金属的力学性能

1、10 金属材料与热处理教案学科金属材料与热处理第二章第2节 金属的力学性能审批签字授课时数2 授课方法理论讲授多媒体演示教具实物、多媒体授课时数2015年3月12日授课班级15级春机械一班教学目的【知识目标】（1）了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度等力学性能及其测试原理；。（2）掌握强度、塑性、硬度的定义，并了解它们的作用范围。【能力目标】（1）在分析强度、塑性的拉伸试验过程中培养学生观察、分析问题的能力。（2）在介绍硬度三种类型的试验过程中培养学生逻辑思维、分析问题能力。（3）课堂小结过程中，培养学生对所学知识的总结概括能力。【思想目标】（1）培养学生严

2、谨的学习作风、养成善观察、勤思维的好习惯。（2）培养学生主动参与的意识和积极探索的精神。教学重难点 【重点】（1）强度、塑性、硬度的定义，并了解它们的作用范围。（2）硬度的三种表达方法。【难点】（1）强度、塑性的拉伸试验。 （2）硬度的测试原理。学情分析 专业主要是初中毕业生，文化普遍基础差，对金属材料很陌生，初次接触专业基础知识很难理解接受，讲课时应该抓住主要知识点，尽可能多地利用媒体演示、教具、实物等手段，采用讲练结合，使学生们在感性认识的基础上，建立、掌握对所学知识的概念和运用方法。同时在教学过程中，以实例为载体，通过课件动态与实物演示，增强学生学习的兴趣，为学生创造条件，引导学生探究强

3、度、塑性、硬度的定义、试验原理及应用范围。在课堂中通过不断提问引导，提高学生理解和分析能力。课时分配1、组织教学（3分钟）2、导入新课（4分钟）3、讲授新课（65分钟）4、课堂小结 (6分钟)5、布置作业(2分钟)教法选择主要采用讲授、练习、分析、讨论、总结、归纳，以及配合播放多媒体课件演示，达到突破重难点，提高教学效率的目的。第 0 页 共 11 页教学环节时间教 学 内 容教法设计组织教学3分钟检查学生出勤情况、填写教学日志，调节课堂气氛，集中学生注意力准备上课。打开电脑，调试投影设备。教师站在讲台喊上课。导入新课4分钟【导入新课】问1、(用生活中常见的实例进入课题）提问：展示一个断裂的螺

4、栓 为什么螺栓工作时会断裂？ 2、观看一个断裂的螺栓实物，引入强度的概念。教师通过展示实物让学生思考教师提出的问题并积极发言。讲授新课知识点一5分钟 §22 金属的力学性能力学性能：金属材料具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力。所谓强度就是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力，其表示方法一般用应力表示。根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。抗拉强度是通过拉伸试验（图2-1）测定的。拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长量，直至

5、试样断裂，根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。 拉伸试验机 拉伸试样的颈缩现象 开门见山，直接引入强度的定义和分类，使学生形成一定的感性认识。讲授新课知识点二10分钟 图2-1 拉伸试验1、拉伸试样拉伸试样的形状一般有圆形、矩形和六方等形状。在国家标准(GBT3971986)中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。图2-2所示为圆形拉伸试样。 图2-2 拉伸试样图中d0是试样的直径，L0为标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样(L0=10d0)和短试样(L0=5d0)两种。2、力伸长曲线（图2-3）缩颈阶段 强化阶段外力去除后不能消失的变形屈服阶段弹性变形阶段断裂

6、 图2-3 低碳钢的力伸长曲线1、弹性变形阶段：Fe为发生最大塑性变形的载荷。外力撤去，则变形消失。2、屈服阶段：此阶段发生塑性变形，这种拉伸力不增加变形却增加的现象称为屈服。3、强化阶段：随着变形增大，变形抗力也逐渐增大，这种现象称为形变强化。4、缩颈阶段：当外力达到Fm后，试样某一直径处发生局部收缩，称为缩颈。5、断裂：当外力超过到Fb后，所需外力逐渐降低直至断裂。结论：教师展示拉伸试样实物，提高学生学习的热情，同时通过动画演示，使学生有更深的认识。通过静止的图片启发、提问、引导学生，使学生思考教师的问题并积极发言。教学环节时间教 学 内 容教法设计讲授新课知识点二8分钟3强度指标(1)屈

7、服强度 在拉伸试验过程中发生塑性变形而力不增加的应力点，用符号（）表示，计算公式如下： 式中 屈服强度，MPa； Fs试样屈服时最小的载荷，N； So试样原始横截面积，mm2说明提示：屈服强度时工程技术中组重要的机械性能指标之一，设计零件时常以或作为选用金属材料的依据。对于无明显屈服现象的金属材料，按国标GBT2281987规定可用规定产生0.2残余伸长时的应力作为条件（名义）屈服强度。(2)抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号（表示。计算公式如下：式中 抗拉强度，MPa； 试样拉断前承受的最大载荷，N； 试样原始横截面积，mm2二、塑性材料受力后再断裂之前产生塑形变形

8、的能力称为塑性。 两 个 公 式1、断后伸长率2、断面收缩率教师将强度指标公式的含义进行分析归纳总结，使学生更容易记忆。引导学生积极思考，务必熟练掌握屈服强度、抗拉强度的公式及含义这几个重点内容。教学环节时间教 学 内 容教法设计 讲授新课知识点二6分钟注释：试样原始长度； 试样拉断后的标距长度。 试样原始横截面积；试样拉断后缩颈处横截面积。例题：有一个直径d=100mm，Lo=100mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fs=21kN,Fm=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此试样的，A，Z。 解：（1）计算， 通过例题，练习，加深学生对公式的了解和掌握课间休息10分钟 讲授新课知

9、识点二6分钟 （2）计算 ，： （3）计算A，Z： 首先教师分析并重点讲解例题，同时板书解题过程。学生积极参与思考，与老师互动教学环节时间教 学 内 容教法设计 讲 授新课知识点三8分钟三、硬度材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。通常，硬度是通过专用的硬度试验机（图2-4）上测得的，硬度测试的方法很多，最常用的有布氏硬度实验法、洛氏硬度实验法和维氏硬度实验法三种。 布氏硬度试验机 洛氏硬度试验机 维氏硬度试验机图2-4 硬度试验机1、 布氏硬度（1）布氏硬度的定义布氏硬度的测量方法如图2-5所示。用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，

10、保持一定时间后卸去载荷，测量被测试试表面上所形成的压痕直径d（图2-6），由此计算压痕的表面积S，其单位面积所受平均压力称为布氏硬度值。布氏硬度值是有单位的，其单位为Mpa，但一般不标出，用符号HSW（HBS）表示，即： 注释： HBS(HBW)用钢球(或硬质合金球)试验时的布氏硬度值；F试验力，N；S球面压痕表面积，mm；D球体直径，mm；d压痕平均直径，mm。 利用图片演示让同学们有感性认识，然后让学生观察、思考、积极发言，对布氏硬度测量原理和过程进行总结概教学环节时间教 学 内 容教法设计讲授新课知识点三7分钟 图2-5 布氏硬度的测量（动画演示）（2)布氏硬度的表示方法用符号HBS或H

11、BW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:170HBW10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为170。在实际应用中，布氏硬度一般不用计算，而是用专用的刻度放大镜量出压痕直径(d)，根据压痕直径的大小，再从专门的硬度表中查出相应的布氏硬度值，详见附录I。 图2-6 压痕直径的测量（3）布氏硬度应用特点 优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时。应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。不适于测量成品零件或薄件的硬度。

12、 演示动画使学生更加深刻的认识布氏硬度的测量过程，同时通过前面的的分析，举例一布氏硬度的标记，叫学生回答它的含义，增强学生感性认识，让学生理解枯燥的概念。教学环节时间教 学 内 容教法设计讲授新课知识点三注意：洛式硬度一般直接再硬度计表盘上读出。10分钟2、洛氏硬度（1）洛氏硬度的定义洛氏硬度是目前应用范围最广的硬度实验方法，它是用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值，其测量方法如图2-7。（2）洛氏硬度的表示方法硬度标尺压头类型总试验力/NHRC120o金刚石圆锥

13、体1471.0HRB1.588mm钢球980.7HRA120o金刚石圆锥体588.4硬度标尺硬度值范围应用举例HRC2067HRC一般淬火钢件HRB25100HRB软钢、退火钢、铜合金HRA6085HRA硬质合金、表面淬火钢2-7 洛式硬度的测量（动画演示） HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小（3）洛氏硬度应用特点优点：测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。缺点：测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法。可用于成品检验和薄件表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。通过动画演示，使学生对洛氏硬度的测量从感性认

14、识上升到对知识的掌握。教学环节时间教 学 内 容教法设计课堂小结5分钟1、强度性能指标要求了解强度的概念，掌握拉伸试样、力伸长曲线的各阶段和强度指标（包括屈服强度和抗拉强度的计算）。2、塑性指标：要求了解塑性的概念，掌握伸长率和收缩率的计算公式。 3、硬度指标：要求了解硬度的概念，掌握布氏硬度和洛式硬度的测量方法、表示方法以及它们的应用特点教师对本次课重点内容再次总结，巩固学习，学生整理笔记，在教材上打记题号。布置作业2分钟1、解释概念：、 、A 、HRC。2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放，钟表发条可能发生什么变形？3、拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂

15、的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？培养学生预习的习惯课后反思本节内容与生产生活实际有着紧密的联系，为提高学生的听课积极性，我大量运用了图片、动画、视频等多媒体素材，以增加课堂的生动性和直观性。引导学生探究强度、塑性、硬度的定义、试验原理及应用范围。在课堂中通过不断提问引导，提高学生理解和分析能力。用最浅显的语言对有关概念和原理进行分析讲解，方便学生理解。从学生听课反应和课堂提问情况来看，绝大多数学生都被调动起来了，思维比较活跃，课堂练习也比较积极，达到了预期的教学效果。但是也有少数学生思维不够开阔，不能够举一反三，还需在今后的教学中多加引导和训练。板书设计导入新课：讲授新课：§22 金属的力学性能所谓强度就是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。1、拉伸试样拉伸试样的形状一般有圆形、矩形和六方等形状。试样可分为长试样(L0=10d0)和短试样(L0=5d0)两种。2、 力伸长曲线（图2-3）1、 弹性变形阶段2、 屈服阶段3、 强化阶段板书设计4、 缩颈阶段3强度指标(1)屈服强度(2)抗拉强度二、塑性材料受力后再断裂之前产生塑形变形的能力称为塑性。三、硬度最常用