金属材料组织与性能电子教案 第1单元教案2 金属的力学性能及其测试

教案2授课教师课题名称单元一金属的力学性能及其测试1.1、强度与塑性（金属常温静拉伸试验）授课学科金属材料组织与性能授课班级授课地点力学实训室课时2总学时48教学目标知识目标1.掌握金属材料主要拉伸力学性能指标：强度、塑性；2.能够根据机械零件加工对拉伸力学性能的要求，正确合理地选择金属材料。能力目标掌握金属材料拉伸性能的测试方法（万能拉伸实验机的使用）素质目标1.培养学生较好的分析和解决问题的方法和能力；2.培养学生严谨的工作态度和较强的质量和成本意识；3.熟悉中国材料工艺现状，提升民族自信；4.培养学生自强不息、勇于担当的责任感。教学重点1.金属材料拉伸力学性能指标及其表示；2.低碳钢拉伸实验的应力应变曲线测定；3.金属材料强度和塑性的表征与计算；教学难点1.金属材料拉伸力学性能的表征与计算2.金属材料拉伸力学性能的分析。教学方法讲授法、演示法、多媒体教学法、阅读指导法、讨论法教学手段多媒体教学课件教材及参考资料学情分析授课对象：智能轧钢技术专业一年级学生；前序课程：《工程力学》、《工程制图》等；已有技能：学生对材料发展历程以及材料力学的理论基础有了一定认识主要问题：对金属材料拉伸力学性能的测试方法缺乏认识与实践操作过程。教学过程教学内容师生活动思政元素设计案例组织教学（2分钟）：知识回顾教学引入(3分钟）：导入新课（10分钟）讲授新知(20分钟)教师演示（10分钟）学生实操（30分钟）检查学生人数及实训着装，讲解实训安全规章制度。上节课讲解了金属材料及其成形工艺的历史发展、现代材料制造技术、工业4.0、中国制造2025等。生活中制造起重机绳索、汽车传动轴、铁轨连接螺栓等零件主要利用了金属材料的哪些力学性能指标？一、主要知识点1.材料力学性能的概念材料的力学性能：材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。2.什么是拉伸力学性能测试？在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用该试验得到的数据可以确定材料的强度和塑性。材料在拉伸测试中历经弹性变形、屈服、强化、颈缩阶段。3.强度和塑性的概念（1）强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。按外力作用的性质不同，分为：屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。（2）塑性：金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能力。4.金属材料拉伸力学测试过程中主要的性能指标。（1）屈服强度：金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值，用符号σs表示，单位Mpa。σs=Fs/Ao式中Fs—试样发生屈服时的载荷（N）；Ao—试样的原始横截面积（mm2）（2）抗拉强度：金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号σb表示，单位Mpa。σb=Fb/Ao式中Fb—试样在断裂前所承受的载荷（N）；Ao—试样原始横截面积（mm2）。（3）伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率，用符号δ表示。δ=(L1-L0)/L0式中L0—试样原始标距大小，L1—试样拉断后的标距大小断面收缩率：试样被拉断后，断口处横截面积的减小量与试样原始横截面积之比的百分数，用符号φ表示。计算公式为：φ=(F0-F1)/F0式中F0—试样原始截面积，L1—试样拉断后断口处截面积二、金属材料拉伸性能测试试验1.工具准备：游标卡尺一把、电子万能试验机一台、测试试样若干（低碳钢、铸铁材料，试样尺寸如下图所示，规定l0=5d，d=10mm）2.实验目的（1）掌握电子万能试验机的操作规程及使用时的注意事项（2）研究上述材料的应力应变曲线拉伸图。（3）确定上述金属材料在拉伸时的力学性能（屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率）。（4）观察以上两种材料拉伸试验过程的现象，并进行性能比较分析。3.试验步骤（1）开启万能试验机并运行测试程序（2）在试验机上装卡试样：先用上夹头卡紧张试样一端，然后提升试验机活动横梁使试样下端缓慢插入下夹头，并锁紧下夹头。（3）在应用程序中输入原始试样的标距长度、试样的截面积、拉伸速率等参数。（4）对拉伸试样进行加载，观察试样变形情况及“颈缩”现象，试样发生断裂后立即停止加载（5）取下断裂试样，用游标卡尺量取断面直径d1和断后标距长度l1。（6）记录实验结果，整理数据，计算试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率，读取测试软件中的各测试点载荷与位置数值在origin软件中绘制应力应变曲线并完成实验报告。4人一组进行低碳钢和铸铁的拉伸力学性能测试。软件操作员1名，拉伸机操作员1名，数据处理员1名，考评员1名操作完成后组内进行岗位轮换。师：对学生进行点名，检查学生实训着装生：整理实训着装并保持课堂秩序师：口述引入，并出示多媒体课件视频动画进行演示引入本节课内容。生：认真听讲师：ppt展示零件图片、视频，并进行提问。生：认真思考并回答问题。师：对学生的回答结果和预习情况进行评价。师：【设计一】播放塑性材料和脆性材料的拉伸试验过程视频，（6分钟视频播放-拉伸试验过程演示）【设计二】PPT展示不同材料的拉伸曲线。重点讲述低碳钢拉伸变形的四个阶段。学生：听老师讲授，认真理解、记忆。师：利用测量工具讲解操作过程，重点和难点要求学生拍视频记录下操作过程。师：结合ppt讲解公式计算过程。生：记录公式师：学生分组，布置任务，现场指导学生操作生：分组进行操作，要求每个学生对测试设备和计算公式完全掌握1.金属材料存在着“强度越高硬度越大，而塑性和韧性越差”的一般规律说明材料强度和塑韧性是一对矛盾体；同时金属材料又存在着通过细化晶粒的途径实现“强度和塑韧性共同提高的”的实验现象，这又包含了辩证统一的唯物主义思想观念。2.材料是工业的基础。没有质量过硬、性能高超的材料，再先进的设计和构想，也难以从图纸变成现实。我国著名材料学家、中国工程院院士、四川大学教授涂铭旌先生生前的事迹，他长期从事金属材料强度与断裂、稀土钒钛功能材料及纳米材料等的人才培养与科学研究，数十年潜心科学、诲人不倦，为国家培养了一大批优秀科技人才；对金属材料强度潜力理论与应用、耐寒高强钢的低温脆断规律、机理、判据及安全评价等方面做出了重要贡献；他一生热爱祖国，忠诚党的教育事业，治学严谨、追求卓越、勇于创新，对我国材料领域的科技发展和人才培养做出了重大贡献，其爱国、勤奋、务实、律己、奉献的精神为后辈树立了学习的典范和楷模。3.做科学实验要认真完成每一个实验过程，准确记录每一个实验结果。培养学生认真负责、踏实敬业的工作态度和严谨求实、一丝不苟的工匠精神。数据整理是难点，培养学生严于律己、知难而进的意志和毅力及对技术精益求精的良好职业品质。4.四人一组轮流，轮流转换工位，体现社会主义核心价值观平等、公正的理念。在课程训练实践中培养学生的独立操作和沟通合作能力。评价（5分钟）1.自评（课堂评价表）考核内容见解1.学到了什么2.存在的问题3.讨论情况4.对老师的建议2.互评3.师评生：填课堂评价表师：针对各小组合作情况、学生课堂表现进行综合评价采用教师评价，课程平台参与度评价、小组互评和学生自评结合的方式，检验自己对知识的掌握情况及能力的提高情况和对课堂教学的改进意见。知识小结（5分钟）金属材料拉伸力学性能测试的过程是怎样的，有哪些注意事项。师：进行总结，给出答案生：认真听，记强化本次教学内容的重点，点出应该掌握的概念布置作业（5分钟）1.课后按要求完成实验报告师：布置作业生：记巩固本节课的内容，为今后的学习打下基础预期效果本次课整个授课过程，突出知识重点，关于知识难点，通过通俗讲解，使学生对金属材料的力学性能的概念以及拉伸力学性能的测试有了更深的认识。课程思政设计说明案例1：结合对课程绪论内容的回顾，进行爱国主义教育。课前回顾了绪论课中金属材料及其成形工艺的历史发展、现代材料制造技术、工业4.0、中国制造2025等相关内容。向学生讲授大力推动新材料产业发展，既能补上工业“短板”，增强发展底气，更可通过基础产业创新找寻新动力，对做强“中国制造”意义重大。对学生的爱国主义教育，主义内容包括：一、国内材料制造技术的现状、面临的困境与机遇。二、工业4.0与中国制造2025基本内容。三、国内新材料与现代新型材料制备技术的相关研究进展。案例2：结合本次课材料力学的知识点，进行质量意识和安全意识的教育。在材料力学性能主要知识点的教学中，并结合本次课金属拉伸力学性能测试的教学目标。让学生体会材料是工业的基础，没有质量过硬、性能高超的材料，再先进的设计和构想，也难以从图纸变成现实。培养学生严把材料质量观，不留安全隐患的责任意识。案例3：在对拉伸力学性能测试的操作要点讲解过程，培养学生认真负责、严谨求实、一丝不苟的态度。教师在演示教学环节讲解过程中，认真严谨的安装实验操作要求规范操作，并根据实验过程观察测试试样的变化情况。让学生体会科学实验的严谨细致，做科学实验要认真完成每一个实验过程，准确记录每一个实验结果。培养学生认真负责、踏实敬业的工作态度和严谨求实、一丝不苟的工匠精神。在数据处理的过程中很多学生不太会用origin软件，教师需耐心指导，培养学生严