Poysnitelnay zapiskax

План – конспект занятия
Тема занятия: Строение, свойства и способы испытания материалов
Цели занятия:
Дидактическая:
обобщение
и
систематизация
знаний
о
строении
материалов;
формирование понятия о механических, технологических и эксплуатационных свойствах
материалов
Развивающая: развитие аналитико - синтезирующего мышления
Воспитательная:
способствование
воспитанию
чувства
гордости
за
избранную
профессию
Методы: индивидуальный письменный, фронтальный устный, лекция с элементами
беседы, тестовый.
Сроки реализации 1 занятие (1 час 30 мин)
Материально – техническое оснащение:
1)
проектор, экран, ПК;
2)
презентация;
3)
раздаточный материал.
Квалификационные требования:
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии,
проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы
выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них
ответственность.
ОК
4. Осуществлять
поиск
и
использование информации, необходимой
для
эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного
развития.
ОК
5.
Использовать
информационно-коммуникационные
технологии
в
профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами,
руководством, потребителями.
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных),
результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития,
заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной
деятельности.
ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных
профессиональных знаний (для юношей).
ПК 1.1. Организовывать и проводить работы по техническому обслуживанию и ремонту
автотранспорта.
ПК 1.2. Осуществлять технический контроль при хранении, эксплуатации, техническом
обслуживании и ремонте автотранспортных средств.
ПК 1.3. Разрабатывать технологические процессы ремонта узлов и деталей.
ПК 2.2. Контролировать и оценивать качество работы исполнителей работ.
ПК 2.3. Организовывать безопасное ведение работ при техническом обслуживании и
ремонте автотранспорта.
ХОД ЗАНЯТИЯ:
1 Организационный момент.
Приветствие студентов, проверка готовности к занятию, проверка списочного состава
обучающихся.
2 Актуализация знаний.
Слайд №1-2
На прошлом занятии мы с вами знакомились с общепрофессиональной дисциплиной
«Материаловедение» и узнали, на какие группы делятся материалы, какие материалы широко
используются в машиностроении сегодня, а какие будут использоваться в скором будущем.
Сегодня мы начнем изучение первого раздела дисциплины «Материаловедение»:
«Основы металловедения»
Тема сегодняшнего занятия - Строение, свойства и способы испытания материалов
(Студенты записывают тему в тетрадь)
Цель занятия: получить научно – обоснованное представление о взаимосвязи строения и
свойств материалов, познакомиться со способами испытания свойств.
3 Проверка усвоения изученного материала (домашнее задание)
Индивидуальный письменный:
(Два - три человека из группы получают карточки задания и отвечают на вопросы
письменно)
Дайте определение:
- вещество (Ответ: совокупность взаимосвязанных атомов, ионов или молекул);
- материал (Ответ: продукт переработки вещества);
- структура (Ответ: характеризует упорядоченность, взаимное расположение
микрочастиц вещества)
- свойство (Ответ: качественная и количественная характеристика материала);
- параметр (Ответ: количественная оценка, характеризующая какое-либо свойство
материала).
Слайд №3
Фронтальный устный опрос
(Студенты не занятые письменным опросом отвечают устно по желанию)
1) Основные группы материалов? (Ответ: металлы, керамика, композиты, полимеры)
2) Как можно разделить металлы? (Ответ: черные и цветные).
3)
Классификация
материалов
по
назначению?
(Ответ:
конструкционные,
инструментальные, электротехнические, антифрикционные, технологические материалы)
4) Классификация материалов по назначению в производственном процессе? (Ответ:
сырье, основные материалы, полуфабрикаты, вспомогательные материалы, отходы, топливо,
запасные части)
5) Какие материалы
применяются в автомобилестроении?
(Ответ: металлы,
пластмассы, ГСМ, резины)
4 Объяснение нового материала
Слайд №4
(Слово преподавателя)
Правильно выбрать металлы и сплавы для различных целей и определить их качество
помогает нам наука о металлах - металловедение.
Металловедение — наука, которая изучает строение, свойства металлов, устанавливает
связь между химическим составом, структурой и свойствами металлов, а также закономерности
изменения структуры и свойств под воздействием внешних факторов.
(Студенты записывают определение в тетрадь)
Слайд №5-8
Все вещества в твердом состоянии могут иметь кристаллическое или аморфное строение.
Вопрос: Чем отличаются аморфные вещества от кристаллических?
Ответ: у аморфных нет кристаллической решетки.
Кристаллические тела – сохраняют свою форму, остаются твердыми до температуры
плавления, затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении идет обратный процесс.
Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением составляющих их
частиц (ионов, атомов, молекул). Основу кристаллических тел составляют кристаллы. Частицы,
из которых построен кристалл, сближены до соприкосновения (между ними имеются
химические связи) и располагаются различно, но в закономерном порядке по разным
направлениям на значительном протяжении.
Аморфные тела, находясь в твердом состоянии, при нагревании размягчаются в большом
температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние.
Соответственно их состояние называют: стеклообразное –высокоэластичное – вязкотекучее –
жидкое. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Аморфные тела не обладают в
пространстве на значительном протяжении таким упорядоченным расположением частиц, как
кристаллы. Но в них имеется упорядоченность, распространяющаяся на небольшие области.
Ряд материалов, например, полимеры, могут иметь и кристаллические, и аморфные
области своей структуры.
Металлы имеют кристаллическое строение. Однако при высокой скорости охлаждения,
можно получить аморфные металлические структуры – металлические стекла. Например,
аморфное железо.
Слайд №9
Все
металлы,
Строение чистых металлов
затвердевающие в нормальных условиях,
представляют
собой
кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным
порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям.
Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.
Слайд №10
Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная
решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным
переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.
Слайд №11-12
Классификация
возможных
видов
кристаллических
решеток
была
проведена
французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего
для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;
- примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
-
базоцентрированный
–
атомы
занимают
вершины
ячеек
и
два
места
противоположных гранях;
- объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
- гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней
а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая;
в – гексагональная плотноупакованная
Рисунок 1 - Основные типы кристаллических решеток:
в
Слайд №13-15
Основными типами кристаллических решеток являются:
1.
Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) (рисунок. 1а), атомы
располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, Feα)
2.
Гранецентрированная кубическая (ГЦК)
(см. рисунок. 1б), атомы
располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, Feγ)
3.
Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник (см. рисунок.
1в):
o
простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2
оснований (углерод в виде графита);
o
плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в
средней плоскости (цинк).
Слайд №16
Понятие об изотропии и анизотропии
Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы
взаимодействия между этими атомами. Силы взаимодействия между атомами в значительной
степени определяются расстояниями между ними. В аморфных телах с хаотическим
расположением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях
равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны
Изотропи́я, изотро́пность — одинаковость свойств материала во всех направлениях
(Студенты записывают определение в тетрадь)
В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по
разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет
существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные
свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией
Анизотропи́я — неодинаковость свойств по различным направлениям внутри материала
(Студенты записывают определение в тетрадь)
Слайд №17-18
Аллотропия или полиморфные превращения.
Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в
зависимости от внешних условий (давление, температура) называется аллотропией или
полиморфизмом.
Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или
модификацию.
(Студенты записывают определение в тетрадь)
Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является
железо (Fe).
o
T<911 C– ОЦК -Feα;
o
911 < T <1392 C– ГЦК - Feγ;
o
1392 < T <1539 C– ОЦК - Feδ; (высокотемпературное Feα)
Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и
сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначается буквами
греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.
Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления,
является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.
Слайд №19
Свойства металлов
Выбирать металлы и сплавы для различных целей и определять их качество нам
помогают не только знания строения материала, но и знание основных свойств.
Вопрос: Какие свойства металлов вы знаете?
Ответ:
а) физические свойства - плотность, температура плавления, электропроводность,
теплопроводность, магнитные свойства, коэффициент температурного расширения и др.
б) химические свойства - способность вступать во взаимодействие с другими
веществами
Знания перечисленных свойств не достаточно для обоснованного выбора материалов.
При производстве деталей, при ремонте, при эксплуатации механизмов используют знания
механических, технологических и эксплуатационных свойств
Слайд №20-23
Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться
действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость,
ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.
Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться
различным способам холодной и горячей обработки.
Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в
конкретных условиях.
Слайд №24
Механические свойства
Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию
внешних сил.
Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого,
более твердого тела под действием нагрузки.
Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием
динамических нагрузок.
Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после
прекращения действия нагрузки.
(Студенты записывают определения в тетрадь)
Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без
остаточных деформаций.
Слайд №25
Технологические свойства.
Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму
под действием внешних сил, не разрушаясь при этом и давать остаточную (сохраняющуюся
после снятия нагрузки) деформацию.
Ковкость - способность металла без разрушения поддаваться обработке давлением
(ковке, прокатке, прессовке и т.п.). Ковкость металла зависит от его пластичности. Пластичные
металлы обычно обладают и хорошей ковкостью.
Усадка - сокращение объема расправленного металла при его застывании и охлаждении
до комнатной температуры.
Жидкотекучесть - способность расплавленного металла заполнять форму и давать
хорошие отливки, точно воспроизводящие форм.
Обрабатываемость - способность металла обрабатываться при помощи режущих
инструментов.
(Студенты записывают определения в тетрадь)
Слайд №26
Эксплуатационные свойства
Износостойкость
–
способность
материала
сопротивляться
поверхностному
разрушению под действием внешнего трения.
Коррозионная стойкость - способность металла сопротивляться химическому или
электрохимическому разрушению его во внешней среде под действием химических реактивов и
при повышенных температурах.
Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде
при высокой температуре.
Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких
температурах.
Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.
Усталость - изменение механических и физических свойств материала под длительным
действием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций.
В процессе усталости металла происходит разрушение деталей в связи с образованием и
дальнейшим развитием первичных трещин. Этот процесс присущ деталям, работающим в
условиях высоких, циклически меняющихся нагрузок.
(Студенты записывают определения в тетрадь)
Слайд 27-31
Способы испытания свойств металлов.
Качество материала определяется главным образом его свойствами, химическим
составом и структурой. Причем свойства материала зависят от структуры, которая, в свою
очередь, зависит от химического состава. Поэтому при оценке качества могут определяться
свойства, состав и оцениваться структура материала.
Химический состав может определяться химическим анализом.
Структуру материалов определяют с помощью макроанализа при небольшом увеличении
лупой или микроскопом, рентгеновского анализа,
магнитной дефектоскопии (позволяет
выявить дефекты в поверхностном слое металлов) и ультразвуковой дефектоскопии (позволяет
осуществлять эффективный контроль качества на большой глубине).
Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении
от действия внешних нагрузок.
Методы испытания механических свойств металлов делятся на три группы в
зависимости от способа приложения нагрузки:
статические испытания (на растяжение, изгиб, кручение, срез, сжатие);
динамические испытания (на ударную вязкость);
испытания при повторных или знакопеременных нагрузках (на усталость).
(Студенты записывают определение в тетрадь)
Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических
испытаний регламентированы ГОСТами.
При статическом испытании на растяжение, получают характеристики прочности и
пластичности. Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают
диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца от действующей
нагрузки Р.
Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образец твердого
наконечника различной формы.
Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного
шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается
отпечаток. Число твердости по Бринеллю определяется отношением нагрузки, действующей на
шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.
Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального
шарика диаметром или алмазного конуса. Число твердости по Роквеллу определяется по
разности глубин вдавливания.
В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной пирамиды. Число
твердости по Виккерсу определяется отношением приложенной нагрузки к площади
поверхности отпечатка.
Ударная вязкость определяется работой, затраченной на разрушение
образца,
отнесенной к площади его поперечного сечения F; испытания проводятся ударом специального
маятникового копра.
Более подробно с методами испытаний механических свойств вы познакомитесь на
практических и лабораторных работах.
Слайд №32-36
5 Закрепление изученного материала
Проверить усвоение изученного материала нам поможет тест, состоящий из пяти
вопросов (приложение Б). На решение теста отводится 5 минут.
(Преподаватель раздает тесты)
Внимательно прочитайте вопросы. В этом тесте на каждый вопрос возможет только один
правильный ответ. Правильный ответ оценивается в один балл.
1 Сущность атомно-кристаллического строения металлов - это:
а) хаотичное расположение атомов;
б) геометрически правильный порядок расположения атомов;
в) ближний порядок;
г) закономерное расположение атомов.
2 Механические свойства металлов это:
а) кислотостойкость и жаростойкость;
б) прочность и вязкость;
в) теплоемкость и плавление;
г) коррозионная стойкость и усталость.
3 Способность металлов не разрушаться под действием нагрузок, называется:
а) упругостью;
б) прочностью;
в) пластичностью;
г) нет правильного ответа.
4 Способность металлов, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою
форму и сохранять измененную форму после прекращения действия сил, называется:
а) упругостью;
б) пределом прочности;
в) пластичностью;
г) жаропрочностью.
5 На какие группы подразделяются твердые тела в зависимости от их внутреннего
строения:
а) аморфные и кристаллические;
б) легкоплавкие и тугоплавкие;
в) черные и цветные;
г) упругие и пластичные.
Обучающиеся отвечают на вопросы теста. По окончании времени – студенты меняются
листами с ответами и проводят проверку, выставляют оценки. Сдают ответы преподавателю.
По окончании проверки на слайдах № 32-36 появляются правильные ответы теста
(Преподаватель по желанию спрашивает комментарии выбору правильного ответа)
Слайд №37
6 Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
6.1 Выучить определения из конспекта.
6.2
Прочитать
учебник
Никифоров
В.М.
«Технология
металлов
и
других
конструкционных материалов». Глава 4, стр. 46-67 «Строение и свойства металлов, методы их
испытания»
6.3 Подготовка сообщения на тему «Современные физико-химических методы анализа
металлов и сплавов» (два человека по желанию)
7 Подведение итогов занятия
Выставление оценок с комментарием