Методическая разработка с применением инновационных технологий. Тема: Общие сведения о сплавах

Методическая разработка учебного занятия с применением инновационных технологий обучения. Тема: Общие сведения о сплавах. Классификация чугунов. Основные сведения о получении стали. Общая классификация сталей. Условное обозначение сталей

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

В Концепции модернизации российского образования сформулированы социальные требования к системе российского образования. В частности говорится, что развивающемуся обществу нужны образованные, нравственные, предприимчивые люди, которые могут самостоятельно принимать ответственные решения, прогнозируя их возможные последствия, способные к сотрудничеству, мобильные, обладающие развитым чувством ответственности за судьбу страны.

Происходящие в нашем обществе изменения создали реальные предпосылки для обновления всей системы образования, что находит свое отражение в разработке и введении в практику работы образовательных организаций элементов нового содержания, новых образовательных технологий.

Сегодня многие методические новации и инновации связаны с реализацией интерактивного обучения, поскольку именно такое обучение обладает большими потенциальными возможностями для выполнения социального заказа современного общества.

Применение метода проектов позволяет обучающимся активизировать их мыслительную активность, способствует творческому, нешаблонному подходу к изучению обществознания.

На данном занятии при подготовке домашнего задания была использована проектная технология: обучающиеся, разбившись на две группы, готовили материал. Работа над проектами тщательно планируется и обсуждается с обучающимися. Было проведено подробное структурирование содержательной части проекта с указанием поэтапных результатов. В работе над проектом были выделены основные этапы работы над проектом: организационный; выбор и обсуждение главной идеи, целей и задач будущего проекта; организация работы обучающихся; структурирование проекта с выделением подзадач для определенных групп обучающихся, подбор необходимых материалов; работа над проектом; подведение итогов, оформление результатов и презентация проекта.

Успех проектной деятельности обучающихся в большой степени зависит от организации работы внутри группы, от четкого распределения обязанностей и определения форм ответственности за выполняемую часть работы.

Тема: Общие сведения о сплавах. Классификация чугунов. Основные сведения о получении стали. Общая классификация сталей. Условное обозначение сталей

Цели занятия:

Образовательная: Содействовать формированию представления об общих сведениях о сплавах. Показать и обосновать классификацию чугунов. Подвести обучающихся к понимания процесса получения стали. Помочь овладению практическими приемами определять сталь, используя условные обозначения.

Развивающая: Развивать самостоятельность, рефлексию, навыки публичного выступления, способности анализировать, выделять главное, обобщать и делать выводы, обосновывать свою точку зрения, вскрывать причины и последствия фактов. Содействовать развитию мировоззрения.

Воспитательная: Воспитывать интерес к предмету, культуру общения. Содействовать воспитанию дружелюбия, взаимопонимания, поддержки и стремления оказывать помощь друг другу.

Технология: проектного обучения.

Методическая цель: внедрение инновационных технологий обучения (применение метода проекта).

Цель данной технологии: позволяет обучающимся активизировать их мыслительную деятельность, развивает творческий, нешаблонный подход к изучению материаловедения.

Методы и приемы обучения: работа в малых группах, проектная деятельность, объяснительно- иллюстративный метод.

Формируемые компетенции:

1.Учебно- познавательные:

• Умение ставить познавательные задачи, цели;

• Анализировать, находить причины явлений, обозначать свою позицию по отношению к изучаемой проблеме;

• Формулировать выводы;

• Умение использовать имеющиеся знания по обществознанию в стандартных и нестандартных ситуациях;

• Умение планировать учебную деятельность с целью достижения прогнозируемого результата;

• Осуществление анализа собственной деятельности, способность к самооценке, рефлексии;

2.Компетенции личностного самосовершенствования:

• Формирование культуры мышления и поведения

• Освоение различных видов деятельности в рамках саморазвития;

3.Информационные компетенции:

• Овладение навыками работы с учебным раздаточным материалом; различными источниками информации;

• Умение ориентироваться в информационных потоках, уметь выделять в них главное, необходимое;

• Владение навыками работы с персональным компьютером для решения учебных задач;

• Самостоятельный поиск, извлечение, систематизация, анализ и представление различной информации согласно поставленной задаче.

1. Коммуникативные компетенции:

• Навыки работы в группе;

• Уважение иной точки зрения;

• Умение ценить совместную работу;

• Умение выступать перед аудиторией;

• Умение аргументировано доказывать свою точку зрения;

• Умение корректно вести учебный диалог.

1. Здоровьесберегающие компетенции:

• Знать и уметь применять правила техники безопасности в учебной ситуации

Тип занятия: комбинированное.

Место проведения: учебная аудитория

Время: 90 минут

Дидактическая база занятия:

1.Презентация по теме.

2.Компьютер, мультимедийный проектор.

3.Индивидуальные карточки.

4.Опорный конспект

5.Рефлексивная карта.

6.Видеофильмы: «Получение и применение чугуна и стали», «Чугун», «Трубы из ковкого чугуна», «Доменная печь. Рождение стали», «Выплавка стали в мартеновских печах».

Межпредметные связи:

1.Физика

2.Химия

3.Информатика

Хронокарта занятия:

1. Организационная часть– 5 мин.

2. Контроль исходного уровня знаний – 20 мин.

3. Изучение нового материала – 45 мин.

4. Закрепление – 10 мин.

5. Подведение итогов, рефлексия – 5 мин.

6. Задание на дом – 5 мин.

Итого: 90 мин.

Ход занятия:

1.Организационная часть:

Преподаватель:

1. Приветствует обучающихся

2. Обращает внимание на внешний вид обучающихся

3. Обращает внимание на санитарное состояние учебной аудитории.

4. Проверяет готовность обучающихся к занятию.

5. Отмечает отсутствующих (через доклад старосты).

2. Контроль исходного уровня. Тема: «Пластическая, ударная вязкость, твердость, усталость. Методы определения твердости: методы Бринелля, Роквелла, Виккерса. Технологические свойства металлов и сплавов. Технологические пробы».

1.Словарный диктант:

-прочность(это способность металла или сплава противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок - растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих и срезающих),

-твердость (способность металла или сплава оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела),

-упругость (способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней нагрузки),

-пластичность (способность металла или сплава, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия),

-ударная вязкость (способность металла или сплава сопротивляться действию ударных нагрузок),

-ползучесть (свойство металла или сплава медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки),

-усталость (постепенное разрушение металла или сплава при большом числе повторно-переменных нагрузок),

-выносливость (свойство выдерживать нагрузки),

- предел прочности при растяжении (напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествовавшей разрушению образца),

- предел текучести (наименьшее напряжение, при котором происходит деформация испытуемого образца без увеличения нагрузки).

2.Фронтальный опрос.

-Что относится к механическим свойствам металлов и сплавов?

-Какие основные механические свойства металлов и сплавов?

-Какие характерные участки имеет диаграмма растяжения?

- Как определяется предел прочности и текучести?

-В чем особенность измерения твердости по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу.

1. Дискуссия «Измерение твердости по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу» - представления группами проектов (домашнее задание)

Анализ работы в подгруппах. Подгруппы представляют результаты самостоятельной деятельности. Остальные сравнивают, вносят дополнения, исправления.

Обсуждение результатов работы групп

-Результаты работы представляются следующим образом:

-руководитель первой группы зачитывает вопрос и представляет ответ, к которому пришли исследователи в течение отведенного для работы времени;

-следующая минута- обсуждение всеми участниками исследования выполненного задания;

В том же режиме работают 2-я и 3-я подгруппы.

111. Изучение нового материала

1. Формирование целей и задач урока.

-Чистые металлы характеризуются низким пределом прочности, поэтому в машиностроении применяют соединения металлов. Например, мягкая медь с добавлением олова превращается в более твердую бронзу. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала.

Исходя из того, что вы уже услышали, как вы думаете, о чем пойдет речь на уроке?

-Какие учебные задачи нам предстоит решить, какие компетенции сформировать?

«Мозговой штурм» в течении 1 минуты определите для себя и заполните таблицу: что вы уже знаете, а что хотите узнать.

Знаю	Хочу узнать

-И что умеете, а чему хотите научиться?

Умею	Хочу научиться

-Давайте познакомимся с компетенциями, которые нам необходимо сформировать. Откройте свои методички и выберите компетенции. Которые мы можем сформировать на данном занятии.

2. Сообщение темы: Общие сведения о сплавах. Классификация чугунов. Основные сведения о получении стали. Общая классификация сталей. Условное обозначение сталей.

План.

1.Общие сведения о сплавах.

2.Классификация чугунов.

3.Основные сведения о получении стали.

4.Общая классификация сталей.

5.Условное обозначение сталей.

1вопрос. Общие сведения о сплавах.

Металлическим сплавом называют сложное вещество, полученное сплавлением (или спеканием) нескольких металлов или металлов с неметаллами.

Процессы, происходящих в сплавах при их превращениях, включают: компонент, фазу, систему.

Компонентами называют вещества, образующие систему. Чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов - двухкомпонентную систему и т. д. Компонентами могут быть металлы и неметаллы, а также устойчивые, т. е. не диссоциирующие на составные части в рассматриваемых интервалах температур вещества - химические соединения. Так, для цветных металлических сплавов компонентами могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь), а для железоуглеродистых - металлы с небольшим содержанием неметаллов (железо с углеродом - чугун, сталь).

Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно.

Совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давлении, температуре), называют системой. Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Другой пример: механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен от другого по составу или строению и отделен один от другого поверхностью раздела.

Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз.

Под структурой сплава понимают видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форму и размеры.

Компоненты в сплавах могут составлять жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси.

Однородные жидкие растворы характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого металла (компонента) А равномерно распределены среди атомов 2 металла В - растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком состоянии ограниченно. И только очень немногие металлы из-за большой разницы в размерах своих атомов не растворяются друг в друге в жидком состоянии. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компонентов может быть различным.

Твердые растворы образуются в результате перехода в твердое состояние однородных жидких растворов. В твердом растворе одно из веществ, входящих в состав сплава, сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а другое в виде отдельных атомов распределяется в кристаллической решетке первого вещества. Твердые растворы бывают двух типов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Независимо от типа твердые растворы однофазны.

В твердых растворах замещения часть атомов в кристаллической решетке одного из компонентов замещена атомами другого. Твердые растворы замещения образуются, например, в сплавах железа с хромом, никелем и с другими элементами. Твердые растворы замещения называют неупорядоченными твердыми растворами, поскольку атомы растворимого элемента могут замещать атомы растворителя в любых узлах решетки.

Задание1: Заполните таблицу, в которой запишите сплавы и отметьте особенности их состава.

Сплавы и особенности их состава

Наименование	Состав
	Двухкомпонентного сплава	Многокомпонентного сплава

Задание 2. Как влияют на механические свойства сплавов структуры цементит, феррит, перлит и ледебурит? Данные занесите в таблицу

Таблица

Зависимость механических свойств сплавов от их структуры

Структура	Механические свойства
	Прочность	Твердость	Пластичность
Феррит
Цементит
Перлит
Ледебурит

Задание 3. Запишите в таблицу характерные особенности сплавов, представляющих собой твердый раствор, химическое соединение и механическую смесь. Укажите области их применения.

Характерные особенности и области применения различных видов сплавов

Сплав	Характерные особенности	Области применения
Твердый раствор
Химическое соединение
Механическая смесь

2вопрос. Классификация чугунов.

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода.

Видеофильм «Чугун», Трубы из ковкого чугуна», «Получение чугуна и стали» (фрагмент о получении чугуна).

Чугуны содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:

1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

2) высокопрочные - шаровидный графит;

3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δ_в при растяжении в МПа^-10.

Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85),

высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85),

ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;

ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;

КЧ35 - ковкий чугун с δ_в растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:

С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

Задание 1.

В приведенных данных о химическом составе чугуна содержатся ошибки:

Элемент Fe С Si Mn S Р Ni Сг

Состав, %... До 90 2,14...7,0 4,3 2,0 0,04 1,2 0,25 0

Исправьте их, используя учебник.

Задание 2.

Выберите чугуны, которые вы считаете передельными:

а) синтетические;

б) белые;

в) серые;

г) ковкие;

д) высокопрочные;

е) легированные.

Задание 3.

Используя информационный банк, запишите марки серых чугунов:

невысокой прочности —

повышенной прочности —

наибольшей твердости и прочности —

Информационный банк: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧ30, СЧ35.

Задание 4.

С помощью учебника подберите марки чугунов для изготовления следующих изделий:

станина —

коленчатый вал —

зубчатое колесо —

трубы —

ступицы колес для автомобилей —

Задание 5. Подчеркните марки чугунов, которые нельзя подвергнуть ковке: СЧ24, ВЧ45, КЧЗЗ-8, ЧХ9Н5, СЧ10, ЧХ18ДЗ, КЧ37-12, ВЧ120.

Задание 6.

Заполните таблицу. Области применения чугунов различных марок

Чугуны	Марки	Расшифровка марок	Области применения
Серые		■	■
Ковкие			...
Высокопрочные
Легированные

3вопрос. Основные сведения о получении стали.

Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.

Видеофильмы: «Получение чугуна и стали»( фрагмент о получении стали), «Доменная печь. Рождение стали», «Выплавка стали в мартеновских печах».

Строительная малоуглеродистая сталь получается в результате того, что чугун варят в мартеновских печах или конвертерах (бессемеровских или томасовских), куда его загружают в жидком виде или в виде чашек вместе с различным металлическим ломом (скрапом). Часть углерода, содержащегося в чугуне, выгорает, и получается сталь.

Постоянные примеси подразделяются на:

• Вредные- сера, фосфор и газы (кислород, азот и водород);Сера- снижает ударную вязкость и пластичность и может привести к красноломкости- разрушение слитка при пластической деформации. Красноломкость устраняют введением в сталь марганца. Фосфор- снижает пластичность и ударную вязкость при низких температурах и повышает порог хладоломкости (сталь становится хрупкой уже при комнатной температуре). Газы- повышают порог хладоломкости и снижают ударную вязкость, водород вызывает появление флокенов- тонких трещин.

• Полезные- марганец и кремний;

• Случайные- хром, никель, медь, олово, мышьяк, количество которых невелико и они мало влияют на свойство стали.

Задание 1. Какие способы получения сталей вы знаете? Ответ запишите в секторы на внешней части круга.

Вопросы:

1. Дайте определение стали и чугуна.

2. Чем отличается сталь от чугуна?

3. Что необходимо загрузить в доменную печь, чтобы получить чугун?

4. Определите, какой период доменного процесса описывают следующие
химические реакции: 3Fe₂0₃ + СО = 2Fe₃0₄ + С0₂ + Fe₃0₄ + СО = 3FeO + С0₂ + Q₂, FeO + СО = Fe + С0₂ - Q₃, где Q\—Qi — тепловые эффекты реакций. Варианты ответа:

а) окисление железа;

б) восстановление железа из оксидов;

в) восстановление железа водородом.
4вопрос. Общая классификация сталей.

Классификация сталей и сплавов производится:

• по химическому составу;

• по структурному составу;

• по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);

• по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;

• по назначению.

Химический состав.

По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

• малоуглеродистые - менее 0,3% С;

• среднеуглеродистые - 0,3...0,7% С;

• высокоуглеродистые - более 0,7 %С.

Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Сr, Ni, Мо, Wo, V, Аl, В, Тl и др.), а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

• низколегированные - менее 2,5%;

• среднелегированные - 2,5...10%;

• высоколегированные - более 10%.

Структурный состав.

Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:

• в отожженном состоянии - доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;

• в нормализованном состоянии - перлитный, мартенситный и аутенитный.

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.

Классификация стали по содержанию примесей

По качеству, то есть по способу производства и содё примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы .

Классификация сталей по качеству

Группа	S, %	Р, %
Обыкновенного качества (рядовые)	менее 0,06	менее 0,07
Качественные	менее 0,04	менее 0,035
Высококачественные	менее 0,025	менее 0,025
Особовысококачественные	менее 0,015	менее 0,025

Стали обыкновенного качества. Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу -углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали СтО, СтЗсп, Ст5кп.

Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов.

Стали качественные. Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки.

Стали высококачественные. Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные - в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА.

Стали особовысококачественные. Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методами специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора. Например: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

Классификация стали по назначению. По назначению стали и сплавы классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

Конструкционные стали. Конструкционные стали принято делить на строительные, для холодной штамповки, цементируемые, улучшаемые, высокопрочные, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие стали.

Строительные стали. К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основное требование к строительным сталям - их хорошая свариваемость. Например: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Стали для холодной штамповки. Для холодной штамповки применяют листовой прокат из низкоуглеродистых качественных марок стали 08Ю, 08пс и 08кп.

Цементируемые стали. Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,3% углерода (такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР).

Улучшаемые стали. К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергают улучшению - термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (ЗОХРА, 40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали.

Высокопрочные стали. Высокопрочные стали - это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больший, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях - таких, как ЗОХГСН2А, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 38ХНЗМА, ОЗН18К9М5Т, 04ХИН9М2Д2ТЮ.

Пружинные стали. Пружинные (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости - кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).

Подшипниковые стали. Подшипниковые (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Автоматные стали. Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.) обрабатываемых на станках-автоматах. Недостаток автоматных сталей - пониженная пластичность. К автоматным сталям относятся такие стали, как А12, А20, АЗО, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, АС20ХГНМ.

Износостойкие стали. Износостойкие стали применяют для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.)- Пример износостойкой стали - высокомарганцовистая сталь 110Г13Л.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали - легированные стали с большим содержанием хрома (не менее 12%) и никеля. Хром образует на поверхности изделия защитную (пассивную) оксидную пленку. Углерод в нержавеющих сталях - нежелательный элемент, а чем больше хрома, тем выше коррозионная стойкость. Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть:

• ферритно-карбидной и мартенситной (12X13,  20X13,  20Х17Н2, 30X13, 40X13,  95X18 - для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар);

• ферритной (15X28) - для растворов азотной и фосфорной кислот;

• аустенитной   (12Х18НЮТ)  -   в  морской   воде,   органических   и азотной кислотах, слабых щелочах;

• мартенситно-стареющей (ЮХ17Н13МЗТ,  09Х15Н8Ю)  -  в фосфорной, уксусной и молочной кислотах.

Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до 60°С) фосфорной и серной (концентрации до 20%) кислот.

Коррозионно-стойкие стали. Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550°С.

Жаропрочные стали. Жаропрочные стали способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и при этом обладают достаточной жаростойкостью. Данные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.).

Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 45-80% от температуры плавления. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74):

при 400-550°С - 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ;

при 500-600°С - 15Х5М, 40ХЮС2М, 20X13;

при 600-650°С - 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, ЮХЦН23ТЗМР, ХН60Ю, ХН70Ю, ХН77ТЮР, ХН56ВМКЮ, ХН62МВКЮ.

Жаростойкие стали. Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах, в том числе серосодержащих, при температурах +550-1200°С в воздухе, печных газах (15X5, 15Х6СМ, 40Х9С2, ЗОХ13Н7С2, 12X17, 15X28), окислительных и науглероживающих средах (20Х20Н14С2, 20Х23Н18) и работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии, так как могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок.

Криогенные стали. Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,10% С) и высоколегированными (Cr, N1, Mn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18НЮ, 12Х18НЮТ, ОЗХ20Н16АГ6, ОЗХ13АП9 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от +20 до -196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости.

Инструментальные стали. Инструментальные стали по назначению делят на стали для режущих, измерительных инструментов, штамповые стали.

Стали для режущих инструментов. Стали для режущих инструментов должны быть способными сохранять высокую твердость и режущую способность продолжительное время, том числе и при нагреве. В качестве сталей для режущих инструментов применяют углеродистые, легированные инструментальные, быстрорежущие стали.

Углеродистые инструментальные стали. Углеродистые инструментальные стали содержат 0,65-1,32% углерода. Например, стали марок У7, У7А, У13, У13А. К данной группе, помимо нелегированных углеродистых инструментальных сталей, условно относят также стали с небольшим содержанием легирующих элементов, которые не сильно отличаются от углеродистых.

Легированные инструментальные стали В данную группу сталей входят стали, содержащие легирующие элементы в количестве 1-3%. Легированные инструментальные стали имеют повышенную (по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями) теплостойкость - до +300°С. Наиболее широко используют стали 9ХС (сверла, фрезы, зенкеры), ХВГ (протяжки, развертки), ХВГС (фрезы, зенкеры, сверла больших диаметров).

Быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплостойкостью - до +650°С. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, РЮК5Ф5.

Стали для измерительных инструментов. Инструментальные стали для измерительных инструментов (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют стали У8...У12, X, 12X1, ХВГ, Х12Ф1. Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х.

Штамповые стали. Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и теплостойкостью.

Стали для штампов холодного деформирования. Эти стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими. Например Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5ВЗМФС, 7ХГ2ВМ.

Стали для штампов горячего деформирования. Эти стали должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью, разгаростойкостью и высокой теплопроводностью. Примером таких сталей могут служить стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 4Х2В5МФ.

Валковые стали. Данные стали применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных станов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансонов. К валковым сталям относят такие марки стали, как 90ХФ, 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Вопросы:

1. Чем отличаются углеродистые конструкционные стали от углеродистых инструментальных?

2. Чем отличаются легированные конструкционные стали от легированных инструментальных?

3. В чем заключается цель легирования сталей?

4. Что обеспечивает высокую твердость инструментальных легированных сталей?

5. Используя учебник, заполните табл. 3.2, в которой укажите предел проч­ности, относительное удлинение и сужение стальных образцов.

Механические свойства некоторых марок качественной углеродистой стали

Показатель	Марки стали
	20	35	45	60Г
ов, МПа
5, %				|
V, %

5вопрос. Условное обозначение сталей.

Расшифровка марок сталей не очень сложное дело, если знать какими буквами принято обозначать те или иные химические элементы, входящие в состав марки или сплава. 

Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна цифра впереди марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если впереди марки нет цифры, это значит, что углерода в ней либо 1%, либо выше 1%.

Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах, если за буквой отсутствует цифра – значит содержание данного элемента около 1% (не более 1,5%). Буква А в конце марки, как и в углеродистой, так и в легированной стали, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Указанная система маркировки охватывает большинство существующих легированных сталей. Исключение составляют отдельные группы сталей, которые дополнительно обозначаются определенной буквой: Р - быстрорежущие; А - автомобильная; Е - магнитные;. Ш - шарикоподшипниковые; Э - электротехнические.

Условные обозначения химических элементов: азот ( N ) – А. алюминий ( Аl ) – Ю. бериллий ( Be ) – Л, бор ( B ) – Р, ванадий ( V ) – Ф, висмут ( Вi ) – Ви, вольфрам ( W ) – В, галлий ( Ga ) – Гл, иридий ( Ir ) – И, кадмий ( Cd ) – Кд, кобальт ( Co ) – К, кремний ( Si ) – C, магний ( Mg ) – Ш, марганец ( Mn ) – Г, свинец ( Pb ) – АС, медь ( Cu ) – Д, молибден ( Mo ) – М, никель ( Ni ) – Н, ниобий ( Nb) – Б, селен ( Se ) – Е, титан ( Ti ) – Т, углерод ( C ) – У, фосфор ( P ) – П, хром ( Cr ) – Х, цирконий ( Zr ) - Ц

Сталь обыкновенного качества подразделяется и по поставкам на 3 группы:

• сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

• сталь группы Б - по химическому составу;

• сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Примеры:

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали

Качественные стали маркируют следующим образом, в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации:

• в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода:

  • 05кп - сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

  • 60 - сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

• в десятых долях процента для инструментальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

  • У7 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

  • У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Примеры:

14Г2 - низколегированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 0,14% углерода и до 2% марганца.

03Х16Н15М3Б - высоколегированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16% Cr, 15% Ni, до 3% Мо, до 1% Nb.

Высококачественные и особовысококачественные стали

Высококачественные и особовысококачественные стали маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

Примеры:

У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

30ХГС-Ш - особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Различные группы сталей имеют свои условные обозначения, которые приводятся в соответствующих ГОСТах.

Углеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380—94 обозначаются буквами Ст и цифрой от 0 до 6, которая представляет собой условный номер стали, определяющий ее химический состав по ГОСТу, например СтЗ.

В зависимости от степени раскисления в обозначении могут стоять следующие буквы: сп — спокойная, пс — полуспокойная и кп — кипящая сталь.

При повышенном содержании марганца (до 1%) в полуспокойной стали после цифры в обозначении ее марки проставляется буква Г, например СтЗГпс.

Для сварных конструкций применяются стали марок СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп.

Качественная углеродистая конструкционная сталь по ГОСТ 1050—88 маркируется в соответствии с номинальным содержанием углерода, выраженным в сотых долях процента. Например, сталь 45 содержит 0,45% углерода. Маркировка начинается с цифр 08; далее следуют 10, 15, 20, 85. При повышенном содержании марганца (до 1%) рядом с цифрой проставляется буква Г.

Стали, содержащие до 0,20% углерода включительно, могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными. В первых двух случаях после цифры пишутся буквы кп или пс; если букв нет, то сталь спокойная.

Сталь могут поставлять после термообработки или нагартовки; тогда в маркировке используются заглавные буквы Т и Н соответственно.

Если сталь не подвергалась термообработке и нагартовке, то буквенное обозначение отсутствует.

Пример. 20ГпсТ — сталь, содержащая 0,20% углерода, легированная марганцем (до 1%), полуспокойная, термообработанная.

Все легированные стали: низколегированные (ГОСТ 19281—89), легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71); теплоустойчивые (ГОСТ 20072—96), а также высоколегированные стали, жаростойкие и жаропрочные железоникелевые сплавы (ГОСТ 5632—72) — обозначаются однотипно.

Первые две цифры маркировки означают содержание углерода в сотых долях процента; каждая последующая заглавная буква — условное обозначение легирующего элемента (табл.1); цифра, следующая за буквой, — содержание этого элемента в процентах. При наличии в стали менее 1% легирующего элемента цифра после буквы не проставляется. Если в конце обозначения стоит заглавная буква А, то речь идет о стали с пониженным содержанием серы и фосфора.

Пример. 06Х18Н9Т — сталь, содержащая, %: углерода — 0,06; хрома — 18; никеля — 9; титана — до 1.

Таблица 1. Условные обозначения легирующих элементов в сталях

Буква	Элемент	Буква	Элемент	Буква	Элемент
А*	Азот	С	Кремний	Е	Селен
Ю	Алюминий	Г	Марганец	Т	Титан
Р	Бор	Д	Медь	П	Фосфор
Ф	Ванадий	М	Молибден	Х	Хром
В	Вольфрам	Б	Ниобий	Ц	Цирконий
К	Кобальт	Н	Никель	-	-

* Обозначение азота проставляют в середине марки.

При маркировке сталей и сплавов, полученных специальными методами, в конце обозначения через дефис заглавными буквами указывают метод производства: • ВД — вакуумно-дуговой переплав; • Ш — электрошлаковый переплав; • ВИ — вакуумно-индукционная выплавка.

Пример. 03Х23Н28МЗДЗТ-ВИ — сталь, полученная вакуумно-индукционной выплавкой; содержит, %: углерода — 0,03; хрома — 23; никеля — 28; молибдена — 3; меди — 3; титана — до 1.

Для маркировки сталей используется краска разного цвета (табл.2).

Таблица 2. Цветовая маркировка сталей

Марка стали	Цвет маркировки	Марка стали	Цвет маркировки
СтО	Красный и зеленый	СтЗГсп	Синий и коричневый
Ст1	Желтый и черный	Ст4	Черный
Ст2	Желтый	Ст5	Зеленый
Ст3	Красный	Ст5Гпс	Зеленый и коричневый
Ст3Гпс	Красный и коричневый	Ст6	Синий

Задание1.

Напишите на звеньях «цепочки» наименования структуры сталей при их медленном нагреве.

Сталь марки 20 (ГОСТ 1050—88**):

Задание 2

1. Определите химический состав конструкционных углеродистых сталей
по их маркам:

45-

ВСт1пс —

А20-

БСтЗкп —

05-

СтО-

2. Определите химический состав инструментальных углеродистых сталей по их маркам:

У7 -

У8Г-

У9А-

У11А -

У8ГА -

У12 -

3. Кроссворд «Легирующие элементы».

X

и

м

и

ч

е

с

к

и

й

X

с

0

с

т

а

в

4. Из приведенных букв и цифр составьте марки сталей: Р, 7, У, 8, Г, 1, 4, Ф, 5, А, 1, 4, М, 6, Р, 4, Г, 5, А, 2, X, О, Н, 7, Т, 7, 3, Ю, О, Б. Одну и ту же букву и цифру нельзя использовать дважды.

IV . Закрепление нового материала.

1. Существуют ли абсолютно чистые металлы?

2. Какими способами можно получить сплавы?

3. Какие химические свойства металлов и сплавов вам известны?

4. Укажите, из скольких компонентов могут состоять сплавы?

5. Что называется структурой сплавов?

6. Что представляет собой фаза сплава?

7. Изобразите сплавы внедрения и замещения.

8. К каким типам сплавов относятся структуры феррит, аустенит, ледебурит, перлит и цементит?

Твердые растворы: _ ____

Химические соединения:

Механические смеси:

1. С какой целью строят диаграммы состояния сплавов?

2. Заполните пропуски в определениях:

а)скопление минералов, которое технически возможно и экономически целесообразно разрабатывать с целью добычи железных руд, называется…

б)горная порода, содержащая помимо железа песок, глину и другие примеси, называется ….

в)каменноугольная пыль или мелочь, служащая топливом для доменной печи, называется……

г)вещество, предназначенное для очистки рабочего пространства печи от загрязнений, называется…..

Варианты ответов: месторождение, флюс, руда, кокс.

10. Подчеркните легирующие элементы, придающие стали теплостойкость:

а) хром;

б) цинк;

в) алюминий;

г) серебро;

д) вольфрам;

е) ванадий.

11. Подчеркните легирующие элементы, придающие стали твердость:

а) золото;

б) вольфрам;

в) медь;

г) ванадий;

д) никель;

е) титан.

12. Подчеркните легирующие элементы, которые придают стали коррозионную стойкость:

а) никель;

б) хром;

в) титан;

г) молибден;

д) магний;

е) марганец.

13. Пользуясь информационным банком, составьте группы сталей и сплавов, обладающих следующими свойствами:

жаростойкие —

жаропрочные —

теплостойкие —

магнитные —

с высоким омическим сопротивлением —

коррозионно-стойкие —

немагнитные —

Информационный банк: 08Х14Н28ВЗТЗЮР, ХН77ЮР, ОХ23ЮБ, 10X13, 80НХС, ЕХ9К15М, ОХ27ЮБА, 45Г17ЮЗ, 79НМ, 12Х18Н9Т, Н36К8, 13Х12Н2В2МФ, 12Х2МФСР, ЕХЗ, 55Г9Н9.

14. Определите химический состав конструкционных легированных сталей
по их маркам:

12Х18Н9Т -

ХН77ЮР -

15X28 -

80НХС - .

12Х25Н16Г7АР -

08Х14Н28ВЗТЗЮР -

37Х12Н18МФ5-

15. Определите химический состав инструментальных легированных сталей
по их маркам:

7ХФ-

Р10К5Ф5 -

11ХФ-

XFC—

9Х5ВФ -

16. Определите химический состав сталей и сплавов с особыми физически-
ми и химическими свойствами по их маркам:

ЕХ5К5 -

79НМ -

Э340 -

ХН70ВМТЮ -

18ХМТФ -

17. Укажите, какие единицы применяют для измерения содержания хрома
в шарикоподшипниковых сталях:

а) десятые доли процента;

б) сотые доли процента;

в) тысячные доли процента;

г) проценты.

Подчеркните правильный ответ.

18. Используя информационный банк, заполните секторы внешнего кольца, указав тип инструмента и режим обработки.

19. Дорисуйте «генеалогическое дерево» . Запишите на его «листьях» марки указанных сталей

У. Подведение итогов: Преподаватель:

1.Отмечает, все ли обучающиеся в равной степени справились с заданием.

2.Анализирует работу обучающихся

3.Определяет степень достижения целей, задач занятия.

4.Останавливается на вопросах, которые надо доработать.

Самоанализ работы обучающихся:

Обучающимся предлагается рефлексивная карта, на основании которой они анализируют свою работу на уроке и выставляют себе отметку, вписывая в карту свою фамилию в соответствующей колонке.

Рефлексия учебной деятельности.

- Какую цель на занятии ставили? Какие задачи определили? Какие приемы использовали для достижения результата? Была ли решена поставленная задача? Какой из видов деятельности вам понравился больше всего?

Рефлексия саморазвития:

Какие знания вы приобрели сегодня на уроке? Какие компетенции формировали?( самостоятельно приобретали знания, изучая неадаптированные тексты по теме урока, анализировали их, трансформируя в схемы; работая в подгруппах, учились взаимодействовать друг с другом, оказывать помощь, вырабатывать собственную точку зрения). Оцените свои личностные приращения. Повышение компетентности

-Что нового узнали для себя? Что вас озадачило, удивило, огорчило?

-Как вы оценили свою работу на уроке?

Заполните рефлексивную карту на основании которой вам необходимо проанализировать свою работу на занятии и выставьте себе отметку, вписывая свою фамилию в соответствующей колонке.

Заполнение рефлексивной карты обучающегося(см. урок №1)

Преподаватель оценивает обучающихся с мотивацией.

У1.Домашнее задание.

1.А.М.Адаскин. Материаловедение (металлообработка): учеб. Пособие для нач. проф. Образования\-6-е изд., стер.- М.: издательский центр «Академия» стр.21-24, 126-150

2.Заполнить глоссарий терминов.

3. Подготовиться к словарному диктанту

4.Выполнить проекты: Легированные стали. Конструкционные стали.