金属材料与热处理 电子教案模块一.doc

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1、模块一金属的力学性能第一讲：强度与塑性课题：1.关于力的一些术语2.拉伸试验3.强度与强度指标4.塑性与塑性指标教学目标：1.使学生了解关于力的一些术语，了解拉伸试验过程。2.熟悉强度和塑性的含义及指标。3.掌握强度和塑性的工程物理意义，可通过拉伸试验结果分析计算其指标。教学重点：强度与塑性含义、物理意义，力学性能指标的分析计算。教学方法：利用工程案例、多媒体课件和网络资源，使学生对强度和塑性指标的分析与计算得到理解与掌握。教学内容：1.关于力的一些术语1）载荷金属材料在使用和加工过程中所受到的各种外力统称为载荷，用

2、符号F表示。载荷分为静载荷、冲击载荷及变动载荷三种2）变形金属材料受到载荷作用而产生的几何变形和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和。3）应力（σ）金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。也就是单位面积所能承受的载荷大小。即σ=F/S2.拉伸试验它是应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。1）拉伸试样拉伸试样的形状和尺寸及取样和制样应符合《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002），常用拉伸试样如图1-1（a）所示根据原始标距（L0）与圆形截面试样直径（d0）之间的关系，试样分长

3、比例试样（L0=10d0）和短比例试样（L0=5d0）两种。图1-1（a）2）拉伸曲线利用试验机的自动绘图器可绘出力-伸长曲线。图1-1（b）所示是低碳钢力-伸长曲线（F-ΔL曲线），图中纵坐标为拉伸力，横坐标是绝对伸长量。图1-1（b）3）应力-应变曲线单向拉伸条件下的金属材料的力学性能指标就是在应力-应变曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的应力-应变曲线，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地确定。3.强度与强度指标1）强度是指金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。2）意义机器零件选材和设计的重要指标。3）

4、指标（1）弹性极限弹性极限是金属材料在外力作用下，只发生弹性变形而不发生塑性变形时所能承受的最大应力。在应力-应变曲线上，弹性极限相当于e点所对应的应力值，用σe表示。在工程测试中很难测出准确而唯一的数值，所以实际测量时是测量规定非比例延伸率时的应力。用Rp表示。弹性极限是表征最大弹性变形的抗力，或者说是表征微量塑性变形的抗力。（2）屈服强度金属材料拉伸试样发生屈服现象时，力所对应的点称为屈服点。用应力表示的屈服点称为屈服强度。用符号σs表示。在《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002）中，用ReL（下

5、屈服强度）选作为屈服强度指标。一般用试样发生0.2%塑性伸长率时的应力，称为条件屈服强度，用σ0.2表示。新标准中用Rr0.2表示。如下图所示。（3）抗拉强度试样在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，又称强度极限，用符号σb表示，《金属材料室温拉伸实验方法》（GB/T228—2002）中规定抗拉强度符号用Rm表示。抗拉强度的物理意义是韧性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。抗拉强度也是工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性材料而言。屈服强度与抗拉强度的比值（σs/σb或ReL/Rm）称为材料的屈强比。合理的屈强比一般在

6、0.6～0.75之间。4.塑性与塑性指标1）塑性塑性是金属材料断裂前产生塑性变形的能力。2)意义塑性好的金属材料可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过各种压力加工方法（锻造、轧制、冷冲压等）获得形状复杂的零件或构件3）评定塑性的指标（1）断后伸长率断后伸长率是指试样拉断后标距的残余伸长量与原始标距的百分比。用符号δ表示，新标准GB/T228—2002规定用符号A表示。其计算公式如下δ=（L1-L0）/L0×100%（1-4）式中δ———断后伸长率（%）;L1———试样拉断后的标距（mm）;L0———试样的原始标距（m

7、m）。必须指出，同一材料的试样长短不同，测量的断后伸长率略有不同，用短试样测得的断后伸长率略大于用长试样测得的断后伸长率。长试样和短试样分别用δ10和δ5表示（2）断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示，GB/T228—2002规定用符号Z表示。其计算公式如下ψ=（S0-S1）/S0×100%（1-5）式中ψ———断面收缩率（%）;S0———试样的原始横截面面积（mm2）;S1———试样拉断处的最小横截面面积（mm2）。根据断后伸长率和断面收缩率的相对大小，可以判断

8、金属材料拉伸时是否形成缩颈。若材料的断后伸长率大于或等于断面收缩率，则该材料只有均匀变形而无缩颈现象，是低塑性材料;反之，则有缩颈现象，是高塑性材料。第二讲：硬度、韧性和疲劳极限课题：1.硬度及测试方法2.冲击韧性及指标3.疲劳及疲劳极限教学目标：1.使学生了解关硬度的测试方法原理。2.熟悉韧性和疲劳的含义及指标。3.掌握冲击吸收功和疲劳极限的