Методическая разработка для проведения открытого урока на тему «Классификация чугунов их производство и состав»

Устимова Наталья Геннадьевна

ГБПОУ «Павловский автомеханический техникум им. И.И. Лепсе», преподаватель

e-mail автора: [email protected]

Аннотация

Данная методическая разработка предназначена для проведения урока с использованием ИKТ-теxнологий на уроке «Материаловедение» для студентов 2 курса очной формы обучения. Данная работа носит познавательный характер. При помощи данной работы студенту можно кратко объяснить большой объем материала. Разработка широко применяется на урокаx предмета «Материаловедение».

«Классификация чугунов их производство и состав»

Чугун - сплав Fe (основа) с С (обычно 2...4 %), содержащий постоянные примеси (Si, Mn, S, Р), а иногда и легирующие элементы (Cr, Ni, V. А1 и др.); как правило, хрупок.
Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Согласно диаграмме железо-цементит затвердевают с образованием эвтектики. Благодаря хорошим литейным свойствам, достаточной прочности, износостойкости при относительно низкой стоимости чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их применяют при получении отливок сложной формы при отсутствии высоких требований к размерам деталей и их массе.

Цели урока:

Обучающая:

- Изучить сущность и понятие о чугунах, классификацию и маркировку чугунов;

- Изучить способы производства, свойства, и применения чугунов;

- Научиться систематизировать содержание материала, его обобщать и делать выводы.

Развивающая:

- Развить у студентов способность анализировать, сравнивать, классифицировать,

-Развить способность обобщать полученный материал, вести конспект, развивать внимание, делать выводы.

Воспитывающая:

- Воспитывать уверенность в своих силах и способностях,

- любовь к выбранной профессии, уважение к труду и к людям труда-

- Собранность, аккуратность, доброжелательную атмосферу на уроке.

Задачи:

- Помочь в усвоении и сознании студентов между ранее полученными знаниями в практической деятельности

- Запомнить и уметь читать маркировки чугунов

- Способствовать развитию умения вести исследовательскую работу.

Тип урока: Формирование новых знаний

Вид урока: Комбинированный.

Внутрипредметная связь: «Свойства металлов и сплавов».

Межпредметная связь: Xимия, Технология обработки металлов и сплавов, Физика.

Методы преподавания: информационно-сообщающий, объяснительный, стимулирующий.

Материально-техническое оснащение: Проектор, интерактивная доска, ноутбук, презентация на тему: «Классификация чугунов их производство и состав», учебник «Материаловедение».

ХОД УРОКА:

Урок проходит с презентацией

1. Организационный момент (3-4 мин)

• Проверка присутствующих в группе

• Проверка готовности к уроку и внешнего вида.

2 Актуализация опорных знаний и умений

Преподаватель: Здравствуйте, я рада видеть вас на уроке! Сегодня мы узнаем, что такое чугун. Познакомимся с видами чугунов и дадим им краткую характеристику. Узнаем их применение в машиностроении, и как они маркируются. Запишите в тетрадях сегодняшнюю тему урока (с помощью проектора на экране высвечиваются и зачитываются тема урока слайд №1).

Актуализация знаний

Преподаватель: Сегодня мы начнем с повторения темы "Производство чугуна". Ребята ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

1. Чугун - это…… Сталь - это……(после ответа показ слайда № 2)

2. Исходными материалами для получения чугуна являются…….(слайд № 3)

3. Какие железные руды применяют для получения чугуна? (слайд № 4, 5)

4. Что входит в состав железных руд? (слайд № 5)

5. Какое топливо применяют в доменном производстве? (слайд № 6)

6. Какие флюсы применят в доменном производстве? (слайд № 6)

7. Как называется печь для производства чугуна, а также продукты доменного производства…... (слайд № 7, 8)

Преподаватель: Молодцы! Ребята, вы замечательно ответили на эти вопросы.

Мотивация:

История.

Преподаватель: Первые сведения о чугуне относятся к 6 веку до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% Р (фосфора), с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Чугун был известен и античным металлургам 4-5 веков до нашей эры. Производство чугуна в Западной Европе началось в 14 веке с появлением первых доменных печей для выплавки чугуна из руд. Полученный чугун использовали или для передела в сталь в кричном горне, или для изготовления различных строительных деталей и оружия (пушки, ядра, колонны и др.).

В России производство чугуна началось в 16 веке; в дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску чугуна превзошла все страны, но через столетие вновь отстала от западноевропейских стран. Появление во второй половине 18 века вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т.е. положило начало независимому существованию чугунолитейного производства. В начале 19 века возникает производство ковкого чугуна. Во второй четверти 20 века начинают применять легирование чугуна, что дало возможность существенно повысить его свойства и получать специальный чугун (износостойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие и т.д.). (слайд 9)

Чугун как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами. Например, в 10 веке нашей эры в Китае из чугуна было отлито уникальное изваяние льва весом более 100 тонн. С конца 15 века в Германии, а затем и в других странах Европы художественное литьё из чугуна получило особенно широкое распространение - парковая скульптура, надгробия, решётки, ограды, садовая мебель и пр. В России художественное литье появилось в конце 17 века, и, в первую очередь, благодаря мастерам Каслинского завода.

Во второй половине 19 - начале 20 веков более массивное, чем бронзовое, но и более дешёвое чугунное литьё со свойственной ему выразительностью тяжёлой массы материала и глухого тона применяется почти также широко, как и бронзовое. С конца 18 века чугунное литье находит самое широкое разнообразное применение в архитектуре. Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 века, справедливо называемым «веком Чугуна». В своей специальности вы также можете обнаружить применение чугуна: Колодки чугунные тормозные (для вагонов), чугунные редукторы, промышленные моторы в чугунном корпусе, задвижки фланцевые и т.д.

А сейчас ребята посмотрите слайды применения чугуна в нашей жизни. (слайды №10,11,12)

3. Формирование новых знаний.

Преподаватель: Сегодня мы с вами разберем тему «Классификация чугунов их производство и состав » ( слайд 1)

Классификация и свойства чугуна.

Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве. До 70-х гг. 20 века в доменных печах иногда выплавляли так называемый зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают природнолегированные чугуны. (слайд 13,14)

При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют:

• в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, - на серый, белый и половинчатый (или отбелённый);

• в зависимости от формы включений графита - на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом;

• в зависимости от назначения - на конструкционный и чугун со специальными свойствами;

• по химическому составу - на легированные и нелегированные.

Подробнее разберем следующие виды чугунов: (слайд №13)

Белый чугун получают путем первичной кристаллизации из жидкого сплава при быстром охлаждении. Представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит), который придает чугуну бело-матовый цвет. Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и плохо обрабатывается, поэтому для изготовления деталей он не используется и применяется как передельный, т.е. идет на производство стали и других видов чугуна. Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Серый (литейный) чугун (слайд №14) - наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) - имеет включения графита пластинчатой формы. Получают путем первичной кристаллизации при медленном охлаждении. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитовые включения можно считать нарушениями оплошности, ослабляющих металлическую основу. Так как пластинчатые включения наиболее сильно осклабляют металлическую основу, серый чугун имеет наиболее низкие характеристики, как по прочности, так и по пластичности. Свойства графита образовывать смазочные пленки обусловливает снижение коэффициента трения, а значит сопротивление износу, хорошие антифрикционные свойства. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием, обладают способностью рассеивать колебания при вибрациях и переменных нагрузках. Эти чугуны отличаются хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Применяется серый чугун, как конструкционный материал в строительстве и машиностроении для изготовления малоответственных и средненагруженных деталей.

Ковкий чугун (слайд № 15) получают из белого путем термической обработки - отжига. Который заключается в длительной выдержке при температуре 950 С и медленном охлаждении. В результате графитные включения примут хлопьевидную форму. Эти включения более компактны, они меньше надрезают металлическую основу, и такой чугун оказывается более прочным. Он уже может работать на растяжение. Ковкий чугун используется для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т.д.). Однако ковкий чугун - малоперспективный материал из-за сложной технологии получения и длительности производственного цикла изготовления деталей из него.

Высокопрочный чугун, (слайд № 16) характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов. Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую основу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей, при этом сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации. Этот чугун конкурирует с углеродистыми сталями и к тому же он дешевле ковкого чугуна и стали. Применяется для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении (коленчатые валы двигателей, компрессоров, зубчатые колеса, цилиндры и т.д.). Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей, а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.

Антифрикционный чугун (слайд 17)- получают на основе серых, высокопрочных и ковких чугунов, используются в качестве подшипниковых сплавов, так как представляют группу специальных сплавов, структура которых удовлетворяет правилу Шарпи (включения твердой фазы в мягкой основе), способных работать в условиях трения как подшипники скольжения.

Антифрикционные чугуны делятся:

1. на основе серых чугунов (АСЧ -1, АСЧ -2, АСЧ -3, АСЧ -4, АСЧ -5, АСЧ - 6).

2. на основе высокопрочных чугунов (АВЧ - 1, АВЧ - 2)

3. на основе ковких чугунов (АКЧ - 1, АКЧ - 2)

Маркировка чугунов.

Конечная цель изучения сегодняшнего материала - научиться расшифровать марки чугунов. Если я вам сейчас задам простую марку СЧ 45 - 20 и попрошу ее расшифровать, вы даже не знаете о чем вам нужно говорить. Но если вас попросить описать прохожего, который идет по улице, вы, не видя его, знаете, о чем вы должны сказать. (Студенты перечисляют: пол, рост, одежда, цвет волос, походка и т.д.). Классификация чугунов, это как раз и есть тот алгоритм, с помощью которого расшифровывается марка любого чугуна. Чугун - это сплав железа с углеродом, содержание углерода более 2,14%. (слайд 3) По принятой маркировке обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П - передельный, СЧ - серый чугун, ВЧ - высокопрочный, КЧ - ковкий. Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства.

Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм), например: СЧ 45-20. (слайд № 18).

Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм) и относительное удлинение (в %), например: ВЧ30-2.(Слайд № 18).

Легированные чугуны - чугуны в которые вводятся специальные элементы для улучшения свойств чугунов. ( слайд 19)

Применяется для изготовления деталей паровых машин и турбин, дизелей, двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Маркировка легированных чугунов:

Обозначение легирующих элементов: (слайд 20)

Х - ХРОМ;

Д - МЕДЬ

Т - ТИТАН

М - МОЛИБДЕН

Н - НИКЕЛЬ

Ю - АЛЛЮМИНИЙ

С - КРЕМНИЙ

Г - МАРГАНЕЦ

Ф - ВАНАДИЙ

Пример: ЧН1ХМД - высоколегированный чугун, содержание никеля - 1%, содержание хрома, молибдена и меди - до 1,5%(слайд 20)

Подведение итогов урока.

Проверка степени усвоения материала (слайд № 21).

Преподаватель: Итак, наш урок подходит к концу. Сегодня мы познакомились с составом и видами чугунов, их применением в машиностроении. Чтобы проверить, как усвоен материал, я предлагаю вам выполнить самостоятельно тестовые задания в ваших карточкаx. Внимание на экран, ответьте на следующие вопросы:

Форма ответа: сочетание цифры вопроса и буквы ответа.

Варианты ответов:

а) серый б) белый в) ковкий г) высокопрочный

Вопросы:

1. Как называется чугун, в котором углерод содержится в виде цементита? (слайд № 21)

2. Как называется чугун, получаемый медленным охлаждением? (слайд № 22)

3. Как называется чугун с шаровидными включениями? (слайд № 22)

4. Какой чугун переделывается в сталь? (слайд № 23)

5. Как называется чугун, получаемый в результате отжига? (слайд № 24)

6. Какой чугун имеет высокую пластичность? (слайд №24)

7. Как называется чугун, в котором углерод находится в виде пластинок графита? (слайд № 25)

8. Как называется чугун, получаемый в результате модифицирования? (слайд № 26)

9. Как называется чугун с графитом в виде хлопьев? (слайд № 26)

10. Какой чугун обладает высокими литейными свойствами? (слайд № 27)

Ответы:

1) б

6) в

2) а

7) а

3) г

8) г

4) б

9) в

5) в

10) а

Преподаватель: Сдайте, пожалуйста, ваши работы. Преподаватель подводит итоги, выставляет оценки, отмечает отличившихся учащихся, акцентирует внимание на их готовности к усвоению материала следующего урока, благодарит за активную и плодотворную работу. Запишите домашнее задание.

Домашнее задание.

1) Подготовить сообщение: «Чугуны, применяемые в машиностроении».

2) Выучить классификацию чугунов, и их маркировку (СЧ - 15, КЧ 19 - 40, ЧМ3Н3Ю4, АЧС - 5, ВЧ 10 - 30)

Благодарю за урок, желаю всего хорошего. (слайд № 28)

Список литературы:

1. Лахтин Ю..М. , Леонтьева В.П. Материаловедение. -М.: Машиностроение, 1990.

2. Материаловедение / Под. общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.

3. Самохоцкий А. И. Металловедение.

4. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986