金属的力学性能

金属材料与热处理教案 学科 金属材料与热处理 第二章第2节 金属的力学性能 审批签字   授课 时数 2 授课 方法 理论讲授＋多媒体演示 教具 实物、多媒体 授课时数 2015年3月12日 授课班级 15级春机械一班 教学 目的 【知识目标】 （1）了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度等力学性能及其测试原理；。 （2）掌握强度、塑性、硬度的定义，并了解它们的作用范围。 【能力目标】 （1）在分析强度、塑性的拉伸试验过程中培养学生观察、分析问题的能力。 （2）在介绍硬度三种类型的试验过程中培养学生逻辑思维、分析问题能力。 （3）课堂小结过程中，培养学生对所学知识的总结概括能力。 【思想目标】 （1）培养学生严谨的学习作风、养成善观察、勤思维的好习惯。 （2）培养学生主动参与的意识和积极探索的精神。 教学 重难点 【重点】（1）强度、塑性、硬度的定义，并了解它们的作用范围。 （2）硬度的三种表达方法。 【难点】（1）强度、塑性的拉伸试验。 （2）硬度的测试原理。 学情 分析 专业主要是初中毕业生，文化普遍基础差，对金属材料很陌生，初次接触专业基础知识很难理解接受，讲课时应该抓住主要知识点，尽可能多地利用媒体演示、教具、实物等手段，采用讲练结合，使学生们在感性认识的基础上，建立、掌握对所学知识的概念和运用方法。 同时在教学过程中，以实例为载体，通过课件动态与实物演示，增强学生学习的兴趣，为学生创造条件，引导学生探究强度、塑性、硬度的定义、试验原理及应用范围。在课堂中通过不断提问引导，提高学生理解和分析能力。 课时分配 1、组织教学（3分钟）2、导入新课（4分钟）3、讲授新课（65分钟） 4、课堂小结 (6分钟)5、布置作业(2分钟) 教法选择 主要采用讲授、练习、分析、讨论、总结、归纳，以及配合播放多媒体课件演示，达到突破重难点，提高教学效率的目的。                     教学环节 时间 教 学 内 容 教法 组织 教学 3分钟 检查学生出勤情况、填写教学日志，调节课堂气氛，集中学生注意力准备上课。打开电脑，调试投影设备。 教师站在讲台喊上课。 导 入 新 课 4 分钟 【导入新课】 1、(用生活中常见的实例进入课题） 提问：展示一个断裂的螺栓 为什么螺栓工作时会断裂？ 2、观看一个断裂的螺栓实物，引入强度的概念。 教师通过展示实物让学生思考教师提出的问题并积极发言。 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 一 ︼ 5 分 钟 §2－2 金属的力学性能 力学性能：金属材料具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力。 所谓强度就是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力，其表示方法一般用应力表示。 根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。抗拉强度是通过拉伸试验（图2-1）测定的。拉伸试验的方法是用静拉力对试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长量，直至试样断裂，根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。 拉伸试验机 拉伸试样的颈缩现象 开门见山，直接引入强度的定义和分类，使学生形成一定的感性认识。 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 二 ︼ 10 分 钟 图2-1 拉伸试验 1、拉伸试样 拉伸试样的形状一般有圆形、矩形和六方等形状。在国家标准(GB／T397—1986)中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的。图2-2所示为圆形拉伸试样。 图2-2 拉伸试样 图中d0是试样的直径，L0为标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样(L0=10d0)和短试样(L0=5d0)两种。 2、力——伸长曲线（图2-3） 图2-3 低碳钢的力——伸长曲线 结论： 教师展示拉伸试样实物，提高学生学习的热情，同时通过动画演示，使学生有更深的认识。 通过静止的图片启发、提问、引导学生，使学生思考教师的问题并积极发言。 教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 二 ︼ 8 分 钟 3．强度指标 (1)屈服强度 在拉伸试验过程中发生塑性变形而力不增加的应力点，用符号 （ ）表示，计算如下： 式中 ——屈服强度，MPa； Fs—试样屈服时最小的载荷，N； So——试样原始横截面积，mm2 对于无明显屈服现象的金属材料，按国标GB／T228—1987规定可用规定产生0.2％残余伸长时的应力作为条件（名义）屈服强度 。 (2)抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号 （ 表示。计算公式如下： 式中 ——抗拉强度，MPa； ——试样拉断前承受的最大载荷，N； ——试样原始横截面积，mm2 二、塑性 材料受力后再断裂之前产生塑形变形的能力称为塑性。 教师将强度指标公式的含义进行分析归纳总结，使学生更容易记忆。 引导学生积极思考，务必熟练掌握屈服强度、抗拉强度的公式及含义这几个重点内容。 教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 二 ︼ 6 分 钟 注释： ——试样原始长度； ——试样拉断后的标距长度。 ——试样原始横截面积； ——试样拉断后缩颈处横截面积。 例题：有一个直径d=100mm，Lo=100mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fs=21kN,Fm=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此试样的 ， ，A，Z。 解：（1）计算 ， 通过例题，练习，加深学生对公式的了解和掌握 课间休息10分钟 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 二 ︼ 6 分 钟 （2）计算 ， ： （3）计算A，Z： 首先教师分析并重点讲解例题，同时板书解题过程。学生积极参与思考，与老师互动 教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 三 ︼ 8 分 钟 三、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。通常，硬度是通过专用的硬度试验机（图2-4）上测得的，硬度测试的方法很多，最常用的有布氏硬度实验法、洛氏硬度实验法和维氏硬度实验法三种。 布氏硬度试验机 洛氏硬度试验机 维氏硬度试验机 图2-4 硬度试验机 1、 布氏硬度 （1）布氏硬度的定义 布氏硬度的测量方法如图2-5所示。用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，测量被测试试表面上所形成的压痕直径d（图2-6），由此计算压痕的表面积S，其单位面积所受平均压力称为布氏硬度值。布氏硬度值是有单位的，其单位为Mpa，但一般不标出，用符号HSW（HBS）表示，即： 注释： HBS(HBW)——用钢球(或硬质合金球)试验时的布氏硬度值； F——试验力，N； S——球面压痕表面积，mm； D——球体直径，mm； d——压痕平均直径，mm。 利用图片演示让同学们有感性认识，然后让学生观察、思考、积极发言，对布氏硬度测量原理和过程进行总结概 教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 三 ︼ 7 分钟 图2-5 布氏硬度的测量（动画演示） （2)布氏硬度的表示方法 用符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表 示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:170HBW10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为170。 图2-6 压痕直径的测量 （3）布氏硬度应用特点 优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。 缺点：压痕面积较大，测量费时。 应用： 常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。不适于测量成品零件或薄件的硬度。 演示动画使学生更加深刻的认识布氏硬度的测量过程，同时通过前面的的分析，举例一布氏硬度的标记，叫学生回答它的含义，增强学生感性认识，让学生理解枯燥的概念。           教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 讲 授 新 课 ︻ 知 识 点 三 ︼ 10 分钟 2、洛氏硬度 （1）洛氏硬度的定义 洛氏硬度是目前应用范围最广的硬度实验方法，它是用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值，其测量方法如图2-7。 （2）洛氏硬度的表示方法 硬度标尺 压头类型 总试验力/N HRC 120o金刚石圆锥体 1471.0 HRB Φ1.588mm钢球 980.7 HRA 120o金刚石圆锥体 588.4       硬度标尺 硬度值范围 应用举例 HRC 20~67HRC 一般淬火钢件 HRB 25~100HRB 软钢、退火钢、铜合金 HRA 60~85HRA 硬质合金、表面淬火钢       2-7 洛式硬度的测量（动画演示） HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小 （3）洛氏硬度应用特点 优点：测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。 缺点：测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。 应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法。可用于成品检验和薄件表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。 通过动画演示，使学生对洛氏硬度的测量从感性认识上升到对知识的掌握。         教学环节 时间 教 学 内 容 教法 设计 课堂 小结 5 分钟 1、强度性能指标 要求了解强度的概念，掌握拉伸试样、力伸长曲线的各阶段和强度指标（包括屈服强度和抗拉强度的计算）。 2、塑性指标： 要求了解塑性的概念，掌握伸长率和收缩率的计算公式。 3、硬度指标： 要求了解硬度的概念，掌握布氏硬度和洛式硬度的测量方法、表示方法以及它们的应用特点 教师对本次课重点内容再次总结，巩固学习，学生整理笔记，在上打记题号。 布置作业 2 分钟 1、解释概念： 、 、A 、HRC。 2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放，钟表发条可能发生什么变形？ 3、拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？ 培养学生预习的习惯 课后反思 本节内容与生产生活实际有着紧密的联系，为提高学生的听课积极性，我大量运用了图片、动画、视频等多媒体素材，以增加课堂的生动性和直观性。引导学生探究强度、塑性、硬度的定义、试验原理及应用范围。在课堂中通过不断提问引导，提高学生理解和分析能力。用最浅显的语言对有关概念和原理进行分析讲解，方便学生理解。从学生听课反应和课堂提问情况来看，绝大多数学生都被调动起来了，思维比较活跃，课堂练习也比较积极，达到了预期的教学效果。但是也有少数学生思维不够开阔，不能够举一反三，还需在今后的教学中多加引导和训练。 板书设计 导入新课： 讲授新课： §2－2 金属的力学性能 所谓强度就是指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。 1、拉伸试样 拉伸试样的形状一般有圆形、矩形和六方等形状。 试样可分为长试样(L0=10d0)和短试样(L0=5d0)两种。 2、 力——伸长曲线（图2-3） 1、 弹性变形阶段 2、 屈服阶段 3、 强化阶段           板 书 设 计 4、 缩颈阶段 3．强度指标 (1)屈服强度 (2)抗拉强度 二、塑性 材料受力后再断裂之前产生塑形变形的能力称为塑性。 三、硬度 最常用的有布氏硬度实验法、洛氏硬度实验法和维氏硬度实验法三种。 1、 布氏硬度 （1）布氏硬度的定义 (2)布氏硬度的表示方法 用符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表 示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:170HBW10/1000/30 （3）布氏硬度应用特点 优点： 缺点： 应用： 2、洛氏硬度 （1）洛氏硬度的定义 测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值 （2）洛氏硬度的表示方法 HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小 （3）洛氏硬度应用特点 优点： 缺点： 应用：       继续阅读