金属材料的力学性能

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《金属的力学性能》教案（2课时）

 一、教学目的

1.知识目标：

 （1）掌握金属力学性的基本概念。

 （2）了解各力学性能的衡量指标。

2.能力目标：培养学生了解材料、认识材料、使用材料的能力。

3.教学重点、难点：

 （1）重点：理解力学性能的基本概念。

 （2）难点：对拉伸曲线各阶段分析。

二、复习提问，温故知新。（5分钟）

三、实物演示，引入新课。（3分钟）

•在等长等粗的一根粉笔和一条橡皮泥上挂吊相同的砝码；用手指轻弹粉笔和橡皮泥。 

•观察结果。 

四、讲授新课（70分钟）

•（以举例法为主，辅助以演示法、类比法、提问启发等教学方法。）

（一）、力学性能相关概念：

•1.力学性能（定义）：金属在外力作用时表现出来的性能，称金属的力学性能。

•在机械设备及工具的制造中，选用金属材料时，大多以力学性能为主要依据。

•（举生产中的事例加以说明）

•2载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力称载荷。

•（1）按作用性质分：静载荷、冲击载荷、交变载荷。

•（2）按作用方式分：拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲。

•         （举例并加以手势说明）

•3.变形：金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化，称为金属的变形。

•一般分为：

•（1）弹性变形：随载荷的去除而消失的变形。例：弹簧。

•（2）塑性变形：不随载荷的去除而消失的变形。例：弯曲。

•          （二者相互包容）

•4.内力与应力：

•（1）内力：金属受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部作用着以外力相对抗的力，称为内力。

•（2）应力：单位截面上的内力称应力。

•                          R=F/S

•式中：R——应力（兆帕）；             F——外力（牛顿）；

•S——横截面积（平方毫米）

（二）、力学性能五大指标：

•强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。

•1.强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力，称为强度。

•   大小用应力表示。多以抗拉强度作为判别强度高低的指标。

•（1）拉伸试验：测量抗拉强度。

•其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，直至断裂。

•a.拉伸试样

b.力——伸长曲线：

拉伸试验中记录的拉伸力对伸长的关系曲线。

曲线包含几个特殊的阶段：

   弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。

（2）强度指标：

    a.弹性极限：Re=Fe/So

    b.屈服强度：Rs=Fs/So

    试样产生屈服现象时所承受的应力。它是机械设计的主要依据。

     c.抗拉强度：Rb=Fb/So

     材料在拉断前所承受的最大应力。Fb是试样承受的最大载荷。

2、塑性：金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。

               由拉伸试验测得，其指标包括：

               伸长率：A=Lu-Lo/Lox100%

          断面收缩率：Z=So-Su/Sox100%

3、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。

     它是衡量材料软硬程度的指标。常用的有布氏硬度(HB)和洛氏硬度(HR)

4.冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。用符号ak表示。

   用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。

5.疲劳强度：金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。

    用符号R-1表示。

四、讲练结合  应用实例（5分钟）

有一根环形链条，用直径2cm的钢条制造，已知材料Rb=300MPa。

   求该链条能承受的最大载荷是多少？

   解：由Rb=Fb/s得Fb=Rb.S

         横截面积S=2x(20/2)2

         所以Fb=300x628=188400N

五、归纳小结，抓住重点（3分钟）

载荷的分类、力学性能指标。

六、布置作业  知识巩固（4分钟）

1.举例说明生产、实习中材料的加工及使用所承受的载荷。

  （錾削与锯削、锉削。轴与钢丝绳的受力）

2.某厂购进一批40号钢材，按国家标准规定其力学性能指标不低于：Rs340MPa,Rb540MPa,A19%,Z45%。验收时制成Do=10mm的短试样（长50mm)

   做拉伸试验：当载荷达到28260N时，试样产生屈服现象；载荷加至45530N时，试样被拉断。拉断后标距长为60.5mm.断裂处直径为7.3mm。

     试计算这批钢材是否合格？