Методические рекомендации по выполнению практических работ "Основы материаловедения"
учебно-методическое пособие на тему

Автономное учреждение

профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«Сургутский политехнический колледж»

Структурное подразделение - 4

Энергетическое отделение

Методические рекомендации

 по выполнению практических работ

ОП.05 «Основы материаловедения»

для обучающихся очной формы обучения

Профессия: 15.01.20 Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике

 (по отраслям)

Наименование профиля: технический

Сургут 2016

Методические рекомендации по выполнению практических работ ОП.05 «Основы материаловедения»

Сургутский политехнический колледж. - 2016

Составитель: М.И. Синицина

Методические рекомендации составлены в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины ОП.05 «Основы материаловедения», разработанной на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее - ФГОС) среднего профессионального образования (далее - НПО) профессия: 15.01.20 Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматики (по отраслям)

Методические рекомендации содержат пояснительную записку, разработанные педагогом практические работы, теоретические (контрольные) вопросы, список литературы.

Одобрено на заседании профессионально – методического объединения «энергетика и автоматика», протокол № 1 от «06» сентября 2016г.

Рекомендовано к печати Методическим советом Сургутского политехнического колледжа, протокол № 2 от «24» октября 2016г.

Пояснительная записка.

          Каждому специалисту необходимо знать классификацию, маркировку, назначение и область применения материалов, предназначенных для изготовления деталей машин, инструмента и конструкций. К числу таких материалов относятся металлы и их сплавы, металлические и металлокерамические порошки, пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные и другие неметаллические материалы.

      Цель проведения практических работ - закрепление теоретических знаний на практике и отработка практических навыков.

Методические рекомендации разработаны в соответствии с программой и предусматривают 10 работ, рассчитанных на 20 часов.

Работы должны проводиться в указанной последовательности, так как выполнение каждого последующего задания требует от обучающихся знаний и навыков, полученных

Каждая работа проверяется преподавателем, за нее выставляется

Практическая работа № 1

Тема: «Маркировка  углеродистых и легированных сталей»

Цель работы: Закрепить знания по условному обозначению и расшифровки  марок углеродистых и легированных сталей.

Краткие теоретические сведения:

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов.

Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали

КП — кипящая сталь,

ПС — полуспокойная сталь,

СП — спокойная сталь».

Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные (ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ., например СТ. 3. Цифра, стоящая после букв, обозначает марку стали.

Конструкционные нелегированные качественные стали (ГОСТ 1050-88) Качественные углеродистые стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05; 08; 10; 25; 40 и т.д.

 Буква Г в марке стали указывает на повышенное содержание Mn (14Г ; 18Г и т.д.).

Качественные стали для производства котлов и сосудов высокого давления, согласно ГОСТ 5520-79, обозначают как конструкционные нелегированные стали, но с добавлением буквы К (например, 20К).

Конструкционные легированные стали, согласно ГОСТ 4543-71, обозначают буквами и цифрами. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится. Качественные дополнительные показатели пониженное содержание примесей типа серы и фосфата обозначаются буквой — А или Ш, в конце обозначения, например (12 Х НЗА, 18ХГ-Ш) и т. п.

Стали подшипниковые, согласно ГОСТ 801-78, обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования. Следует заметить, что для сталей электрошлакового переплава буква Ш обозначается через тире (например, ШХ 15, ШХ4-Ш).

Стали инструментальные нелегированные, согласно ГОСТ 1435-90, делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода  в десятых долях процента  (например, У7, У8, У10) и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования (например, У8А) или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца (например, У8ГА).

Стали инструментальные легированные  согласно ГОСТ 5950-73, обозначаются также как и конструкционные легированные (например, 4Х2В5МФ и т. п.).

Стали быстрорежущие в своем обозначении имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама, а затем буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. Не указывают содержание хрома, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия. Следует заметить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указываются (например, стали Р6М5 и Р6 М5Ф3).

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ).

Автоматные стали маркируются буквой  А (А12, А30 и т.д.).

Таблица 1 обозначений легирующих элементов

Задание:

1.Прочитайте краткие теоретические сведения.

2.Расшифруйте марки углеродистых и легированных сталей согласно своего варианта.

3. Ответить  письменно на контрольные вопросы.

Варианты задания

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируются стали  по химическому составу, качеству и

назначению?  

2. Как влияет различное содержание углерода в углеродистой стали на ее механические свойства

3. Для чего вводят в стали легирующие элементы ?

5.Какие два вида легирующей стали вы знаете, в чём их отличие?     

6.Какой буквой обозначается быстрорежущая инструментальная сталь?                                                 

Практическая работа № 2.

Тема: «Маркировка сталей»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Черные металлы и сплавы».

Материалы: Марочник сталей, таблица отчета.

Ход работы:

1. Из марочника сталей выберете 3 марки углеродистой стали, 3 марки легированной стали, 2 марки инструментальной стали.
2. Проанализируйте их состав, определите какие легирующие элементы  содержаться в данных сплавах.
3. Определите, в какой области  производства используются выбранные вами марки.
4. Данные результаты занесите в  соответствующие таблицы.

Таблица 2

Таблица 2.1

Таблица 2.2

5.Составьте отчет и сделайте вывод. В отчете укажите цель занятия, расшифровку марок в табличной форме, применение данных сталей, вывод.

Практическая работа № 3.

Тема: «Термическая обработка»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Термическая обработка».

Материалы: диаграмма «железо-углерод».

Ход работы:

1. По выбранным маркам сталей, в практической работе №2, определите состояние углерода в сплаве.
2. В соответствии с полученными данными найдите данную марку на диаграмме.
3. Укажите определение основных форм углерода и назначение диаграммы «железо углерод».
4. Использую диаграмму «железо-углерод» опишите фазовые превращения углерода при  охлаждении.

Диаграмма «железо-углерод».

5. Составьте отчет и сделайте вывод. В отчете укажите цель занятия, объяснение формы углерода в зависимости от температуры и вывод.

Варианты  задания

Практическая работа № 4

Тема: «Углеродистые стали»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Углеродистые стали».

Материалы: марочник сталей

Ход работы:

1. Объяснить марку стали по назначению (конструкционная, инструментальная, автоматная)
2. Указать химический состав и объяснить влияние C, Mn, S, P, Si на свойства стали.
3. Указать механические свойства заданных сталей.
4. Указать применение заданных сталей.
5. Заполнить таблицы №4

Варианты задания

Таблица 4

Практическая работа  №  5

Тема: «Цветные металлы и сплавы»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Цветные металлы и сплавы».

Материалы: марочник сталей, рабочая тетрадь, методические рекомендации по выполнению практических работ.

Ход работы:

1. Указать область применения данных сплавов.
2. Расшифровать марки сталей.
3. Ответить на контрольные вопросы.

Варианты задания

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение и характеристику цветным металлам?

2.Что называется бронзой?

3.Что такое припой?

4.Назовите сплавы, выпускаемые  на основе меди, и укажите их свойства?

5.Что такое баббиты?

Тема: Чугун

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Чугуны».

Ход работы:

1. В колонке 3 таблицы 6 заданы особенности сплавов. Для заданного Вам сплава необходимо из этой колонки выбрать соответствующую этому сплаву структуру, учитывая, что характерной особенностью структуры сплава является содержание углерода в сплаве (в связи с чем различают 2 вида железоуглеродистых сплавов: стали < 2,14% C и чугуны > 2,14% C), состояние углерода (свободное – в виде графита, связанное – в виде цементита), форма графитных включений (пластинчатый, хлопьевидный, шаровидный графит), присутствие легирующих элементов.
2. Далее следует указать полную микроструктуру заданного сплава: для углеродистой стали и белых чугунов в соответствии с диаграммой железо-цементит, для остальных чугунов (серого, ковкого и высокопрочного легированного) следует указать возможные структуры металлической основы и форму включений графита (свободного углерода).
3. Отвечая на вопрос о влиянии химического состава на свойства железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов), следует помнить, что в состав углеродистых сталей и чугунов входят не только железо и углерод, но и ряд примесей (Mn, Si, S, P), которые тоже влияют на свойства сплавов, хотя и в значительно меньшей степени, чем углерод (C). В состав легированных сталей и чугунов могут входить Cr, W, V, Mo, Ni и др. элементы. Следует указать влияние наиболее применяемых (не менее 3-х) элементов.

Таблица 6

Практическая работа  № 7

Тема: Маркировка чугуна

Ход работы:

1. Расшифровать  марку чугуна;
2. указать микроструктуры заданных серого, ковкого и высокопрочного чугунов;
3. указать способы получения каждой заданной марки чугунов: серого, ковкого, высокопрочного;
4. указать виды термической обработки, которым подвергаются чугуны, и кратко охарактеризовать их (указать цель, режим);
5. указать применение заданных марок чугуна.

          Варианты заданий

Практическая работа  №  8

Тема: «Твердые сплавы и минералокерамические материалы»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Твердые сплавы и минералокерамические материалы».

Материалы: марочник сталей, рабочая тетрадь, методические рекомендации по выполнению практических работ.

Ход работы:

1.Указать область применения данных сплавов.

2.Расшифровать марки сталей.

3.Ответить на контрольные вопросы.

                Варианты заданий

Контрольные вопросы:

1.Даите определение твердых сплавив и минералокерамических материалов?

2.Укажите область применения твердых сплавив и минералокерамических материалов?

3.Что такое литые твердые сплавы?

4.Назавите область применения вольфрамовых твердых сплавов?

5.Что такое порошковая металлургия?

Практическая работа  №  9

Тема: «Абразивные материалы»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Абразивные материалы».

Материалы: марочник сталей, рабочая тетрадь, методические рекомендации по выполнению практических работ.

Ход работы:

1.Указать область применения абразивных материалов.

2.Заполнить таблицу 11 «Виды природных и  синтетических абразивных материалов».

3.Расшифровать маркировку шлифовального круга.

4.Ответить на контрольные вопросы.

Краткие теоретические сведения.

Абразивные материалы – вещества, обладающие чрезвычайно высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. По природе своего происхождения различают абразивные материалы естественного (природного) происхождения и искусственного.

Твердость абразивного инструмента

Под твердостью абразивного инструмента понимается способность связки удерживать абразивные зерна в круге под воздействием внешних усилий. Разработана шкала твердости, согласно которой все абразивные круги делятся на 16 степеней твердости.

ВМ1, ВМ2 - весьма мягкие

М1, М2, М3 – мягкие

СМ1, СМ2 – средне-мягкие

С1, С2 – средние

СТ1, СТ2, СТ3 – средне-твердые

Т1, Т2 – твердые

ВТ – весьма твердые

ЧТ – чрезвычайно твердые

Область применения.

М1-СМ2        заточка и доводка твердосплавного инструмента, плоское шлифование торцем круга деталей из меди, латуни, жаропрочных и труднообрабатываемых сплавов.

СМ1-СМ2        шлифование закаленной стали и чугуна периферией круга, заточка режущего инструмента, резьбошлифование с крупным шагом.

С1-СТ2        шлифование деталей из незакаленной стали и ковкого чугуна, хонингование, профильное шлифование.

СТ1-СТ2        обдирочное шлифование, профильное шлифование, шлифование отливок и поковок.

ВТ, ЧТ        шлифование шарикоподшипников, деталей приборов и часовых механизмов.

Правило:         чем мягче обрабатываемый материал, тем тверже выбирается круг, и наоборот. Исключение составляют очень мягкие и пластичные металлы: медь, алюминий, которые быстро засаливают круг.

Структура абразивного инструмента

Структурой абразивного инструмента называют соотношение в процентах объемов, занятых в нем абразивными зернами, связкой и порами. Структуру обозначают номерами от 0 до 20.

Структуры 0-4 называют закрытыми или плотными. Их применяют при шлифовании твердых и хрупких материалов с малой шероховатостью поверхности, при доводке, при обработке деталей шарикоподшипников.

Структуры 5-8 называют средними – почти все виды шлифования металлов с высоким сопротивлением разрыву, шлифование вязких металлов с низким сопротивлением разрыву, заточка инструментов.

Структуры 9-12 называют открытыми. Их применяют при скоростном шлифовании для уменьшения теплообразования.

Структуры 13-20 называют очень открытыми. Применяют при шлифовании неметаллических материалов и металлов с низкой теплопроводностью (устранение прижогов и трещин).

Правило: чем больше номер структуры, тем ниже качество обработанной поверхности. Чем больше номер структуры, тем больше связки и меньше абразива в единице объема инструмента.

По форме шлифовальные круги разделяют на следующие типы:

• плоские прямого профиля (ПП)
• плоские с выточкой (ПВ)
• кольцевые (К)
• чашечные цилиндрические (ЧЦ)
• чашечные конические (ЧК)
• тарельчатые (Т) и др.

Следовательно, шлифовальные круги характеризуются материалом, связкой, зернистостью, твердостью, структурой, формой и размерами. Все эти характеристики отражаются в маркировке шлифовальных кругов.

Пример  маркировки круга

- 44А40С26К5ПП500×50×305, 35м/с

Означает, что круг изготовлен из монокорунда марки 44А, зернистостью 40, твердость С2, структура №6, связка керамическая К5, по форме сечения плоский прямого профиля (ПП), размером (наружный диаметр×высота×диаметр посадочного отверстия) 500×50×305, допускает скорость вращения 35м/с.

Иногда делают сокращенную маркировку:

- 63С16СМ15К3 – карбид кремния зеленый 63С, зернистость 16,твердость СМ1, структура №5, связка керамическая К3.

- 24А12СВ – электрокорунд белый 24А, зернистость 12, твердость С, связка вулканитовая В.

Таблица 11 «Виды природных и синтетических материалов»

           Варианты заданий

Контрольные вопросы:

1.Даите определение твердых сплавив и минералокерамических материалов?

2.Укажите область применения твердых сплавив и минералокерамических материалов?

3.Что такое литые твердые сплавы?

4.Назавите область применения вольфрамовых твердых сплавов?

5.Что такое порошковая металлургия?

Практическая работа  №  10

Тема: « Изучения свойств и классификацию  горюче-смазочные материалы»

Цель: 1.Изучить основные свойства горюче-смазочные материалы.

            2.Изучить классификацию горюче-смазочные материалы.

        Материалы: методические рекомендации по выполнению практических работ,              учебник  В.Н.Заплатин «Основы Материаловедения»

Ход работы:

1.Изучить учебник В.Н.Заплатин  «Основы Материаловедения»  (глава 12 «Горюче-смазочные материалы»)

2.Дайте определения всех свойств горюче-смазочных материалов.

3.Дайте понятие: технологическим и эксплуатационным видам горюче-смазочных материалов.

4.Укажите, как могут влиять характеристики на область применения материалов.

5. Заполните таблицу 10 « Свойства и область применения индустриальных масел» и сделайте сравнительный анализ материалов.

6. Ответить на контрольные вопросы.

Таблица 10

Контрольные вопросы:

1.Что такое октановое число автомобильного топлива и как оно определяется?

2.Каковы особенности маркировки нового поколения моторных масел?