§2—1 金属材料的损坏与塑性变形.doc

河源市高级技工学校理论课教案 教师李晓红13模具数控班授课日期4周 星期2 第 56 节科目金属材料与热处理课题21 金属材料的损坏与塑性变形教学目的1、 掌握金属材料损坏的形式；2、 了解与变形有关的知识；3、掌握强度、塑性及硬度等的知识重点难点1、 了解机械零件失效的形式，2、 了解金属塑性变形的基本原理及冷塑性变形对金属性能的影响。3、 理解塑性变形规律，为理解金属材料力学性能指标的物理意义奠定基础。教具多媒体教学过程教法设计【组织教学】1、检查学生的考勤2、说明本课题的教学目的和要求3、稳定学生的情绪，集中学生精力进行上课【课题导入】 在生产中，机器零件的性能往往达不到理想要求，许多零件在使用过程中会发生损坏，不但严重影响生产，甚至造成人身事故。机械零件在使用中常见的损坏形式有变形、断裂及磨损等。另外，塑性变形还有有利的一面，可以作为零件成形和强化的重要手段。工业上使用的大部分金属产品，一般都是先浇注成铸锭后，再经过压力加制成的， 上述加工的目的不仅在于使产品成形，更重要的是为了改善其组织和性能。了解金属变形的规律对理解金属材料力学性能指标的物理意义，以及在生产中针对不同金属材料选择合理的强化手段，具有非常重要的意义【讲授新课】21 金属材料的损坏与塑性变形 机械零件在使用中常见的损坏形式:变形、断裂及磨损（详见表21） 教师组织教师指导教师强调板书教学重点教师示范教学重点边讲解边演示河源市高级技工学校理论课教案教学过程教法设计一、与变形相关的几个概念1、载荷1） 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。（1）静载荷指大小不变或变化过程缓慢的载荷。（2）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。（3）交变载荷指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。根据作用形式不同，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。这种内力的大小与外力相等，并作用于材料内部（注意：外力和内力有别于作用力与反作用力）。3、应力 同样材料、不同走私的螺栓在相同拉力作用下，细的可能拉断，粗的则可能同有拉断。因此，金属材料的力学必能只凭外力的大小是无法判定的。为此，在假设作用在零件横截面上的内力大小是均匀分布的情况下采用单位横截面面积上的内力应力来加以判定。材料受拉伸或压缩载荷作用时，其应力按下式计算： R=F/S 式中R应力，Pa， 1Pa=1N/m2，当面积以mm2为单位时，则应力可以MPa为单位，1MPa=1N/mm2=106Pa F外力，N； S横截面面积，m2。河源市高级技工学校理论课教案教学过程教法设计二、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。即金属在外力作用下的变形可分为弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个连续的阶段。弹性变形后，当外力消除后变形消失，金属恢复到原来的形状，因此，金属弹性变形后其组织和性能将不发生变化。塑性变形后金属的组织和性能发生变化。金属材料都是多晶体。多晶体中各相邻晶粒的位向不同，并且各晶粒之间由晶界相连接，因此，金属的塑性变形受到下列因素的影响：1、晶粒位向的影响由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，当处于有利于位臵的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑性变形时受到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑性变形呈逐步扩展和不均匀的形式，其结果之一就是产生内应力。2、晶界的作用晶界处原子排列紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移。很显然，晶界越多，则晶体的塑性变形抗力越大。3、 晶粒大小的影响 在一定体积的晶体内，晶粒的数目越多，晶界就越多，晶粒就越细，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高，而且塑性和韧性也较好，故生产中总是尽可能地细化晶粒。三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化 金属材料的冷塑性变形，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，冷塑必变开除了使晶粒的外形发河源市高级技工学校理论课教案教学过程教法设计生变化外，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”。 形变强化是一种重要的金属强化手段，对那些不能用热处理强化的金属尤为重要；此外，它还可使金属具有偶然抗超载的能力。塑性较好的金属材料在发生变形后，由于形迹强化的作用，必须随更大的外部载荷才会发生破坏，这在一定程度上提高了金属构件在使用中的安全性。如压力容器的罐底总是做成向内凸起的形状，其目的就是当内部压力过大时，可在罐底生产生逆性变形而不致突然破裂。 但另一方面金属发生加工硬化也会给金属的切削加工或进一步变形加工带来困难。为了改善发生加工硬化金属加工条件，生产中必须进行中间热处理，以消除加工硬化带来的不利影响。