Метали та їх сплави. Чавун, сталь. Практичне застосування.

Тема: Метали та їх сплави.

Мета: пояснити значення металів та сплавів у сучасній техніці, узагальнити галузі застосування металів.

Клас: 8

Вчитель: Пришляк А.М.

Тип урок: комбінований

Обладнання: колекція металічних сплавів.

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Пригадайте

Що називають конструкційним матеріалом?

Які властивості повинні мати конструкційні матеріали?

Які конструкційні матеріали ви знаєте?

V. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Що таке метали і сплави

Не буде жодним перебільшенням стверджувати, що метали становлять основу сучасної матеріальної цивілізації і способу життя. Різноманітні металеві вироби присутні в усіх сферах життя людини. їх широко використовують у будівництві. Спорудження висотних будівель, які є однією з найпомітніших ознак сучасного міста, стало можливим завдяки появі у XIX столітті конструкційної сталі і залізобетону. Метал використовується у транспорті й інфраструктурі (двигуни, корпуси транспортних засобів, залізничні рейки, труби тощо), для генерування й передавання електроенергії та електричних сигналів. Чи не найважливіше, однак, те, що металеві частини й деталі є основою створення машин, механізмів і приладів, за допомогою яких виготовляються як товари і продукти кінцевого споживання, так і інші машини. Вагомість освоєння металів людиною відображено, зокрема, у поділі розвитку людства на доісторичну (кам’яна доба) й історичну епохи - від освоєння металів до сьогодення.

Сплав - тверда або рідка однорідна речовина, утворена сплавленням кількох металів або металів з неметалами. Сплави, як і метали, у твердому стані зазвичай мають кристалічну будову.

У природі метали рідко зустрічаються в чистому вигляді. Також рідко в чистому вигляді їх використовують у технологічних процесах. Це зумовлено складністю очищення металів та тим, що багато сплавів мають кращі властивості, ніж чисті метали. Наприклад, сплави міді - латунь і бронза - міцніші за саму мідь, сплави алюмінію - за чистий алюміній, а сталь - за чисте залізо. Крім того, здатність металів утворювати сплави з широким спектром властивостей дає можливість добирати матеріали, що відповідають конкретним технологічним потребам та економічним умовам.

У давнину і в середні віки вважали, що існує тільки сім металів. Це число відповідало кількості відомих тоді планет: Сонце (золото), Юпітер (олово), Місяць (срібло), Марс (залізо), Меркурій (ртуть), Сатурн (свинець), Венера (мідь). Алхіміки вважали, що ці метали народжуються в надрах Землі під впливом променів планет.

Руда – корисна копалина, природне мінеральне утворення, з якого добувають метали та мінерали.

Пуста порода – частина руди, що не містить металу (мінералу).

Найчастіше у вигляді сплавів застосовується і метал, який можна назвати головним металом людської цивілізації упродовж щонайменше останніх трьох тисяч років. Він має багато корисних властивостей і водночас є достатньо поширеним та відносно легко добувається. Це - залізо (ферум), що у техніці використовується у формах сплавів з вуглецем (карбоном). Залежно від вмісту вуглецю ці сплави називаються чавуном або сталлю.

Чавун - сплав заліза з вуглецем із вмістом вуглецю 2,14-6,67 %.

Сталь - сплав заліза з вуглецем із вмістом вуглецю до 2,14 %.

        ЧАВУН                               Сплав заліза,                                         СТАЛЬ

      Крихкий,                              Стійкий до корозії,                               Не крихкий,

      Тьмяний,                               Сірого кольору,                                    Блискучий,

      Містить вуглець                   Містить домішки                                 Містить вуглець

      більше 1,7%,                         кремнію, кобальту,                              менше 1,7%

      Тріскає від удару                 сірки, фосфору,                                    Від удару не тріскає

                                                     марганцю.

Масова частка заліза в земній корі становить 5,1 %. За цим показником залізо поступається лише кисневі, кремнію та алюмінію. Однак алюміній тяжче добувається і поступається сплавам заліза за деякими важливими механічними і технологічними властивостями.

Важливість заліза та його сплавів з вуглецем у людській діяльності знайшла своє відображення у традиційному поділі на чорні і кольорові метали. До чорних металів належать сплави заліза з вуглецем та деякими іншими речовинами. Особливе місце у металургії посідає марганець, який часто відносять до чорних металів через його широке застосування у виплавленні сталі. Майже 90 % виробництва металів у світі припадає на сплави заліза.

До кольорових металів належить решта металів і сплавів (наприклад, алюміній, мідь, магній, олово, свинець, цинк, нікель тощо та їх сплави).

Ще наочніше протиставлення заліза й усіх інших металів проявляється у класифікаціях, прийнятих у деяких зарубіжних країнах: усі метали там поділяються на «залізні» і «незалізні» (наприклад, у США і Великій Британії - ferrous та non-ferrous metals).

Україна – один з лідерів серед країн – виробників чорних металів у світі. У складі металургійної промисловості України – підприємства з видобутку і збагачення руд чорних і кольорових металів, нерудних матеріа лів, з виробництва чавуну, ста лі, прокату, сталевих труб, метизів, вогнетривів, феросплавів, коксу, з виробництва твердосплавної, вуглецевої, напівпровідникової продукції. Вітчизняна металургія випускає різноманітну продукцію, забезпечує літако- і машинобудівну галузі високоякісним кон струкційним матеріалом.

Таблиця. Використання сплавів

Які є види чавуну і сталі

Чавун. Чавун виплавляють у доменних печах із залізної руди з допомогою палива та флюсів (мінеральних речовин, що сприяють зниженню температури плавлення і відділенню заліза від пустої породи).

За складом і будовою чавуни поділяються на білий, або переробний; сірий, або ливарний, ковкий; спеціальний (феросплави).

Білий чавун дуже твердий і крихкий, погано піддається литтю, важко обробляється різальним інструментом. Він зазвичай іде на переплавку на сталь або на отримання ковкого чавуну і тому називається переробним.

Сірий чавун найбільш широко застосовується в машинобудуванні. Він відзначається низькою пластичністю і в’язкістю, проте легко обробляється різанням, застосовується для маловідповідальних деталей і деталей, що працюють на знос.

Сірий чавун з високим вмістом фосфору (0,3-1,2 %) використовують для художнього лиття.

Спеціальний чавун, або феросплав, має підвищений вміст кремнію і марганцю. Феросплави використовуються при виплавленні сталі для видалення кисню, який є шкідливою домішкою.

Сталь. Сталь отримується шляхом переплавки переробного чавуну або металобрухту. У разі переплавки чавуну зі сплаву видаляється надлишковий вуглець і знижується вміст домішок.

За хімічним складом сталі поділяються на вуглецеві і леговані.

Вуглецеві сталі - це сплави заліза з вуглецем та деякими звичайними домішками. Основним компонентом, від якого залежать властивості отриманої сталі, є вуглець, який підвищує твердість, міцність, пружність, водночас знижуючи пластичність і опірність ударним навантаженням.

Леговані сталі являють собою сплави, які, крім заліза й вуглецю, мають у своєму складі спеціально введені легуючі елементи, зокрема хром, нікель, вольфрам, молібден, марганець, ванадій тощо. Легуючі елементи значною мірою поліпшують властивості сталей .

VІ. Узагальнення та систематизація.

Фронтальна бесіда:

- Що таке металургія?

- Які ви знаєте природні мінерали?

- Чому не всі мінерали можуть називатися рудами?

- Назвіть найбільш поширені руди?

Гра «Вірю – не вірю»:

1. Золото існує в природі тільки у вигляді сполук.
2. З руд добувають кольорові метали.
3. Чорна металургія – це спосіб добування цинку.
4. Кольорова металургія – це спосіб добування заліза та його сплавів.
5. Пуста порода – це небажані домішки у металічних рудах.
6. Цинк оксид називають цинковою обманкою.

ВІДПОВІДІ: «Вірю» - 2, 5; «Не вірю» - 1, 3,4,6 .

VІІ. Домашнє завдання.

Підготувти повідомлення на тему: «Практичне застовування сплавів в різних галузях науки та техніки.»