Методична розробка з матеріалознавства "Тверді сплави"

Методична розробка уроку з матеріалознавства

 на тему: «Тверді сплави»

Методична мета: показати методичні прийоми використання  інноваційних  технологій на уроках матеріалознавства, а саме -  інтерактивної лекції з використанням ІКТ та технології проблемного навчання.

Мета уроку:

навчальна – сформувати знання учнів про тверді сплави;

розвиваюча - сприяти формуванню в учнів навичок технічного мислення; виховувати  відповідальність за результати виконання завдань; 

виховна – сприяти розвитку комунікативних умінь, взаємоповаги.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Вид уроку: інтерактивна лекція.

Методико – дидактичне забезпечення: презентація «Тверді сплави», відеоролик «Обробка різанням різцями з пластинами з твердих сплавів», відеоролик «Кріплення твердосплавної  пластини до державки різця»,   опорний конспект (див. додаток 1); тестові завдання (див. додаток 2).

Міжпредметні зв’язки: «Спецтехнологія», «Хімія».

 

СТРУКТУРА УРОКУ

 

№	Структурні компоненти уроку	Методи і прийоми	Час
І	Організаційна частина		2 хв
ІІ	Повідомлення теми та очікуваних навчальних результатів		1 хв
ІІІ	Мотивація навчальної діяльності учнів	Перегляд відеоролика Бесіда з учнями	7хв
ІV	Актуалізація опорних знань учнів	Фронтальне опитування Доповідь учня	15 хв
V	Вивченні нового матеріалу	Інтерактивна лекція	32 хв
VІ	Узагальнення і систематизація нових знань	Вирішення проблемної ситуації Тестування з теми Взаємоперевірка тестових завдань Обговорення питань разом з викладачем	20 хв
VІІ	Підбиття підсумків уроку.	Оцінювання роботи учнів	2 хв
VІІІ	Повідомлення домашнього завдання	Інструктування щодо виконання домашнього завдання	1 хв

 

 

 

ХІД УРОКУ

 

І. ОРГАНІЗАЦІЙНА ЧАСТИНА

 

1. Вітання, перевірка наявності учнів.

2. Перевірка готовності учнів до уроку.

3. Пояснення оцінювання на уроці: протягом уроку учень отримує дві оцінки, одну за активну роботу на уроці, другу за виконання тестового завдання. Підсумкова оцінка за урок є середнім балом цих двох оцінок.

 

 

ІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ ТА ОЧІКУВАНИХ НАВЧАЛЬНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

 

   Слайд 1

 

 Після цього уроку ви зможете:

• визначати хімічний склад твердих сплавів за їх маркою;
• встановлювати зв'язок між складом та властивостями цих сплавів;
• визначати галузь застосування всіх груп твердих сплавів.

 

ІІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

 

 Викладач

 

Обробка різанням – основний спосіб виготовлення більшості деталей машин і приладів.

 

Відео «Обробка металів різанням"

 

 Бесіда з учнями

 

  Слайд 2

 

  Для багатьох видів різального інструменту характерні тяжкі умови експлуатації:  високі напруги, нагрів.

  Різальний інструмент у процесі роботи є під впливом  дуже високих контактних напруг, при цьому створюються умови, близькі до всебічного нерівномірного стиску. У такому стані матеріал схильний до пластичного деформування, що збільшується нагріванням. Опір матеріалу великим  пластичним деформаціям характеризується  твердістю. А здатність матеріалу зберігати твердість при нагріванні – теплостійкістю. Ми вже вивчили інструментальні сталі, і знаємо, що максимальну теплостійкість мають швидкорізальні сталі, вони зберігають високу твердість при нагріванні до температур понад 600⁰С. Сьогодні ми будемо вивчати матеріали, теплостійкість яких близька до 1000⁰С. Це тверді сплави.

 Використовуючи ці матеріали для виготовлення ріжучих інструментів,  можна  підвищити ефективність  роботи  різальних інструментів, а в кінцевому результаті і  продуктивність   праці  при  обробці  матеріалів  різанням.

 

 

ІV. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

 

1. Доповіді учнів

 За тиждень до уроку учням було видане завдання: підготувати повідомлення про тугоплавкі метали, які входять до хімічного складу твердих сплавів, а саме про вольфрам, титан, тантал.

 Завдання для учнів на уроці: уважно прослухати виступи учнів та записати в зошит температури плавлення тугоплавких металів, про які будуть розповідати доповідачі.

2. Фронтальне опитування

• Назвіть температури плавлення вольфраму, титану, танталу.
• Зрівняйте температури плавлення вольфраму, титану, танталу з температурою плавлення  заліза.
• Сформулюйте визначення тугоплавких металів.
• Які з’єднання називаються карбідами?  - нітридами?

 

V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

План

1. Основні відомості про тверді сплави
2. Вольфрамові тверді сплави
3. Титановольфрамові тверді слави
4. Титанотантало-вольфрамові тверді сплави
5. Безвольфрамові тверді сплави
6. Маркування  твердих сплавів  згідно з нормами ІSО

1. Основні відомості про тверді сплави

 

  Слайд 3

 Спечені тверді сплави виготовляють методами порошкової металургії з дрібних порошків карбідів (хімічне з’єднання вуглецю з металами) тугоплавких металів (вольфраму, титану, танталу) і зв’язуючого металу (кобальту) за технологією, що нагадує виготовлення керамічних виробів, і тому їх ще називають металокерамічними. Суміш, приготовлену в певній пропорції з таких компонентів, старанно перемішують, пресують у прес-формах і спікають при температурі 1400˚С- 1500˚С.

 

 

  Слайд  4

 

 Характерною особливістю твердих сплавів є висока твер­дість (87-92 HRА) при високій міцності.  Теплостійкість 900 – 1100˚С. Вони відзначаються дуже високою зносостійкістю.

 

 

  Слайд 5

 Класифікація твердих сплавів:

Вольфрамові тверді сплави (ВК)

Титановольфрамові тверді слави (ТК)

Титанотантало-вольфрамові тверді сплави (ТТК)

Безвольфрамові тверді сплави (БВТС)

2. Вольфрамові тверді сплави   ВК (WC + Co)

Поширеними сплавами групи ВК є сплави марок ВКЗ, ВК6, ВК20, де число означає вміст кобальтової зв'язки у % , решта - WC.

  Слайд 6

 

 Літери, які стоять після цифр у кінці марок сплавів (ВК3-М, ВК8-В), характеризують зернистість карбідної складової: М – дрібнозерниста (розмір зерен 1 – 2мкм), ОМ – особливодрібнозерніста (розмір зерен до 1 мкм), В – крупнозерниста (розмір зерен 2 – 5 мкм), середньозернисті  – без додаткового позначення.

Теплостійкість - 900˚С.

Наприклад: ВК3 – 3% кобальту, 97% - карбіду вольфраму

  Слайд 7

 

 Чим більше в сплаві кобальту, тим вища його міцність, або знижується твердість та зносостійкість

 Проблемне питання:  в залежності від кількості кобальту вольфрамові тверді сплави ділять на дві групи: з вмістом кобальту до 10% та з вмістом кобальту більш ніж 10%.

Визначте, з яких сплавів потрібно виготовляти різальний інструмент, а з яких штамповий? Переконайте в цьому аудиторію.

  Зменшення розмірів карбідів веде до збільшення твердості, або міцність при цьому зменшується.

 Проблемне питання:  Як переконатися, що розмір карбідів впливає на шорсткість поверхні?

 

  Слайд  8

 

 

3. Титановольфрамові тверді слави      TK (WC + ТіС + Co)

 

  Слайд 9

 

 До групи ТК належать сплави марок Т30К6, Т14К8, де перше число показує вміст ТіС у %, друге - Co у %, кількість WC = 100 -∑ (ТіС, % + Co, %).

Наприклад:  Т16К6 -   6% кобальту, 15% карбіду титану, 79% карбіду вольфраму

 Твердість  сплавів ТК більш ніж у ВК, тому що твердість ТіС – 3220 HV, а WC - 2080 HV. Теплостійкість - 1000˚С, або міцність нижче при рівному вмісту кобальту.

 Проблемне питання:  доведіть, що сплави групи ВК доцільно застосовувати  для чавунів, а сплави групи ТК – для сталей.

 

 

  Слайд 10

 

4. Титанотантало-вольфрамові тверді сплави ТТК (WC + ТіС + ТаС + Co)

 

  Слайд  11

 

 

Група ТТК складається зі сплавів марок ТТ7К12, ТТ8К6, де перше число означає сумарний вміст карбідів ТіС та ТаС у %, друге - Co у %, кількість WC = 100 - ∑(ТіС, % + ТаС, % + Co, %).

Наприклад: ТТ10К8 – 8% кобальту, 10% карбіду титану і карбіду танталу, 82% карбіду вольфраму

 При такій же теплостійкості, сплави ТТК перевершують сплави ТК і по твердості й по міцності.

  Проблемне питання:  як переконатися, що сплави ТТК ефективні при  циклічних навантаженнях?

 

 

  Слайд 12

5. Безвольфрамові тверді сплави (БВТС)

  Слайд  13

 

 Сплави на основі карбіду (ТН) та карбонитриду (КТН) титану з  никельмолібденовою зв’язкою.

Наприклад: КТН16 – 74% TiCN, 16% Ni та Mo; Н20 – 79%TiC, 15% Ni та Mo.

 БВТС по теплостійкості  (800˚С ) і міцності уступають традиційним сплавам. Тому, незважаючи на більш низьку вартість, широке застосування для режучого інструменту проблематично.

 

 

  Слайд  14

 

 Проблемне питання:  Доведіть, що БВТС сплави ефективно використовувати для виготовлення вимірювального інструмента (кінцеві міри, калібри).

 

6. Маркування  твердих сплавів  згідно з нормами ІSО

 

 

P01	T30K4, TH20	K20	TT8K6
P10	T15K6, KHT16	K30	BK8, BK4
P25	TT20K9	K40	BK8, BK15
P30	T5K10, TT10K8	M05	BK6-OM
P40	T5K12, TT7K12	M10	BK6-M, TT8K6
P50	TT7K12	M20	TT10K8
K01	BK3,BK3-M	M30	BK10-OM, BK8
K10	BK6-M, BK6-OM	M40	TT7K12, BK10-OM

 

 

  Слайд  15

 

 

  Слайд  16

 

Сплави групи Р  (Р01 … Р50)  призначені для обробки матеріалів зі зливною стружкою  (стали, високоміцні чавуни)

Сплави групи К  К01 … К40 для матеріалів зі стружкою надламу  (в основному чавуни)

Сплави групи М  М05 … М40  в основному для важкооброблюваних матеріалів (стружка зливна й надламу)

01 – 10 – чистова обробка

05 – 20 – напівчистова обробка

30 – 40 – чорнова обробка

40 – 50 – різання в особливо тяжких умовах

 

 

 

VІ. УЗАГАЛЬНЕННЯ І СИСТЕМАТИЗАЦІЯ НОВИХ ЗНАНЬ

 

1. Вирішення проблемної ситуації

 

Питання від Івана Боднарюка, учня групи 75 ПМ

 

 Мені необхідно виконати чорнову обробку заготовки зі сталі Ст3. Я купив дві твердосплавні пластинки: Т5К10 за 39 гривень і Т15К6 за 45 гривень.

 Яку пластинку мені краще використовувати для виконання цієї роботи?

 Проблемна ситуація

 

  Слайд  17

 

 Ви знаєте, що для обробки чавунів застосовуються різці із сплавів групи ВК. На виробництві сталася така ситуація: при обробці заготовки з чавуну деформувалась  ріжуча пластинка, що призвело до непридатності різця. Запасних різців з пластинками із сплаву ВК не було, були різці тільки з пластинками із сплавів групи ТК і групи ТТК. Деталь терміново потрібно доробити. Чи можна в даній ситуації замінити різець? Якщо так, то різець з пластинкою  з якого матеріалу  Ви оберете? Переконайте в цьому аудиторію.

 Виконання тестових завдань (див. додаток 2)

 

 По закінченні роботи учні об’єднуються в пари та перевіряють відповіді один у одного. Перевіривши  відповіді товариша, вносять зміни або обмінюються думкою з метою знаходження єдиного рішення.

  Слайд  18

 

 Поки учні роблять тестові завдання, викладач виставляє оцінки за активну роботу на уроці в таблицю "Підсумки уроку" в опорному конспекті

2. Обговорення питань разом з викладачем.

 

VІІ. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

 

VІІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Наприкінці уроку викладач показує відеоролик «Кріплення твердосплавної  пластини до державки різця»

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

Тема: «Тверді сплави»

 

1. Основні відомості про тверді сплави

Спечені тверді сплави виготовляють з дрібних порошків карбідів  тугоплавких металів (вольфраму, титану, танталу) і зв’язуючого металу (кобальту) методами порошкової металургії

Метод порошковой металургії

Виготовлення металічних порошків   → приготовлення суміші → пресування → спікання

▼

Твер­дість 87-92 HRC

Теплостійкість 900 – 1100˚С

 

2. Вольфрамові тверді сплави   ВК (WC + Co)      ВКЗ,  ВК6,  ВК20,  ВК3-М,  ВК8-В

Наприклад: ВК3 – 3% кобальту, 97% - карбіду вольфраму

ОМ – особливодрібнозерніста (розмір зерен до 1 мкм)

М – дрібнозерниста (розмір зерен 1 – 2мкм)

В  – крупнозерниста (розмір зерен 2 – 5 мкм)

Без додаткового позначення – середньозернисті (розмір зерен 2,0 мкм)

Чим більше в сплаві кобальту, тим вища його міцність, або знижується твердість та зносостійкість. Зменшення розмірів карбідів веде до збільшення твердості, або міцність при цьому зменшується.

 

3. Титановольфрамові тверді слави TK (WC + ТіС + Co)    Т30К6,  Т14К8,  Т15К6

Перше число - вміст ТіС у %

Друге - Co у %

Кількість WC = 100 -∑ (ТіС, % + Co, %)

Наприклад:  Т16К6 6% кобальту, 15% карбіду титану, 79% карбіду вольфраму

Твердість  сплавів ТК більш ніж у ВК, тому що твердість ТіС – 3220 HV, а WC - 2080 HV. Теплостійкість - 1000˚С, або міцність нижче при равному вмісту кобальта.

4. Титанотантало-вольфрамові тверді сплави ТТК (WC + ТіС + ТаС + Co)   ТТ7К12,   ТТ8К6  Перше число означає сумарний вміст карбідів ТіС та ТаС у %

Друге - Co у %

Кількість WC = 100 - ∑(ТіС, % + ТаС, % + Co, %)

Наприклад: ТТ10К8 – 8% кобальту, 10% карбіду титану і карбіду танталу, 82% карбіду вольфраму

Сплави ТТК перевершують сплави ТК і по твердості й по міцності.

5. Безвольфрамові тверді сплави (БВТС)

Сплави на основі карбіду (ТН) та карбонитриду (КТН) з  никельмолибденовою зв’язкою.

Наприклад: КТН16 – 74% TiCN, 16% Ni та Mo;  ТН20 – 79%TiC, 15% Ni та Mo.

БВТС по теплостійкості  (800˚С ) і міцності уступають традиційним сплавам, але мають більш низьку вартість.

 

6. Маркування  твердих сплавів  згідно з нормами ІSО

P01	T30K4, TH20	K20	TT8K6
P10	T15K6, KHT16	K30	BK8, BK4
P25	TT20K9	K40	BK8, BK15
P30	T5K10, TT10K8	M05	BK6-OM
P40	T5K12, TT7K12	M10	BK6-M, TT8K6
P50	TT7K12	M20	TT10K8
K01	BK3,BK3-M	M30	BK10-OM, BK8
K10	BK6-M, BK6-OM	M40	TT7K12, BK10-OM

  

Сплави групи Р  (Р01 … Р50)  призначені для обробки матеріалів зі зливною стружкою  (стали, високоміцні чавуни)

Сплави групи К  (К01 … К40) для матеріалів зі стружкою надламу  (в основному чавуни)

Сплави групи М  (М05 … М40)  в основному для важкооброблюваних матеріалів  (стружка зливна й надламу)

 

 

Додаток 2

Тестові завдання з теми  «Спечені тверді сплави»

 

ЧПЛЗ  Група  ________   ПІБ   ___________________

 

Варіант 1.

 1. Скільки кобальту у сплаві марки ВК6?

1)  0,6%;

2)  0,94%;

3)  6%;

4)  94%.

 

2. Що входить до складу твердих сплавів?

1) карбіди тугоплавких металів та кобальтова зв’язка;

2)  тугоплавкі метали та кобальтова зв’язка;

3)  основним легуючим елементом є вольфрам;

4)  карбіди металів та кобальтова зв’язка.

 

3. На що вказують цифри після літер ТТ в титанотанталовольфрамових сплавах ? 

1)  вміст карбіду титану;

2)  вміст кобальту;

3)  умовний номер марки;

4)  на сумарний вміст карбідів титану і танталу.

 

4.З нижче наведених сплавів оберіть такий,  з якого інструмент  при заточенні одержує більш гостру ріжучу кромку:

1) ВК6;

2) ВК6-ОМ;

3) ВК6-М;

4) ВК6-В.

 

5. У якого з нижче приведених сплавів найменша теплостійкість?

1) ВК6;

2) Т5К10;

3) ТТ8К6;

4) ТН20.

 

6.Твердий сплав, який містить 8% кобальту та 92% карбіду вольфраму має наступне позначення:

1)  КТН16;

2)  Т14К8;

3)  ТТ10К8;

4)  ВК8.

 

 

 

 

 

Варіант 2.

1.Скільки карбіду вольфраму у сплаві марки ВК6?

1)  0,6%;

2)  0,94%;

3)  6%;

4)  94%.

2. Що характеризує  літера М в кінці марки  сплаву ВК3-М?

               1) ступень зміцнення;

2) зернистість карбідної складової;

3) наявність легуючих елементів;

4) якість.

 

 

 

 

3.Яка теплостійкість у титановольфрамових твердіх славів ?

1) 800˚С;

2) 900˚С;

3) 1000˚С;

4) 1500˚С;

 

 

4. З якого сплаву рекомендовано виготовляти інструмент для обробки чавуну?

1) сплави групи ВК;

2) сплави групи ТК;

3) сплави групи ТТК;

4) сплави групи БВТС.

 

5. В якому з нижче приведених сплаів найбільша міцність?

1) ВК3;

2) ВК6;

3) ВК8;

4) ВК10.

 

6.Твердий сплав, який містить 8% кобальту, 14% карбіду титану та 78% карбіду вольфраму має наступне позначення:

1) ВК6 – ОМ;

2) Т14К8;

3) ТТ10К8;

4)ТН20.

Підсумки уроку:

Кількість балів за активну роботу на уроці
Кількість балів за тестові завдання
Підсумкова кількість балів

 

Висновок

 

Процес реформування освіти в Україні передбачає застосування нових методів навчання у межах традиційної системи. Таким методом навчання є інтерактивне навчання, яке створює комфортні умови для пізнавальної діяльності; за яких кожен учень відчуває свою успішність, продуктивність праці, виключення домінування однієї думки над іншою інтелектуальну спроможність.

Практика показує, що при використанні інтерактивних методів навчання, учні запам’ятовують 75% того, що висловлювали самі; 85% того, що робили самі. Поліпшується не тільки запам’ятовування матеріалу а також і його ідентифікація, використання у повсякденному житті. Використання інтерактивних методів навчання в бригадах сприяє розвитку комунікабельності, співробітництва, уміння відстояти свою точку зору, йти на компроміс тощо. Інтерактивні методи навчання сприяють розвитку активності логічного мислення, самостійності, відповідальності, розумінню інших людей та співпраці.

На уроках матеріалознавства, де використовуються ці технології, учні почувають себе впевнено, вільно висловлюють свої думки і спокійно сприймають зауваження, адже вони є активними учасниками навчального процесу.

В атмосфері довіри та взаємодопомоги легко робити відкриття, усвідомлювати важливість здобутих знань.

Саме за таких умов можливе виховання особистості, підготовленої до майбутнього, у якому необхідно розв’язувати проблеми та приймати конкретні рішення.

Мозковий штурм спонукає учнів виявляти уяву та творчість, розвиває вміння швидко аналізувати ситуацію.

Дискусія – це широке публічне обговорення якогось спільного питання.

Казка, гра, фантазія – життєдайне джерело дитячого мислення, благородних почуттів та прагнень. (В. Сухомлинський)                  

 

Джерела інформації

1. Аніскіна Н. Педагогічна підтримка обдарованості.-К.:Шкільний світа, 2005
2.  Вербицький А.А. Деловая игра, как метод активного обучения – М: Современная висшая школа, 1972.

3. Власов В.Г. Проблемные ситуации на уроках производственного обучения. – М: Висшая школа, 1974.

4. Р. С. Гуревич, М. Ю. Кадемія, О. В. Шестопалюк. Теорія і методика професійного навчання(Розділ 3. Методика навчання Інформаційно – телекомунікаційних технологій) навчальний посібник (видання друге, доповнене). – Вінниця: ТОВ «Компанія «Зорг». – 2007. – 164с.

5.  Крамаренко С.Г. Інтерактивні техніки навчання як засіб розвитку творчого потенціалу учнів // Відкритий урок. – 2002. - №5/6.

       6. Кремінський Б.Г. Обдарованість та проблема розвитку здібностей особистості // Практична психологія та соціальна робота. – 2004. - №12. – с.74-80.

 7.   Нісімчук А.С., Падалка О.С., Шпак О.Т. Сучасні педагогічні технології. К, 2000. – 368 с.