1-2金属材料的性能

1、1.2金属材料的性能课题金属材料的性能教学目标一、知识目标了解金属材料的性能。二、能力目标通过了解金属材料的性能，了解常用金属材料的使用范围、力口 工方法。三、素质目标提高学生对金属材料基本知识的了解，了解机器零件选材的主 要依据，能合理选择零件材料。教学重点1. 金属材料的使用性能。2. 金属材料的工艺性能。教学难点1. 金属材料的力学性能。2. 金属材料的工艺性能。教学方法讲授法、互动法。学生分析金属材料的使用性能决定了它的使用范围，学生对机械了解得很 少，讲课时要注意联系学生常见的机器，分析零件性能，对材料的要 求，引起学生的兴趣和爱好。教学安排2学时教学过程一、导入新课材料是机器的物质基础。零件有强度和使用寿命的要求，不同的 零件需要选用不同的材料。金属材料的性能是选择材料的主要依据。二、讲授新课（一）概述1. 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能。2. 工艺性能指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下表现 出来的性能。3. 使用性能指金属零件在使用条件下金属材料表现出来的性能。使用性能包 括物理性能、化学性能和力学性能。（二）金属材料的物理性能是金属所固有的属

2、性，包括密度、熔点、导热性、热膨胀性、导 电性和磁性等。1. 密度金属的密度是单位体积金属的质量，单位为kg/m3。根据密度的大小，金属材料可分为轻金属和重金属。（1）轻金属：密度小于4.5g/cm3的金属，如铝、钛等。（2）重金属：密度大于4.5g/cm3的金属，如铁、铜等。密度是金属材料的一个重要物理性能，与材料的使用和检测等都 有关系。例如在航空工业和汽车工业中，为了增加有效载重量，密度 是需要考虑的重要因素。2. 熔点金属从固态向液态转变时的温度称为熔点，单位为。C。各种金属都有其固定熔点，如钢的熔点为1538C，铅的熔点为 323C。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合金等都很重要。易熔金 属及合金可用来制造熔断器和防火安全阀等零件；难熔金属及合金则 用来制造要求耐高温的零件，广泛用于飞船外壳、火箭、导弹、燃气 轮机和喷气飞机等耐高温零件。（1）低熔点金属：熔点低于1000C的金属。（2）中熔点金属：熔点在1000C2000C的金属。（3）高熔点金属：熔点高于2000C的金属。3. 导热性金属材料传导热量的能力称为导热性，一般用热导率（导热系数） 入表示。热导率大的金属材料导热性

3、能好，导热性好的金属散热也好，金 属材料的导热性比非金属材料好。金属的导热性以银为最好，铜、铝 次之。4. 热膨胀性金属材料在受热时体积会增大，冷却时则收缩，这种现象称为热 膨胀性，常用线胀系数a 表示。在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响，例如一些精密测量工 具就要选用膨胀系数较小的金属材料来制造；铺设铁轨、架设桥梁、 金属工件加工过程中测量尺寸等都要考虑到热膨胀的因素。5. 导电性金属材料传导电流的能力称为导电性。各种金属材料的导电性各不相同，以银为最好，铜、铝次之，工 业上用铜、铝做导电的材料。导电性差的高电阻金属材料，如铁铭合 金、镍铭铝、康铜和锰铜等用于制造仪表零件或电热元件，如电炉丝。6. 磁性金属导磁的性能称为磁性铁、钻等为铁磁性材料，用于制作变压器、电机的铁芯和测量仪 表零件等；锰、铭、铜、锌为无磁性或顺磁性材料，用做要求避免磁 场干扰的零件。（三）金属材料的化学性能指金属在化学作用下所表现的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化 学稳定性等。1. 耐腐蚀性金属材料在常温下氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力。腐蚀对金属材料危害很大，每年都有大量的钢铁被锈蚀，严重时 还会使金

4、属构件遭到破坏而引发重大事故，特别是在腐蚀介质中工作 的金属材料制件（如制药、制酸、制碱等化工设备），必须考虑金属 材料的耐腐蚀性能。2. 抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力。金属材料在加热时，氧化作用加速，如钢材在锻造、热处理、焊 接等加热作业时，会发生氧化和脱碳，造成从材料的损耗和各种缺陷。 因此，在加热坯件或材料时，常在其周围形成一种还原气体或保护气 体，以避免金属材料的氧化。3. 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温 下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。（四）金属材料的力学性能指金属材料在力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、 硬度、韧性、疲劳强度等。1. 强度强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。由于出来承受载荷的方式不同，其变形形式也不同，所以材料的 强度又分为抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗扭等强度，其中最常用的是 抗拉强度或强度极限。b强度极限。可以通过拉伸试验测定，表示材料在拉伸条件下所 b能承受的最大应力，是机械设计和选材的主要依据之一。2. 塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生

5、永久变形而不破坏的能力。 塑性指标用伸长率。和断面收缩率甲来表示。5、甲值越大，表示材料的塑性越好。5 N5%的材料为塑性材 料，5 5%的材料为脆性材料。材料具有塑性才能进行压力加工， 如汽车外壳、不锈钢用品等。3. 硬度硬度是衡量金属材料软硬的一个指标，指金属材料抵抗其他更硬 物体压入其表面的能力，是金属材料表面抵抗变形或破坏的能力，是 材料塑性、强度等性能的综合体现。布氏硬度（HB），用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢及调 质钢的硬度。洛氏硬度（HR），应用最广，常用于测定工件的表面硬度，如淬 火钢。维氏硬度（HV），应用较少，用于测定薄壁工件。4. 韧性金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。材料的冲击韧性一般在摆锤冲击试验机上测试，测得试样在冲断 时断口单位面积所消耗的冲击吸收功，称为冲击韧度或冲击值，用 气表示，单位为J/cm2。5.疲劳强度金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为 疲劳强度或疲劳极限。一般规定，钢在经受107次、有色金属经受108次交变载荷作用 时不产生断裂的最大应力称为疲劳强度。当施加的交变应力是对称循 环变化时，所得的疲劳强度用。_1表示。

6、由于疲劳断裂是突然发生的，具有很大的危险性，所以要选择抗 疲劳强度较好的材料来制造承受交变载荷的机器零件，如轴、齿轮、 弹簧等。（五）金属材料的工艺性能指金属材料在各种加工条件下表现出来的适应能力，包括铸造性、 锻压性、焊接性和可加工性等。1. 铸造性金属材料能否用铸造方法制成优良铸件的性能，称为铸造性或可 铸性。铸造性能主要决定于金属材料熔化后金属液体的流动性、冷却时 的收缩率等。不同的金属材料，其铸造性能差异较大。常用金属材料 中，灰铸铁具有优良的铸造性能，铸钢的铸造性低于铸铁，铸造铝合 金和铸造铜合金的铸造性也较好。2. 锻压性金属材料能否用锻压方法制成锻压件的性能，称为锻压性或可锻 性。锻压性一般与材料的塑性及其塑性变形抗力有关。在一般情况下， 材料塑性好，变形抗力小，则锻压性也好。低碳钢的锻压性最好，中 碳钢次之，高碳钢则较次。低合金钢的锻压性近似于中碳钢，高合金 钢的锻压性比碳钢差。3. 焊接性金属材料在一定焊接条件下，是否易于获得优良焊接接头的能力 称为焊接性或可焊性。焊接性取决于焊缝是否产生裂纹、气孔等，焊接性能好的材料易 于用一般的方法焊接，焊接时不易产生裂纹、气孔等缺陷。焊缝接头 有一定的力学性能。低碳钢有较好的可焊性，高碳钢较差，铸铁则更 差。铜、铝合金的可焊性一般都比碳钢差。4. 可加工性金属材料切削加工的难易程度称为可加工性或切削加工性。可加工性好的金属材料，在切削加工时刀具磨损小，加工表面好。 一般认为，硬度过高或过低的金属材料，其切削加工性能较差。切削 时切屑易于折断，也表明材料切削加工性好。三、小结金属材料的性能是选择材料的依据，分为使用性能和工艺性能两 大类。使用性能包括物理性能、化学性能和力学性能。物理性能包括密 度、熔点、导热性、热膨胀性、导电性和磁性等；化学性能包括耐腐 蚀性、抗氧化性和化学稳定性等；力学性能包括强度、塑性、硬度、 韧性、疲劳强度等。工艺性能包括铸造性、锻压性、焊接性和可加工性等。四、布置作业练习册

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