Тема програми: Кольорові метали

Тема: Мідь та її сплави. Бронза та латунь

  Мета:

Навчальна: ознайомити  учнів  з таким  кольоровим металом, як мідь, з її сплавами – латунню та бронзою, властивостями цих металів та їх застосуванням.

Розвиваюча: розвивати пам’ять, увагу, логічне  мислення,  уміння    працювати в парах, використовуючи  інтерактивні  форми  і  методи  роботи.

Виховна:    виховувати  культуру  спілкування,  прагнення  до професійного  зростання  та  вдосконалення,  бажання  отримувати  нові  знання  та  застосовувати  їх  у  практичній  діяльності,  сприяти  зацікавленості  до  вивчення  спецпредметів.

Методичне забезпечення:

1. Робочий  конспект учня,  листи  самооцінювання

3. Матеріально – технічне: ПК, мультимедійний  проектор  та  екран, смартфони, WiFi  доступ до інтернету, деталі з міді, бронзи та латуні.  

Тип  уроку: комбінований  урок

Міжпредметний  зв’язок:  «Будова  та  ремонт  рухомого  складу»

Роздатковий матеріал: листи самооцінювання, QR-коди для учнів для зчитування інформації, роздруковані картки з QR-кодами та варіантами відповіді (A, B, C, D), які вказані на картці. 

Форма  роботи  на  уроці: індивідуальна робота, робота в парах,

використання ІКТ та інтерактивних  методів: "Зигзаг", «Мозковий  штурм», «Ребус», тест, «Вставити пропущені слова», «Світлофор», «Знайти слова», різновид роботи в  групах, перегляд  відеоролику

 

Структура  уроку

І. Організаційна частина.

1. Вітання.

2. Перевірка наявності  учнів

ІІ. Актуалізація  опорних  знань, умінь

ІІІ. Оголошення теми, мети, мотивації  навчальної  діяльності

1. Представлення  теми  і  мети  уроку 

ІV. Формування  нових  знань

Надання  необхідної  інформації:

1. Мідь: історія виникнення та добування; що називається міддю
2. Фізичні  властивості міді
3. Застосування та позначення міді
4. Бронза. Що називається бронзою
5. Фізичні  властивості, позначення та застосування бронзи
6. Що називається латунню
7. Класифікація, фізичні властивості, маркування та використання  латуні
8. Види сплавів міді

V. Закріплення  нового  матеріалу

VІ. Підведення  підсумків, домашнє  завдання

 

ХІД  УРОКУ

І. Організаційна  частина.

 

1.              Вітання: Усім присутнім доброго дня!  Сьогодні  ми  проведемо  з вами  урок, під  час  якого  ви  будете працювати самостійно і в парах над запропонованими вам завданнями. У всіх вас  є листи  самооцінювання, де ви під час опитування будете фіксувати свої зароблені бали. І  наприкінці  уроку ваша робота  буде  оцінена  кількістю  балів,  яку ви заробили  під  час уроку.

 

ІІ. Актуалізація  опорних  знань (застосування тестового онлайн сервісу Plickers, «Мозковий  штурм», «Ребус»)

Викладач:  Перед  тим,  як  розпочати  вивчення  нової  теми,  ми  повторимо тему, яку  вивчали на попередньому  уроці – це тема «Алюміній, призначення та застосування».

 

Повторимо її  у  вигляді  тесту. Вам пропонується 5 питань, за  кожну правильну відповідь ви отримаєте 2 бали.  У кожного учня є своя персональна  картка - QR-код,  на кожній стороні якої є свій варіант відповіді (A, B, C, D).

 

         

 

1. Яка температура плавлення алюмінію?

a) 880℃

b) 660℃

c) 520℃

d) 1120℃

 

2. З яких перерахованих легуючих елементів вводять в алюміній для підвищення міцності?

 a) цинк

b) калій

c) латунь

d) вуглець

 

3.Як поділяють алюмінієві сплави за способом переробки у вироби:

a) деформовані

b) спечені

c) ливарні та пресовані

d) деформовані, ливарні та спечені

 

4. Які є основні легуючі домішки в сплаві силумін?

a) кремній

b) мідь

c) цинк і олово

d) титан і кремній

 

5. Як називається сплав алюмінію з магнієм?

a) бабіти

b) латуні

c) силуміни

d) магналії

Викладач: Перейдемо з вами до іншого  завдання – це ребус, де зашифровані сплави алюмінію. За кожну правильну відповідь учня одного ребусу – 1 бал

    

 

І останнім завданням буде – розказати, які цікаві факти ви дізнались про алюміній. 

ІІІ. Оголошення теми, мети, мотивації  навчальної  діяльності

 

Мотивація  навчальної  діяльності

Ми з вами  продовжуємо  вивчати кольорові метали. А так як ваша професія вимагає певних знань при обслуговуванні  та ремонті вузлів  рухомого  складу, то ви повинні знати, якими властивостями володіють  метали, з яких виготовлені ці деталі та вузли. І сьогодні  ми поговоримо з вами про такий  метал, як мідь.

Повідомлення  теми  і  мети  уроку.

Викладач:  Тема  уроку: «Мідь та її сплави. Бронза та латунь»

    Метою сьогоднішнього уроку є ознайомити з таким кольоровим металом, як мідь, та її сплавами – латунню та бронзою, властивостями цих металів, позначенням та застосуванням.

 

 ІV. Формування  нових  знань  (застосування інтерактивного плакату, QR-кодів  для зчитування інформації, метод «Зигзаг»)

1.Історію первісного суспільства поділяють на ряд епох, назви яких походять від матеріалу з якого робили знаряддя праці люди. Зокрема, виділяють кам’яний, мідно-кам`яний, бронзовий і залізний вік. Мідно-кам’яний вік — енеоліт, який тривав від IV до III тисячоліття до нашої ери, вважається переходом від епохи каменю до епохи металів. У цей період ще переважали кам’яні знаряддя праці, але вже з’явилися нові — мідні. Це перехідний період від кам’яного віку до доби металів. Поряд із кам’яними знаряддями праці почали виготовляти мідні. 

Для отримання міді застосовують мідні руди, а також відходи міді та її сплавів. У рудах міститься 1-6% міді.У рудах мідь звичайно знаходиться у вигляді сірчистих сполук (мідний колчедан або халькопірит).Відомі два способи витягання міді з руд і концентратів: гідрометалургійний і пірометалургійній.

   Перший з них не знайшов широкого застосування. Його використовують при переробці бідних окиснених і самородних руд. Цей спосіб на відміну від пірометалургійного не дозволяє добувати попутно з міддю дорогоцінні метали.

 Другий спосіб придатний для переробки всіх руд і особливо ефективний у тому випадку, коли руди піддаються збагаченню.

   Основу цього процесу становить плавка, у яку надходять або  мідна руда, або обпалені концентрати мідних руд.  Випалення концентратів здійснюється з метою зниження вмісту сірки до оптимальних значень.   Чорнову мідь далі піддають рафінуванню - очищенню від домішок. Рафінування чорнової міді проводять вогневим (окислення домішок при продуванні розплаву повітрям), або електролітичним способом за рахунок електролізу в водному розчині сірчаної кислоти та мідного купоросу. При проходженні струму анодні плити чорнової міді розчиняються і на катодах осаджується чиста електролітична мідь, а домішки випадають на дно ванни.

Мідь - один з перших металів, які людина почала застосовувати для технічних цілей. Разом з золотом, сріблом, залізом, оловом, свинцем і ртуттю, мідь відома людям з найдавніших часів і зберігає своє важливе технічне значення до теперішнього часу.

2.Мідь – це пластичний, рожево-червоний метал з металевим блиском. Мідь володіє  високою пластичністю і корозійною стійкістю, високою електропровідністю. Електропровідність  міді в 1,7 рази вище, ніж у алюмінію і теплопровідністю, а також стійкістю проти  атмосферної корозії. На повітрі мідь покривається щільною зелено-сірою плівкою основного карбонату, яка захищає  її від подальшого окислення. При високих температурах мідь сильно окислюється .

 

                

Температура  плавлення міді 1083 ° С, температура кипіння 2567°С.^. Завдяки високій пластичності мідь добре обробляється тиском (з міді можна зробити фольгу товщиною 0,02 мм), але через високу  в'язкість по­гано піддається  різанню. Мідь  задовільно зварюється та добре паяєть­ся.

 

3. Мідь маркують буквою М, після якої стоїть цифра. Чим більше цифра, тим більше в ній домішок. Найвища марка М00 - 99,99% міді, М4 - 99% міді.

 

Цей метал застосовується в багатьох галузях промисловості, у чистому ви­гляді широко застосовується в електротехніці та приладобудуванні.

 Застосування  в локомотивах: обмотки  трансформаторів , обмотки  генераторів  ТЕД,  контакти реле та апаратів.

4. На зміну мідно-кам'яному вікові прийшов бронзовий (II — поч. І тис. до Н. X.), істотною рисою якого було поширення виробів з бронзи — першого штучно створеного людиною металевого сплаву. Перегляд відеоролику  «Бронзовий  вік» (1 хв)   

Винайдений метал був міцніший за мідь, мав меншу температуру плавлення, що значно спростило технологію обробки (його можна було виплавляти в примітивних печах або на звичайних вогнищах). Ці переваги сприяли поширенню та утвердженню бронзи як основного матеріалу для виготовлення знарядь праці, зброї, прикрас.

Бронзами називають сплави  міді з оловом, а також з алюмінієм, свинцем, берилієм, кремнієм, хромом або іншими елементами.  Частка олова у бронзах може становити від 1,25 до 10 %. Серед неметалічних сполук найчастіше до складу бронзи входить фосфор. Типова бронза має склад: 94,65 % — мідь, 5 % — олово, 0,35 % — фосфор. Фосфор надає бронзам додаткової пружності, твердості, та збільшує стійкість до корозії. Температура плавлення бронзи перебуває в межах 990…1190 °С

.                    

5. Бронзи мають хороші ливарні і високі антифрикційні властивості, а також оброблюваність різанням. Більшість бронз мають достатньо високу корозійну стійкість. Вони використовуються при виготовленні арматури газових і водопровідних ліній і в хімічному машинобудуванні, де важлива також висока корозійна стійкість бронз.

Залежно від назви основного легуючого компонента бронзи поділяють на олов'яні, алюмінієві, кремнієві, свинцеві, берилієві і т.д.

Олов’яні бронзи – це сплави міді з оловом та іншими елементами: Zn, Pb, Ni, P. Бронзи з вмістом 6%Sn не піддаються деформуванню і їх використовують у литому стані. Характерною особливістю олов’яних бронз є дуже мала усадка, тому їх використовують для отримання найбільш складних за конфігурацією відливків

Алюмінієві бронзи – це сплави міді з алюмінієм, які додатково можуть бути леговані Ni, Mn, Fe та ін. Вони мають добрі технологічні і механічні властивості. З алюмінієвих бронз виготовляють литтям і обробкою тиском відповідальні деталі машин: шестерні, втулки, фланці.

Кремнієві бронзи – це сплави міді з кремнієм. Їх застосовують як замінник олов’яних бронз. Вони характеризуються більшою усадкою, ніж олов’яні бронзи, вищими корозійною стійкістю і механічними властивостями, а також високою пружністю.

Берилієві бронзи – це сплави міді з берилієм. Вони характеризуються високими механічними, зокрема, пружними властивостями, стійкістю проти корозії. Застосовують берилієві бронзи для виготовлення пружин, мембран, слюсарного інструменту та ін.

Свинцеві бронзи – це сплави міді зі свинцем. Вони використовуються як антифрикційний матеріал у підшипниках ковзання.

Хромові бронзи – це сплави міді з хромом. Вони мають високі механічні властивості, добру електро- і теплопровідність

Цирконієві бронзи – це сплави міді з цирконієм. Вони мають високу електро- і теплопровідність, що наближаються до аналогічних характеристик міді, і жароміцність. Хромові і цирконієві бронзи застосовують у двигунобудуванні.

 За технологічною ознакою бронзи, як інші сплави кольорових металів (алюмінієві, титанові, магнієві сплави), підрозділяють на:

•                 Ливарні  (з ливарних бронз виготовляють переважно арматуру, а також деталі, що працюють в умовах тертя (втулки, вкладки підшипників, вінці черв'ячних коліс).
•                 Деформівні

 

 

Бронзи маркуються літерами Бр. Легуючі елементи позначаються початковою літерою назви цього елемента: А — алюміній, Б — берилій, Ж — залізо, К — кремній, Мг — магній, Мц — марганець, Н — нікель, О — олово, С — свинець, Ф — фосфор, Ц — цинк За буквами вказується вміст легуючих елементів у процентах.

 

 

                

 

 Малий коефіцієнт тертя і стійкість до зношування робить бронзи незамінними при виготовленні вкладишів підшипників, черв’яків і черв’ячних коліс, шестерень і інших деталей відповідальних і точних приладів. В локомотивах бронза використовується в підшипниках  колінвалу, турбокомпресорів, нагнітачів повітря.

6. Латуні – це мідні сплави, в яких основним легуючим елементом є цинк. При вмісті цинку до 39% латуні мають високу пластичність, добре оброблюються тиском при низьких і високих температурах. При вмісті Zn>39% латуні мають підвищену міцність і твердість, але низьку пластичність.

 Для підвищення механічних властивостей та хімічної стійкості латуней до них часто додають легуючі елементи: Al, Ni, Mn, Si, Sn тощо. Al, Mn, Fe, Si підвищують міцність і твердість латуні, однак при цьому знижують її пластичність. Al, Mn, Sn, Ni підвищують корозійну стійкість латуней.

                           

За технологічною ознакою латуні поділяються на ті, що деформуються та ливарні. Латуні, що деформуються, використовують для виготовлення виробів і напівфабрикатів обробкою тиском. Ливарні латуні використовуються для фасонного лиття. Це в основному складнолеговані сплави. Легуючі елементи впливають на ливарні властивості латуней по різному. Наприклад, Fe, Mn знижують рідкотекучість, а Sn (до 2,5%) підвищує  її. Використовується  латунь локомотивах -  в корпусах щіткоутримувачів електричних  машин, генераторів.

Викладач: А тепер розглянемо наше останнє питання -   види сплавів  міді. І це зробимо за допомогою  QR-кодів, під якими зашифрована інформація про даний сплав. Працювати будете парами над даною інформацією відповідного сплаву. А потім кожна пара учнів поділиться інформацією іншим учням. Таким чином за короткий час ми дізнаємося багато інформації. До цих сплавів відноситься:

 

                   

 

Куніали (мідь – нікель – алюміній) використовують для виготовлення деталей підвищеної міцності, пружин та інших електротехнічних виробів.

Нейзильбери (мідь – нікель – цинк) мають колір близький до срібла. Вони добре протистоять атмосферній корозії. Їх використовують в приладобудуванні та при виробництві годинників.

Мельхіори (мідь – нікель та незначна кількість добавки заліза і марганцю) дуже корозієстійкі, навіть у морській воді. Їх використовують для виготовлення теплообмінних апаратів, ювелірних виробів тощо.

Копелі (мідь – нікель (43%) – марганець (0,5%)) – спеціальний термоелектричний сплав для виготовлення термопар.

Манганін (мідь – нікель (3%) – марганець (12%)) – спеціальний сплав з високим питомим електричним опором. Використовується  для виготовлення електронагрівальних  елементів.

Константани (мідь – нікель (40%) – марганець (1,5%)) – застосовуються для виготовлення електронагрівальних елементів.

Абісинське золото — стійкий до корозії мідний сплав, що імітує золото за кольором; містить 88% Cu, 11,5% Zn і 0,5% Au[1]. Додавання 0,5% Au сприяє тривалішому збереженню блиску без потемніння.

Назву сплав отримав через те, що вперше був створений в Абісинії (Ефіопії). Широко використовувався у XIX-му столітті для виготовлення ювелірних виробів (біжутерії).

Моне́ль (монель-метал) — високоміцний корозійностійкий нікелевий сплав, що містить 27…29% Cu, 2…3% Fe, 1,2…1,8%   Монель характеризується:

• високою корозійною стійкістю в морській воді і хімічних апаратах;

• відсутністю корозійного розтріскування;

• добрими механічними властивостями до температур близько 550 °C;

• доброю оброблюваністю і зварюваністю.

Спекулум — сріблястий сплав олова та бронзи.

Томпа́к або бакунт — різновид латуні з вмістом міді 88—97 % і цинку до 10%. Має високу пластичність, антикорозійні й антифрикційні властивості.

Добре зварюється зі сталлю й благородними металами. Має високу корозійну стійкість,підвищену пластичність, легко обробляється тиском у гарячому та холодному стані.

 Томпак використовують для виготовлення радіаторних трубок, художніх виробів, та фурнітури.

V. Закріплення  нового  матеріалу:

  Викладач:   Давайте  пригадаємо, що  нового  ви  дізнались  під  час  уроку.   І зробимо це у вигляді  гри   "Світлофор".  Викладач уголос вислов­лює 10 тверджень, частина з яких містить помилки. Після кожного речення учні піднімають зелені (погоджуюся), червоні (не погоджуюся), жовті (можу доповни­ти) жетони. Учні, які підняли правильний жетон, ставлять собі 1 бал. За 10 набраних балів — оцінка "10".

 

                  

 

 

 

 

 

Твердження:

• температура плавлення  міді - 2083℃
• проста латунь – сплав міді з цинком
• бронзи бувають олов’яними
• за технологічним призначенням латуні бувають де формівні та ливарні
• міді властива  низька  пластичність
• бронза міцніше за мідь
• латунь позначається буквою  М
• сплав міді з нікелем – мельхіор
• бронзі не властива корозостійкість
• електропровідність алюмінію значно більше, ніж електропровідність міді

Наступним буде завдання «Знайти пропущені  цифри та слова у  позначеннях сплавів міді».  У вас є посилання на сайт з вправою thttps://learningapps.org/display?v=pdcxd7htt19  або QR-код

   /l                         19

 

        

VІ. Підведення  підсумків, домашнє  завдання

 Порахувавши  бали  за  завдання, виставляємо учням  оцінки. А також  підведемо

 підсумки роботи учнів. Кожен з них оцінює свою активність, розуміння теми, корисність інформації та обраних форм роботи. Пропоную для цього картки з трьома кольорами:

 

 

 

 

 

Використана  література:

 

1.Є.Г. Афтанділянц, О.В. Зазимко, К.Г. Лопатько. «МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО».

2.Клименко В.М. Матеріалознавство. Навчальний посібник

3. В.І.Берлін, П.С.Костяєв  Матеріалознавство ст. 98-104

 

 

 

 

 

 

Тестовий сервіс Plickers

      Plickers — це додаток, що дозволяє  миттєво оцінити відповіді всієї  групи і спростити збір статистики.
Plickers  використовує  планшет або телефон вчителя для того, щоб  зчитувати QR-коди з карток  учнів.  Картка у кожного учня своя, її можна  повертати, що дає чотири різних варіанти відповіді. В програмі  створюється список групи, і з його допомогою  можна дізнатися, як саме  кожен учень відповідав на запитання.

 

      Plickers будує діаграми відповідей і дозволяє  відразу дізнатися, яка  частина групи зрозуміла  матеріал, а кому потрібна  додаткова  допомога. 
    За  допомогою Plickers  можна проводити невеликі оглядові тести в  кінці теми. Для  цього треба внести у  додаток список класу і список  питань. Учні  піднімають свої картки  одночасно, а ваш планшет   видає вам інформацію про те, як  впорався  кожен з них. Це  дає можливість дізнатися про прогрес всього класу

Як працює  Plickers?
Програма  працює за простою  технологією. Основу складають  мобільний додаток, сайт і роздруковані  картки з QR-кодами. Кожному  учню  видається по одній  картці.
Сама картка  квадратна і має чотири  сторони. Кожній  стороні  відповідає свій варіант відповіді (A, B, C, D), який вказаний на  картці. Вчитель  задає  питання, учень вибирає правильний  варіант відповіді і піднімає  картку  відповідною стороною догори. Вчитель  за допомогою мобільного додатку сканує відповіді учнів в режимі  реального часу (для зчитування  використовується  технологія доповненої реальності). Результати  зберігаються в базу даних і доступні  як безпосередньо в мобільному  додатку, так і на сайті  для миттєвого або відстроченого  аналізу.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QR-коди для зчитування інформації про сплави (для учнів)