金属材料与热处理

ω金属材料与热处理教案汉寿职业技术学校吴健教案（一）课题：金属的物理性能、化学性能教学目的：1、了解和掌握金属的物理性能它所包含的内容，以及变化特性。2、了解和掌握金属的化学性能它所包含的内容，以及变化特性。教学重点：1、物理特性：密度、熔点、导热性、导电性、磁性；2、化学特性；耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性；课型：新课主要教学或训练方式：讲述课时：2课时一、金属的物理性能1、物理性能：是金属材料本身固有的一些属性。1）密度：在一定的温度，单位体积材料的质量。2）熔点：金属材料熔解的温度。熔点越高，在制造高温下工作的构件越有限优势。3）导热性：金传导热或散热的能力，用导热率表示。金属的热导率越大，则金属的导热性越好，越适应用来制造热交换器等传热设备的零件。常用金属的物理性能比较物理性能物理性能比较密度/(kg/L)金铅银铜铁锰铝19．3211。3410。538。927。87。342。70熔点/（°C）钨铁锰金银铝锡3380153812441064960660232导热性-热导率银铜铝镁铁锡铅锰418.6393.5221.9153.775.462.834.84.98(－192°C)导电性-电阻率银铜铝镁钨铁铅锰1.51.67(20°C)2.664.475.19.720.68185(20°C)4）导电性：金属内部电子的移动，材料的导电性能用电阻率表示。电阻率越大金属的导电性越差。金属的电阻率常会随温度升高而增加，使金属的导电性和电阻热发生变化。5）磁性：金属在磁场中磁化或磁性强弱反应的能力。金属的磁化分三种：（1）铁磁性材料：在外磁场中能磁化的材料。（2）抗磁性材料：在外磁场中能抵抗或消弱被磁化的材料。（3）顺磁性材料：在外磁场中能微弱被磁化的材料。2．金属的化学性能化学性能；是指在其服役条件下抵抗各种化学介质作用的能力。1）耐腐性：抵抗各种化学介质作用而不被腐蚀的能力。2）抗氧化性：在高温下抵抗氧化的能力。3）化学稳定性：是金属耐蚀性和抗氧化性的总称。课堂小结：作业：教案（二）课题：金属材料的力学性能教学目的：1、了解掌握强度的含义、特性及应用、试验的方法；2、了解掌握塑性的含义、特性及应用、试验的方法；3、了解掌握硬度的含义、特性及应用、试验的方法；4、了解掌握冲击韧度的含义、特性及应用、试验的方法；5、了解掌握疲劳强度的含义、特性及应用、试验的方法；教学重点：1、强度的含义、特性及应用、试验的方法；2、塑性的含义、特性及应用、试验的方法；3、硬度的含义、特性及应用、试验的方法；4、冲击韧度的含义、特性及应用、试验的方法；5、疲劳强度的含义、特性及应用、试验的方法；课型：新课主要教学或训练方式：讲述课时：2课时金属材料的力学性能是金属材料受外力（载荷）作用时所表现出抵抗损伤的能力。材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。载荷分：1、静载荷；2、冲击载荷；3、交变载荷；一、强度是金属在静载荷作用下，抵搞永久变形（塑性变形）和断裂的能力。1、拉伸试样：2、拉伸曲线分析：（A）oe—弹性变形阶段：曲线近乎为直线，伸长量与载荷成正比，此时如卸载，试样可恢复原来形状和尺寸，Fe表示。（B）es—屈服阶段：载荷继续增加时，试样将产生塑性变形（不可恢复的变形）并逐渐明显。在载荷达到Fs时，曲线上出现水平或锯齿线段，表明载荷不增加或略有增减，而试样仍继续伸长，此现象为屈服。（C）sb—强化阶段：屈服阶段后，试样塑性变形增大，承受载荷的能力也随之增加，材料进入了强化阶段。这种随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度的提高而塑性、韧性下降的现象，为形变强化。（D）bz—缩颈、断裂阶段：当载荷过到至最大值Fb后，试样某处横截面发生局部收缩，即出现缩颈，当达至z点时，试样在缩颈处被拉断。3、强度指标金属受载荷作用时，为抵抗变形或断裂，在材料内部作用着现外力相时抗的力称为内力。拉伸、压缩载荷下，横截面上的应力计算公式：σ（应力）=F（外力）/S（截面积）（单位Pa或MPa）1、屈服点：指试样试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。用σs表示σs=Fs/So式中Fs——试样产生屈服时的载荷（N）So——试样原始横截面积（mm²)许多金属材料（如铸铁、高碳钢）在拉伸时没有明显的屈服现象用残余伸长应力σ0.2表示，σ0.2是试样拉伸后，其标距部分残余伸长达到0.2%时的应力，也称屈服强度σ0.2=F0.2/SO式中F0.2——试样残余伸长达到0.2%时的载荷。SO——试样原始横截面积（mm²)σs或σ0.2表示材料抵抗塑性变形的能力，其数值越高，材料抵抗塑性变形能力越大，工件试用工作应力越高，承载能力越强。σs或σ0.2是评定金属力学性能的主要指标是设计和选材的重要依据。2、抗拉强度：指试样被拉断前能承受的最大应力用σb表示。σb=Fb/So式中Fb——试样拉断前能承受的最大应力So——试样原始横截面积（mm²)σb表示材料抵抗断裂的能力。数值越高，材料抵抗断裂能力越大。工件的工作应力是不允许超过抗拉强的，否则会产生断裂，它是机械零件设计和选材的重要依据。3、形变强化：是材料在塑性应形时产生强、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。是强化材料的重要手段之一。二、塑性是脂材料断裂前产生永久变形（塑性变形）的能力。伸长率、断面收缩率来评价。1、伸长率：指试样拉断后标距的伸长与原始标距百分比，用δ表示。δ=(L1－LO)/LO×100%,式中L1——试样拉断后的标距(mm).。LO——试样原始标距(mm)。同一材料标距长度不同，其伸长率镇不同，不能直接比较，长的用符号δ10，短的用符号δ5。2、断面收缩率：指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用ψ表示。ψ=(SO－S1)/SO×100%,式中SO——试样原始标距(mm)。S1——试样拉断后的缩颈处的最小横截面积(mm²).。金属材料塑性评价用σ、ψ，来说明，当其值越大，金属材料的塑性越好。ψ、σ一般不能用于工程计算。课堂小结：作业：教案（三）课题：金属材料的力学性能教学目的：1、了解掌握硬度的含义、特性及应用、试验的方法；2、了解掌握冲击韧度的含义、特性及应用、试验的方法；3、了解掌握疲劳强度的含义、特性及应用、试验的方法；教学重点：1、硬度的含义、特性及应用、试验的方法；2、冲击韧度的含义、特性及应用、试验的方法；3、疲劳强度的含义、特性及应用、试验的方法；课型：新课主要教学或训练方式：讲述课时：2课时一、硬度是评价材料软硬程度的指标，是材料抵抗局部变形、特别是塑性变形，压痕或划痕的能力。硬度试验方法常用的方法1、布氏硬度1）测量原理：用直径为D淬火钢球（符号为HBS）或硬度合金球（符号HBW）做压头，以相应载荷压试样表面，经保持规定的时间后卸除载荷，得到一直径为D的压痕，再用载荷除以压痕表面积。布氏硬度值的计算公式：HBS（HBW）=F/S。式中S——压痕表面积（mm²）F——作用在工件上的载荷（kgf式N）2）表示方法：硬度值——硬度符号——试验条件（依次为：D，F及载荷保持时间，10-15S不标注）。例：120HBS10/100/30、表示用直径10mm的淬火钢球为压头，在1000kgf（式9.807N）载荷作用下保持30s，所测得的布氏硬度值为120；538HBW5/750表示用直径为5mm的硬抟合金压头在750kgf（式7355N）载荷作用下保持10～15s。所测得布氏硬度什为538。3）优缺点优：压痕较大，准确缺；操作麻烦、压痕较大。2、洛氏硬度1）测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为非作歹1.588MM淬火钢球为压头，在初载荷主载荷先后作用下，将压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除主载荷，以测量的压痕深度来确定洛氏硬度值。2）表示方法硬度值—硬度符号+标尺常用HRA、HRB、HRC三种。例70HRC、70HRA3）优缺点优：操作简便、压痕小，可直接测量；缺：不够准确。3、维式硬度1）测试原理与布式硬度试验相同。2）表示方法硬度值—硬度值符号HV—试验条件。3）优缺点优：压痕较浅。缺：工作效率不如洛氏硬度。二、冲击韧度在短时间内以较高的速度作用在零件上的载荷称为冲击载荷。金属材料抵抗冲击载荷而不破断的能力，称为冲击韧度。1、测试原理冲击韧度越大，表示材料在大能量的冲击载荷作用下抵抗破坏的能力越强。生产中一般把冲击韧度什低的材料称为脆性材料，值高的称为韧性材料。脆性材料在断裂前没有明显的塑性变形，断口较平整，呈晶状，有限金属光泽。韧性材料在断裂前有明显的塑性变形，断口呈纤维状，无光泽。2、试验的用途冲击韧度值实际上是没有明确物理意义的，它是一个由强度和塑性共同决定的综合力学性能指标。1）评定材料的低温变脆倾向，测定材料的韧脆转变温度。2）反映材料的冶金质量和加工产品质量。3、小能量多次冲击试验实践证明：小能量多次冲击条件下，零件冲击抗力主要取决于材的强度和塑性。.三、疲劳强度金属材料经受无限次循环应力（或交变载荷）而不发生断裂的最大应力值为疲劳强度。1、疲劳现象零件在工作时，其所承受着大小、方向或大小、方向随时间发生周期性变化的载荷称为交变载荷。交变载荷下工作的零件，因损伤劳累，在工作应力低于其屈服强度的情况下发生突然断裂，称为疲劳断裂。2、疲劳断裂的特点（1）无明显的塑性变形预兆，突发，、险性大。（2）引起断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点。（3）疲劳断口主要由三个部分组成：疲劳策源地、裂纹扩属区、瞬时断裂区。3、疲劳断裂的原因零件表面或内部有缺陷，使局部应力大于屈服点，在循环应力作用下易产生微裂纹，并随着循环周次的增加裂纹不断扩展，使零件的有限效承载面积不断减小，最后减小到不能承受外加载荷的作用零断裂三个阶段。4、疲劳曲线与疲劳极限金属材料所承受交变应力愈大，，则疲劳断裂前所受应力循环次数越少，反之越多。交变应力A与疲劳寿命N的关系曲线图为疲劳曲线。疲劳强度是指材料经受无限次循环应力鸸不发生断裂的最大应力值。5、提高疲劳强度的途径除了与选用材料本性有关外；1）改善零件结构的形式。避免尖角、缺口、截面突变；2）降低零件的表面粗糙度，提高表面加工质量；3）采取表面强化处理；课堂小结：作业：教案（四）课题：金属的工艺性能教学目的：1.了解掌握铸造性能的含意；2.了解掌握锻造性能的含意；3.了解掌握焊接性能的含意；4.了解掌握切削加工性能的含意；教学重点：1.铸造性能的含意；2.锻造性能的含意；3.焊接性能的含意；4.切削加工性能的含意；课型：新课主要教学或训练方式：讲述课时：2课时金属材料的工艺性能是指金属材料用各种加工方法获得优质零件的能力。直接影响到零件制造工艺和质量。一、铸造性能金属及合金利用铸造加工方法而获得优良铸造的能力为铸造性能。常用流动性、收缩性、偏析倾向等综合评价。当流动性好、收缩性小、2鹿茸析倾向低时，材料铸造性能好。不同的材料铸造性能不同，同种材料中靠搂共晶点的合金铸造性能好。二、锻造性能金属材料利用压力加工时获得优质锻件的能力为锻造性能。常用塑性和变形抗力来综合评价。塑性越好，变形抗力越小，零件成形容易，宜于模膛充满，变形功消耗小，金属的锻造性能就越好。三、焊接性能金属材料利用焊接加工的方法获得优质焊缝的能力为焊接能力。低碳钢具有良好的焊接性能。四、切削加工性能金属材料利用切削加工方法获得优质零件的能力为切削加工性能。常用切削抗力大小，表面粗糙度、断屑难易程度及刃具磨损大小来衡量。课堂小结：作业：一、填空题1．制造机械零件选择金属材料时，常需要考虑金属材料的（），（）和（）等是否满足要求。当零件与工作条件不能适应，常出现有断裂、变形、及磨损现象，使其无流按预定效能工作，此现象称为（）。2．金属的使用性能主要表现有（）、（）、（）等。3．金属材料的力学性能是指金属材料受外力作用时（）的能力。4．金属材料强度评价常用（或）和（），它们常是零件设计、选材的重要依据。而塑性的评价则用（）和（），它们一般不能直接用在零件设计中，但为保正零件使用的安全性，金属材料应珍有一定的塑性。5．提高零件疲于疲命极限的途径主要有（）、（）、（