План конспект урока: Классификация сталей. Термическая обработка сталей.
план-конспект урока по технологии (7 класс) на тему

Тема: Классификация сталей. Термическая обработка сталей.

Класс: 7.

Цели: изучить основные виды, свойства и назначения различных сталей. Научить отличать обрабатываемость сталей. Изучить основные приемы термообработки сталей.

Оснащение урока: таблицы по термообработке сталей, тиски, напильник, образцы сталей.

Объект и содержание работы: работа с учебником и образцами стали.

Ход урока.

 I. Вводная часть.

1. Повторение ранее пройденного материала.

1. Учащимся предлагается вспомнить из курса VI класса об основных свойствах металлов.

—   Какие металлы вы знаете?

—   Какими свойствами обладают металлы?

—   Какие изделия изготавливают из металлов?

2. Сообщение цели урока.

II. Изложение программного материала.

Для начала учащимся демонстрируются изделия из различных видов сталей (уголок, пружина, фреза или метчик и т.д.). 

Общие сведения о металлах и сплавах

Работая   с   заготовками   из   разных   металлов,   вы   успели заметить, что металлы обладают различными свойствами: одни из них хрупкие, другие упругие, одни мягкие, другие более твердые. Для всех металлов характерен металлический блеск. Различаются металлы по цвету - медь, например, розово-красная, сталь - сероватого цвета. Металлы обладаю свойством  проводить тепло и электрический ток. Знать свойства металлов надо для того, чтобы правильно выбрать материал для изготовления изделия.

В чистом  виде металлы  используются относительно редко. Больше всего они применяются в виде сплавов.

Сплавами металлов называются сложные вещества, полученные путем сплавления одною металла с другими или металла с неметаллическими элементами. Все металлы и сплавы принято делить на черные и цветные.

В группу черных металлов входят железо, чугун и сталь, в группу цветных все остальные металлы и сплавы.

Железо-   металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Он пластичен, хорошо обрабатывается, широко распространен   в   природе, но   в   чистом   виде   почти   не   встречается. Железо находится в земной  коре в составе соединения с кислородом   и другими   элементами. Эти соединения  называют железными   рудами.   Из   них   получают   железо,   которое   применяю в виде различных сплавов с углеродом -  чугунов и сталей.

Чугун -  сплав железа с углеродом, содержащий более 2% (обычно 3...4.5%) углерода, а также примеси других элементов

Чугун является одним из самых дешевых и распространенных конструкционных материалов и широко применяется в машиностроении. Кроме того, из чугуна получают сталь.

Сталь- это сплав железа с углеродом, содержащий до 2,1 % углерода. Как и чугун, сталь содержит в себе примеси некоторых других элементов. Основное отличие стали от чугуна - это то. что сталь содержит  меньшее количество углерода и примесей.

Сталь и чугун являются самыми распространенными материалами современной техники и производства. На их долю приходится основная масса всей металлической продукции.

Среди цветных металлов наиболее широкое применение имеют медь, алюминий и сплавы на их основе, а также олово, цинк и др.

Медь — металл розовато-красного цвета, обладающий электропроводностью и теплопроводностью, хорошей пластичностью, но сравнительно невысокой прочностью, хорошо обрабатывается. Применяется, прежде всего, в электропромышленности и химическом машиностроении. Сплавы меди обычно делят на две группы   -латуни и бронзы.

Латунь сплав меди с цинком (цинка от 10 до 42%). Латунь отличается от меди большей прочностью.

Бронзам и называют сплавы меди с оловом или другими элементами, кроме цинка. В основном бронзы характеризуются высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, обладают высокими литейными качествами и низким коэффициентом трения.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета: гибкий, мягкий и вязкий, хорошо отливается и прокатывается в листы и проволоку. Алюминий широко используется в авиастроении, в электротехнике и при изготовлении посуды и других предметов быта. Большое распространение имеет алюминий в составе сплавов на его основе.

Олово—металл серебристо-белого цвета, весьма мягкий и пластичный. Олово можно легко раскатать в очень тонкие листы, называемые фольгой. Его применяют для покрытия тонких листов стали и получения белой жести. Олово входит в состав многих сплавов: припоев, применяемых для пайки и лужения, баббитов, бронз, латуни и т. д.

Цинк — это светло-серый металл с голубым оттенком. Обладает высокой коррозийной стойкостью. Благодаря этому качеству цинк применяется для покрытия стальных изделий в целях защиты их от коррозии, например для получения оцинкованного железа. Цинк входит в состав некоторых сплавов латуни и др.

Виды стали и ее применение

Сталь занимает особое место среди металлов и сплавов. Она служит   материальной  основой   практически   всех   отраслей  техники и производства. В зависимости от состава стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом, в состав которых входят некоторые обычные примеси. Углерод придает стали твердость, но увеличивает хрупкость и снижает пластичность.

Легированные стали — сплавы, в которые, кроме железа, углерода и обычных примесей, входят так называемые легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.). Добавление их в сталь во время плавки изменяет ее свойства. Одни элементы повышают твердость и прочность, другие — упругость, третьи повышают коррозийную стойкость стали, улучшают другие полезные свойства и качества.

По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и специальные с особыми свойствами.

Конструкционные  стали — уже  их  название  говорит о том, что они применяются для изготовления различных металлических  конструкций, деталей  механизмов  и  машин  и т. д.  Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественной.

Сталь обыкновенного качества обладает невысокой прочностью и применяется для изготовления болтов, шайб, мягкой проволоки, заклепок и т. д.

Качественная углеродистая сталь более прочная, и из нее изготовляют зубчатые колеса, шкивы и другие детали машин.

Все стали маркируются, т. е. имеют условные обозначения, которые показывают вид стали, ее состав, свойства и т. д. (см. приложение).

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества маркируется буквами «Ст.» и порядковым номером от о до 7. Например, Ст.О, Ст.1 и т.д. Чем выше номер стали, тем больше в ней содержание углерода и выше прочность. Качественная углеродистая сталь обозначается цифрами, указывающими содержание углерода в сотых долях процента. Например, «Сталь 45» — сталь, содержащая 0,45 % углерода. Более подробно по марке стали можно определить ее состав и свойства, пользуясь специальным справочником.

Инструментальные углеродистые стали тоже подразделяются на качественные и высококачественные.

Инструментальные стали отличаются от конструкционных большей твердостью и прочностью. Они применяются для изготовления различного режущего и контрольно-измерительного инструмента.

Инструментальные качественные и высококачественные стали маркируются буквами и цифрами, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 и У8А — углеродистая сталь, 8—0,8 % углерода, А — высококачественная сталь.

Специальные стали — это стали с особыми свойствами: нержавеющие, износостойкие и  др.

Широко и разнообразно применение легированных сталей. Конструкционные и инструментальные легированные стали маркируются сочетанием цифр и букв. Цифры, стоящие в начале марки, указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента для инструментальных сталей и в сотых долях процента для конструкционных. Если цифры отсутствуют, то содержание углерода около 1 %. Легирующие элементы, входящие в сталь, обозначаются в марке легированной стали буквами русского алфавита: хром — X, никель — Н, вольфрам — В, марганец —Г, ванадий — Ф, алюминий — Ю и т.д. Цифры после букв указывают среднее содержание этих элементов в процентах. Если цифры отсутствуют, то содержание элемента около 1%. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Пример марки легированной стали: 12Х2Н4А — это высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая 0,12 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля. Другой пример марки: ХВГ — хромовольфрамомарганцевая сталь, в которой углерода и легирующих элементов примерно по 1 %.

В школьных учебных мастерских используется для режущих инструментов быстрорежущая сталь. Она обозначается буквой Р с цифрой. Цифра указывает процентное содержание в стали вольфрама. Например: Р18 — быстрорежущая сталь, содержащая 18 % вольфрама. Если в марке указаны другие буквы и цифры, то они показывают процентное содержание в стали других легирующих элементов. Например: Р6М5 быстрорежущая сталь  с содержанием   вольфрама  6 %,   молибдена  5 %.

Термообработка.

Термообработка - это нагрев стали до определенной температуры, выдержка и охлаждение. Различают три вида термообработки: закалка, отпуск, отжиг.

Теперь давайте рассмотрим эти три вида термообработки.

Закалка - это нагрев металла до определенном температура, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение в воде, масле или специальных растворах.

Закалка повышает твердость и прочность, но повышает хрупкость.

Отпуск позволяет снизить хрупкость и увеличить пластичность. Отпуск - это нагрев до 400 - 500°С и охлаждение в воде или на воздухе.

Отжиг снижает твердость стали и делает ее мягче. При отжиге заготовку нагревают, выдерживают при этой температуре и медленно, часто вместе с печью, охлаждают.

Для выполнения операций по термообработке в условиях мастерской применяю муфельную печь. Температуру закалки можно контролировать по цветам каления (см. таблицу 1), а температуру отпуска - но цветам побежалости (см. таблицу 2)

Таблица 1 Цвет каления при закалке заготовок

Таблица 2 Цвета побежалости при нагреве заготовок

На производстве термическую обработку выполняют специально подготовленные люди - термисты.

III.Практическая часть.

Закрепите в тисках поочередно образцы из незакаленной и закаленной сталей. Проведите по образцам несколько раз напильником.

Сравните и сделайте вывод об обрабатываемости сталей.

Вопросы:

1. Сколько углерода содержится в углеродистой стали?
2. Чем отличаются углеродистые стали от легированных?
3. Зачем нужна термическая обработка сталей?
4. Как маркируются стали?

IV. Заключительная часть.

1. Учитель проводит экспресс - опрос о свойствах и назначениях сталей.
2. Оценка ответов учащихся.
3. Отметить наиболее характерные ошибки в ответах.
4. Уборка мастерской.

V. Домашнее задание. §16, стр. 62 – 65.