Конспект урока по материаловедению для металлообрабатывающих профессий на тему: Чугуны
Дисциплина «Материаловедение»
Конспект уроков по теме «Чугуны»
Урок1 Тема: Получение чугунов
Цели урока:
Обучающая: сформировать знания технологии получения чугуна
Развивающая: способствовать развитию логического мышления и умению работать с учебной литературой
Воспитывающая: воспитать профессиональную компетентность
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Средства обучения:
Дидактический материал (опорные конспекты, слайды).
Технические средства: мультимедийный комплекс
Межпредметные связи: «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках», «Технология обработки на металлорежущих станках»,
Ход урока.
1. Организационно – мотивационный этап – 8 мин.
1.1. Мотивация (важность темы при изучении дисциплины - устно)
1.1.Предварительное определение уровня знаний обучающихся (актуализация по темам1-3 - устно)
2. Организация самостоятельной деятельности обучающихся по основным вопросам темы- 72мин.
( Учебный материал № 1 , «Закрепляющий материал-задание 1.1).
3. Подведение итогов учебной деятельности – 10 мин.
3.1.Проверка степени усвоения изученной информации (лист с заданием 1.2.)
3.2.Оценка учебного занятия
3.3.Домашнее задание
Учебный материал 1
Чугун - сплав железа с углеродом, где углерода от 2,14% до 6,67% и небольшим количеством примесей: полезных - кремний и марганец, вредных - сера и фосфор.
1) Железная руда - источник железа. Различают следующие виды железной руды:
магнитный железняк, красный железняк, бурый и шпатовый железняк.
2) Каменный уголь в виде кокса - источник топлива и углерода. Для снижения влажности, повышения пористости каменный уголь подвергают коксованию (нагрев без доступа воздуха).
3) Флюсы - известняк и кремнезём - для понижения температуры плавления пустой породы. Они сплавляются с пустой породой руды и золой, образуя шлаки. Шлаки имеют низкую температуру плавления и малую плотность, поэтому легко всплывают на поверхность и удаляются из печи.
Выплавка чугуна из железной руды производится в доменной печи, представляющей шахтную, т.е. вертикальную, печь непрерывного действия ( Рис.3)
Рисунок 3. Доменная печь
В результате протекающих в печи химических процессов железная руда отдаёт свой кислород; выделяющееся при высокой температуре железо обладает способностью поглощать углерод. В итоге образуется сплав железа с углеродом (чугун). Таким образом, доменный процесс состоит из следующих этапов:- горение кокса с выделением углерода
- восстановление железа из его окислов
- науглероживание железа и превращение его в чугун
- шлакообразование.
Продукты доменного производства
Слитый чугун транспортируется в хранилище (для переделки в сталь) или в виде чугунных чушек направляется на машиностроительные заводы (для изготовления деталей путём отливки). Шлак используется как строительный материал (шлакоблоки, шлакобетон). Выделяющиеся доменные газы после очистки применяются как высококалорийное топливо. Поэтому доменное производство чугуна является безотходным..
Закрепляющий материал
Задание 1.1
Выполните конспект по предложенной схеме.Заполните пропуски в предложениях:
1) Чугун- это сплав __с ____, где С от ____ до ____% и небольшим количеством примесей: полезных --__и ___, вредных --___и ____.
2) Исходными продуктами при производстве чугуна являются:
А) железная руда, как источник _____.
Б) каменный уголь, как источник _____ и ________.
В) флюсы вещества для ___________.
Железо плавится, восстанавливается из ______ и соединяется с ___, выделяющимися при горении -______.Этот процесс называют _________________ железа.
На поверхности жидкого сплава собирается лёгкий ______, который периодически сливается и используется как ________.
В самом низу печи собирается жидкий _____, который сливается через свою летку и отправляется ______ или _________.
Выделяющиеся при горении газы очищаются и используются как _____.
Доменное производство чугуна служит примером _______ производства.
Проверка степени усвоения
Задание 1.2
Вариант 1.
Как называется печь для выплавки чугуна?
Что является исходными продуктами при этом производстве?
В чём заключается назначение железной руды?
В чём заключается назначение флюсов?
Почему доменный процесс называют безотходным?
Вариант 2
Для чего предназначена доменная печь?
В чём заключается назначение каменного угля?
Что такое шихта?
Где используются шлаки?
Сформулируйте полное определение сплава - чугун.
Урок 2. Тема: Виды чугунов
Цели урока:
Обучающая: формировать знания по теме, умения расшифровывать марки чугунов
Развивающая: способствовать развитию логического мышления и умению работать с учебной литературой
Воспитывающая: воспитать профессиональную компетентности
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Средства обучения:
Дидактический материал (опорные конспекты, слайды).
Технические средства: мультимедийный комплекс
Межпредметные связи: «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках», «Технология обработки на металлорежущих станках»,
Ход урока.
1. Организационно – мотивационный этап – 8 мин.
1.1. Мотивация (важность темы при изучении дисциплины - устно)
1.1.Предварительное определение уровня знаний обучающихся (актуализация по теме 1- устно)
2. Организация самостоятельной деятельности обучающихся по основным вопросам темы- 72мин.
( Учебный материал № 2 , «Закрепляющий материал-задание 2.1).
3. Подведение итогов учебной деятельности – 10 мин.
3.1.Проверка степени усвоения изученной информации (лист с заданием 2.2.)
3.2.Оценка учебного занятия
Учебный материал 2
Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может находиться не только в растворенном и связанном состоянии (в виде химического соединения – цементита Fe3C), но также в свободном состоянии – в виде графита. При этом форма выделении графита и структура металлической основы определяют основные типы чугуна и их свойства.
Белый чугун получают путем первичной кристаллизации из жидкого сплава при быстром охлаждении. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии – в виде цементита, который придает чугуну бело-матовый цвет. Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления деталей он не используется и применяется как передельный, т.е. идет на производство стали и других видов чугунов.
Серый чугун получают путем первичной кристаллизации при медленном охлаждении. В сером чугуне углерод находится в виде графита, включения которого имеют пластинчатую форму, которые сильно ослабляют металлическую основу. Серый чугун имеет наиболее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности. Свойства графита образовывать смазочные пленки обусловливает снижение коэффициента трения, а значит сопротивление износу, хорошие антифрикционные свойства. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием, обладают способностью рассеивать колебания при вибрациях и переменных нагрузках. Эти чугуны отличаются хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Применяется серый чугун, как конструкционный материал в строительстве и машиностроении для изготовления малоответственных и средненагруженных деталей.
Ковкий чугун получают из белого путем термической обработки – отжига, который заключается в длительной выдержке при температуре 950оС и медленном охлаждении. В результате графитные включения примут хлопьевидную форму. Эти включения более компактны, они меньше надрезают металлическую основу, и такой чугун оказывается более прочным. Он уже может работать на растяжение, его называют ковким, хотя в действительности он не настолько эластичен, чтобы его можно было «ковать». Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т.д.), однако ковкий чугун – малоперспективный материал из-за сложной технологии получения и длительности производственного цикла изготовления деталей из него.
Высокопрочный чугун получают после модифицирования серого чугуна (чаще всего магнием, который измельчает и округляет графитные включения в шаровидные). Шаровидные включения графита в наименьшей степени ослабляют металлическую основу, поэтому высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства, чем серый. При этом сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации. Этот чугун успешно конкурирует с углеродистыми сталями и к тому же он дешевле ковкого чугуна и стали. Применяется для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении (коленчатые валы, зубчатые колеса, цилиндры и др.).
Маркировка чугунов: буквы показывают названия чугунов: СЧ – серый чугун, КЧ – ковкий чугун, ВЧ – высокопрочный чугун. Цифры после букв указывают предел прочности в десятых долях мегапаскаля. В ковких чугунах дополнительно через тире указывается относительное удлинение в процентах. Во всех видах чугуна может в скобках указываться твердость по Бринеллю. Например: КЧ 45-7 – ковкий чугун, предел прочности на растяжение 450МПа, относительное удлинение 7%.
Закрепляющий материал
Задание 2.1
1) Продолжите заполнение таблицы для серого, ковкого и высокопрочного чугунов по аналогии заполнения для белого чугуна.
Белый чугун
Получение: быстрым охлаждением
Углерод в виде: цементита
Свойства: твёрдый, хрупкий
Применение: переделывается в сталь и другие виды чугунов
Серый чугун
Получение:
Углерод в виде:
Свойства:
Применение
Высокопрочный чугун
Получение:
Углерод в виде:
Свойства:
Применение:
Ковкий чугун
Получение:
Углерод в виде:
Свойства:
Применение:
2) Расшифруйте марки чугуна: а) СЧ18(178) б) ВЧ 56-4(269)
Проверка степени усвоения
Задание 2.2
1) Выполните задание, отвечая на вопросы. Форма ответа: сочетание цифры вопроса и буквы ответа. Варианты ответа: а) серый б) белый в) ковкий д) высокопрочный
Как называется чугун, в котором углерод содержится в виде цементита?
Как называется чугун, получаемый медленным охлаждением?
Как называется чугун с шаровидными включениями графита?
Какой чугун переделывается в сталь?
Как называется чугун, получаемый в результате отжига?
Как называется чугун, в котором углерод содержится в виде пластинок графита?
Как называется чугун ,получаемый в результате модифицирования?
Как называется чугун с графитом в виде хлопьев?
Какой чугун имеет высокую пластичность?
Какой чугун обладает высокими литейными свойствами?
Урок 3 Тема: Легированные чугуны
Цели урока:
Обучающая: сформировать новых знаний по теме
Развивающая: способствовать развитию логического мышления и умению работать с учебной литературой
Воспитывающая: воспитывать профессиональную компетентность
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Средства обучения:
Дидактический материал (опорные конспекты, слайды).
Технические средства: мультимедийный комплекс
Межпредметные связи: «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках», «Технология обработки на металлорежущих станках»,
Ход урока.
1. Организационно – мотивационный этап – 8 мин.
1.1. Мотивация (важность темы при изучении дисциплины - устно)
1.1.Предварительное определение уровня знаний обучающихся (актуализация по темам 1-2- устно)
2. Организация самостоятельной деятельности обучающихся по основным вопросам темы- 72мин.
( Учебный материал № 3 , «Закрепляющий материал-задание 3.1).
3. Подведение итогов учебной деятельности – 10 мин.
3.1.Проверка степени усвоения изученной информации (лист с заданием 3.2.)
3.2.Оценка учебного занятия
Учебный материал 3
Влияние химического состава на свойства чугуна
В состав чугуна входят: железо, углерод (24,5%), а также кремний, марганец, сера и фосфор и некоторые другие химические элементы.
Углерод наиболее важная после железа составляющая часть чугуна. Он может находиться в чугуне либо в виде химического соединения с железом цементита FезС, либо в виде мелких включений графита. На состояние углерода в чугуне большое влияние оказывает скорость охлаждения: чем она больше, тем больше в чугуне цементита.
Кремний попадает в чугун во время плавки из кремнезема .Он улучшает литейные свойства, повышает жидкотекучесть, способствует процессу графитизации и, следовательно, получению серого чугуна.
Марганец переходит в металл из марганцовистой руды, добавляемой в доменную печь. С углеродом он образует карбид марганца Мп3С. При небольшом содержании марганец повышает прочность чугуна. При значительном содержании он препятствует процессу графитизации.
Сера вредная примесь. Она попадает в чугун из топлива и частично из руды. Сера увеличивает хрупкость чугуна, понижает прочность, снижает жидкотекучесть (чугун плохо заполняет форму), придаёт красноломкость.
Фосфор переходит в чугун из руды и находится в нем в виде химического соединения с железом. Он понижает механические свойства чугуна, придает ему хладноломкость. Содержание фосфора в отливках должно быть не более 0,3%. Поскольку фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна, чем обеспечивается хорошее заполнение формы, его содержание при изготовлении художественного литья доходит до 1,2%.
В легированных чугунах, кроме обычных примесей, содержатся легирующие элементы: хром, молибден, никель, ванадий, титан, улучшающие свойства чугуна и придающие ему особые физико-механические свойства. Содержание серы и фосфора в этих чугунах минимальное. Легирующие элементы повышают прочность, твёрдость, износоустойчивость, коррозионную стойкость.
Наиболее широкое применение получили: жаростойкие легированные чугуныЧХ2,ЧХ3; жаропрочные ЧНМШ, ЧН11Г7Х2Ш; коррозионно-стойкие ЧХ1, ЧНХТ и антифрикционные чугуны. Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых сплавов, способных работать в условиях трения. Различают антифрикционные серые чугуны-АЧС-1АЧС-6; антифрикционные высокопрочные чугуны - АЧВ-1---АЧВ 2 и антифрикционные ковкие чугуны-АЧК-1АЧК-2. Цифры показывают степень легирования.
Закрепляющий материал
Задание 3.1
1. Заполните таблицу «Влияние примесей на свойства чугуна»
Примесь
В каком виде находится в чугуне
Какое влияние оказывает на состав и свойства чугуна
Кремний
Марганец
Сера
Фосфор
2. Какие чугуны называют легированными? Какими свойствами они обладают?
3.Приведите примеры антифрикционных чугунов. Какими свойствами они обладают?
Проверка степени усвоения
Задание 3.2
Ответьте на вопросы.
Вариант 1.
1) Какое влияние оказывает на свойства чугуна кремний?
2) Какой элемент вызывает хладноломкость?
3) Что обозначает запись АЧК-2?
Вариант 2.
1) Какое влияние оказывает марганец на свойства чугуна?
2) Какой элемент вызывает красноломкость?
3) Что обозначает запись АЧВ-1?
Урок 4 . Практическая работа «Классификация и расшифровка марок чугунов»
Цели урока:
Обучающая: систематизировать знания и закрепить навыки расшифровки сплавов
Развивающая: способствовать развитию логического мышления и умению самостоятельной работы
Воспитывающая: воспитать профессиональную компетентность
Тип урока: комбинированный, практикоориентированный
Средства обучения:
Дидактический материал (опорные конспекты, слайды).
Технические средства: мультимедийный комплекс
Межпредметные связи: «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках», «Технология обработки на металлорежущих станках»,
Ход урока.
1. Организационно – мотивационный этап – 8 мин.
1.1. Мотивация (важность темы при изучении дисциплины - устно)
1.1.Предварительное определение уровня знаний обучающихся (актуализация по темам 1-3- устно)
2. Организация самостоятельной деятельности обучающихся по основным вопросам темы- 72мин.
(Задания 4.1, 4.2, 4,3).
3. Подведение итогов учебной деятельности – 10 мин.
3.1.Проверка степени усвоения изученной информации (лист с заданием 4.2.)
3.2.Оценка учебного занятия
Задание 4.1.
Напишите определение: Чугун - это_____________
Определите, какие из предложенных процессов протекают в доменной печи:
А) окисление железа
Б) восстановление железа водородом
В) восстановление железа из окислов
Г) науглероживание железа
3) Выберите чугуны, которые вы считаете передельными:
А) серые
Б) белые
В) ковкие
Г) высокопрочные
Д) легированные
4) Используя информационный банк, запишите марки серых чугунов:
А) невысокой прочности
Б) повышенной прочности
В) наибольшей прочности
Информационный банк: СЧ10, СЧ15,СЧ18, СЧ21, СЧ24, СЧ30, СЧ 35.
5)Какова форма графитных включений в серых чугунах? Как происходит образование данной формы включений?
6) Какие виды чугунов можно применить для изготовления корпусных деталей?
Задание 4.2
Произведите классификацию и определите механические свойства следующих марок чугунов:
Вид чугуна
Режим получе-
ния
Форма
графитных включений
Проч-ность
Пластич-ность
Твёр
дость
СЧ 30
КЧ 35-10
КЧ 70-2
ВЧ 45-5
Задание 4.3
Используя таблицу 4 , объясните применение СЧ 30 в сравнении с СЧ 10, исходя из механических свойств и металлической основы.
Таблица 4. Возможные области применения серого литейного чугуна с пластинчатым графитом
Марка
Области применения
Ферритный чугун
СЧ 10
Отливки с толщиной стенок до 15мм для малоответственных изделий
СЧ 15,18
Отливки с толщиной стенок 10-30мм для малоответственных изделий
Ферритно-перлитный чугун
СЧ 20
Отливки с толщиной стенок 10-20мм для ответственных изделий
СЧ 24
Отливки с толщиной стенок 30 мм для ответственных изделий
Перлитный чугун
СЧ 30
Отливки с толщиной стенок 40мм для ответственных изделий
СЧ 35
Отливки с толщиной стенок 60мм для ответственных изделий
СЧ 40
Отливки с толщиной стенок 100мм для ответственных высоконагруженных изделий
СЧ 45
Отливки с массивными стенками для наиболее ответственных высоконагруженных изделий
Заголовок 1 Заголовок 415