一 : 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

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金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

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金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

金属材料的力学性能 金属材料的力学性能

二 : 金属材料的力学性能

分类：机械工程材料的常用性能：使用性能［www.61k.com）（力学、物理、化学）和工艺性能（加工、铸造、焊接）

一、材料变形的过程

3个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。

二、刚度

定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。

计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。

弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ/ε（MPa）。它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。

二、强度、塑性、硬度——材料在静载荷下的性能指标

1．强度

定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。

物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。

（1）弹性极限σ_e

材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。

（2）屈服强度σ_s

试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σ_S，表征材料开始发生明显的塑性变形。

没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用σ_0.2表示，称为条件屈服强度。意义同σ_S。

（3）抗拉强度σ_b

材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σ_b称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。

强度是零件设计和选材的主要依据。

2．塑性

定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。

指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。

材料的δ和ψ值越大，塑性越好。

3．硬度

定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的1种性能。通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。

硬度指标：与试验方法有关。生产上，常用静载压入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。

洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。

洛氏硬度HRB：Φ1.59mm淬火钢球压头，适用于测量有色金属、铸铁、退火态和正火态钢等。

洛氏硬度与布氏硬度相比压痕小，软硬材料都可以测量，但同样不同标尺之间不可相互比较硬度值的大小。

维氏硬度HV：锥面角为136°的金刚石四棱锥体为压头，适于测定薄件和经表面处理零件的表面层的硬度，如渗碳层、表面淬硬层、电镀层等，以及微观组织的硬度。

维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确，压痕小，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，并统一比较。

刚度：刚度设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量。主要力学性能是材料的弹性模量。如精密机床主轴等零构件。

弹性指标：在设计弹性零件时，需考虑弹性极限和弹性模量是的性能指标。如汽车板簧和各类弹簧等。

屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。

硬度：在耐磨零件中必须考虑的性能指标。如滚动轴承等。

三、冲击韧性

定义：指在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，是材料强度和塑性的综合表现。

衡量指标：冲击韧度a_k (a_k＝A_k/F_k )

a_K值测定方法：一次弯曲冲击实验法，

物理意义：试样在冲断时单位横截面积上所消耗的冲击功A_K，单位为J/cm²。a_K值越大，表示材料的冲击韧性越好。

应用：

（1）评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷（因其对材料中的缺陷比较敏感），与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。

（2）低温冲击试验，测量材料的韧脆转变温度T_K。T 〉T_K为韧性断裂，不希望材料在T_K温度以下工作。

四、疲劳强度—交变载荷

交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。

疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生低应力断裂的现象成为疲劳断裂。

疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。

疲劳抗力指标：疲劳极限，又叫疲劳强度，用σ_－1表示。材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力，即疲劳曲线上水平部分对应的应力值。

疲劳断裂的原因：一般认为是，由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等），造成局部应力集中，形成微裂纹。随应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以致于最后承受不起所加载荷而突然断裂。

提高材料疲劳抗力的措施：通过合理选材，改善材料的结构形状，避免应力集中，减小材料和零件的缺陷；提高零件表面光洁度；对表面进行强化，喷丸处理等，可以提高材料的疲劳抗力。

三 : 金属材料教学设计

  教学目标

1、了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属，认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用；了解常见金属的特征及其应用，认识加入其他元素可以改良金属特性的重要性；知道生铁和钢等重要的合金

2、通过比较学习，帮助学生形成获取信息和处理信息的能力，并构建出与金属材料相关联的知识体系

3、通过资源共享，激励学生的合作参与意识；通过对金属物理性质与用途关系的学习，使学生体会到学习化学的价值。

重点和难点

重点：认识金属物理性质的相似性和差异性

难点：如何合理开发金属物质的用途。

实验准备：

教师：镁条、黄铜片、纯铜片、纯锡、焊锡、铅、铁片

学生：易拉罐、娃哈哈塑料瓶、焊锡、铁锅碎片、铁钉、不锈钢制品以及自主选择的其他材料。

课时安排：

1课时

教学设计：

教学过程

点评

看一看这些日常生活用品，哪些是由金属制成的，分别是   

哪些金属？

活动与探究一：

用品：

教师：镁条、黄铜片、纯铜片、纯锡、焊锡、铅、铁片

学生：易拉罐、娃哈哈塑料瓶、焊锡、铁锅碎片、铁钉、不锈钢制品以及自主选择的其他材料。

讨论：

1、你能区分它们哪些是金属材料制成的？

2、你知道金属材料具有哪些共同的物理性质吗？

知识共享：

在日常生活中，你经常用到哪些金属材料？你能设计出更别致的用途吗？请你谈一谈自己的设想。

金属材料自新石器时代后期开始，就一直被广泛应用着，直到21世纪的现在．金属材料包括纯金属以及它们的合金．如果你想了解它们，就请仔细阅读下面的内容吧！

1．试从日常生活入手，举出铁、铜、金三种金属的用途．（各任举2例）

2．用元素符号表示下列所用的物质．涂在保温瓶胆夹层内的银白色金属是__________；包装糖果、香烟的银白色材料是__________；白炽灯泡内的灯丝通常是由__________制成的；温度计中填充的金属是__________．

3．家里的不锈钢水果刀和菜刀最显著的区别是什么？在你看来，它们都是铁制品吗？

4．你能说出18 K黄金和24 K黄金的区别吗？

师生交流

目前已制得的纯金属只有90余种。由于科学技术的日新月异，仅有的这些纯金属已经远远不能满足工农业生产和国防技术现代化的需求，因此合金材料应运而生。

活动与探究二：

合金材料与纯金属材料的物理性质比较：

 

 

锡

 

 

 

铜

 

 

 

 

 

焊锡

 

 

 

结论

 

 

 

硬度

 

黄铜

 

 

 

光泽和颜色

 

现象

 

性质比较

 

从学生熟悉的物质如手，能点燃学生的学习热情

 

 

 

 

 

 

 

 

 

变讲台为师生共同拥有的活动舞台。

 

 

 

生活中处处有化学

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

教学过程

点评

你知道合金材料有哪些优良的物理性能吗？

讨论分析：

1．参考表8—1，分析回答：

（1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？

（2）银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？

（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？

（4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬，而不镀金？

2．在考虑物质的用途时，还需要考虑哪些因素？

3．合金是纯净物还是混合物？它们在物理性质中与纯金属有何不同？

拓展探究：

设计与辩论：

综合考虑飞行中火箭的实际情况：设计出制造火箭外壳所用材料的物理指标且说出所设计物理指标的可行性。

归纳整合：

通过本节课的研究，学到了哪些知识？有什么全新的体验？请同学们说说。

 

 

 

 

讨论交流，形成共识

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在应用中更深刻地领会知识

跟踪练习：

1、日常生活中，所用的自来水管，你认为选用哪中管子既经济又

耐用（            ）

A、普通钢管B、塑料管C、不锈钢管D、镀锌管

2、世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，铝的下列应用必须

加以控制的是（           ）

A、用铝合金制门窗B、用铝合金作飞机材料

C、用金属铝制盛装碳酸饮料的易拉罐D、用金属铝制导线

3、常见金属铁、铜、，在通常情况下具有相同的（           ）

A、硬度B、光泽C、导电能力D、状态

4、下列生活用品中，由金属材料制成的是（            ）

A、塑料袋  B、玻璃杯C、瓷碗  D、铁锅

5、人类的生产和生活中离不开金属材料，通常说的“金属材料”，既包括纯金属，也包括各种合金。下列金属材料不属于合金的是（      ）

A、 青铜  B、生铁  C、紫铜  D、焊锡

6、工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其熔化，冷却后得到具有金属特性的熔化物——合金。试根据下表所列金属的熔点和沸点的数据（其他条件均已满足），判断不能制得的合金是（      ）

金属

Na

K

Al

Cu

Fe

熔点（℃）

97．8

63．6

660

1083

1535

沸点（℃）

883

774

2200

2595

2750

A、K——Na合金   B、K——Fe合金  C、Na——Al合金     D、Fe——Cu合金

7、科学家预言，到21世纪用途仅次于铁和铝的第三代金属是（      ）

A、铜     B、铬    C、钛     D、金

8、实验室有一包混有铁粉的铜粉，请你用以下两种方法除去铜粉中的铁粉

（简述操作过程）

（1）物理方法：                                            ；

（2）化学方法：                                            。

9、铝具有良好的：a、导电性b、延展性c、传热性d、抗腐蚀性e、硬度大（铝合金）

f、密度小（铝合金），近几年来铝制品的铝合金的使用非常普遍，试回答下列铝（或铝合金）的用途中各是利用了铝的何种性质：

（1）用铝作导线来导电         ；

（2）用铝锅做饭、铝壶烧水        ；

（3）用铝做化学反应釜          ；

（4）用铝箔作包装用品           ；

（5）用铝合金作门窗      ；

（6）用铝合金制造飞机外壳         。

10、合金具有许多良好的物理性质和化学性质，应用十分广泛，请举出两种常见的合金。

答案：1、B 2、C 3、D  4、D  5、C  6、B  7、C

8、（1）用磁铁吸引混合物

（2）将混合物中加入足量盐酸充分反应后过滤，洗涤干燥得纯净的铜。

 

答案：1、B 2、3、D  4、D  5、C  6、B  7、C 

8、（1）物理方法：用磁铁接近（或接触）混合物，铁粉被磁铁吸引而除去，铜粉不能被磁铁吸引。

（2）化学方法：在混合物中加入适量的硫酸溶液，充分反应后过滤，将滤渣洗涤、烘干。 

9、（1）a（2）c（3）d（4）b、f（5）e（6）e、f

10、钢、不锈钢或黄铜等。

 

本文标题：金属材料的力学性能-金属材料的力学性能
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