发布时间 : 星期一 文章《机械工程材料》教案更新完毕开始阅读73efc896dd88d0d233d46a02
课 题：第四节 金属的力学性能（1课时）
教学要求：1.明确低碳钢拉伸曲线的四个典型阶段； 2.理解掌握屈服现象、变形强化。 教学重点：屈服现象，变形强化。 教学难点：屈服现象，变形强化。
教学器材：45钢拉伸试样、45钢拉断后的试样。 教学过程：
【复习】1.什么是弹性变形？什么是塑性变形？它们的根本区别是什么？
2.什么叫应力？应力是如何计算的？常用的单位是什么？45钢的最大应力600
MPa它的含义是什么？ 【导入新课】45钢的最大应力600 MPa是用什么方法测定出来的？通常是将45钢制成标准试样（教师展示45钢拉伸试样），放在拉伸机（课本图1-11）上进行拉伸试验测出来的。 【板书】（四）拉伸试样和拉伸曲线
1．拉伸试样
圆形长试样 L0=10×d0
圆形短试样工 L0= 5×d0
【讲解】d0为试样的原始直径（mm）， L0为试样的原始长度（mm） 【板书】2．拉伸曲线
【讲解】拉伸曲线是指以载荷F为纵坐标，试样伸长量△L为横坐标绘制的曲线，如下图为低碳钢的拉伸曲线。
【板书】（1）低碳钢的拉伸曲线
oe─弹性形变形阶段
试样的伸长量△L和载荷F成正比，试样只发生弹性形变。 es─屈服阶段
试样发生屈服现象，开始产生明显的塑性变形。
屈服现象：载荷保持不变或略有减小而试样的变形继续增加的现象。
sb─强化阶段
试样发生变形强化，产生大量的塑性变形。
变形强化：随着塑性变形的增加，金属材料强度、硬度增大，塑性、韧性下降的现
象。
bZ─缩颈阶段
试样出现缩颈，塑性变形所需的载荷逐渐减小。
【板书】（2）铸铁的拉伸曲线
【讲解】屈服现象并不是所有金属材料都有的，它只存在于低碳钢等塑性材料中，但铸铁等脆性材料既不产生屈服现象，也不会缩颈，因为它们在尚未产生塑性变形时就断了。铸铁的拉伸曲线如下。
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【观察与思考】 与低碳钢的力—伸长曲线相比较，
你认为铸铁的拉伸曲线有哪三无？ 无_______________________________； 无_______________________________；
无_______________________________。
【小结】本节课学习的内容有拉伸试样和拉伸曲线 低碳钢的拉伸曲线： 1．弹性变形阶段 2．屈服阶段 3．强化阶段 4．缩颈阶段
学习重点：屈服现象，变形强化 【作业】
【观察与思考】 1．低碳钢拉伸试验时，发生屈服现象和加工
硬化的载荷有什么不同？ 2．低碳钢制造的机械零件在实际使用中发生 屈服现象有什么危害？
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课 题：第四节 金属的力学性能（2课时）
教学要求：理解并掌握强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 教学重点：强度、塑性及其衡量指标的符号、意义。 教学难点：强度、塑性衡量指标的符号、意义。
教学器材：直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝。 教学过程： 【复习】1.低碳钢的拉伸曲线有哪四个典型阶段？什么是屈服现象？发生屈服现象时的载荷与发生变形强化的载荷有什么区别？
2.什么叫应力？应力是如何计算的？Ｑ235钢的最大应力460 MPa它的含义是什么？
【导入新课】有了前面四部分知识作准备，我们就可以开始学习讨论力学性能的知识了。 【板书】一.强度：金属材料抵抗变形或断裂的能力称为强度。
【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形，观察谁的抵抗能力大。
【讲解】抵抗能力越大，则强度越高。衡量强度大小的指标主要有屈服点和抗拉强度。 【板书】屈服点（σS）：材料产生屈服现象时的最小应力。计算公式如下： Fs σs= So Fs──试样产生屈服现象时的载荷（N）； SO──试样原始横截面积（mm2）； σs──屈服点（MPa）。 【交流与讨论】 1．依据表4-2，查出下表的σs。 10钢 45钢 65钢 碳 钢 （低碳钢） （中碳钢） （高碳钢） σs 【板书】抗拉强度（σb）：材料拉断前所承受的最大的应力。计算公式如下： Fbσb= SoFb──试样承的最大载荷（N）； S0──试样原始横截面积（mm2）； σb──抗拉强度（MPa）。 【交流与讨论】 1．依据表4-2，查出下表的σs、σb。 10钢 45钢 65钢 碳 钢 （低碳钢） （中碳钢） （高碳钢） σs σb 2．45钢制造的机械零件，当工作应力σ工作＞355MPa，甚至σ工作＞600 MPa将发生什么时候危害？ 【讲解】金属材料的屈服点和抗拉强度数值越大，材料的强度越大。机械零件工作时所受的
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应力当超过材料的屈服点时，零件则发生塑性变形，导致零件精度下降；零件工作时当所受的应力超过材料的抗拉强度时，零件则产生过量的塑性变形而造成失效甚至断裂。因此，金属材料的屈服点和抗拉强度是机械设计和选材的主要依据，也是评定金属材料优劣的重要指标。
【板书】二、塑性：金属材料产生永久变形而不破坏的能力称为塑性。 【讲解】衡量塑性好与差的指标主要是伸长率和断面收缩率，它们也是通过金属试样拉伸试验测得的。
【演示】让学生演示直径相同的细低碳钢镀锌钢丝、弹簧钢丝塑性变形，观察谁的塑性好。 【板书】伸长率（ψ） 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率。 L1—L0δ=×100% L0式中 L1──试样拉断后的标距（mm）； L0──试样的原始标距（mm）； δ──伸长率。 【讲解】同一材料的试样长短不同，测得的伸长率是不同的。长、短试验样的伸长率分别用符号δ10和δ5表示。习惯上δ10也常写成δ。 【板书】断面收缩率（ψ）：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称为断面收缩率。 SO—S1 ψ=×100% SO式中 SO──试样原始横截面积（mm2）； S1──试样拉断处的最小横截面积（mm2）； ψ──断面收缩率。 【讲解】金属材料的δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。 【板书】塑性好的金属的实用意义： 塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过塑性变形加工，制成形状复杂的零件； 塑性好的金属在受力过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，使用比较安全。 【拓展视野】 超塑性金属材料 超塑性金属材料是指伸长率大于300%的金属材料。它是1920年德国材料专家 罗森汉在研究锌－铝－铜合金时发现的。超塑性是在特定条件下的一种奇特现象， 超塑性金属材料能像软糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会 断裂。最常用的铝、镍、铜、铁、钛合金，它们的伸长率在200~6000%之间。如碳 钢和不锈钢在150~800%之间，铝锌合金为1000%纯铝高达6000%。 超塑性材料加工具有很大的实用价值。难变形的合金因超塑性变成了软糖状， 从而可以像玻璃和塑料一样，用吹塑和可挤压加工方法制造零件，从而大大节省能 源和设备。超塑性材料制造零件的另一优点是可以一次成形，省掉了机械加工、铆 焊等工序，达到节约原材料和降低成本的目的。据专家展望，未来超塑性材料将在 航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用。 【板书】【例】有一直径为do=10mm，Lo=100mmr的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fs= 21000N，Fb=29000N，d1=5.65mm，,L1=138mmr。求此试样的σs、σb、δ、ψ。
解 （1）计算S0、S1
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