汽车机械基础教案项目一

教学目标知识目标：能力目标：

教学重点教学难点

教学手段

教学学时理实一体

实物讲解

小组讨论、协作

6 课时

教学内容与教学过程设计注释

模块一汽车工程材料

单元 1 金属材料的性能

【学习目标】

1.了解材料弹性变形和塑性变形的特点；

2.掌握材料强度、硬度、塑性的概念、应用并了解其测定方法；

3.了解材料疲劳破坏的机理；

4.了解疲劳极限和冲击韧度的意义；

5.了解材料的物理、化学与工艺性能。

【知识导入】

由于具体的汽车零件在汽车上的作用和功能各不相同，于是对其材料的性能要求也不尽相同。汽车零件对材料的性能要求主要包括材料的使用性能和工艺性能两方面。材料在使用中所表现的性能称为材料的使用性能，包括材料的物理性能、化学性能和力学性能；材料在加工过程中所表现的性能称为材料的工艺性能，包括材料的铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。图1-2 所示为汽车金属材料的主要性能，汽车非金属材料的性能指标与金属材料基本相同或者相似。

密度、熔点、

物理导电性、导热

热膨

耐

抗氧

强度、刚

塑性、

疲劳

铸造

锻造

焊接

切削

热处

图1-2 汽车金属材料的性能

课题 1 金属材料的力学性能案例导入，引起学生兴趣。

汽

车

金

属

材

使用

工艺力学化学

力学性能是汽车零件材料选择的主要依据，是材料所有性能中最为基本和重要的性能。

材料的力学性能是指在外力的作用下所表现出来的特性，常用的力学性能指标主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳极限等。

一、强度和塑性

二、硬度

硬度实际上是指金属表面一个小的或者很小的体积内反抗弹性变形、塑性变形或者反抗

破裂的一种抗力。硬度能够反映出金属材料在化学成份、金相组织和热处理状态上的差异，是检验产品质量、研制新材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的检测性能指标之一。同

时硬度试验是金属力学性能试验中最简便、最迅速的一种方法。

三、冲击韧度

机械零部件在工作过程中不仅受到静载荷或者变载荷的作用，而且还会受到不同程度的

冲击载荷的作用，如内燃机的活塞销与连杆、锻锤的锤杆、冲床的冲头等。金属在受冲击时，

应力分布与变形很不均匀，所以，在设计和创造承受冲击载荷作用的零件和工具时，仅考虑

静载荷强度指标是不够的，还必须考虑所用材料的冲击韧度。冲击韧度是指材料反抗冲击载

荷作用的能力。

四、疲劳极限

许多机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)和工程结构都是在变应力下工作的，它们工作时所

承受的应力通常都低于材料的屈服点。材料在循环应力和应变作用下，在一处或者几处产生

局部永久性积累损伤，经一定循环次数后产生裂纹或者蓦地发生彻底断裂的过程称为材料的

疲劳。疲劳失效与静载荷下的失效不同，断裂前没有明显的塑性变形，发生断裂也较蓦地。这种断裂具有更大的危（wei）险性，往往造成重大事故。据统计，大部份机械零件的失效

是由金属疲劳造成的。反映材料抗疲劳性能的指标是疲劳极限。

课题 2 金属材料的物理、化学与工艺性能

一、物理性能

金属材料的物理性能是指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀

性和磁性等。

由于机器零件的用途不同，对金属材料的物理性能要求也有所不同。例如，飞机零件是

用密度小、强度高的铝合金创造，这样可以增加有效载荷；创造汽车发动机活塞，要求材料

具有较小的热膨胀系数；创造变压器用的硅钢片，要求具有良好的磁性。

二、化学性能

金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现出的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和

化学稳定性等。

1.耐腐蚀性

2.抗氧化性

3.化学稳定性

三、工艺性能

金属材料的工艺性能是指材料加工成型获得合格产品的难易程度。工艺性能往往是由物

理性能、化学性能和力学性能综合作用所决定的，不能简单用一个物理参数来表示。按照加

工工艺的不同，工艺性能可分为铸造性能、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理性能等。

1.铸造性能

2.锻造性能

3.焊接性能

4.切削加工性能

5.热处理性能

单元小结

1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。

2.使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。常用的力学性能包括强度、硬度、塑 性、韧性等。

3.材料的力学性能指标σe 、σ s 、σ 0.2、σ b 、σ -1、δ、 HBW 、HRC 等是汽车零件设计、 创造、使用的重要依据。

4.金属材料的硬度常用布氏硬度值和洛氏硬度值表示。

5.金属材料的工艺性能是指材料加工成型获得合格产品的难易程度。材料的工艺性能包 括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。

复习思量题

一、填空题 图解相关性。 1.材料常用的塑性指标有 和 两种。

2.检验淬火钢成品件的硬度普通用 硬度，而布氏硬度合用于测定 的硬 度。

3.材料的工艺性能是指 性， 性， 性， 性， 性。

4.表征材料反抗 载荷能力的性能指标是冲击韧度，其单位是 。 二、判断题

1.所有金属材料均有明显屈服现象。 ( )

2.同种材料不同尺寸试样所测得的伸长率相同。 ( )

3. σb 是机械零件的设计和选材的主要依据之一，是主要的强度指标。 ( )

4.拉伸试验可测量材料的强度和硬度。 ( ) 三、问答题

1.什么是金属材料的力学性能?根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?

2.什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?

3.什么是硬度?HB 、HR 各代表什么硬度?

4.l50HBS ，70HRC 分别表示什么意思？

5.什么是冲击韧性?用什么符号表示?

6.什么是疲劳现象?什么是疲劳强度?

7.长期工作的弹簧蓦地断裂，属于哪种问题?与材料的哪些性能有关?

8.大能量冲击和小能量多次冲击的冲击韧性， 各取决于金属材料的哪些力学性能指标?

流程说明。