Урок "Метал як конструкційний матеріал види металів, властивості металів, сортовий прокат"

Клас: 8

Дата: 

Тема заняття. Метал як конструкційний матеріал: види металів, властивості металів, сортовий прокат.

Мета заняття:

навчальна: оволодіння основними поняттями про метали, ознайомлення учнів з видами  та маркуванням чавунів та сталей, сортовим прокатом, розкривання значення сплавів кольорових металів, навчання баченню різниці між чорними та кольоровими металами;

виховна: сприяти формуванню почуття відповідаль­ності, виховуванню основ економного використання матеріалів, пробуджуванню у учнів почуття бережливого ставлення до обладнання  та інструментів, заохочуванню до праці;

розвиваюча: сприяти розвитку колористичної, зорової, візуальної культури, сформуванню в учнів трудових прийомів роботи з металом, необхідних для практичної діяльності, розвитку умінь виділяти головне в матеріалі, що вивчається, формуванню в учнів самостійністі і вміння аналізувати, порівнювати, узагальнювати, робити висновки.

Тип заняття: комбіноване заняття.

План заняття

1. Організація учнів до заняття
2. Повторення раніше вивченого матеріалу
3. Повідомлення теми, мети та завдань заняття
4. Мотивація навчально-трудової діяльності учнів
5. Вивчення нового матеріалу
6. Закріплення вивченого матеріалу
7. Практична робота
8. Заключна частина

ХІД ЗАНЯТТЯ

1. Організаційна частина

• перевірка присутності учнів на занятті;
• визначення чергових;
• перевірка готовності учнів до заняття;
• перевірка наявності спецодягу;
• перевірка готовності обладнання до роботи.

 

2. Повторення раніше вивченого матеріалу

Групова робота. Фронтальне опитування.

Зараз пригадаємо раніше вивчений матеріал, для цього ми використаємо піраміду навчальних досягнень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Що таке фактура матеріалу?
2. Які ви знаєте матеріали штучного походження?
3. Які способи отримання штучних і синтетичних матеріалів вам відомі?
4. Який вплив на здоров’я людини і навколишнє середовище здійснюють синтетичні та штучні матеріали?
5. Охарактеризуйте недоліки та переваги штучних матеріалів у порівнянні з натуральними?

 

3. Повідомлення теми, мети та завдань заняття

Тема заняття. Метал як конструкційний матеріал: види металів, властивості металів, сортовий прокат

Дидактична мета заняття:

Сьогодні на занятті ви більше дізнаєтесь про метали та їх властивості, ознайомитесь з видами  та маркуванням чавунів та сталей, сортовим прокатом, розкриєте значення сплавів кольорових металів, навчитесь виявляти різницю між чорними та кольоровими металами.

Завдання навчально-трудової діяльності заняття:

• засвоїти основні види та властивості металів;
• дослідити показники якості металів;
• ознайомитися із маркуванням металів;
• виконати практичну роботу, ознайомившись  із зразками металів та їх механічними випробуваннями.

 

4. Мотивація навчально-трудової діяльності учнів

Метод «Мікрофон».

Запитання:

1. Які маатеріали найчастіше застосовують для вдосконалення технологій виготовлення виробів та автоматизації технологічних процесів?
2. Чи можливий розвиток сучасного виробництва без вивчення властивостей металів?
3. Як створення нових сплавів впливає на прискорення розвитку науково-технічного прогресу?

Розвиток сучасних технологій обумовлює не лише створення нових машин чи механізмів, але й вдосконалення і покращення властивостей металів та сплавів, з яких виготовлені дані механізми і машини. Це дає змогу створювати найфантастичніші проекти з використанням металів – від надлегких автомобілів до літаків із необмеженою дальністю польоту.

Вдосконалення будь-якого технологічного об’єкта потребує в першу чергу вдосконалення матеріалу, з якого його виготовляють.

Наприклад, для суднобудування потрібні метали з високою зварюваністю та високою корозійною стійкістю, а для хімічного машинобудування – з високою і тривалою стійкістю до агресивних середовищ.

Отже, для того щоб навчитися створювати або вдосконалювати нові вироби, які виготовлені з металу чи містять металеві деталі, в процесі виготовлення виробу, який будете проектувати, необхідно якомога більше дізнатися про метали та їх сплави, як перспективний матеріал. Отримані знання стануть вам у нагоді, коли ви будите проектувати та виготовляти технологічні об’єкти: молоток, кельма, пристрій для розмічання центрів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Вивчення нового матеріалу

Лекція з використанням мультимедійних засобів.

План

1. Поняття про метал та сплав:

• чорні метали;
• кольорові метали.

2. Сорти та марки металів та їх сплавів:

• чавун;
• сталь.

3. Будова сталі.

4. Сталі за хімічним складом.

5. Сталі за призначенням.

6. Маркування сталей.

7. Кольорові метали та сплави.

8. Сортовий прокат.

 

Матеріали, з яких виготовляють деталі приладів, машин і механізмів, називають машинобудівними. До них належать мета­ли та їх сплави, деревина, пластмаси, гума, кераміка, скло, тканини, папір, лаки і фарби. Найпоширеніші серед машинобудівних матеріа­лів – залізо та алюміній, менш поширені – мідь, маг­ній, титан, цинк, свинець, олово.

У машинобудуванні чисті метали майже не використовують, а застосовують їх сплави. Це пов'язано з тим, що чисті метали одержати значно важче, крім того, якість сплавів краща, ніж чистих металів. Відомо, що сталь міцніша від заліза, латунь і бронза – за мідь, а алюмінієві сплави – за чистий алюміній.

Металевими сплавами називають поєднання двох або кількох металів з неметалами, в якихзберігаються властивості металів.

Усі метали й сплави поділяють на чорні й кольорові. До перших належать залізо та сплави на його основі – чавуни й сталі, до других – решта металів та сплавів.

Метали та їх сплави принципово відрізняються від неметалів тим, що в твердому стані вони мають кристалічну будову. Їх атоми розмі­щуються в просторі у строго визначеному порядку, утворюючи просторові кристалічні ґратки.

Для раціонального використання металів і сплавів потрібно знати їх фізичні, механічні, хімічні й технологічні властивості. До фізичних властивостей відносять густину, температуру плавлення, теплове розширення, тепло- та електропровідність тощо.

Густина (об'ємна маса) –відношення маси до її об'єму, вимірюється в грамах на кубічний сантиметр (г/см³) або в кілограмах на кубічний метр (кг/м³).

Температура плавлення – це температура, при якій метал або сплав переходять з твердого стану в рідкий.

Теплове розширення – приріст об'єму металу при нагріванні вна­слідок зростання рухомості атомів у вузлах кристалічної ґратки.

Теплопровідність – здатність металу передавати теплоту від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих.

Електропровідність – здатність металу проводити електричний струм.

До механічних властивостей металів і сплавів відносять міц­ність, пружність, пластичність, в'язкість, твердість. Механічні властивості можна охарактеризувати через деякі показники: границю міцності при розтягуванні і згинанні, відносне подовження і відносне звужен­ня, ударну в'язкість тощо. Для визначення цих показників метали і сплави піддають різним механічним випробуванням.

Межу міцності визначають, випробовуючи спеціально виготовлені зразки на розтяг на розривній машині. Розривна машина обладнана динамометром, який показує навантаження на зразок на всіх етапах випробування і фіксується ним при розриві зразка. Ця величина визначає межу міцності металу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Твердість характеризує опір матеріалу деформаціям. Поширеним методом визначення твердості є метод Роквелла. Він полягає в тому, що твердість визначається глибиною проникнення алмазного конуса або  загартованої кульки у дослідний зразок.

До хімічних властивостей металів і сплавів відносять їх хіміч­ну стійкість проти впливу навколишнього середовища (кислот, лугів, прісної і морської води, вологого повітря, газів, високої температури тощо), тобто хімічну стійкість проти корозії.

Не всі метали однаково стійкі в різних середовищах. Зокрема свинець має високу стійкість проти дії деяких кислот і лугів, а залізо і мідь таких властивостей не мають. Золото і платина хімічно стійкі у воді, а залізо, мідь і магній у воді кородують та руйнуються.

Технологічні властивості визначають придатність металів і сплавів до обробляння певним способом. До цих властивостей належать: рідкотекучість, тобто текучість розплаву, потрібна для виготовлення деталей литтям; пластичність – здатність отримувати осадку без руйнування; штампованість – здатність металевого листа під дією преса в штампі змінювати форму без руйнування; зварюваність – здатність витримувати навантаження без руйнування; оброблюваність різанням.

Чавуни

Чавун – це сплав заліза з вуглецем, який містить 2...6,67% вуглецю.

За складом і будовою чавуни поділяються на білі, сірі, ковкі та високоміцні.

Білий чавун утворюється в наслідок швидкого застигання виплавленого чавуну.

Сірий чавун виникає у разі повільного застигання виплавленого чавуну.

Марки сірого чавуну позначають літерами СЧ (сірий чавун) з додаванням двох цифр, які відповідають границі міцності при розтягуванні, кгс/мм²(МПа). Основні марки ливарних чавунів, що використовують у машинобудуванні: СЧ12, СЧ15, СЧ18, СЧ21, СЧ24, СЧ28, СЧ32, СЧ35, СЧ38 і СЧ40.

Ковкий чавун одержують з білого поступовим нагріванням до температури від 950 до 1000 °С, витримуванням при цій температурі протягом певного часу і наступним охолодженням.

Позначають ковкий чавун літерами КЧ і двома числами: перше показує границю міцності при розтягуванні, друге – відносне подовження. Наприклад, КЧ 35-10 означає ковкий чавун з границею міцності при розтягуванні σ_в=35кгс/мм² і відносним подовженням δ=10%.

Високоміцний чавун має досконалішу структуру. До його складу входять спеціальні домішки у вигляді легуючих елементів.

Позначають високоміцний чавун літерами ВЧ і двома числами: перше показує границю міцності при розтягуванні, друге – відносне подовження. Наприклад, ВЧ 38-17 означає високоміцний чавун з границею міцності при розтягуванні σ_в=38кгс/мм² і відносним подовженням δ=17%.

Конструкційні сталі

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, який містить 0,05…2% вуглецю і домішки у вигляді кремнію, марганцю, сірки, фосфору тощо.

Сталь звичайної якості має невисоку міцність. Використовують її для виготовлення деталей, як заклепки, шайби, болти, гайки, труби, а також для будівельних конструкцій.

Конструкційні вуглецеві сталі звичайної якості маркують літерами Ст і порядковим номером від 0 до 7 залежно від хімічного складу і механічних властивостей. Наприклад, Ст 4 – сталь вуглецева звичайної якості, номер марки 4.

Вуглецева якісна сталь міцніша від сталі звичайної якості. Використовують її для виготовлення деталей, до яких ставлять підвищені вимоги за механічними властивостями.

Марки якісних вуглецевих сталей позначають літерами Ст і двома цифрами, наприклад, Ст 08, Ст 10, Ст 15,   Ст 20, Ст 45 і так далі до Ст 65.

До легованих сталей належать такі, в яких вміст вуглецю не перевищує 0,65% і які мають у своєму складі крім звичайних домішок спеціально введені легуючі елементи.

Позначення легованих сталей складають з двохзначних цифр і відповідних літер. Цифри показують відсотковий вміст вуглецю в сотих частках. Наприклад, сталь 18ХГТ містить близько 0,18% вуглецю, близько 15 хрому, марганцю, титану; 12ХНЗ – близько 0,12% вуглецю, 1% хрому і 3% нікелю; 38Х2МЮА – близько 0,38% вуглецю, близько 2% хрому, молібдену і алюмінію – близько 1% кожного. Літера А в кінці позначення марки вказує на підвищену якість цієї сталі.

Інструментальні сталі

Вуглецеві інструментальні сталі мають високу міцність, твердість після термічної обробки, теплостійкість при різанні металів до 200…250°С і зносостійкість.

Вуглецеву інструментальну сталь маркують літерою У та числом, яке вказує на десяті частки відсотка вуглецю, наприклад, У8 і У8А (С=0,8%), У13 і У13Г (С=1,3%). Літера А означає, що сталь високоякісна із зниженим вмістом шкідливих домішок: S<0,02%, P<0,03%; літера Г показує на підвищений вміст марганцю.

Серед швидкорізальних розрізняють вольфрамові сталі (Р9, Р12), вольфрамомолібденові (Р6М3, Р6М5), вольфрамованадієві (Р9Ф5, Р14Ф4), вольфрамокобальтові (Р9К5, Р9К10) та інші. У марках інструментальних сталей літера Р (рапід) означає, що сталь належить до швидкорізальних. Цифри, що стоять після неї, показують на середній вміст вольфраму к процентах. Решта літер і цифр мають те саме значення, що і марки легованих сталей.

До високолегованих інструментальних сталей відносять ті, які містять вольфрам, хром, ванадій та інші легуючі елементи.

Кольорові метали й сплави

Мідь. Має характерний чорний колір, м’яка, в’язка, добре піддається холодній і гарячій обробці, має хорошу електропровідність.

Алюміній. Метал сріблясто-білого кольору, дуже м’який і в’язкий, легко оброблюється в холодному і гарячому стані, добре прокатується і протягується в дріт.

Магній. Метал сріблясто-білого кольору, це найлегший метал, який використовують у техніці.

Цинк. Білий крихкий метал з блакитним відтінком, має високу антикорозійну стійкість.

Олово. Метал сріблясто-білого кольору з жовтуватим відтінком. У чистому вигляді він дуже м'який.

Свинець. Синювато-білий блискучий метал, що темніє на повітрі. Чистий свинець м'який, але досить важкий метал.

Титан. За поєднанням міцності і пластичності перевищує інші чис­ті метали, що особливо цінне з огляду на його низьку густину.

Латунь. Сплав міді з цинком та іншими елементами. Вона в'язка і пластична, добре оброблюється тиском і різанням.

Бронзи. Складні багатокомпонентні сплави, вони бувають олов’янисті, алюмінієві, кремнієві, свинцеві, нікелеві, берилієві тощо.

Алюмінієві сплави. Алюміній сплавляють з міддю, цинком, магнієм, марганцем, кремнієм і залізом, причому кремній і залізо – постійні його домішки і потрапляють вони у сплав разом з технічним алюмінієм.

Сортовий прокат

Профіль – це форма поперечного перерізу прокату. За сортаментом продукцію прокатного вироб­ництва поділяють на чотири групи:

• сортовий прокат;
• листовий;
• спеціальний;
• періодичний прокат.

 

Сортовий прокат поділяють на профілі простої геометричної форми

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Закріплення вивченого матеріалу

Групова робота. Метод бесіди.

1. Як класифікують сталі?
2. До фізичних властивостей металів відносять…?
3. Який сплав називають чавуном?
4. З якого чавуну отримують ковкий чавун?
5. Що таке сталь?
6. Які ви знаєте кольорові метали та їх сплави?
7. Назвіть профілі сортового прокату?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Індивідуальна робота.

Для того, щоб перевірити, як ви закріпили вивчений матеріал, ми з вами використаємо піраміду навчальних досягнень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Практична робота
   1.                 Зміст завдання: ознайомлення із зразками металів, дослідження механічних властивостей чорних та кольорових металів та їх сплавів, заповнити таблицю.
   2.        Вступний інструктаж

Характеристика металів

№	Метал	Колір	Властивості
1
2
3
4

 

 

 

 

 

 

 

1. Ознайомтеся із зразками металів. Пронумеруйте їх.
2. Зачистіть поверхню кожного зразка дрібнозернистою шліфувальною шкуркою, відшліфуйте поверхню.
3. Визначне, до якого виду металів належить кожен зразок.
4. Виконайте обпилювання кожного зразка.
5. Порівняйте зусилля, які ви затратили при обпилюванні кожного зразка.
6. Установіть, який з металів має найвищу твердість. Дані запишіть у таблицю.
   3.        Поточний інструктаж

1-й обхід: перевірка правильності організації робочого місця і початку роботи;

2-й обхід: перевірка правильності виконання трудових прийомів, дій, рухів і якості виробів;

3-й обхід: перевірка правильності проведення самоконтролю;

4-й обхід: перевірка правильності дотримання технічних умов і т.д.

4.       Заключний інструктаж

1. Аналіз виконаної роботи.
2. Підведення підсумків практичної роботи.
3. Аналіз найхарактерніших помилок і недоліків.

 

8. Заключна частина
   1.        Рефлексія.

Групова робота. Метод бесіди.

Оцініть свою діяльність на уроці узагальнюючи теоретичний матеріал та рівень виконання практичної роботи використовуючи піраміду навчальних досягнень за допомогою кольорових фішок.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.       Узагальнення результатів за пірамідою навчальних досягнень.
3.       Підведення підсумків заняття:

Усвідомлення досягнутих результатів:

Групова робота. Фронтальне опитування.

а) Яку тему вивчали на занятті?

б) Що нового ви дізналися?

в) Які основні властивості матеріалів?

г) Де широко застосовують метали?

Підведення підсумків:

а) мотивація і оцінювання виконаної роботи;

б) повідомлення оцінок;

в) робота із щоденником (домашнє завдання, виставлення оцінок).

4. . Прибирання робочих місць.