УМК УД Материаловедение
методическая разработка

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Материаловедение

1.1. Область применения программы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью программы подготовки рабочих кадров, служащих в соответствии с ФГОС CПО по профессии 23.01.03 Автомеханик.

1.2.Место дисциплины в структуре программы подготовки рабочих кадров, служащих: дисциплина входит в общепрофессиональный цикл.

1.3.Цели и задачи дисциплины - требования к результатам освоения дисциплины:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- выбирать материалы для профессиональной деятельности;

- определять основные свойства материалов по маркам.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать: 

- основные свойства, классификацию, характеристики применяемых в профессиональной деятельности материалов;

- физические и химические свойства горючих и смазочных материалов.

1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося - 72 часа, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося - 48 часов; самостоятельной работы обучающегося - 24 часа.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

2.2 Тематический план и содержание учебной дисциплины «Материаловедение»

3. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия лаборатории материаловедения.

Оборудование лаборатории:

- посадочные места по количеству обучающихся;

- рабочее место преподавателя;

- комплект учебно-наглядных пособий «Материаловедение»;

- объемные модели металлической кристаллической решетки;

- образцы металлов (стали, чугуна, цветных металлов и сплавов);

- образцы неметаллических материалов; 

- микрошлифы сталей, чугунов, цветных сплавов,

- коллекция фотографий микро- и макрошлифов, видов разрушения автомобильных деталей, видов дефектов металла, механической обработки изделий. 

- параллельные поворотные тиски;

- комплект рабочих инструментов;

- измерительный и разметочный инструмент;

- сверлильные станки;

- заточные станки;

- электроточило;

- рычажные и стуловые ножницы;

- вытяжная и приточная вентиляция.

Технические средства обучения:

- персональный компьютер и мультимедиапроектор.

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1. Чумаченко Ю.Т, Чумаченко, Г.В., Герасименко А.И Материаловедение для автомехаников: Учеб. пособие.- Р/н Д «Феникс», 2008.

Дополнительные источники:

1. Виноградов, К.С., Попова Л.А. Материаловедение (для слесарей-сантехников, слесарей-монтажников, машинистов строительных машин). - Москва «Высшая школа», 1999.

2. ГОСТ 1050-88. Сталь углеродистая качественная конструкционная.

3. ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества.

4. ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок

5. ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные

6. ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные

7. ГОСТ 9432-60. Смазка автомобильная

Интернет – ресурсы:

Электронный ресурс «Видеоуроки по материаловедению».

Форма доступа: http:// www.vkpolitehnik.ru/index/0-206

www.vkpolitehnik.ru/index/0-206

4. КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических работ, контрольных работ, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Паспорт комплекта контрольно-оценочных средств

2. Результаты освоения учебной дисциплины, подлежащие проверке

3. Оценка освоения учебной дисциплины

3.1. Формы и методы оценивания

3.2. Типовые задания для оценки освоения учебной дисциплины

4. Контрольно-оценочные материалы для итоговой аттестации по учебной дисциплине

Приложения. Задания для оценки освоения дисциплины

1. Паспорт комплекта контрольно-оценочных средств

В результате освоения учебной дисциплины Материаловедение обучающийся должен обладать предусмотренными ФГОС по профессии СПО 23.01.03. Автомеханик следующими умениями, знаниями, которые формируют профессиональную компетенцию, и общими компетенциями:

У1 - выбирать материалы для профессиональной деятельности;

У2 - определять основные свойства материалов по маркам;

З1 - основные свойства, классификацию, характеристики применяемых в профессиональной деятельности материалов;

32 - физические и химические свойства горючих и смазочных материалов.

ОК.1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес;

ОК.2 Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения, определенных руководителем;

ОК.3 Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы;

ОК.4 Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач;

ОК.5 Использовать информационно- -коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;

ОК.6 Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, клиентами;

ОК.7 Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей)

Формой аттестации по учебной дисциплине является дифференцированный зачет.

2. Результаты освоения программы учебной дисциплины, подлежащие проверке

2.1. В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется комплексная проверка следующих умений и знаний, а также динамика формирования общих компетенций:

Таблица 1.1

3. Оценка освоения учебной дисциплины:

1. Формы и методы оценивания

Предметом оценки служат умения и знания, предусмотренные ФГОС по дисциплине Материаловедение, направленные на формирование общих и профессиональных компетенций.

Контроль и оценка освоения учебной дисциплины по темам (разделам)

Таблица 2.2

3.2. Типовые задания для оценки освоения учебной дисциплины

3.2.1. Типовые задания для оценки знаний З1, умений У1, У2, (рубежный контроль)

1. Задания в тестовой форме (в приложении 1)

Раздел 1. Основы металловедения (2 варианта)

Пример

1. Сталь состоит из сплава:

а) меди с цинком;

б) железа с углеродом, содержащий до 2,14% углерода;

в) алюминия с магнием;

г) железа с углеродом, содержащий 2,14-6,67% углерода.

2. Соответствие механических свойств материала его содержанию.

3. Нагревостойкость – это…

2. Практическая работа

Практическая работа №1 Анализ структуры и свойства стали и чугуна

Задание. Анализ структуры и свойств стали и чугуна

Практическая работа №2. Определение свойств чугунов и сталей по марке Задание.

1. Укажите интервал углерода в чугуне.

2. На основании диаграммы железо- цементит, укажите линию, по которой заканчивается процесс первичной кристаллизации чугуна.

3. На основании диаграммы железо цементит укажите координаты точки чистого цементита, точка D.

4. Опишите можно ли влиять на прочность серого чугуна путем изменения величины и распределением по объему графитовых включений. Из-за чего понижается прочность чугуна.

5. Укажите влияние серы и фосфора на свойства чугуна.

6. Поясните, что обеспечивает шаровидная форма графита. Приведите пример на основании классификации чугунов. ВЧ 60-2.

7. Выберите марку чугуна для изготовления более нагруженных деталей машин. Укажите состав, структуру и основные механические свойства чугуна.

8. Перечислите, какие структурные составляющие получаются у ковкого чугуна в процессе отжига белого чугуна. Выстройте цепочку.

9. Поясните, какие свойства и вид чугуна в большей степени влияют на изготовление узлов, деталей металлорежущих станков. Каким способом можно улучшить прочностные, эксплуатационные характеристики или придать чугуну особые свойства.

10. Поясните, на что влияет свободный углерод в составе чугуна.

11. Укажите интервал углерода в стали.

12. Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18. Укажите состав стали, и определите, к какой группе по назначению относится данная сталь. Объясните влияние легирующих элементов на свойства стали. Опишите структуру стали.

13. В результате термической обработки червяки должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 20ХГР. Укажите, состав стали  и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению. Объясните влияние легирующих элементов на вид диаграммы состояния Железо-цементит.

14. Углеродистые стали У8 и 35 имеют после закалки и отпуска структуру мартенсит отпуска и твердость: первая - 60НRС, вторая - 50НRС. Объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 35.

15. Для изготовления фрез выбрана сталь 9ХС.  Укажите состав и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению. Опишите микроструктуру и свойства стали на основании диаграммы железо - цементит при нагреве до 911 0С.

16. Для деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 14Х17Н2. Укажите состав и определите, класс стали. Объясните  причину  введения хрома в эту сталь и обоснуйте, выбор данной стали, для указанных условий работы.

17. Объясните, как прокаливаемость влияет на количество легирующих элементов.

18. Определите химический состав стали 40Х.

19. Определите механические и физические свойства стали 45.

20. Поясните, для чего сталь легируют марганцем и его влияние на свойства стали

21. Перечертите таблицу в тетрадь для практических работ. После выполнения задания проведите самооценку. Если задание выполнено полностью, то напротив задания записывается - 2 балла, если частично – 1 балл, не выполнено – 0 баллов.

Практическая работа №3. Исследование структуры и свойств стали и чугуна

Задание.

1. Прочитайте внимательно основные сведения по теме работы и разберитесь с классификацией чугунов, сталей,  их строением, свойствами, областью применения каждой группы материалов.

2. Изучите чугунную часть диаграммы железо-углерод. (слайды)

3. Изучите по фотографиям металлографические шлифы чугунов и сталей, зарисуйте их структуры. На рисунках обозначьте все структурные составляющие и определите, к какой группе относится каждый из изучаемых образцов.

Выводы

Сформулировать одно, два обобщающих заключения о научном и практическом результате исследования структур чугунов, стали.

Практическая работа №4. Исследование структуры и свойств цветных металлов и сплавов

Задание

1. Ознакомиться с теоретической частью настоящих методических указаний и диаграммами состояния, кратко изложить в отчете основное содержание.

2. Посмотреть коллекцию шлифов цветных сплавов (см. слайды).

3. Просмотреть, изучить и зарисовать в отчете наблюдавшиеся микроструктуры из просмотренной коллекции шлифов сплавов на алюминиевой, титановой, медной, оловянной и свинцовистой основах. Микроструктуры зарисовать в квадратных рамочках размеров 4х4см. Расшифровать марку.

4. На каждом рисунке стрелками указать присутствующие в микроструктуре сплава структурные составляющие (фазы), а в подрисуночной подписи – наименование и марку сплава, увеличение.

5. Описать наименование, форму и характер распределения структурных составляющих (фаз), указать примерное количественное соотношение между ними.

Практическая работа №5. Исследование действий электрохимической коррозии

Задание

Изучить сущность химической и электрохимической коррозии металлов;

Закрепить представления об окислительно-восстановительных реакциях.

Практическая работа №6. Определение свойств чугуна по марке. Определение свойств стали по марке.

Задание

1. Определить вид чугуна по классификации.

2. Расшифровать указанные марки чугуна, определить физические свойства.

3. Привести примеры применения данных марок чугунов для изготовления деталей, агрегатов и узлов автотранспортных средств.

4. Определить вид сталей по классификации.

5. Расшифровать указанные марки сталей, определить физические свойства.

6. Привести примеры применения данных марок сталей для изготовления деталей, агрегатов и узлов автотранспортных средств.

7. Оформить отчет.

8. Ответить на вопросы.

3. Самостоятельная работа

Подготовка конспекта по темам:

1. Применение основных свойств металлов в автомобильной технике;

2. Применение основных свойств сплавов в автомобильной технике;

3. Методы борьбы с коррозией;

4. Защитные материалы;

5. Маркировка различных сплавов.

Подготовка сообщения по темам:

1. Почему сплавы получили большее распространение, чем чистые металлы?

2. Расшифровка маркировки сталей по назначению, химическому составу и качеству.

3.2.2. Типовые задания для оценки знаний З2, умений У1, У2

Раздел 2. Основные свойства неметаллических материалов (текущий контроль)

Контрольная работа по теме 2.1. Основные свойства неметаллических материалов» (Приложение 2)

Пример

1. Основа любой пластмассы, связывающая компоненты пластмассы в монолитное целое, придает ей главные свойства – это…

2. Определите верны или не верны следующие утверждения

(написать: верно или неверно)

Покрытия из неорганических материалов наносят на поверхности с целью защиты поверхности металлов от коррозии, снижения коэффициента трения, повышения жаро- и износостойкости.

3. Пленочный пластик, покрытый слоем перхлорвинилового клея различных размеров и цветов.

а) слюда;

б) изоляционная прорезиненная лента;

в) липкая изоляционная лента.

2. Практическая работа

Практическая работа №7. Исследование качества лакокрасочных материалов для автомобилей

Задание

1. Подготовить металлическую поверхность к окраске и нанести слой грунта.

2. Произвести шпатлевание.

3. Оценить малярные свойства краски.

4. Произвести окраску и оценить адгезию лакокрасочного покрытия и его эластичность.

5. Оценить твердость лакокрасочного покрытия и его прочность при ударе.

6. Составить отчет о работе.

7. Ответить на контрольные вопросы.

Практическая работа №8. Исследование технологии вулканизация резины

Задание

Изучить процесс вулканизации, определить температурный коэффициент вулканизации по физико-механическим показателям и оптимальное время вулканизации.

Практическая работа №9. Исследование структуры композиционных материалов

Задание

Исследовать структуры композиционных материалов

Практическая работа №10. Определение свойств лакокрасочных материалов для автомобилей

Практическая работа №11. Определение качества бензина. Определение качества дизельного топлива

Задание

Определить наличие механических примесей и воды (качественно).

2. Определить плотность бензина, дизельного топлива при 20 °С.

3. Определить кинематическую вязкость при 20 °С.

4. Определить температуру помутнения и застывания.

5. Сделать заключение о пригодности данного образца топлива для автомобильных двигателей.

6. Ответить на контрольные вопросы.

Практическая работа №12. Определение качества моторного масла

Задание

1. Определить наличие механических примесей и воды (качественно).

2. Определить кинематическую вязкость при 50 °С и 100 °С.

3. Определить индекс вязкости.

4. Сделать заключение о пригодности данного образца масла для автомобильных двигателей.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Практическая работа №13. Определение качества пластичной смазки

Задание

1. Оценить испытуемый образец по внешним признакам.

2. Определить растворимость смазки в воде и бензине.

3. Определить температуру каплепадения предложенных образцов смазок.

4. Составить отчет по работе.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Практическая работа №14. Определение качества антифриза

Задание

1. Оценить испытуемый образец по внешним признакам.

2. Определить состав и температуру застывания антифриза.

3. Произвести расчет по исправлению качества антифриза.

4. Составить отчет о работе.

5. Ответить на контрольные вопросы.

3. Самостоятельная работа

Подготовка сообщений на темы:

1. Характеристика летних и зимних шин, основные марки.

2. Требования, предъявляемые к. композиционным  материалам.

3. Определение свойств лакокрасочных  материалов.

4. Характеристика  абразивных материалов.

5. Характеристика бензинов, основные марки.

6. Требования, предъявляемые к сжатым топливным газам.

7. Определение свойств масел по марке.

8. Назначение и основные требования, предъявляемые к пластичным смазкам.

9. Характеристика охлаждающих жидкостей.

10. Пути снижения эксплуатационного расхода топлива и масел.

11. Применение горюче-смазочных материалов (ГСМ).

4. Контрольно-оценочные материалы для итоговой аттестации по учебной дисциплине

Предметом оценки являются умения и знания. Контроль и оценка осуществляются с использованием следующих форм и методов:

- форма текущего контроля: для закрепления у обучающихся навыков по предмету работа с тестами, выполнение практических и самостоятельных работ.

Текущий контроль осуществляется в процессе изучения дисциплины и проводится в сроки, определенные календарным планом по данной дисциплине.

Цель текущего контроля – проверить степень и качество усвоения изучаемого материала, определить необходимость введения изменений в содержание и методы обучения. В процессе текущего контроля оценивается самостоятельная работа обучающегося над изучаемым материалом по отдельным разделам дисциплины, работа с дополнительной литературой, овладение практическими навыками.

Форма текущего контроля – устная или письменная.

Виды текущего контроля:

• устный опрос;
• тестирование;
• практическая работа;
• самостоятельная работа.

- форма рубежного контроля: тестирование, контрольная работа по завершении изучаемого раздела.

- форма промежуточной аттестации: экзамен.

Содержание итогового контроля соответствует программе дисциплины, равномерно охватывая все ее разделы.

Оценка освоения дисциплины предусматривает использование

• накопительной / рейтинговой системы оценивания и проведение экзамена, в зависимости от рейтингового балла обучающийся может быть освобожден от проверки освоения на экзамене той или иной части дидактических единиц.

I. ПАСПОРТ

Назначение:

КОМ предназначен для контроля и оценки результатов освоения учебной дисциплины «Материаловедение» по профессии 23.01.03. Автомеханик базовой подготовки.

Умения

У1 - выбирать материалы для профессиональной деятельности;

У2 - определять основные свойства материалов по маркам.

Знания

З1 - основные свойства, классификацию, характеристики применяемых в профессиональной деятельности материалов;

З2 - физические и химические свойства горючих и смазочных материалов.

2. Задание для экзаменующегося

Инструкция для обучающихся

Внимательно прочитайте задание

Время выполнения задания -90 мин. 

Вариант 1

ЗАДАНИЕ №1

Ответьте на вопросы теста

1. Укажите какие свойства материалов, необходимо учитывать при изготовлении деталей машин:

1. Физические свойства материалов
2. химические свойства материалов
3. механические свойства материалов
4. технологические свойства материалов
5. производственные свойства материалов

2. Выберите из предложенного перечня основные показатели, характеризующие сталь40ХН2МА

1. жидкотекучесть
2. хладоломкость
3. жаропрочность
4. прочность
5. сопротивляемость
6. ковкость

3. Признаки классификации металлов и сплавов

1. химический состав
2. структурный состав
3. качество
4. степень раскисления
5. назначение
6. степень кристализации

4. Основные характеристики физических свойств дизельного топлива

1. температура кристаллизации
2. вязкость
3. воспламеняемость
4. плотность
5. фильтруемость

5. Химические вещества, входящие в состав бензина

a) цетан -  Н-гептан

b) процентное содержание Н-гексадекана в смеси с Н-гептаном

c) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гексадеканом

d) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гептаном

ЗАДАНИЕ №2

Текст задания: Требуется для КПП автомобиля ЗИЛ – 4314 изготовить новый вторичный вал для замены изношенного

1. выберите материал для изготовления вала и обоснуйте свой выбор
2. укажите основные свойства данного материала
3. назначьте вид термообработки для данной детали

ЗАДАНИЕ №3

Текст задания: Определите основные свойства материала по его маркировке У9А

Вариант №2

ЗАДАНИЕ №1

Ответьте на вопросы теста

1. Укажите какие свойства материалов,  необходимо учитывать  при изготовлении деталей машин:

1. физические свойства материалов
2. химические свойства материалов
3. механические свойства материалов
4. технологические свойства материалов
5. производственные свойства материалов

2. Выберите из предложенного перечня основные показатели, характеризующие сталь40ХН2МА

1. жидкотекучесть
2. хладоломкость
3. жаропрочность
4. прочность
5. сопротивляемость
6. ковкость

3. Укажите по каким признакам классифицируются металлы и сплавы

1. по химическому составу
2. по структурному составу
3. по качеству
4. по степени раскисления
5. по назначению
6. по степени кристализации

4. Перечислите основные  характеристики физических свойств дизельного топлива

1. температура кристаллизации
2. вязкость
3. воспламеняемость
4. плотность
5. фильтруемость

5. Укажтите химические вещества, входящие в состав бензина
a) цетан -  Н-гептан

b) процентное содержание Н-гексадекана в смеси с Н-гептаном
c) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гексадеканом
d) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гептаном

ЗАДАНИЕ №2

Текст задания: Для привода транспортёра ,кинематическая схема которого изображена на рисунке требуется изготовить ведомый шкив привода

1. выберите материал для изготовления шкива и обоснуйте свой выбор
2. укажите основные свойства данного материала
3. назначьте вид  термообработки для данной детали

Рис.2.1Кинематическая схема привода транспортёра

ЗАДАНИЕ №3

Текст задания: Определите основные свойства материала по его маркировке 25Г2

Вариант №3

ЗАДАНИЕ №1

Ответьте на вопросы теста

1.Укажите какие свойства материалов,  необходимо учитывать  при изготовлении деталей машин:

1. физические свойства материалов
2. химические свойства материалов
3. механические свойства материалов
4. технологические свойства материалов
5. производственные свойства материалов

2. Выберите из предложенного перечня основные показатели, характеризующие сталь40ХН2МА

1. жидкотекучесть

1. хладоломкость
2. жаропрочность
3. прочность
4. сопротивляемость
5. ковкость

3.Укажите по каким признакам классифицируются металлы и сплавы

1. по химическому составу
2. по структурному составу
3. по качеству
4. по степени раскисления
5. по назначению
6. по степени кристализации

4.Перечислите основные  характеристики физических свойств дизельного топлива

1. температура кристаллизации
2. вязкость
3. воспламеняемость
4. плотность
5. фильтруемость

5.Укажтите химические вещества, входящие в состав бензина
a) цетан -  Н-гептан
b) процентное содержание Н-гексадекана в смеси с Н-гептаном
c) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гексадеканом
d) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гептаном

ЗАДАНИЕ №2

Текст задания: При ремонте двигателя ЗМЗ – 53 требуется замена подшипника скольжения верхней головки шатуна  который можно изготовить в Вашем ремонтном предприятии

1. выберите материал для изготовления  подшипников скольжения с обоснованием  своего выбора
2. укажите основные свойства данного материала

Рис.3.1 Шатун двигателя ЗМЗ-53

ЗАДАНИЕ №3

Текст задания: Определите основные свойства материала по его маркировке  

ЛС 59-1

Вариант №4

ЗАДАНИЕ №1

Ответьте на вопросы теста

1.Укажите какие свойства материалов,  необходимо учитывать при изготовлении деталей машин:

1. физические свойства материалов
2. химические свойства материалов
3. механические свойства материалов
4. технологические свойства материалов
5. производственные свойства материалов

2. Выберите из предложенного перечня основные показатели, характеризующие сталь40ХН2МА

1. жидкотекучесть
2. хладоломкость
3. жаропрочность
4. прочность
5. сопротивляемость
6. ковкость

3.Укажите по каким признакам классифицируются металлы и сплавы

1. по химическому составу
2. по структурному составу
3. по качеству
4. по степени раскисления
5. по назначению
6. по степени кристализации

4.Перечислите основные  характеристики физических свойств дизельного топлива

1. температура кристаллизации
2. вязкость
3. воспламеняемость
4. плотность
5. фильтруемость

5.Укажтите химические вещества, входящие в состав бензина
a) цетан -  Н-гептан
b) процентное содержание Н-гексадекана в смеси с Н-гептаном
c) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гексадеканом
d) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гептаном

ЗАДАНИЕ №2

Текст задания: Для ремонта коробки переключения передач требуется изготовить вал – шестерню, изображенную на рисунке  которая работает при средних нагрузках и имеет твёрдость в зоне зубчатого венца 320 НВ

1. выберите  материал для изготовления вала
2. укажите основные свойства данного материала
3. назначьте  вид термообработки для данной детали

Рис.4.1 Вал шестерня коробки переключения передач

ЗАДАНИЕ №3

Текст задания: Определите основные свойства материала по его маркировке  

Р18К5Ф2.

Вариант №5

ЗАДАНИЕ №1

Ответьте на вопросы теста

1.Укажите какие свойства материалов,  необходимо учитывать  при изготовлении деталей машин:

1. физические свойства материалов
2. химические свойства материалов
3. механические свойства материалов
4. технологические свойства материалов
5. производственные свойства материалов

2. Выберите из предложенного перечня основные показатели, характеризующие сталь40ХН2МА

1. жидкотекучесть
2. хладоломкость
3. жаропрочность
4. прочность
5. сопротивляемость
6. ковкость

3.Укажите по каким признакам классифицируются металлы и сплавы

1. по химическому составу
2. по структурному составу
3. по качеству
4. по степени раскисления
5. по назначению
6. по степени кристализации

4.Перечислите основные  характеристики физических свойств дизельного топлива

1. температура кристаллизации
2. вязкость
3. воспламеняемость
4. плотность
5. фильтруемость

5.Укажтите химические вещества, входящие в состав бензина

a) цетан -  Н-гептан

b) процентное содержание Н-гексадекана в смеси с Н-гептаном

c) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гексадеканом

d) процентное содержание изооктана в смеси с Н-гептаном

ЗАДАНИЕ №2

Текст задания: Для изготовления седла выпускного клапана двигателя

КАМАЗ – 740 использовалась сталь 40Х10С2М с последующей  закалкой и твёрдостью НВ=280кг/мм2. Определите:

1. правильно ли подобран материал для изготовления седла
2. какими основными свойствами он обладает
3. соответствует ли назначенный вид термообработки сохранению длительной работоспособности сопряжения клапан – седло
4. если выбор материала и вид  термообработки сделаны не верно предложите свой обоснованный вариант

ЗАДАНИЕ №3

Текст задания: Определите основные свойства материала по его маркировке  

Х18Н9

III. ПАКЕТ ЭКЗАМЕНАТОРА

III а. УСЛОВИЯ

Количество вариантов для экзаменующегося – 5

Время выполнения – 90 мин.

Экзаменационная ведомость

III в. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Шкала оценки образовательных достижений

Приложение 1

Раздел 1. Основы материаловедения

1 вариант

1. Сталь состоит из сплава:

а) меди с цинком;

б) железа с углеродом, содержащий до 2,14% углерода;

в) алюминия с магнием;

г) железа с углеродом, содержащий 2,14-6,67% углерода.

2. Параметр, по которому оценивается качество стали:

а) содержание углерода;

б) механические свойства стали;

в) содержание серы и фосфора.

3. Инструкция: Отметьте знаком «+» все правильные ответы.

Задание . Способ обработки металлов резанием:

□ а) фрезерование;

□ б) прокатка;

□ в) точение;

□ г) штамповка;

□ д) ковка.

4. Классификация металлов.

5. Соответствие механических свойств материала его содержанию.

6. Соотнесите свойства материала его характеристике:

7. Марка стали применяемая для изготовления сверл:

а) Сталь 35;

б) Ст3;

в) Р6М5;

8. Марка легированной нержавеющей стали:

а) У7;

б) 40Х13;

в) 20Х;

г) Сталь 50.

9. Две операции, использующиеся для эффективного упрочнения сплавов типа дуралюмин:

а) отжиг;

б) отпуск;

в) закалка;

г) обработка холодом;

д) старение.

10. Явление, заключающееся в неоднородности свойств металла в различных направлениях:

а) изотропность;

б) анизотропия;

в) текстура;

г) полиморфизм.

2 вариант

1.  Постоянные примеси в стали:

а) сера, фосфор, марганец, хром

б) фосфор, кремний, марганец, хром

в) сера, фосфор, кремний, марганец.

2. В производстве применяют флюсы:

а) в производстве стали, для понижения температуры плавления пустых пород;

б) в производстве чугуна, для понижения температуры плавления пустых пород;

в) в производство и стали и чугуна, для выхода углерода.

3. Нагревостойкость – это…

4. Магнитострикция – это процесс изменения магнитного состояния ферромагнетика, сопровождающийся изменением …

5. Способами соединения деталей в изделиях из тонколистового металла являются (выберите и подчеркните правильные ответы):

а) фальцевый шов;

б) металлический шов;

в) заклепки;

г) паяние;

д) давление.

6. Вредное влияние, развивающееся из-за повышенного содержания фосфора в стали – это…

а) красноломкость;

б) образуются флокены;

в) хладноломкость.

7. Марка стали применяемая для изготовления напильников:

а) ХГ;

б) ВК9;

в) У13А.

8. Расположите необходимые операции обработки стальных шестерен в правильной последовательности:

1) закалка

2) цементация

3) высокий отпуск

4) средний отпуск

5) низкий отпуск

9. Установите соответствие между  названиями механических  свойств материалов и их содержанием.

10. Инструкция: Отметьте знаком «+» все правильные ответы.

Древнейшие виды обработки металла, известные еще до нашей эры:

□ а) токарная обработка;

□ б) плавка;

□ в) ковка;

Раздел 2. Основные свойства неметаллических материалов (Приложение 2)

Тема «Неметаллические материалы»

1.Основные термины и понятия

1. Основа любой пластмассы, связывает компоненты пластмассы в монолитное целое, придает ей главные свойства.

2. Материалы, применяемые для выравнивания окрашиваемой поверхности. Не улучшают механические качества лакового покрытия, при значительной толщине снижают его прочность.

3. Крестообразные заплаты из прорезиненного корда. Применяются для усиления поврежденных участков при ремонте сквозных повреждений покрышек.

4. Композиции на основе полимеров, обеспечивающие герметизацию (непроницаемость). Имеют высокую адгезию к металлам, дереву, бетону и являющиеся маслобензостойкими.

5. Пленкообразующие материалы, которые после нанесения на обрабатываемую поверхность образуют связанные с этой поверхностью пленки.

6. Светопрозрачный материал в виде листового материала – термопластичный полимер.

7. Продукт химического превращения (вулканизации) каучуков.

8. Материалы с замкнутой пористой структурой. Газообразный наполнитель, находящийся в ячейках, изолирован от атмосферы.

9. Свойство полимеров – самопроизвольное и необратимое изменение свойств, вследствие разрушения связей в цепях макромолекул. Развивается в результате действия кислорода, озона, кислорода воздуха.

10. Свойство лакокрасочных материалов— прочность  прилипания пленки к поверхности, определяется в баллах по отслаиванию и шелушению лакокрасочной пленки.

Ответы

а) Пластырь.

б) Герметик.

в) Пенопласт.

г) Органическое стекло.

д) Полимер.

е) Старение.

ж) Адгезия.

з) Шпатлевка.

и) Клей.

к) Резина.

2. Утверждения

Определите верны или не верны следующие утверждения (написать: верно или неверно)

1. Покрытия из неорганических материалов наносят на поверхности с целью защиты поверхности металлов от коррозии, снижения коэффициента трения, повышения жаро- и износостойкости.

2. Эпоксидные композиции используют для защиты сталей и цветных сплавов в автотракторной технике

3. Покрытия из резиновых материалов используют для защиты стальных изделий от коррозии и абразивного изнашивания.

4. Характерной особенностью пластмасс является то, что в зависимости от используемых для их производства компонентов, соотношения этих компонентов  и технологического режима можно получать материалы с ярко выраженными свойствами.

5. На интенсивность протекания процесса старения пластмассовых деталей: свет, теплота, влага и кислород, не оказывают особого влияния.

6. К наиболее характерным достоинствам клеевых соединений относятся: устойчивость к старению, хорошая температурная стойкость и механическая прочность.

7. Эпоксидная смола и отвердитель токсичны, поэтому обращение с клеем требует соблюдения мер предосторожности.

8. Нанесение лакокрасочных материалов не требует обязательной подготовки окрашиваемой поверхности.

9. В результате применения шин новых типов, современных высококачественных резин и тканей удалось повысить важные эксплуатационные качества автомобилей: проходимость, грузоподъемность, топливную экономичность, скорость и безопасность движения.

10. Высоким качеством отличается эпоксидный клей, применяемый для склеивания металла, пластмасс, стекла и других твердых материалов в разных сочетаниях.

3.Тест

 (необходимо найти единственно правильный ответ)

1. Листовой материал, изготовленный из растительных волокон и целлюлозы. Применяют как  электроизоляционный, прокладочный и уплотнительный материал.

а) фибра;

б) бумага;

в) картон;

г) слюда.

2. Материал, применяемый для изготовления шайб, прокладок и втулок. Разновидность бумажного  материала, пропитанного раствором хлористого цинка. Отличается высокой прочностью. Масло и бензостоек.

а) фибра;

б) бумага;

в) картон;

г) слюда.

3.Пленочный пластик, покрытый слоем  перхлорвинилового клея. Его выпускают различных  размеров и цветов.

а) слюда;

б) изоляционная прорезиненная лента;

в) липкая изоляционная лента.

4.Листовой пористый материал, изготовленный из волокон шерсти. Воздушные поры в нем  составляют не менее 75 %  объема. Он обладает  высокими теплоизоляционными, звукоизолирующими, а также амортизирующими свойствами. Используют для набивки сальниковых уплотнений им изготовления прокладок.

а) минеральная вата;

б) паронит;

в) войлок.

5. Материал, предназначенный для герметизации неподвижных соединений, деталей и сборочных единиц (работающих в водяных, пароводяных, кислотно-щелочных и масляно-бензиновых  средах.

а) уплотняющая жидкая прокладка ГИПК- 244;

б) уплотняющая замазка У-20А;

в) герметик Эластосил 137-53.

6. Продукт переработки металлургических или топочных шлаков, служит для изоляции поверхностей с низкими и высокими температурами нагрева.

а) дермантин;

б) минеральная вата;

в) паронит;

г) войлок.

7. Материал, предназначенный для создания различных неразъемных соединений требуемой прочности.

а) клеи;

б) автобим;

в) герметик.

8. Название клея, представляющего собой продукт полимеризации винил – цетата. Обладает хорошими пленкообразующими свойствами. Растворим во многих растворителях. Основное применение — склеивание бумаги, ткани, кожи, керамики, дерева.

а) казеиновый;

б) ПВА;

в) синтетический.

9. Листовой материал из асбеста, каучука и наполнителей. Применяют для  уплотнения водяных и паровых магистралей, а также для уплотнения трубопроводов и арматуры для нефтепродуктов: бензина, керосина, масла.

а) войлок;

б) дермантин;

в) паронит.

10. Материал, представляющий собой тугоплавкий слоистый минерал. Обладает высокими электроизоляционными свойствами и применяется как диэлектрик в конденсаторах, электрогенераторах, стартерах.

а) прессшпан;

б) фибра;

в) слюда;

г) бумага.

Тема «Горючесмазочные материалы и эксплуатационные жидкости»

1. Основные термины и понятия

1. Что возникает  при работе прогретого карбюраторного двигателя на полной нагрузке, при небольшом числе оборотов коленчатого вала, когда скорость распространения фронта пламени достигает 1500-2000 метров в секунду?

2. Название числа, которым оценивают детонационную стойкость бензина.

3. Название компонента, добавляемого в бензин, с целью повышения октанового числа.

4. Недопустимая примесь в бензине, при замерзании образует кристаллы.

5. Минимальная температура, при которой увеличение скорости протекающих в топливе термических реакций приводит к интенсивному саморазогреванию смеси и пламенному горению при отсутствии постороннего источника воспламенения.

6. Вещества, образующие нерастворимые липкие, вязкие осадки темного цвета. Отлагаются на стенках топливных баков, топливопроводов, камере сгорания и при высоких температурах  коксуются и превращаются в нагар.

7. Топливо, самый массовый продукт применяемый при эксплуатации машинно – тракторного парка. Обладает лучшей топливной экономичностью, лучшей физической и химической стабильностью.

8. Физико – химическое свойство дизельного топлива, характеризующее его подвижность, величину внутреннего трения.

9. Название температуры дизельного топлива, при котором оно загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение одной минуты при наклоне стандартной пробирки с топливом на 45 градусов.

10. Горючесмазочные материалы, применяемые  для уменьшения потерь энергии на трение и для снижения износа  трущихся деталей.

11. Показатель качества пластичных смазок, характеризует консистенцию (густоту) смазки по глубине погружения в нее конуса стандартных размеров и массы.

Ответы

а) Октановое.

б) Вода.

в) Смолы.

г) Вязкость.

д) Масла.

е) Детонация.

ж) Присадка.

з) Самовоспламеняемость.

и) Дизельное.

к) Застывание.

л) Пенетрация.

2.Утверждения

Определите верны или не верны следующие утверждения (написать: верно или неверно)

1. От карбюраторных качеств бензина (фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационная стойкость) зависит безотказность работы двигателя.

2. Чем ниже октановое число, тем выше детонационная стойкость бензина.

3. Автомобильный карбюраторный двигатель может развивать необходимую мощность, иметь нормальный износ деталей и быть экономичным при работе только на бензине соответствующего качества.

4. С учетом климатических условий эксплуатации бензины выпускают двух сортов. Летние (с 1 апреля по 1 октября во всех районах России кроме северных и северо-восточных) и зимние (с 1 октября по 1 апреля).

5. Капля дизельного топлива не оставляет пятна (испаряется бесследно).

6. Минимальная температура воздуха должна быть на 10-15 градусов выше температуры  застывания эксплуатируемого дизельного топлива.

7. Дизельное топливо достаточно трудно отличить от бензина.

8. Качество смазочных масел снижается из-за попадания в них воды, бензиновых фракций, механических примесей, продуктов износа.

9. По вязкости масла подразделяют на три класса: летние, зимние, всесезонные.

10. При определении возможности дальнейшей эксплуатации масла служат критерии: цвет, вязкость, содержание механических примесей и воды.

3.Тест

1.Эксплуатационные качества масла зависят от…

а) его качества;

б) содержания различных примесей;

в) физико – химических свойств.

2. Что препятствует перемещению одной детали по поверхности другой?

а) трение;

б) шероховатость;

в) коррозия.

3. Масляная пленка образуется благодаря наличию в масле…

а) присадок;

б) поверхностно – активных полимерных молекул;

в) бензина.

4. Что может повысить вязкость масел?

а) температура;

б) присадки;

в) трение.

5. От чего зависит величина потерь энергии на трение?

а) от силы трения;

б) от характера трения;

в) от вида трения.

6. Какой ГСМ, после бензина, относится к самым массовым продуктам?

а) дизельное топливо;

б) масла;

в) топливо для автомобилей с газобаллонными установками.

7. Какое число характеризует самовоспламеняемость дизельного топлива?

а) октановое;

б) цетановое;

в) кислотное.

8. На сколько % расход топлива у дизельных двигателей ниже, чем у карбюраторных?

а) 5%;

б) 15%;

в) 30%;

г) 50%.

9.Укажите величину цетанового числа у дизельных топлив, согласно техническим условиям?

а) 50;

б) 10;

в) 45;

г) 35.

10. Какая механическая примесь наиболее опасна для дизельного топлива?

а) песок;

б) глинозем;

в) механические частицы.

11. Укажите растворимые примеси бензина, приводящие к интенсивному износу деталей двигателя. Могут находиться в бензине в результате некачественной очистки.

а) водорастворимые минеральные кислоты и щелочи;

б) неактивные сернистые соединения;

в) вода.

12. Какие примеси в бензине приводит к засорению топливных фильтров, жиклеров, топливопроводов. Нарушают работу двигателя, увеличивает износ цилиндров и поршневых колец.

а) смолы в бензине;

б) присадки;

в) механические примеси в бензине.

13. Примеси в бензине, опасные  для цветных металлов. Приводят к ускоренному износу шатунных подшипников коленчатого вала из цветных металлов (кроме алюминия). Допускаются нб 3 мг @ см3. 

а) активная сера;

б) органические (нерастворимые) кислоты;

в) смолистые осадки.

14. Присутствие какой примеси, при температуре, ниже О С  опасно в бензине. Образуются кристаллы, которые могут преградить доступ топлива  в цилиндры двигателя. Способствует осмолению бензина, вызывает коррозию топливных баков и резервуаров. 

а) вода;

б) неактивные сернистые соединения;

в) активная сера.

15. Сложные химические продукты, получаемые в результате сложных химических реакций (специальные вещества). Добавляют в сотых, тысячных долях  с целью улучшить определенные свойства горюче — смазочного материала. Могут терять эффективность, отфильтровываться, выпадать в осадок.

а) масла;

б) присадки;

в) примеси.

16. Образуют нерастворимые, липкие, вязкие осадки темного цвета, которые отлагаются на стенках топливных баков, топливопроводов, камере сгорания. На стержнях и тарелках впускных клапанов.

а) смолисто – асфальтовые вещества;

б) сернистые соединения;

в) глинозем.

17. Какая из предложенных марок ГСМ расшифровывается как трансмиссионное масло с противозадирными присадками многофункционального действия, 9-ый класс вязкости.

а) АИ-92

б) ДЗп-15/-25

в) М-8-В

г) ТМ-5-9.

18. Какая из предложенных марок ГСМ является автомобильным  бензином, октановое число которого определено по исследовательскому методу не менее 92.

а) ДЗп-15/-25

б) ТМ-5-9

в) М-8-В

г) АИ-92.

19. Укажите, какие из представленных жидкостей не являются эксплуатационными?

а) дизельное топливо;

б) охлаждающая жидкость;

в) тормозная жидкость;

г) вода.

20. Жидкостями для заполнения гидравлических систем являются…?

а) пусковые;

б) амортизационные;

в) электролит;

г) тормозные.

Технологическая карта теоретического занятия по УД «Материаловедения»

Преподаватель – Батуев М.Б.

Профессия – 23.01.03 Автомеханик

Группа 41

Дата ________

Тема занятия: Сплавы железа с углеродом

Цели занятия:

Обучающая: Сплавы железа с углеродом ПК 2.1 – 2.6

Развивающая: развитие технологического мышления для формирования ПК 2.1 – 2.6

Воспитательная: формирование ОК 1-7

Тип занятия: урок изучения нового материала

Вид занятия: теоретическое

Методы обучения/ словесно- наглядный

Междисциплинарные связи: Химия 

Оснащение работы: Плакаты

Информационное обеспечение: мультимедийный проектор, ПК, экран

Ход учебного занятия

Материалы лекции

Сплавы железа с углеродом.

Железо может находиться в двух аллотропических формах —α и γ. Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения и химическое соединение. α-железо растворяет очень мало углерода (до 0,02 % при 727 °С). Твердый раствор углерода и других элементов в α -железе называется ферритом. Феррит имеет низкую твердость и прочность, γ-железо растворяет значительно большее количество углерода —до 2,14 % при 1147 °С. Твердый раствор углерода и других элементов в γ-железе называется аустенитом. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Аустенит пластичен.

Железо с углеродом также образует химическое соединение Fe3C, называемое цементитом, или карбидом железа. В цементите содержится 6,67 % С; он имеет высокую твердость, но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кристаллизации в равновесных условиях получается аустенитная структура, называют сталями.

Сталь-это железоуглеродистые сплавы с содержанием до 2,14 % С. Сплавы с содержанием более 2,14 % С, называют чугунами. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми.

Процесс, в результате которого углерод выделяется в свободном состоянии в виде графита, называют графитизацией. Графит является неметаллической фазой.

 «Чугун»

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый чугун, в котором весь углерод связан в цементит; серый чугун в котором весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита или часть углерода (большая) находится в виде графита, а часть в связанном состоянии в виде цементита; форма графита пластинчатая .Высокопрочный чугун, то же, что и серый чугун, но форма графита шаровидная; ковкий чугун, то же, что и серый чугун, но форма графита хлопьевидная.

 Серый чугун. Чугун, в котором весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита, т. е. нет цементита, и структура ферритно-графитная называют серым ферритным чугуном.

Графитизация и структура чугуна существенно зависят от химического состава и скорости охлаждения отливки.

Серые чугуны кроме железа и углерода содержат примеси кремния, марганца, серы и фосфора. Кремний способствует графитизации чугуна (содержание его в чугуне 0,5—4,5 %). Марганец препятствует графитизации, способствует, как говорят, отбеливанию чугуна (содержание 0,4—1,3'%). Серу считают вредной примесью, так как она способствует отбеливанию чугуна, понижает прочностные характеристики и снижает жидкотекучесть (допускается < 0,12 %). Фосфор улучшает жидкотекучесть (при содержании до 0,8 %), но увеличивает хрупкость. Обычно для получения заданной структуры регулируют содержание углерода, кремния и марганца.

На структуру чугуна значительно влияет скорость охлаждения.

Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени

протекает процесс графитизации. Поэтому при одном и том же химическом составе чугуна структура получается различной в зависимости от толщины отливки.

Механические свойства серого чугуна в основном определяются количеством, формой и размерами включений графита. Чем больше графита в чугуне, чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства. Для получения мелких, завихренной формы чешуек графита применяют модифицирование —добавление в жидкий чугун перед разливкой ферросилиция или силикокальция, играющих роль зародышевых центров выделения графита.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ, затем ставят два двузначных числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе — предел прочности при изгибе. Например, марка СЧ 15-32 показывает, что, чугун имеет σв= 150 MПа (15 кгс/мм2) и σи = = 320 МПа (32 кгс/мм2).

Отливки из серого чугуна широко применяют в машиностроении: для станин металлорежущих станков, корпусов, поршневых колец, гильз автомобильных и тракторных двигателей и др.

Высокопрочные чугуны. Для получения графита в виде шаровидных включений в ковш с жидким чугуном вводят небольшое количество металлического магния.

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ, затем ставят два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе относительное удлинение; например, ВЧ 38-17; ВЧ 120-4 и др.

Чугуны с шаровидным графитом применяют для ответственных деталей, например коленчатых валов, кулачковых валиков и др.

Ковкий чугун. Этот чугун получают в результате длительного нагрева (отжига) доэвтектического белого чугуна, при котором происходит распад цементита с образованием графита. То есть процесс графитизации ( такой отжим называют графитизирующим).

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, далее следуют цифры предела прочности при растяжении и относительного удлинения; например, КЧ 35- 10, КЧ- 63-2.

«Углеродистые и легированные стали»

Сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием до 2- % С (точнее до 2,14 % С). Если сталь имеет в своем составе железо и углерод и некоторое количество постоянных примесей-марганец (до 0,7 %), кремний (до 0,4 %), серу (до 0,06 %), фосфор (до 0,07 %) и газы, то такую сталь называют углеродистой. Если в процессе выплавки углеродистой стали к ней добавляют легирующие элементы—хром, никель, ванадий и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве, то такую сталь называют легированной.

«Влияние на сталь углерода, постоянных примесей и легирующих элементов»

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость.

Марганец и кремний полезные примеси. Их добавляют в сталь при выплавке ее для раскисления стали.

Сера с железом образует сульфид железа FeS, который в стали находится в виде эвтектики Fe—FeS с температурой плавления 985^°С. При нагреве стали до температуры 1000—1200 °С для горячей обработки давлением эвтектика плавится, сталь становится хрупкой н при деформации разрушается. Это явление называют красноломкостью. Красноломкость устраняет марганец. Образующийся пластичный сульфид марганца MnS плавится при температуре 1620 °С.

Фосфор растворяется в феррите, повышает хрупкость стали, т. е. вызывает так называемую хладноломкость.

Газы (кислород, азот, водород) частично растворены в стали, присутствуют в виде неметаллических включений (окислы, нитриды). Кислород в стали находится главным образом в виде окислов А1203, Si02 и др. Окислы, в отличие от сульфидов, хрупки, при горячей обработке не деформируются, а крошатся, разрыхляют металл. В присутствии большого количества водорода возникает опасный дефект — внутренние надрывы в металле, так называемые флокены.

Легирующие элементы оказывают различное влияние на аллотропические превращения в железе, фазовые превращения в стали.

К элементам, способным образовывать карбиды, относятся Мn, Cr, W, V и др. Обозначают карбиды формулами, например Cr7C3, W2C, VC и др. Элементы, не образующие карбидов Ni, Si, находятся в стали главным образом в твердом растворе.

Легирующие элементы в различной степени положительно влияют на изменение механических свойств феррита.

Все легирующие элементы, за исключением кобальта, замедляют распад аустенита.

Увеличивая устойчивость аустенита, легирующие элементы уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость.

Карбидообразующие элементы (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве.

 «Классификация сталей»

Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, качеству, структуре, применению.

По химическому составу различают стали углеродистые и легированные. В зависимости от содержания легирующих элементов легированные стали делят на: низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (более 10 %).

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. При этом учитывается способ выплавки и содержание серы и фосфора.

По структуре различают стали в отожженном и нормализованном состояниях: в отожженном состоянии —доэвтектоидный (компонента меньше нормы), заэвтектоидный (компонента больше нормы), ледебуритный (одновременная кристаллизация аустенита и цементита), ферритный (тв.раст-р углерода в α-железе) и аустенитный (тв.раст-р углерода в γ-железе) классы; в нормализованном состоянии—перлитный (одновременная кристаллизация феррита и цементита), мартенситный (перенасыщенный твердый раствор углерода в α-железе). К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному — с более высоким и к аустенитному — с высоким содержанием легирующих элементов.

По применению стали подразделяют на следующие группы: конструкционные стали—для деталей машин и конструкций; инструментальные стали —для различного инструмента; стали и сплавы с особыми свойствами —например, жаропрочные, коррозионно-стойкие, магнитные и др.

 «Маркировка сталей»

Обозначение сталей обыкновенного качества — буквенно-цифровое, например Ст0, Ст1 —Ст6, БСт0, БСт1 —БСт6, ВСт2—ВСт5. Буквы Ст означают сталь (в марках других сталей буквы Ст не указываются), цифры от 0 до 6 —условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств; буквы Б и В —группы стали (группа А в марке стали не указывается). Степень раскисления — индексами: кп — кипящая, пс—полуспокойная, сп—спокойная, например Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, БСт3кп.

Углеродистые качественные конструкционные стали обозначают двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь марки 15 содержит в среднем 0,15 % С, сталь 40 —0,40 % С и т. д. Степень раскисления указывают в конце марки, например сталь 08кп.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, за ней цифру —среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У9 содержит в среднем 0,9 % С, сталь У11 — 1,1 % С.

В основу обозначения марок легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Легирующие элементы указывают русскими буквами: марганец —Г, кремний —С, хром — X, никель —Н, Вольфрам — В, ванадий —Ф, титан —Т, молибден —М, кобальт—К, алюминий — Ю, медь—Д, бор — Р, ниобий—Б, цирконий—Ц, фосфор —П, азот —А.

В марках легированных конструкционных сталей, например 20Х, 18Г2С, 60С2, 18ХГТ, 38ХН3МФ и др., двузначные цифры в начале марки —это среднее содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после букв — примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает на то, что оно составляет до 1,5 % и менее. Для высококачественных сталей в конце марки ставят букву А; например, сталь 12Х2Н4 — качественная сталь, а сталь 12Х2Н4А —высококачественная.

В марках легированных инструментальных сталей, например X, 9ХС, ХВГ, ЗХ2В8Ф, 5ХЗВЗМФС и др., одна цифра в начале марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %. При содержании в сталях 1 % С или более цифру не пишут. Расшифровка в марках инструментальных сталей содержания легирующих элементов такая же, как и в конструкционных сталях. Все стали инструментальные легированные и с особыми свойствами всегда высококачественные и поэтому в обозначениях этих сталей буква А не ставится. В маркировке сталей в начале иногда ставят буквы, указывающие их применение: А — автоматные стали, Р — быстрорежущие, Ш—шарикоподшипниковые, Э —электротехнические.

 «Конструкционные стали»

Конструкционные стали должны обладать определенным комплексом механических свойств, которые в наибольшей степени определяют работоспособность, т. е. стойкость и надежность деталей и конструкций, которые называют конструктивной прочностью. Повышения конструктивной прочности можно достичь только в совокупности металлургических, технологических и конструкторских мероприятий.

Конструкционные строительные стали. Для сварных и клепаных конструкций в строительстве, мостостроении, судостроении применяют углеродистые стали обыкновенного качества (при незначительных напряжениях в конструкциях) и низколегированные стали с невысоким содержанием углерода (при более высоких напряжениях).

Листовая сталь для холодной штамповки. В зависимости от степени деформации листа сталь делят на следующие группы: весьма глубокой вытяжки (ВГ), глубокой вытяжки (Г), нормальной вытяжки (Н). Для холодной штамповки применяют, например, сталь марки 08кп. В этой стали мало углерода (0,08 %) и кремния (==с 0,03 %), что является положительным, так как углерод и кремний снижают способность стали к вытяжке. Штампуемость листовой стали ухудшается при наличии в ней крупного и неоднородного по размерам зерна.

Цементуемые (низкоуглеродистые) стали. Для изготовления деталей небольших размеров, работающих на износ при малых нагрузках, когда прочность сердцевины не влияет на эксплуатационные свойства (втулки, валики, шпильки и др.), применяют углеродистые стали марок 15, 20. После цементации, закалки в воде и низкого отпуска поверхность стали имеет высокую твердость, а сердцевина не упрочняется.

Для тяжело нагруженных деталей, в которых необходимо иметь высокую твердость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевины, применяют легированные стали 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ (зубчатые колеса, оси, поршневые пальцы)

Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали. Эти стали называют улучшаемыми потому, что их обычно подвергают улучшению — закалке в масле и высокому отпуску (550—650 °С) с получением структуры сорбита. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, хорошую прокаливаемость.

Пружинно-рессорные стали. Эти стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин и рессор, которые служат для смягчения толчков и ударов, действующих на конструкции в процессе работы, и поэтому основным требованием, предъявляемым к пружинно-рессорным сталям, являются высокий предел упругости и выносливости.

Шарикоподшипниковые стали. Основной сталью является сталь ШХ15 (0,95 — 1,05 % С; 1,3 — 1,65 % Сг). Содержание в ней углерода и хрома обеспечивает получение после закалки в масле высокой твердости, износостойкости, достаточной вязкости и необходимой прокаливаемости.

Автоматные стали. Эти стали содержат повышенное количество серы и фосфора, хорошо обрабатываются на металлорежущих станках, образуя короткую, ломкую стружку. Недостаток автоматных сталей—пониженная пластичность, поэтому их применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств (крепежные детали, втулки и др.).

«Инструментальные стали»

В связи с различными условиями работы инструмента инструментальные стали по назначению делят на следующие группы: стали для режущих инструментов, измерительных инструментов, штамповые стали.

«Стали и сплавы с особыми свойствами»

1) Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы. При высокой температуре в условиях эксплуатации в среде нагретого воздуха в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали (газовая коррозия). На поверхности сначала образуется тонкая пленка окислов, которая с течением времени увеличивается, и образуется окалина. Способность стали сопротивляться окислению при высоких температурах называется жаростойкостью (окалиностойкостью). Если окисная пленка пористая, окисление происходит интенсивно; если плотная, окисление замедляется или даже прекращается. Для получения плотной пленки сталь легируют хромом, кремнием и алюминием.

К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью (детали котлов и турбин)

2) Коррозийно-стойкие (нержавеющие) стали.

3) Магнитные стали и сплавы. Делятся на магнитно – мягкие и магнитно – твердые. Магнитно – мягкие стали (электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы) применяют для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов. Магнотно – твердые стали (высокоуглероистые и легированные стали) применяют для изготовления постоянных магнитов.

Технологическая карта теоретического занятия по УД «Материаловедения»

Преподаватель – Батуев М.Б.

Профессия – 23.01.03 Автомеханик

Группа 41

Дата ________

Тема занятия: Общие сведения о металлах и сплавах

Цели занятия:

Обучающая: Общие сведения о металлах и сплавах ПК 2.1 – 2.6

Развивающая: развитие технологического мышления для формирования ПК 2.1 – 2.6

Воспитательная: формирование ОК 1-7

Тип занятия: урок изучения нового материала

Вид занятия: теоретическое

Методы обучения/ словесно- наглядный

Междисциплинарные связи: Химия 

Оснащение работы: Плакаты

Информационное обеспечение: мультимедийный проектор, ПК, экран

Ход учебного занятия

Материалы лекции

Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением.

В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы.

Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др.

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь). Сталь – сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами. По химическому составу различают, стали углеродистые и легированные, а по назначению – конструкционные, инструментальные и специальные. Чугун – сплав железа с углеродом (более 2,14 %), некоторым количеством марганца (до 2 %), кремния (до 5 %), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана. Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки. Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня, т.к. они теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов. Металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.

6.2 Строение и свойства железоуглеродистых сплавов

Металлы, как и другие вещества, могут существовать в различных кристаллических формах. Полиморфные превращения в металлах происходят при изменении температуры. Так, при температуре свыше 723°С железо переходит из α-модификации в γ-модификацию, при этом изменяются физико-механические свойства металла. При резком охлаждении металла высокотемпературные модификации могут переходить в низкотемпературные. На этом, например, основана термообработка металлов (закалка, отпуск, нормализация).

В сталях и чугунах феррит, аустенит и цементит существуют в виде механических смесей. Иными словами, сталь и чугун – поликристаллические материалы, свойства которых зависят как от химического состава (количества железа, углерода и других примесей), так и от структуры (типа и размера кристаллов). Например, при нагревании до температуры выше 723оС твердая и прочная углеродистая сталь, состоящая из смеси феррита и цементита, становится мягкой и прочность ее падает, так как смесь феррита и цементита переходит в аустенит – раствор углерода в γ-железе. На этом основана горячая обработка (прокат, ковка) углеродистых сталей. Этим же объясняется резкое падение прочности стальных конструкций при нагреве во время пожара.

6.3 Технология изготовления чугуна и стали

Основной способ производства черных металлов – получение чугуна и последующая его переработка в сталь. Для получения стали, используют металлолом и железную руду. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900˚С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаСО3) необходим для перевода пустой породы (состоящей в основном из SiO2 и Al2O3), содержащейся в руде и золы от сжигания топлива в расплавленное состояние. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой смесь силикатов и алюминатов кальция.

В доменных печах выплавляют передельные и литейные, а также специальные чугуны, называемые ферросплавами. Передельные чугуны применяют для получения стали, литейные – для различных отливок. Специальные (сплавы железа с марганцем – ферромарганец, с кремнием – ферросилиций и др.) применяют при получении стали как раскислители или легирующие добавки.

Сталь – железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14%. Сталь производят из передельного чугуна.

При переработке чугуна в сталь окислением, в сплаве уменьшают содержание углерода и марганца, кремния, фосфора, серы, которые выгорают или переходят в шлак. Сталь получают в конвертерах, мартенах и электропечах.

Мартеновский способ. 1864г. Мартен, построил регенератавную печь, в которой получают сталь по основному и кислому способам. В качестве топлива применяют колошниковый (доменный) или генераторный газ.

Получение стали в электропечах – электрометаллургический способ. Источник тепла электродуга, образующая между угольными электродами и металлической шихтой. Процесс включает два периода. В первом – происходит окисление Mn, Si, С, Р за счет кислорода руды. В состав шихты вводят также известь, поэтому образующиеся сильноосновные шлаки удерживают весь фосфор.

Во втором периоде происходит раскисление стали и очищение ее от неметаллических включений и серы. Для окончательного раскисления стали, в печь вводят ферросилиций и алюминий. При получении легированных сталей в этот период в расплавленный металл вводят легирующие добавки, сталь получают заданного химического состава. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки – полуфабрикат, из которого получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки – прокатка. При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и приобретает заданную форму. Прокатывают сталь в холодном состоянии. Сортамент стали горячего проката – сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др. При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, и получают изделия заданных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения. Ковка – обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.). Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование – процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания – упрочненную холодносплющенную арматуру.

6.4 Углеродистые и легированные стали

Металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия изготовляют, как правило, из конструкционных углеродистых сталей. Конструкционные легированные стали, используют только для особо ответственных металлических конструкций и арматуры для предварительно напряженного железобетона.

В зависимости от содержания углерода стали делятся на низко- (до 0,25% углерода), средне- (0,25...0,6 %) и высокоуглеродистые (>0,6 %). С увеличением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость, стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали, объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента – цементита.

Углеродистые стали по назначению подразделяют на стали общего назначения и инструментальные. Углеродистые стали общего назначения подразделяют на три группы: А, Б и В. Стали группы А изготовляют марок Ст0, Ст1 и т. д. до Ст6 и поставляют потребителю с гарантированными механическими свойствами. Чем больше номер стали, тем больше в ней содержится углерода: в стали Ст3 – 0,14...0,22 % углерода в стали Ст5 – 0,28...0,37 %.

Из стали марок Ст1 и Ст2 с высокой пластичностью, изготовляют заклепки, трубы, резервуары и т. п.; из сталей Ст3 и Ст5 – горячекатаный листовой и фасонный прокат, из которой выполняют конструкции и большинство видов арматуры для железобетона. Эти стали хорошо свариваются и обрабатываются. Стали группы Б (БСт0, БСт1, БСт3 и т. д.) поставляют с гарантированным химическим составом; стали группы В – с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Благодаря определенности химического состава стали групп Б и В можно подвергать термической обработке.

Легированные стали помимо компонентов, входящих в углеродистые стали, содержат легирующие элементы, повышающие качество стали с особыми свойствами. Каждый элемент оказывает свое влияние на сталь. Марганец (Г) повышает прочность, износостойкость стали и сопротивление ударным нагрузкам без снижения ее пластичности. Кремний (С) повышает упругие свойства. Никель (Н) и хром (Х) улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость. Молибден улучшает механические свойства стали.

Легированные стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавеющие, жаростойкие и др.). Для строительных целей применяют в основном конструкционные стали.

Конструкционные низколегированные стали, содержат не более 0.6 % углерода. Общее содержание легирующих элементов не превышает 5 %.Низколегированные стали, обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.

При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, следующие за ним буквы – условное обозначение легирующих элементов. Если количество легирующего элемента составляет 2 % и более, то после буквы ставят еще цифру, указывающую это количество. Например, марка стали 25ХГ2С показывает, что в ней содержится 0,25 % углерода, около 1 % хрома, 2 % марганца и около 1 % кремния. При маркировке высококачественных легированных сталей (с низким содержанием серы и фосфора) в конце ставится буква А.

В строительстве применяют легированные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД для ответственных металлических конструкций (ферм, балок); 35ХС; 25Г2С, 25ХГ2СА, 30ХГСА и 35ХГСА – для арматуры предварительно напряженного бетона.

Прочность на растяжение таких сталей в 2...3 раза выше, чем обыкновенных углеродистых сталей Ст3 и Ст5. Так, у стали 30ХГСА предел прочности при растяжении не менее 1100 МПа, а у стали 35ХГСА – не менее 1600 МПа (у стали Ст5 - 500...600 МПа). Такие высокие показатели позволяют получать из легированных сталей более легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это снижает расход металла. Изменения физико-механических свойств стали можно добиться путем направленной термической обработки. Меняя режим нагрева, можно фиксировать ту или иную структуру стали. Закалка заключается в нагреве стали до 800... 1000° и быстром охлаждении в воде или в масле. При закалке образуется мартенситовая структура стали с высокой твердостью и прочностью, а также пониженной пластичностью и ударная вязкостью.

Нормализация – нагрев стали с последующим охлаждением на воздухе. При этом образуется однородная мелкозернистая структура стали с высокой пластичностью и ударной вязкостью).

Отпуск – медленный нагрев стали до 250...350°С, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение на воздухе. Отпуск производится для снижения уровня внутренних напряжений и перевода стали в ферритно-цементитную структуру. Этот процесс как бы обратный закалке. Основная задача отпуска – повышение пластичности стали с сохранением высокой прочности.

6.5 Стальной прокат, арматура и изделия

Стальные конструкции выполняют из прокатных элементов различного профиля, трубчатых и гнутых профилей, полосовой и листовой стали. В строительстве чаще всего применяют следующие прокатные и гнутые профили: двутавровые балки, швеллеры, уголки равно- и неравнополочные, квадратные и прямоугольные трубы. Каждый профиль выпускают нескольких типоразмеров, регламентированных стандартами.

Стержневая арматурная сталь представляет собой горячекатаные стержни диаметром 6...80 мм. В зависимости от марки стали и соответственно физико-механических показателей стержневую арматуру делят на шесть классов. С повышением класса увеличивается предел прочности и снижается относительное удлинение при разрыве арматурной стали.

Арматурные стержни класса А-I гладкие, А-II...А-VI – периодического профиля, что улучшает их сцепление с бетоном. Стержневую арматуру диаметром более 10 мм поставляют в виде прутков длиной от 6 до 18м; диаметром 6...9мм – в бухтах и выпрямляют в стержни на месте применения.

Стальную арматурную проволоку изготовляют двух классов: В-I – из низкоуглеродистой стали (предел прочности 550...580 МПа) и В-II – из высокоуглеродистой или легированной стали (предел прочности 1300...1900 МПа). Проволоку получают из стальных прутьев путем вытяжки; при этом она упрочняется в результате изменения структуры металла (явление наклепа). Проволока класса В-I предназначена для армирования бетона без предварительного напряжения, а В-II – для предварительно напряженного армирования. Если на проволоке делают рифления для улучшения сцепления с бетоном, то в обозначение добавляют букву р (например, Вр-I или Вр-II).

Из стальной проволоки изготовляют также арматурные сетки и каркасы, нераскручивающиеся пряди (трех-, семи- и двенадцатипроволочные) марок П-3, П-7 и П-12 и стальные канаты. Канаты и пряди используют для напряженной арматуры

6.6 Коррозия металлов и способы защиты от неё

Коррозия металлов процесс разрушения металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой, в результате которого металлы окисляются и теряют присущие им свойства. Ежегодно в мире в результате коррозии теряется 10... 15 % выплавляемого металла.

Химическая коррозия разрушение металлов и сплавов в результате окисления при взаимодействии с газами (О2, SО2 и др.) при высоких температурах или с органическими жидкостями нефтепродуктами, спиртом и т. п.

Электрохимическая коррозия разрушение металлов и сплавов в воде и водных растворах. Для развития коррозии достаточно, чтобы металл был просто покрыт тончайшим слоем адсорбированной воды.

Для повышения долговечности и сохранения декоративности металлоконструкции защищают от коррозии. Наиболее простой способ, нанесение на его поверхность водонепроницаемых неметаллических покрытий (битумных, масляных и эмалевых красок), покрытие металлов тонким слоем пластмассы или металла (оловом, цинком, хромом, никелем и др.). Покрытие цинком используют для защиты от коррозии закладных деталей железобетонных изделий, водопроводных труб, кровельной жести. Защитный слой наносят гальваническим (электролитическим осаждением из раствора солей) или термическим методом (окунанием в расплав металла или распылением расплава).

Для получения металлов, хорошо противостоящих коррозии, применяют легирование. Так, вводя в сталь хром и никель в количестве 12...20 %, получают нержавеющие стали, стойкие в минеральных кислотах.

Технологическая карта теоретического занятия по УД «Материаловедения»

Преподаватель – Батуев М.Б.

Профессия – 23.01.03 Автомеханик

Группа 41

Дата ________

Тема занятия: Сплавы железа с углеродом

Цели занятия:

Обучающая: Сплавы железа с углеродом ПК 2.1 – 2.6

Развивающая: развитие технологического мышления для формирования ПК 2.1 – 2.6

Воспитательная: формирование ОК 1-7

Тип занятия: урок изучения нового материала

Вид занятия: теоретическое

Методы обучения/ словесно- наглядный

Междисциплинарные связи: Химия 

Оснащение работы: Плакаты

Информационное обеспечение: мультимедийный проектор, ПК, экран

Ход учебного занятия

Материалы лекции

Сплавы железа с углеродом.

Железо может находиться в двух аллотропических формах —α и γ. Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения и химическое соединение. α-железо растворяет очень мало углерода (до 0,02 % при 727 °С). Твердый раствор углерода и других элементов в α -железе называется ферритом. Феррит имеет низкую твердость и прочность, γ-железо растворяет значительно большее количество углерода —до 2,14 % при 1147 °С. Твердый раствор углерода и других элементов в γ-железе называется аустенитом. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Аустенит пластичен.

Железо с углеродом также образует химическое соединение Fe3C, называемое цементитом, или карбидом железа. В цементите содержится 6,67 % С; он имеет высокую твердость, но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кристаллизации в равновесных условиях получается аустенитная структура, называют сталями.

Сталь-это железоуглеродистые сплавы с содержанием до 2,14 % С. Сплавы с содержанием более 2,14 % С, называют чугунами. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми.

Процесс, в результате которого углерод выделяется в свободном состоянии в виде графита, называют графитизацией. Графит является неметаллической фазой.

 «Чугун»

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый чугун, в котором весь углерод связан в цементит; серый чугун в котором весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита или часть углерода (большая) находится в виде графита, а часть в связанном состоянии в виде цементита; форма графита пластинчатая .Высокопрочный чугун, то же, что и серый чугун, но форма графита шаровидная; ковкий чугун, то же, что и серый чугун, но форма графита хлопьевидная.

 Серый чугун. Чугун, в котором весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита, т. е. нет цементита, и структура ферритно-графитная называют серым ферритным чугуном.

Графитизация и структура чугуна существенно зависят от химического состава и скорости охлаждения отливки.

Серые чугуны кроме железа и углерода содержат примеси кремния, марганца, серы и фосфора. Кремний способствует графитизации чугуна (содержание его в чугуне 0,5—4,5 %). Марганец препятствует графитизации, способствует, как говорят, отбеливанию чугуна (содержание 0,4—1,3'%). Серу считают вредной примесью, так как она способствует отбеливанию чугуна, понижает прочностные характеристики и снижает жидкотекучесть (допускается < 0,12 %). Фосфор улучшает жидкотекучесть (при содержании до 0,8 %), но увеличивает хрупкость. Обычно для получения заданной структуры регулируют содержание углерода, кремния и марганца.

На структуру чугуна значительно влияет скорость охлаждения.

Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени

протекает процесс графитизации. Поэтому при одном и том же химическом составе чугуна структура получается различной в зависимости от толщины отливки.

Механические свойства серого чугуна в основном определяются количеством, формой и размерами включений графита. Чем больше графита в чугуне, чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства. Для получения мелких, завихренной формы чешуек графита применяют модифицирование —добавление в жидкий чугун перед разливкой ферросилиция или силикокальция, играющих роль зародышевых центров выделения графита.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ, затем ставят два двузначных числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе — предел прочности при изгибе. Например, марка СЧ 15-32 показывает, что, чугун имеет σв= 150 MПа (15 кгс/мм2) и σи = = 320 МПа (32 кгс/мм2).

Отливки из серого чугуна широко применяют в машиностроении: для станин металлорежущих станков, корпусов, поршневых колец, гильз автомобильных и тракторных двигателей и др.

Высокопрочные чугуны. Для получения графита в виде шаровидных включений в ковш с жидким чугуном вводят небольшое количество металлического магния.

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ, затем ставят два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе относительное удлинение; например, ВЧ 38-17; ВЧ 120-4 и др.

Чугуны с шаровидным графитом применяют для ответственных деталей, например коленчатых валов, кулачковых валиков и др.

Ковкий чугун. Этот чугун получают в результате длительного нагрева (отжига) доэвтектического белого чугуна, при котором происходит распад цементита с образованием графита. То есть процесс графитизации ( такой отжим называют графитизирующим).

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, далее следуют цифры предела прочности при растяжении и относительного удлинения; например, КЧ 35- 10, КЧ- 63-2.

«Углеродистые и легированные стали»

Сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами с содержанием до 2- % С (точнее до 2,14 % С). Если сталь имеет в своем составе железо и углерод и некоторое количество постоянных примесей-марганец (до 0,7 %), кремний (до 0,4 %), серу (до 0,06 %), фосфор (до 0,07 %) и газы, то такую сталь называют углеродистой. Если в процессе выплавки углеродистой стали к ней добавляют легирующие элементы—хром, никель, ванадий и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве, то такую сталь называют легированной.

«Влияние на сталь углерода, постоянных примесей и легирующих элементов»

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность и вязкость.

Марганец и кремний полезные примеси. Их добавляют в сталь при выплавке ее для раскисления стали.

Сера с железом образует сульфид железа FeS, который в стали находится в виде эвтектики Fe—FeS с температурой плавления 985^°С. При нагреве стали до температуры 1000—1200 °С для горячей обработки давлением эвтектика плавится, сталь становится хрупкой н при деформации разрушается. Это явление называют красноломкостью. Красноломкость устраняет марганец. Образующийся пластичный сульфид марганца MnS плавится при температуре 1620 °С.

Фосфор растворяется в феррите, повышает хрупкость стали, т. е. вызывает так называемую хладноломкость.

Газы (кислород, азот, водород) частично растворены в стали, присутствуют в виде неметаллических включений (окислы, нитриды). Кислород в стали находится главным образом в виде окислов А1203, Si02 и др. Окислы, в отличие от сульфидов, хрупки, при горячей обработке не деформируются, а крошатся, разрыхляют металл. В присутствии большого количества водорода возникает опасный дефект — внутренние надрывы в металле, так называемые флокены.

Легирующие элементы оказывают различное влияние на аллотропические превращения в железе, фазовые превращения в стали.

К элементам, способным образовывать карбиды, относятся Мn, Cr, W, V и др. Обозначают карбиды формулами, например Cr7C3, W2C, VC и др. Элементы, не образующие карбидов Ni, Si, находятся в стали главным образом в твердом растворе.

Легирующие элементы в различной степени положительно влияют на изменение механических свойств феррита.

Все легирующие элементы, за исключением кобальта, замедляют распад аустенита.

Увеличивая устойчивость аустенита, легирующие элементы уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость.

Карбидообразующие элементы (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве.

 «Классификация сталей»

Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, качеству, структуре, применению.

По химическому составу различают стали углеродистые и легированные. В зависимости от содержания легирующих элементов легированные стали делят на: низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (более 10 %).

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. При этом учитывается способ выплавки и содержание серы и фосфора.

По структуре различают стали в отожженном и нормализованном состояниях: в отожженном состоянии —доэвтектоидный (компонента меньше нормы), заэвтектоидный (компонента больше нормы), ледебуритный (одновременная кристаллизация аустенита и цементита), ферритный (тв.раст-р углерода в α-железе) и аустенитный (тв.раст-р углерода в γ-железе) классы; в нормализованном состоянии—перлитный (одновременная кристаллизация феррита и цементита), мартенситный (перенасыщенный твердый раствор углерода в α-железе). К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному — с более высоким и к аустенитному — с высоким содержанием легирующих элементов.

По применению стали подразделяют на следующие группы: конструкционные стали—для деталей машин и конструкций; инструментальные стали —для различного инструмента; стали и сплавы с особыми свойствами —например, жаропрочные, коррозионно-стойкие, магнитные и др.

 «Маркировка сталей»

Обозначение сталей обыкновенного качества — буквенно-цифровое, например Ст0, Ст1 —Ст6, БСт0, БСт1 —БСт6, ВСт2—ВСт5. Буквы Ст означают сталь (в марках других сталей буквы Ст не указываются), цифры от 0 до 6 —условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств; буквы Б и В —группы стали (группа А в марке стали не указывается). Степень раскисления — индексами: кп — кипящая, пс—полуспокойная, сп—спокойная, например Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, БСт3кп.

Углеродистые качественные конструкционные стали обозначают двузначными цифрами, показывающими среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь марки 15 содержит в среднем 0,15 % С, сталь 40 —0,40 % С и т. д. Степень раскисления указывают в конце марки, например сталь 08кп.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, за ней цифру —среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У9 содержит в среднем 0,9 % С, сталь У11 — 1,1 % С.

В основу обозначения марок легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Легирующие элементы указывают русскими буквами: марганец —Г, кремний —С, хром — X, никель —Н, Вольфрам — В, ванадий —Ф, титан —Т, молибден —М, кобальт—К, алюминий — Ю, медь—Д, бор — Р, ниобий—Б, цирконий—Ц, фосфор —П, азот —А.

В марках легированных конструкционных сталей, например 20Х, 18Г2С, 60С2, 18ХГТ, 38ХН3МФ и др., двузначные цифры в начале марки —это среднее содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после букв — примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает на то, что оно составляет до 1,5 % и менее. Для высококачественных сталей в конце марки ставят букву А; например, сталь 12Х2Н4 — качественная сталь, а сталь 12Х2Н4А —высококачественная.

В марках легированных инструментальных сталей, например X, 9ХС, ХВГ, ЗХ2В8Ф, 5ХЗВЗМФС и др., одна цифра в начале марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %. При содержании в сталях 1 % С или более цифру не пишут. Расшифровка в марках инструментальных сталей содержания легирующих элементов такая же, как и в конструкционных сталях. Все стали инструментальные легированные и с особыми свойствами всегда высококачественные и поэтому в обозначениях этих сталей буква А не ставится. В маркировке сталей в начале иногда ставят буквы, указывающие их применение: А — автоматные стали, Р — быстрорежущие, Ш—шарикоподшипниковые, Э —электротехнические.

 «Конструкционные стали»

Конструкционные стали должны обладать определенным комплексом механических свойств, которые в наибольшей степени определяют работоспособность, т. е. стойкость и надежность деталей и конструкций, которые называют конструктивной прочностью. Повышения конструктивной прочности можно достичь только в совокупности металлургических, технологических и конструкторских мероприятий.

Конструкционные строительные стали. Для сварных и клепаных конструкций в строительстве, мостостроении, судостроении применяют углеродистые стали обыкновенного качества (при незначительных напряжениях в конструкциях) и низколегированные стали с невысоким содержанием углерода (при более высоких напряжениях).

Листовая сталь для холодной штамповки. В зависимости от степени деформации листа сталь делят на следующие группы: весьма глубокой вытяжки (ВГ), глубокой вытяжки (Г), нормальной вытяжки (Н). Для холодной штамповки применяют, например, сталь марки 08кп. В этой стали мало углерода (0,08 %) и кремния (==с 0,03 %), что является положительным, так как углерод и кремний снижают способность стали к вытяжке. Штампуемость листовой стали ухудшается при наличии в ней крупного и неоднородного по размерам зерна.

Цементуемые (низкоуглеродистые) стали. Для изготовления деталей небольших размеров, работающих на износ при малых нагрузках, когда прочность сердцевины не влияет на эксплуатационные свойства (втулки, валики, шпильки и др.), применяют углеродистые стали марок 15, 20. После цементации, закалки в воде и низкого отпуска поверхность стали имеет высокую твердость, а сердцевина не упрочняется.

Для тяжело нагруженных деталей, в которых необходимо иметь высокую твердость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевины, применяют легированные стали 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ (зубчатые колеса, оси, поршневые пальцы)

Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали. Эти стали называют улучшаемыми потому, что их обычно подвергают улучшению — закалке в масле и высокому отпуску (550—650 °С) с получением структуры сорбита. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, хорошую прокаливаемость.

Пружинно-рессорные стали. Эти стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин и рессор, которые служат для смягчения толчков и ударов, действующих на конструкции в процессе работы, и поэтому основным требованием, предъявляемым к пружинно-рессорным сталям, являются высокий предел упругости и выносливости.

Шарикоподшипниковые стали. Основной сталью является сталь ШХ15 (0,95 — 1,05 % С; 1,3 — 1,65 % Сг). Содержание в ней углерода и хрома обеспечивает получение после закалки в масле высокой твердости, износостойкости, достаточной вязкости и необходимой прокаливаемости.

Автоматные стали. Эти стали содержат повышенное количество серы и фосфора, хорошо обрабатываются на металлорежущих станках, образуя короткую, ломкую стружку. Недостаток автоматных сталей—пониженная пластичность, поэтому их применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств (крепежные детали, втулки и др.).

«Инструментальные стали»

В связи с различными условиями работы инструмента инструментальные стали по назначению делят на следующие группы: стали для режущих инструментов, измерительных инструментов, штамповые стали.

«Стали и сплавы с особыми свойствами»

1) Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы. При высокой температуре в условиях эксплуатации в среде нагретого воздуха в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали (газовая коррозия). На поверхности сначала образуется тонкая пленка окислов, которая с течением времени увеличивается, и образуется окалина. Способность стали сопротивляться окислению при высоких температурах называется жаростойкостью (окалиностойкостью). Если окисная пленка пористая, окисление происходит интенсивно; если плотная, окисление замедляется или даже прекращается. Для получения плотной пленки сталь легируют хромом, кремнием и алюминием.

К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью (детали котлов и турбин)

2) Коррозийно-стойкие (нержавеющие) стали.

3) Магнитные стали и сплавы. Делятся на магнитно – мягкие и магнитно – твердые. Магнитно – мягкие стали (электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы) применяют для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов. Магнотно – твердые стали (высокоуглероистые и легированные стали) применяют для изготовления постоянных магнитов.