《汽车工程材料》教案-金属材料的结构与性能

汽车工程材料-金属材料的结构与性能教案.•.

主要教学步骤和教学内容

★课题引入：（lOmin）

1、为什么包扎物品用铁丝？乐器弦用钢？它们有何区别？

2、同学们自己设计制作一辆赛车，选取材料时一般要考虑哪些因素？

3、观看周氏龙泉宝剑性能测试视频。

（宝剑劈砍、穿刺过程中对其性能的要求，提出问题，学生思考并回答）

★新课讲授：（70min）

一、金属材料的性能分类

（提出问题，学生思考并回答）

“小时候用钱丝做祥存，到转用效铁丝更足阳铁丝7”

力学性能有没有足够强度、硬度和韧性，

（（机械性能）［口==>满足使用要求

材工艺性能c=>好不好进行加工（变形、切削、

料焊接等）

性

物理性能=>是否满足特殊要求导电、导热等

能

化学性能（==>有时候考虑耐腐蚀等问题

经济性能=>价格怎么样，考虑效益

（一）金属的物理性能

1、密度

重金属：指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钻、银、

镒、镉、汞、钙、铝、金、银等。尽管镐、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元

素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定

浓度都对人体有毒。

轻金属：指比重小于5（又有一说是密度小于4.5克/立方厘米），包括铝、镁、

钠、钾、钙、锯、®0

2、熔点低熔点金属及合金难熔金属及合金

3、导电性4、导热性5、热膨胀性6、磁性

（二）材料的化学性能

1、耐腐蚀性

（1）化学腐蚀（2）电化学腐蚀

防止腐蚀的途径：形成钝化保护膜、减少电位差、不接触电解质

常用方法：选择耐腐蚀材料、表而处理

2、高温抗氧化性

高温下抵抗氧化和腐蚀的能力

（三）金属的力学性能（机械性能）

强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳极限等

（四）金属的工艺性能

铸造性能（可铸性）：流动性、收缩性、偏析

锻造性能（可锻性）：塑性、变形抗力

切削加工性能（可切削性）：表面粗糙度、刀具寿命

焊接性能（可焊性）：焊接性、碳当量

二、金属的力学性能

1、强度和塑性（低碳钢拉伸曲线）

（板书演算强度单位MPa对应的应力及面积单位）

拉伸试样变形的三个阶段：

（1）弹性变形：应力与应变成正比，符合胡克定律

（2）塑性变形：材料屈服后的变形

（3）断裂分离

强度：材料在外力作用抵抗塑性变形和断裂的能力。

(1)弹性极限：卸力后不产生塑性变形的最大应力；

(2)屈服点(屈服强度)：产生屈服的应力

(3)抗拉强度：拉伸过程中最大力所对应的应力；

塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力；判据是材料断裂时的最大相对塑

性变形；

(1)伸长率(2)断面收缩率

6」-4x100%“=红W"xl00%

4S。

2、硬度

指金属表面一个很小的体积内抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种能力；

(1)布氏硬度(HB)

主要用于铸铁、羊铁金属、经退火、正火和调质处理的钢材的硬度测定；

(2)洛氏硬度(HR)

可以用于硬度很高的材料，操作简便迅速，是最常用的一种硬度测量法。

数值可以直接从表盘上读出，有三种刻度即HRC、HRA、HRB,HRC最常用

F

\E-

■dr

---------口--------

布氏硬度测试洛氏硬度测试

(3)维氏硬度(HV)

可以测试任何金属材料的硬度,但最常用于测定显微硬度；

3、冲击韧度

材料抵抗冲击载荷的能力

乙摆建

土支座

(a)(b)

(观看冲击实验视频)

4、疲劳极限

当应力低于某值时，应力循环无数次也不会发生断裂，此应力值称为材料的疲劳

★课程小结：(lOmin)

入修碟纲拉伸的几个阶段及物理意义,

2、金属材料的力学收怩指标；

3、强盛指粽的徐熏方法。

作业:

****学院教案用纸

课题3金属材料的结构与性能测试

授课课题

一—金属的塑性变形

教>了解金属塑性变形加工的类型与特点；

主要从知识目

学>掌握金属塑性变膨过程中晶体结构的变化；

标、能力目标

目

和情感目标三>掌握塑性变形对金属组织与性能的影响；

标

方面进行设

>重点掌握加工硬化（形变强叱）现象的原理；

计。

>了解塑性变形后材料的内应力对零件的影响。

教

重点：加工硬化（形变强化）

学

教学重点

要塑性变形对金属组织与性能的影响

与难点

点

难点：塑性变形对金属组织与性能的影响

课型1、理论课；2、新授课。

课时2课时

教法与学法

多媒体教学、引导提问、讲授

（教具）

课后要求布置课后作业练习

教学后记

（教师课后填写）

授课教师备课时间

****学院教案用纸

主要教学步骤和教学内容

★课程导入:（lOmin）

1.为什么铁丝打扁后会变硬？为什么汽车覆盖件都要经过冲压成形？

2.塑性变形对金属的性能有何影响？

3.如何控制塑性变形对金属性能的影响？

（提出问题，学生思考并回答）

★新课讲授：（70min）

一、金属的塑性变形

金属材料经冶炼浇注后大多数要进行各种压力加工，如轧制、挤压、拉丝、锻造

和冲压。

压力加工不仅改变了金属的外形和尺寸，而且其内部组织和性能也发生了变化。

例如经冷轧拉丝等冷塑性加工后，金属的强度显著提高而塑性下降；经热轧、锻造等

热塑性变形后，强度的提高虽不明显，但塑性和韧性较铸态时有明显改善。

a）轧制b）挤压c）拉丝d）般造e）冲压

（观看相关塑性加工视频）

1、单晶体的塑性变形

单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于

另一部分发生滑动。

单晶体在切应力作用下的滑移

实际上，晶体内部存在大量的线缺陷一一位错。理论和实验研究都证明，晶体的滑移是通过

晶体中的位错在切应力的作用下沿着滑移而逐步移动的结果。

单晶体的另一种塑性变形方式是李生。挛生是指在切应力作用下，晶体的一部分

相对于另一部分沿一定的晶面（季晶面）及晶向（季生方向）产生剪切变形。

2、多晶体的塑性变形

在多晶体中，晶粒越小，单位体积上晶粒的数量就越多，晶界的总面积增大，

因而晶界变形抗力越大，所以整个金属的强度较高。试验表明，晶粒平均直径d与屈

服强度J之间存在如下关系：/=为+K『/2

细晶粒金属不仅强度高，而且塑性和韧性也较好。这是因为单位体积内的晶粒数

越多，金属的总变形量可以分布在更多的晶粒内，晶粒的变形也会比较均匀，所以减

小了应力集中，推迟了裂纹的形成和发展，同时晶界面积越大，晶界越曲折，越不利

于裂纹的扩展。使金属在断裂前可发生较大的塑性变形。韧性与强度和塑性密切相关,

由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以使之断裂需要消耗较大的功，因而韧性

也较好。

因此，晶粒的细化是金属的一种非常重要的强韧化手段，工业上将通过细化晶粒

以提高材料强度的方法称为细晶强化。

二、塑性变形对金属组织和性能的影响

1、塑性变形对金属组织的影响

（1）使晶粒变形

金属发生塑性变形时，其内部晶粒的形状也发生了变化。通常晶粒沿变形方向被

压扁或拉长，当变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤

维状的组织，称作为纤维组织。

（2）产生织构

金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒发生转动，使晶粒位向趋近一

致，形成特殊的择优取向，多晶体金属形变后具有的这种择优取向的晶体结构，称

为形变织构。形变织构一般分为两种：一种是大多数晶粒的某个晶向平行于拉拔

方向，称为丝织构；另一种大多数晶粒的某个晶面和晶向平行于轧制方向，称为

板织构。

b）板织构