属材料时，首要考虑的是（ ） A. 耐腐蚀性 B. 焊接性 C. 导热性 D. 硬度 答案：B 解析：焊接性是金属适应焊接工艺的核心性能，直接影响焊接质量，是选择焊接用材料的首要因素。 课堂练习 5.金属材料的熔点属于（ ） A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 铸造性能 答案：A 解析：熔点是金属由固态变为液态的温度，是固有的物理特性，属于物理性能。 课堂练习 6.下列哪种性能与金属材料的加工难易程度直接相关（ ） A. 力学性能 B. 化学性能 C. 工艺性能 D. 物理性能 答案：C 解析：工艺性能专门描述金属适应铸造、锻造、焊接等加工工艺的能力，直接决定加工难易。 课堂练习 7.金属材料的韧性属于（ ） A. 物理性能 B. 化学性能 C. 力学性能 D. 焊接性 答案：C 解析：韧性是金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力，属于力学性能的重要指标。 课堂练习 8.制造发动机零件时，考虑材料能否承受高温，这关注的是（ ） A. 化学性能 B. 物理性能 C. 可锻性 D. 切削加工性能 答案：B 解析：耐高温是金属的热学物理特性，属于物理性能，是发动机零件选材的关键要求。 课后作业 为什么制造桥梁的金属材料要重点考虑力学性能？ 化学性能中的耐腐蚀性，在实际应用中有什么意义？ 简述使用性能和工艺性能的关系。 课堂小结 $