План урока по теме: «Классификация сталей. Термическая обработка сталей», 7 класс (мальчики)

Тема: Классификация сталей. Термическая об­работка сталей.

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

Оснащение урока: муфельная печь, тиски, напильник, образ­цы сталей, емкость с водой или маслом.

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

Ход урока.

I. Вводная часть.

1. Повторение ранее пройденного материала.

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

— Какие металлы вы знаете?

— Какими свойствами обладают металлы?

— Какие изделия изготавливают из металлов?

1. Сообщение цели урока.

II. Изложение программного материала.

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

Общие сведения о металлах и сплавах

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Алюминий — металл серебристо-белого цвета: гибкий, мяг­кий и вязкий, хорошо отливается и прокатывается в листы и проволоку. Алюминий широко используется в авиастроении, в электротехнике и при изготовлении посуды и других предметов быта. Большое распространение имеет алюминий в составе сплавов на его основе. Алюминиевые сплавы подразделяют на литейные, которые предназначены для получения литых заготовок, И деформируемые, хорошо обрабатываемые ковкой, штамповкой и прокаткой. Из литейных сплавов наибольшее применение имеет силумин - сплав алюминия с кремнием, а из деформи­руемых – дюралюминии, сплав алюминия с медью и другими - элементами.

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

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

1. На какие группы делятся металлы и сплавы? 2. Назовите пропу­щенные слова в следующих определениях: а) Сплав железа с углеродом, содержащий до 2% углерода и примеси других элементов, называется ... б) Сплав железа с углеродом, содержащий более 2% (обычно 3 – 4,5%) углерода, а также примеси других элементом. называется ... . в) Сплав меди с ... называется латунью, г) Сплав ... с ..., а также с другими элементами называется бронзой, д) Сплав алюминия с медью и неко­торыми другими элементами —это ... .

Виды стали и ее применение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Инструментальные углеродистые стали тоже под­разделяются на качественные и высококачественные.

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

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

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

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

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

Слово «легирование» произошло от немецкого слова, означающего «сплавлять», а последнее, в свою очередь, было образовано от латинского - «связываю, соединяю».

1. Как подразделяются стали в зависимости от их состава? по назна­чению? 2. Где применяются конструкционные и инструментальные стали? 3. Как маркируются углеродистые стали? легированные стали? 4. Что означает условное обозначение следующих марок сталей: Ст. 3; Сталь 40; У12А: 9ХС; Р9?

Термообработка.

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

• закалка, отпуск, отжиг.

Теперь давайте рассмотрим эти три вида термообработки.

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

Закалка повышает твердость и прочность, но повышает хрупкость.

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

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

Для выполнения операций по термообработке в условиях мастерской применяю муфельную печь. Температуру закалки можно контролировать по цветам каления (см. таблицу 3), а тем­пературу отпуска - но цветам побежалости (см. таблицу 4)

Таблица 3 Цвет каления при закалке заготовок

Таблица 4 Цвета побежалости при нагреве заготовок

При работе с печью необходимо строго соблюдать технику безопасности при работе с высокими температурами. На произ­водстве термическую обработку выполняю! специально подго­товленные люди - термисты.

III.Практическая часть.

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

Сравните и сделайте вывод об обрабатываемости сталей.

Проделайте то же с образцом после отпуска и сделайте вывод об обрабатываемости. Поместить образец в муфельную печь, нагреть до 800 °С и выдержать 15-20 мин. Температуру нагрева определить по таблице 3.

Операцию с муфельной печью учитель выполняет самостоятельно!

IV. Заключительная часть.

1. Учитель проводит экспресс - опрос о свойствах и назначе­ниях сталей.

2. Оценка ответов учащихся.

3. Отметить наиболее ха­рактерные ошибки в ответах.

4. Уборка мастерской.

V. Домашнее задание. §16, стр. 79 – 82.