2.1 金属材料的力学性能（课件）《金属材料与热处理》上好课（科学版·第二版）

《金属材料与热处理》（科学版)第二版 上好课—中职专业课 单元2 金属材料的性能 2.1 金属材料的力学性能 教学目标 知识目标 1.记住屈服强度和抗拉强度的计算公式及工程意义。 2.记住断后伸长率和断面收缩率的计算公式及意义。 3.说出三种硬度试验方法的原理、特点和适用范围。 4.记住疲劳强度的定义及提高疲劳强度的措施。 能力目标 1.能根据拉伸曲线正确判断弹性变形、屈服、强化、颈缩四个阶段。 2.能正确区分屈服强度和抗拉强度的工程意义。 3.能正确区分布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的适用范围。 4.能根据零件工作条件判断需要测试哪些力学性能指标。 情感目标 1.感受力学性能指标在机械设计、材料选用和热处理工艺制定中的重要作用。 2.培养严谨认真的试验态度和规范操作的职业素养。 3.体会材料性能测试对产品质量控制的实际意义。 1.7.2013 ‹#› 教学引入 01 技术要求示例 • 强度：抗拉强度 Rₘ ≥ 931 MPa，屈服强度 RₑL ≥ 784 MPa • 塑性：断后伸长率 A ≥ 12%，断面收缩率 Z ≥ 50% • 硬度：布氏硬度 HBW = 300~350 02 思考与讨论 1. 这些专业符号和数值背后代表着什么物理意义？ 2. 为什么设计时要对螺栓提出如此严苛的性能指标？ 3. 在实验室中，我们如何测定这些关键参数？ 图示：柴油机连杆螺栓（高强度紧固件典型） 1.7.2013 同学们请看大屏幕，这就是我们今天要学习的主角——牛头刨床。大家可以看到，它正在对一个工件进行加工。请大家思考一下，这种加工方式和我们之前学的车削有什么区别？它主要用来加工什么样的表面呢？带着这些问题，我们正式进入今天的课程。 ‹#› 知识讲授： 什么是载荷？ 从宏观的起重设备 到微观的精密机械 载荷无处不在 01 定义解析 载荷是指金属材料在使用、加工或装配过程中所受到的外部作用力。它是研究材料力学性能的基础，直接决定了材料的受力状态与变形趋势。 02 典型应用场景 • 起重机械：钢索承受重物的拉伸载荷，考验抗拉强度； • 动力机械：发动机连杆承受周期性冲击，需抗疲劳； • 精密设备：机床主轴承受扭转与弯曲复合载荷。 知识讲授：载荷 知识讲授：载荷的三种基本类型 01 静载荷 特点：大小恒定或变化极缓慢，不产生冲击效应。 实例：机床床头箱对床身的压力、桥梁承受的车辆重力。 02 冲击载荷 特点：短时间内以较高速度作用，具有显著的冲击性。 实例：空气锤锻打工件、汽车碰撞时的瞬间冲击力。 03 疲劳载荷 特点：大小、方向随时间呈周期性交替变化。 实例：旋转齿轮的循环受力、飞机机翼的交变应力。 静载荷应用 大型桥梁在通车时，车辆对桥体施加的恒定压力，是典型的静载荷应用场景，考验结构的抗压能力。 冲击载荷应用 空气锤在锻造工件时，锤头快速下落产生的瞬间冲击力，是典型的冲击载荷，常用于金属成型加工。 疲劳载荷应用 飞机机翼在飞行中不断承受气流的交变作用力，这种周期性应力极易引发材料疲劳，是设计的关键考量。 知识讲授：强度的定义 图示：万能材料试验机（用于测定材料力学性能） 01 / 核心定义 金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。其核心逻辑是：强度数值越高，材料能承受的外部载荷极限就越大，是衡量材料“结实程度”的关键指标。 02 / 常见强度类型 抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗扭强度 抗剪强度 强度与塑性的测定方法 - 拉伸试验 01 试验核心目的 通过在万能材料试验机上对标准试样施加轴向拉力直至断裂，精准测定材料的屈服强度、抗拉强度等关键强度指标，以及断后伸长率、断面收缩率等塑性指标，是评价材料力学性能的基础且核心的检测手段。 02 标准试样规格 (GB/T 228.1) 长试样 (L₀=10d₀) 标距长度为直径的10倍，变形测量精度更高，数据离散性小，适用于对塑性指标要求严苛的材料测试场景。 短试样 (L₀=5d₀) 标距长度为直径的5倍，节省材料且测试效率高，广泛应用于工厂日常质检、来料检验及批量性能筛查。 图示为符合国家标准的圆形截面标准拉伸试样。试样结构包含夹持端、过渡圆弧及平行标距段。其中，标距段的尺寸精度（如直径公差、表面粗糙度）直接决定了试验数据的准确性与可比性。 知识讲授：拉伸试验过程 图示：微机控制电子万能材料试验机 01. 试样安装： 将标准试样装夹在试验机的上下夹具中，确保牢固对中。 02. 施加拉力： 设定参数后启动试验，对试样施加缓慢增加的轴向拉力。 03. 数据采集： 传感器实时记录施加的载荷（力）与试样的伸长变形量。 04. 断裂终止： 持续加载直至试样发生断裂，试验机自动停止运行。 05. 结果分析： 通过数据处理，绘制出力-伸长曲线，分析材料力学性能。 知识讲授：低碳钢的拉伸曲线 低碳钢的拉伸曲线（力-伸长曲线）呈现出明显的四个阶段，完整揭示了材料从受力变形到最终断裂的全过程，是理解金属力学行为的核心基础。 01 弹性变形阶段 (OE) 应力与应变成正比，变形可逆，卸载后恢复原状，完全符合胡克定律。 02 屈服阶段 (ES) 晶格发生滑移，应力小幅波动，应变显著增加，产生不可逆的塑性变形。 03 强化阶段 (SB) 材料抵抗变形能力增强，需持续增大外力才能产生变形，直至达到强度极限。 04 颈缩阶段 (BK) 局部截面急剧收缩变细，承载能力下降，最终在颈缩处发生断裂破坏。 图示：低碳钢典型的应力-应变（σ-ε）拉伸曲线，直观反映了材料从弹性到断裂的力学行为变化。 知识讲授：第一阶段 - 弹性变形阶段 “这是材料力学性能的基础，也是工程设计中确保结构安全、避免永久损伤的关键阶段。” 01 线性特征 · 胡克定律 载荷与变形呈严格正比关系，应力应变曲线为直线，是材料抵抗变形的初始阶段。 02 完全可逆 · 无残留 外力移除后，原子间作用力使晶格恢复原状，试样尺寸与形状完全复原，无永久变形。 03 弹性极限 Fₑ · 临界点 弹性阶段的上限点，代表材料保持完全弹性的最大受力值，超过此点将进入塑性变形。 04 生活镜像 · 橡皮筋效应 如同拉伸橡皮筋，外力释放即刻回弹，形象诠释了弹性变形“可恢复、无记忆”的本质。 知识讲授：第二阶段 - 屈服阶段 01 核心特征：曲线的“平台期” 载荷超过弹性极限后，应力-应变曲线出现波动或水平平台，此时载荷几乎不变，而试样变形仍在持续增加。 02 屈服现象：不可逆的塑性变形 这种“载荷不增、变形继续”的现象称为屈服，标志着材料开始产生不可恢复的塑性变形，是弹性阶段的终结。 03 FₑL点：下屈服点的工程定义 下屈服点是屈服阶段的最低应力点，其对应的载荷即为屈服载荷，是衡量材料抵抗塑性变形能力的关键指标。 04 设计准则：强度设计的红线 大多数机械零件在服役中严禁发生塑性变形，因此屈服强度是工程设计中确定许用应力、保障结构安全的重要依据。 图示：低碳钢拉伸试验中的应力-应变曲线，清晰展示了屈服阶段的平台特征 知识讲授：第三阶段 - 强化阶段 01 阶段特征 经过屈服阶段后，材料内部组织结构发生重组，抵抗变形的能力显著增强。若要使试样继续伸长，必须持续增加载荷。 02 核心现象：应变硬化 这是一个典型的“应变硬化”过程，即随着塑性变形量的增加，材料的强度和硬度逐渐升高，而塑性和韧性相应下降。 03 关键节点 Fₘ：最大载荷点 曲线上的最高点对应最大载荷，标志着材料抵抗均匀塑性变形的能力达到极限，是塑性变形由均匀转向局部集中的转折点。 知识讲授：第四阶段 - 颈缩阶段 01 核心特征：局部急剧收缩 当载荷达到峰值后，试样变形由均匀变为局部集中，某一截面出现显著收缩，形成肉眼可见的“细颈”结构，标志着塑性变形进入局部化阶段。 02 力学现象：载荷随之下降 由于局部有效承载面积急剧减小，维持变形所需的外力载荷不再增加，反而开始下降，此时材料的承载能力因截面缩减而快速降低。 03 断裂终点：K点的到来 颈缩持续发展，局部截面不断缩小直至无法承受载荷，最终在颈缩处发生断裂，此断裂点即为拉伸试验的终点，标志着试样完全失效。 图1：低碳钢拉伸试样的明显颈缩 图2：试样断口的微观形貌特征 知识讲授：脆性材料的拉伸曲线 图示：铸铁拉伸时的应力-应变曲线特征 典型代表： 铸铁、淬火钢等。这类材料内部组织结构中含有较多脆性相（如渗碳体），塑性变形能力极差。 无明显屈服与强化阶段 弹性变形后，曲线快速上升至峰值，无明显的屈服平台或应变硬化过程，随即发生断裂。 瞬时断裂，无颈缩现象 达到最大载荷后立即断裂，断裂前试样横截面无局部收缩（颈缩），破坏具有突发性和危险性。 断口平整，呈结晶状 断裂面粗糙且与拉力方向垂直，断口平齐，无明显塑性变形痕迹，是典型的脆性断裂形貌。 知识讲授：强度指标 - 屈服强度 01 核心定义 指材料在受力过程中，开始发生明显塑性变形时所对应的应力值，是材料从弹性变形阶段过渡到塑性变形阶段的临界力学特征。 02 计算公式 RₑL = FₑL / S₀ RₑL：下屈服强度 (MPa) • FₑL：下屈服载荷 (N) • S₀：试样原始横截面积 (mm²) 03 工程价值 机械设计的主要依据，决定了零件在不产生永久变形前提下的最大承载能力，是保障零部件尺寸稳定性和结构安全性的关键指标。 图示：低碳钢典型的应力-应变曲线，展示了从弹性变形到屈服、强化直至断裂的全过程，其中屈服平台是判定屈服强度的关键特征。 知识讲授：强度指标 - 抗拉强度 图示：低碳钢在拉伸过程中的应力-应变曲线 01 核心定义 指材料在受拉力作用直至断裂前，所能承受的最大拉应力。它是表征材料抵抗断裂能力的关键力学指标。 计算公式：Rₘ = Fₘ / S₀ 其中：Rₘ为抗拉强度(MPa)；Fₘ为试样断裂前承受的最大载荷(N)；S₀为试样原始横截面积(mm²)。 02 工程应用价值 强度极限： 代表材料在拉伸状态下抵抗断裂的最大能力，是材料的“强度天花板”。 设计基准： 作为零件设计中强度储备的重要依据，确保结构在极端工况下的安全性。 安全红线： 零件工作应力严禁超过此值，否则将发生不可逆的断裂失效。 知识讲授：条件屈服强度 适用对象 针对铝合金、高强度钢等无明显屈服平台的金属材料，无法直接观测到明显的屈服点，需通过人为标准界定。 核心定义 人为规定产生 0.2% 塑性变形时所对应的应力值，即为条件屈服强度，也称作规定非比例延伸强度。 符号表示 在工程与材料检测中，其标准表示符号为 Rₚ₀.₂，是评估材料力学性能的关键指标。 图示：铝合金材料的应力-应变曲线（无明显屈服平台） 知识讲授：塑性的定义 图示：金属冲压工艺体现了材料的塑性变形能力 01 核心定义 指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不发生断裂的能力，是材料“可成型性”的关键。 02 工程应用价值 • 加工便利：易于锻造、冲压、轧制，是制造零件的基础。 • 安全保障：过载时通过变形吸收能量，防止突发脆性断裂。 03 关键衡量指标 常用指标为断后伸长率(δ)和断面收缩率(ψ)，数值越大，材料塑性越好。 知识讲授：塑性指标 - 断后伸长率 01 核心定义 试样拉断后，标距段的伸长量与原始标距长度的百分比。它是衡量材料塑性变形能力的核心指标，数值越大，代表材料的塑性越好。 02 计算公式 A = (Lᵤ - L₀) / L₀ × 100% 式中：Lᵤ为拉断后标距段长度，L₀为原始标距长度。 03 常用表示方法 • A₁₀：长试样，原始标距为直径的10倍 (L₀=10d₀) • A₅：短试样，原始标距为直径的5倍 (L₀=5d₀) 试验现象：颈缩与断裂 图示为低碳钢拉伸试样的典型形态。试样在断裂前会出现明显的局部收缩（颈缩现象），这是塑性变形的直观体现，也是计算断后伸长率的物理基础。 知识讲授：塑性指标 - 断面收缩率 图示：金属拉伸试样断口微观形貌 01 基本定义 试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，直观反映材料在断裂前的局部塑性变形能力。 02 计算公式 Z = (S₀ - Sᵤ) / S₀ × 100% 其中：S₀为试样原始横截面积；Sᵤ为断口处的最小横截面积。 03 核心特点 断面收缩率是衡量材料塑性的重要指标，其数值不受试样标距长度的影响，能更真实、稳定地反映材料发生最大塑性变形的能力。 知识讲授：塑性指标计算实例 01 试样已知参数 原始标距 L₀ = 50 mm，原始直径 d₀ = 10 mm 拉断标距 Lᵤ = 57.1 mm，断口直径 dᵤ = 6.7 mm 02 关键指标计算 断后伸长率 (A)： (57.1 - 50) / 50 × 100% = 14.2% 断面收缩率 (Z)： (78.54 - 35.26) / 78.54 × 100% ≈ 55.1% 结论： 该材料的伸长率与断面收缩率数值较高，表明其具备优异的塑性变形能力，满足机械构件的受力要求。 知识讲授：硬度的定义 图示：布氏硬度试验压头与试样接触原理 定义： 材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的核心指标。 核心关联 硬度越高，材料表面越耐磨，抵抗机械损伤的能力越强。 综合指标 硬度与强度、塑性紧密相关，是材料力学性能的综合体现。 常用测试方法 硬度试验为非破坏性试验，操作简便且应用广泛。工业上主要采用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三种标准方法进行检测。 知识讲授：布氏硬度 01 测试原理 使用硬质合金球作为压头，施加规定试验力压入试样表面并保持一定时间。卸除试验力后，测量压痕的直径，通过公式计算得出硬度值。 反映平均性能 压痕面积大，能体现材料较大范围内的综合力学性能，结果更具代表性。 测量精度高 数据重复性好、稳定性强，适合对硬度值要求较高的材料质量检测。 适用局限性 压痕较大易损伤工件，不适用于成品件、薄件或表面硬化层的硬度测试。 适用范围： 铸铁、有色金属、退火/正火和调质钢等硬度较低的材料。 知识讲授：洛氏硬度 左图：洛氏硬度试验压痕原理示意 右图：硬度计表盘直接读数 01 测量原理 以金刚石圆锥或钢球为压头，先后施加初试验力和主试验力，根据压痕深度的增量确定硬度值。压痕越深，硬度值越低，反之则越高。 02 核心优势 操作简便迅速，表盘可直接读数，无需换算；压痕极小，几乎不损伤工件表面，非常适合成品零件、薄件及表面硬化层的无损检测。 03 常用标尺分类 • HRA：用于硬质合金、表面渗碳层等极硬材料。 • HRB：适用于退火钢、铜合金、铝合金等较软材料。 • HRC：应用最广，专测淬火钢、调质钢等高硬度钢材。 知识讲授：维氏硬度 01 / 测试原理 利用正四棱锥金刚石压头，在选定的试验力下压入试样表面。通过测量压痕的两条对角线长度，代入公式计算得出硬度值，是一种兼顾精度与灵活性的静载荷硬度测试方法。 02 / 核心优势 宽量程适配： 试验力可自由调节，覆盖从软金属到硬质合金的全硬度范围。 数据连续统一： 硬度值呈连续标尺，无需进行不同标尺间的换算，数据更具可比性。 超高测量精度： 菱形压痕边缘清晰，测量误差极小，尤其适合精密零件与薄件检测。 图示：维氏硬度测试的压头结构与压痕几何关系 其独特的菱形压痕设计便于精确测量对角线长度 知识讲授：三种硬度方法对比 01 布氏硬度 (HBW) 压头为硬质合金球，测量压痕直径。特点是精度高、数据稳定，但压痕较大，不适用于成品检测，主要用于铸铁、有色金属及退火/正火钢的质量检验。 02 洛氏硬度 (HR) 采用金刚石圆锥或钢球压头，测量压痕深度增量。操作简便、效率极高，是生产中常用的方法，但不同标尺的硬度值不能直接比较，常用于成品检验。 03 维氏硬度 (HV) 使用正四棱锥金刚石压头，测量压痕对角线长度。精度极高且适用范围广，测量过程相对复杂，适用于薄件、微小零件及表面硬化层的硬度检测。 知识讲授：冲击韧性的定义 01 核心定义 金属材料抵抗冲击载荷作用而不发生断裂破坏的能力，是衡量材料在动态受力下抵抗脆性断裂的关键指标。 02 测试方法 采用标准化的“夏比摆锤冲击试验”，利用摆锤下落的势能冲击试样，通过能量损耗值来量化材料的抗冲击能力。 03 标准试样 标准尺寸为10mm×10mm×55mm，预制U型或V型缺口，用以模拟工程实际中不可避免的应力集中现象。 04 评定指标 以冲击吸收能量 K（单位：焦耳 J）为判定依据，数值越大，代表材料吸收冲击能量的能力越强，韧性越好。 ▲ 标准冲击试样（带缺口） ▲ 夏比摆锤冲击试验机 工程意义： 冲击韧性是机械设计选材的重要依据。对于承受动载荷或可能发生撞击的零件（如齿轮、曲轴、桥梁构件），必须具备足够的冲击韧性，以防止突发脆性断裂，保障结构安全。 知识讲授：韧脆转变温度 图示：金属材料冲击吸收功随温度变化的典型曲线 01 现象特征 许多金属材料的冲击韧性随温度降低而下降，在特定温度区间内，冲击吸收能量会急剧减小，材料由韧性状态向脆性状态发生突变。 02 核心定义 材料发生韧脆转变的临界温度区间，被称为韧脆转变温度，是衡量材料低温抗冲击性能的关键指标。 选材原则 对于低温环境（如极地、高寒地区）的设备，必须选用转变温度低于其工作温度的材料。 性能评价 韧脆转变温度越低，材料的低温抗冲击性能越好，结构在低温下的安全性越高。 知识讲授：疲劳现象 01 现象定义 金属材料在交变应力（周期性变化的应力）作用下，即使工作应力远低于屈服强度，经过一定循环次数后，也会发生无明显预兆的突然断裂。 02 主要危害 疲劳断裂具有极强的突发性，难以预测，是机械零件失效的首要原因。据统计，约80%以上的机械零部件损坏事故均由疲劳引起。 03 断口特征 宏观断口通常呈现出独特的贝纹状（海滩状）花样，这是疲劳裂纹扩展过程中留下的典型痕迹，可作为识别疲劳断裂的重要依据。 图示：典型的金属疲劳断口微观形貌， 可见清晰的贝纹状花样与裂纹源区。 知识讲授：疲劳强度 图示：典型的应力-寿命（S-N）曲线，反映了应力与循环次数的关系 01 核心定义 材料在无数次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力，亦称“疲劳极限”，是评估材料抗疲劳性能的核心指标。 02 测定方法 通过旋转弯曲疲劳试验，绘制应力-寿命（S-N）曲线，曲线趋于水平的平台区对应的应力值即为疲劳强度。 03 钢铁材料标准 对于钢铁材料，通常规定在10⁷次循环载荷下不发生断裂的最大应力，作为其疲劳强度的判定标准。 04 非铁金属特性 铝合金等非铁金属无明显疲劳极限，需指定循环次数（如10⁸次），此时的最大应力称为“条件疲劳强度”。 知识讲授：疲劳强度影响因素 知识讲授：提高疲劳强度的措施 01 减少应力集中 避免零件截面急剧变化，采用圆角过渡设计以分散应力峰值；同时提高表面光洁度，消除划痕、刀痕等易引发裂纹的表面缺陷。 02 改善表面状态 采用高频淬火、渗碳等表面热处理提升表层硬度；利用喷丸、滚压等工艺使表面产生残余压应力，抵消部分工作拉应力，延缓裂纹萌生。 03 优化材料与工艺 选用纯净度高、非金属夹杂物少的优质材料；通过合理的热处理工艺调控金相组织，获得细晶粒、均匀的微观结构，提升材料整体韧性与强度。 结构优化：圆角过渡消除尖角应力集中 表面强化：喷丸工艺引入压应力层 核心逻辑： 疲劳失效始于局部薄弱点。通过“结构优化+表面改性+材料升级”的组合策略，从设计源头、表面强化及材料本质三个维度提升构件的抗疲劳性能，是保障机械安全运行的关键。 知识讲授：综合应用案例分析 01 起重机吊钩 承受恒定静拉力，不允许产生塑性变形，是典型的静载荷构件。 关键指标： 屈服强度(RₑL)、抗拉强度(Rₘ) 02 汽车外壳覆盖件 通过冲压工艺成形，要求材料具有优异的塑性，避免开裂。 关键指标： 断后伸长率(A)、断面收缩率(Z) 03 机床传动轴 高速旋转，承受交变弯曲和扭转载荷，易发生疲劳失效。 关键指标： 疲劳强度、表面硬度(耐磨性) 04 坦克履带板 在复杂地形行驶，承受剧烈的冲击载荷和严重的磨粒磨损。 关键指标： 冲击韧性、布氏硬度(HB) 知识点背诵 一、 拉伸曲线四阶段：弹性变形→屈服→强化→颈缩。 二、强度指标：RₑL=FₑL/S₀（设计依据），Rₘ=Fₘ/S₀（最大能力）。 三、三种硬度：布氏HBW（压痕大、精度高）、洛氏HRC（操作快、压痕小）、维氏HV（连续标定）。 1.7.2013 好了，我们来总结一下今天的重点知识。刨床分牛头和龙门；刨削能加工各种平面和沟槽；刨刀有弯颈、直杆、偏刀和成型刀四种主要类型。这些都是必须掌握的核心内容。 ‹#› 师生互动一 降低正弦量计算门槛，提升效率 应优先选用材料B。 问题 某机械制造厂生产一批起重机吊钩，吊钩在工作时承受重物拉力，要求材料具有足够的强度，且不允许在使用过程中产生明显的塑性变形。现有两种材料可选：材料A的屈服强度为 450 MPa，抗拉强度为 650 MPa；材料B的屈服强度为 600 MPa，抗拉强度为 700 MPa。请问应优先选用哪种材料？请说明理由。 结论 屈服强度是材料发生明显塑性变形的抗力，是机械设计的主要依据。起重机吊钩在工作时承受重物拉力，不允许产生明显的塑性变形，因此应以屈服强度作为主要选材依据。材料B的屈服强度为 600 MPa，高于材料A的 450 MPa，能够更好地保证吊钩在工作载荷下不发生塑性变形，安全性更高。 结论 1.7.2013 ‹#› 师生互动二 降低正弦量计算门槛，提升效率 应优先选用钢材A。 问题 某汽车制造厂需要生产一批汽车外壳覆盖件，要求材料具有良好的塑性以便于冲压成形。现有两种钢材：钢材A的断后伸长率 A=25%，断面收缩率 Z=60%；钢材B的断后伸长率 A=12%，断面收缩率 Z=35%。请问应优先选用哪种钢材？请说明理由。 结论 塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力，断后伸长率 A 和断面收缩率 Z 是衡量塑性的两个重要指标，数值越大表明材料的塑性越好。汽车外壳覆盖件需要通过冲压成形，冲压是利用金属的塑性变形来获得所需形状的工艺方法，要求材料具有良好的塑性。钢材A的 A=25%、Z=60% 均高于钢材B的 A=12%、Z=35%，塑性更好，更适合冲压成形。 结论 1.7.2013 ‹#› 师生互动三 降低正弦量计算门槛，提升效率 应优先选用洛氏硬度试验方法（HRC）。 问题 某机械加工厂对一批调质处理后的传动轴进行质量检验，要求在不破坏零件的前提下快速检测其硬度是否达到设计要求。现有布氏硬度计、洛氏硬度计和维氏硬度计三种设备可供选择，请问应优先选用哪种硬度试验方法？请说明理由。 结论 洛氏硬度试验操作简便，可直接从试验机硬度盘上读取硬度值，无需测量和计算，检测速度快。洛氏硬度试验压痕较小，对试样表面损伤较小，常用于成品和薄壁件硬度的测量。传动轴属于成品零件，不允许产生大的压痕损伤，且需要快速检测，洛氏硬度试验能够满足这一要求。布氏硬度试验虽然精度高，但压痕较大，不适合成品检测；维氏硬度试验测量效率较低，需要测量对角线长度后查表或计算，不适合大批量快速检测。 结论 1.7.2013 ‹#› 单项选择题 1.下列属于金属材料在静载荷作用下测得的力学性能指标的是（ ） A.冲击韧性 B.疲劳强度 C.屈服强度 D.耐磨性 正确答案：C 屈服强度是在静载荷作用下通过拉伸试验测得的强度指标。冲击韧性是在冲击载荷作用下测得的，疲劳强度是在交变载荷作用下测得的，耐磨性与硬度相关，但不是静载荷作用下的基本力学性能指标。 课后练习 1.7.2013 现在我们来做几道练习题巩固一下。第一题，主要用于加工大型工件的刨床是什么？A还是B？对，是B，龙门刨床。 ‹#› 单项选择题 2.布氏硬度试验中，在试验力和压头直径一定时，压痕直径越大，表明材料的（ ） A.硬度越高 B.硬度越低 C.强度越高 D.塑性越好 正确答案：B 布氏硬度试验中，当试验力F与压头球体直径D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径d有关。d越小，布氏硬度值越大，硬度越高；d越大，布氏硬度值越小，硬度越低。 课后练习 1.7.2013 第二题，为了防止扎刀，精加工用哪种刨刀？没错，是弯颈刨刀，选B。 ‹#› 单项选择题 3.下列金属材料中，拉伸试验时最可能出现明显屈服阶段的是（ ） A.低碳钢 B.铸铁 C.高碳钢 D.淬火钢 正确答案：A 低碳钢的拉伸曲线具有明显的四个阶段，其中ES阶段为屈服阶段，会出现载荷不增加而试样继续伸长的屈服现象。铸铁、高碳钢和淬火钢属于脆性材料，弹性变形后马上断裂，无明显屈服阶段。 课后练习 1.7.2013 ‹#› 某机械制造厂生产一批重要的传动轴，轴在工作时承受交变载荷和冲击载荷，要求材料具有较高的强度、良好的塑性和韧性，表面要求耐磨。请回答：该传动轴的设计和选材应重点考虑哪些力学性能指标？ 课后练习 设计和选材时应重点考虑以下力学性能指标： 屈服强度 RₑL——保证传动轴在工作载荷下不产生塑性变形，是设计的主要依据。 抗拉强度 Rₘ——保证传动轴有足够的安全储备，不超过最大承载能力。 冲击韧性——保证传动轴在受到冲击载荷时不发生脆断。 硬度——保证轴颈和配合表面具有良好的耐磨性，延长使用寿命。 疲劳强度——保证传动轴在交变应力作用下不发生疲劳断裂。 1.7.2013 最后是一道简答题，请大家简述刨削加工的工艺特点。大家可以从切削工况、成本、效率、应用和精度这几个方面来回答，把我们刚才总结的内容写出来就可以了。 ‹#› 课堂小结 1.背诵：载荷三种类型；拉伸曲线四阶段；强度、塑性、硬度的定义及主要指标名称。 2.简答：屈服强度和抗拉强度在工程应用中有何不同？ 课后作业 1.7.2013 这是今天的课后作业。基础题帮助大家巩固记忆，巩固题要求大家对比两种刨床的核心区别，预习任务是为下节课做准备。请大家认真完成。 ‹#› 感谢观看 Lavf59.16.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.74 $