第一章认识金属材料的性能

《金属材料与热加工基础》课程教案系（部）教研室课程代码学分课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）授课专业授课班级任课教师职称考核方式

金属材料与热加工基础教案（章节备课）章次第1章认识金属材料的性能课时安排总学时数：6～8理论教学时数：4～6实验教学时数2教学目的与要求本章通过对金属材料各种性能的学习，特别是力学性能各个指标的学习，初步掌握力学性能各指标的概念、测试方法、应用；各个物理、化学性能指标及对选材的意义；了解材料的工艺性能在生产实践中的应用。本章知识结构图示静载力学性能：强度、塑性、硬度指标非静载力学性能：冲击韧性、疲劳强度热处理性能焊接性能切削加工性能锻压性能铸造性能工艺性能化学性能物理性能力学性能使用性能金属材料性能静载力学性能：强度、塑性、硬度指标非静载力学性能：冲击韧性、疲劳强度热处理性能焊接性能切削加工性能锻压性能铸造性能工艺性能化学性能物理性能力学性能使用性能金属材料性能章重点与难点重点：1.强度、硬度的各个指标的概念及应用2.冲击韧性、疲劳强度的概念、危害及预防措施难点：材料的强度、塑性、硬度概念及与拉伸曲线与关系教学方法手段1.教法：（1）案例引导法（2）问题法（3）小组讨论法（4）边讲边练法2.学习法：（1）文献查阅法（2）分组合作学习法（3）自主学习法3.教学手段：多媒体、相关视频或理实一体教室。主要参考资料金属材料与热加工基础备注硬度实验在理实一体教室或专业教室进行，也可以边讲边练（2学时）

金属材料与热加工基础教案（课时备课）第1次课2学时本次重点难点重点：材料的拉伸试验及拉伸曲线分析，强度指标与塑性指标；难点：强度指标与塑性指标的实际应用教学内容与进程安排引言一、课程介绍及教学要求二、案例引入三、金属材料的性能分类介绍PPT介绍图1-1第一节金属材料的使用性能.金属材料的使用性能：是金属材料在使用过程中所表现出来的性能，包括力学性能、物理性能、化学性能等。一、力学性能的主要指标及测试力学性能：是指在外力（载荷）作用时所表现出来的性能。载荷分为静载荷，非静载荷（动载荷）。金属材料在静载荷的作用下所表现出来的力学性能主要有强度、塑性、硬度等；在非静载荷作用下表现出来的力学性能主要有冲击韧性、疲劳强度等。1．强度及其测试（1）拉伸试验：是指用静拉伸力对标准拉伸试样进行缓慢的轴向拉伸，直至试样被拉断为止的一种试验方法。1）拉伸试样按国家标准加工，试样截面可以是圆形、矩形、多边形，通常使用圆形截面试样（见图1）。a)a)b)图标准拉伸试样a)拉伸前b)拉伸后长试样(L0=10d0)，短试样(L0=5d0)2）拉伸试验方法拉伸试验一般在液压万能试验机或数字万能试验机上进行（现场教学或者视频）可以扫二维码。3）拉伸曲线拉伸试验时，利用试验机的自动绘图器（自动绘图软件）可绘出力-伸长（F-ΔL）曲线，通常称作拉伸曲线。应力-延伸率（R-e）曲线与F-ΔL曲线形状相似，但消除了几何尺寸的影响（见图1-5）。可以扫二维码（2）拉伸曲线分析试样拉断前的变形过程主要有以下几个阶段：1）弹性变形阶段（oe）2）微塑性变形阶段（es）3）屈服阶段(s点附近的平台)4）强化阶段（sm）5）缩颈阶段（mz）提示：拉伸试验时，低碳钢等塑性材料在断裂前有明显的塑性变形，有屈服现象；而铸铁等脆性材料在断裂不仅没有屈服现象，而且也没有明显的缩颈现象。（3）强度与强度指标1）屈服强度在拉伸曲线中，当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点称为屈服强度。屈服强度分为上屈服强度（ReH）和下屈服强度（ReL）。ReH=FeH/S0，ReL=FeL/S0对拉伸试验无明显屈服现象的材料，以条件屈服强度Rr0.2计算。即Rr0.2=F0.2/S0屈服强度是机械零件设计和选材的主要依据。2）抗拉强度抗拉强度是指在拉伸试验中，材料在断裂前所能承受的最大应力值，用Rm（旧标准用σb）表示。即Rm=Fm/S0对于无明显屈服现象的脆性材料而言，抗拉强度是零件设计时的另一个强度依据。2.塑性及塑性指标塑性是金属材料在外力作用下，断裂前产生塑性变形（永久变形）的能力。材料的塑性指标有断后伸长率A和断面收缩率Z。良好的塑性是塑性成形（如锻造、轧制、冲压等）不可缺少的条件，也是缓和应力集中和防止突然脆断的关键因素。A=(Lu-Lo)/LoLu——试样拉断后标距长度（mm）；L0——试样原始标距长度（mm）Z=(S0-Su)/S0-Su——试样断后横截面积（mm2）；S0——试样原始横截面积（mm2）。小结及作业布置备注：理实一体（多媒体）教室授课金属材料与热加工基础教案（课时备课）第2次课2学时本次重点难点重点：硬度、冲击韧度、疲劳强度指标的含义及应用难点：硬度值的表示方法、测试方法教学内容与进程安排复习回顾上节课内容，导入本次课内容3.硬度及测试材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力称为硬度。一般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。(1)布氏硬度1）测试原理图1-8所示2）测试仪器及试验规范扫二维码3）表示方法布氏硬度值+硬度符号+试验条件。如190HBW10/1000/304）测试方法的优缺点布氏硬度试验方法的优点是测定结果较准确，数据稳定、重复性好。缺点是由于其压痕较大，对试件表面的损伤也较大，不宜测量成品或太小、太薄的试件。布氏硬度试验主要用来测定原材料，如铸铁、非铁金属及经退火、正火或调质处理的钢材及半成品的硬度。（2）洛氏硬度1）测试原理图1-102）测试仪器及试验规范扫二维码3）表示方法洛氏硬度的表示方法为：硬度值+硬度符号，如25HRC表示用C标尺测出的硬度值为25。提示：洛氏硬度各个标尺间没有对应关系，因此各个标尺之间测得的硬度值不能直接比较。在中等硬度情况下，洛氏硬度HRC与布氏硬度HBW之比约为1:10。4）测试方法的优缺点洛氏硬度试验方法是目前应用最广泛的硬度测试方法，其优点是测量迅速简便，压痕小，可用于测量成品件或较薄工件；缺点是测得的硬度值不够准确，数据重复性差。因此，在测试试件的洛氏硬度值时，需要选取不同部位至少测定3次，取其平均值作为该试件的洛氏硬度值。（3）维氏硬度1）测试原理见图1-122）测试仪器3）表示方法维氏硬度值的表示方法与布氏硬度值相同，硬度值写在HV的前面4）测试方法的优缺点维氏硬度的优点是所用试验力小，压痕较浅，使用范围宽，测值范围为5~3000HV，可以测试从极软到极硬的各种金属材料，尤其适合测量零件表面淬火层及化学热处理的表面层。（4））里氏硬度1）测试原理2）表示方法硬度值+HL+冲击装置型号，常用的冲击装置有D、DC、G、C等四种3）测试仪器4）测试方法的优缺点里氏硬度测值范围大，适用于所有金属的硬度检测，里氏硬度值和其它\t"/item/%E9%87%8C%E6%B0%8F%E7%A1%AC%E5%BA%A6/_blank"硬度值(HRB、\t"/item/%E9%87%8C%E6%B0%8F%E7%A1%AC%E5%BA%A6/_blank"HRC、\t"/item/%E9%87%8C%E6%B0%8F%E7%A1%AC%E5%BA%A6/_blank"HB、HV)之间有对应关系。里氏硬度仪可通过机内微电脑进行自动转换，可直接输出所需的布氏、洛氏、维氏等硬度值，操作方便，测试时由主观因素造成的误差小，且对试件损伤极小，适合各类工件的各个方位的测试，特别是现场测试是其他硬度计无法比拟的，缺点是物理意义不够明确。提示：各个硬度测试方法各有优缺点。实验室常用洛氏硬度计检测钢铁材料，维氏硬度计检测薄件及渗层厚度；现场检测目前应用较多的是里氏硬度计。附录B为各种硬度与强度换算表。4.冲击韧度及其测试（1）冲击韧度的概念、测试方法及案例（2）韧脆转变温度5.疲劳强度及测试（1）疲劳强度的概念、测试方法及案例（2）提高疲