Методические рекомендации по практическим работам ОП.05 "Материаловедение"
методическая разработка

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

программы подготовки квалифицированных рабочих служащих

по профессии 15.01.20 Слесарь по контрольно- измерительным приборам и автоматики

Наименование профиля: технический

Сургут  2018

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

Сургутский политехнический колледж. - 2018

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) для обучающихся очной формы обучения по программе подготовки квалифицированных рабочих служащих

по профессии 15.01.20 Слесарь по контрольно- измерительным приборам и автоматики.

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

Одобрено на заседании профессионально – методического объединения «Энергетика и автоматика», протокол №    от «    » сентября 2018г.

Рекомендовано к печати Методическим советом Сургутского политехнического колледжа, протокол №    от «    » октября 2018г.

Оглавление

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 6 работ, рассчитанных на 12 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

Последовательность выполнения практической работы:

Практические работы необходимо проводить с максимальной точностью. В этом большую роль играет внимание и сосредоточенность студента, умение выбрать разумный план работы и удобно организовать рабочее место.

     Студент должен стремиться к аккуратности и полноте записей, делаемых в тетради по принятой форме. Каждая практическая работа должна быть выполнена полностью, включая записи и обработку результатов в тетради.

Проведение консультаций и прием зачетов:

             Консультация начинается с момента выдачи преподавателем задания студентам на предстоящую практическую работу. При этом преподаватель кратко информирует студентов о целях и содержании работы, порядке её подготовки и выполнении, составлении отчета.

            Консультация может быть индивидуальной и групповой (фронтальной). Групповую консультацию преподаватель проводит с приходом всей группы студентов в лабораторию. В этом случае преподаватель проверяет подготовленность студентов к предстоящей работе, просматривает материалы домашней подготовки, отвечает на вопросы студентов, ставит конкретные вопросы по предстоящей работе. Далее преподаватель проводит индивидуальные консультации в момент проведения работ. Заключительным этапом занятий студентов является сдача зачетов по практическим работам.  Преподаватель должен при зачете оценить работу каждого студента определенным баллом в журнале.

Критерии оценивания практических работ

    Оценка «отлично» ставится, если студент:

1. выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимых требований к оформлению отчета по практической работе;
2.  указал все характеристики, произвел сравнительный анализ материалов;
3. самостоятельно и рационально выбрал необходимое учебно-методическое обеспечение, технические справочники;
4. в отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи и сделал вывод.

     Оценка «хорошо» ставится в том случае, если студент выполнил требования к оценке «отлично», но:

1. при выполнении работы   были допущены незначительные недочеты или неточности в указании основных характеристик материалов.

     Оценка «удовлетворительно» ставится, если работа выполнена не полностью, объем выполненной части таков, что позволяет получить правильный результат и выводы, и если в ходе работы студентом допущены следующие ошибки:

1. основные характеристики материалов указаны неверно, не соблюдены единицы измерений характеристик;
2. допущены неточности при выполнении сравнительного анализа или вывода.

     Оценка «неудовлетворительно» ставится, если студент:

1. выполнил работу не полностью и объем выполненной части не позволяет сделать вывод.

Практическая работа № 1

Тема: Изучение диаграммы состояния сплавов системы «Fe-C»

Цель: Закрепление теоретических знаний по теме «Строение материалов» и изучение  фазового состояния материалов.

Ход работы:

1.Использую диаграмму «железо-углерод» по вариантам опишите фазовые превращения углерода при  охлаждении.

Диаграмма «железо-углерод».

Варианты задания:

Практическая работа № 2

Тема: Изучение классификацию и свойства материалов

Цель: Изучить, и научится определять свойства и характеристики материалов.

Ход работы:

1.Заполнить таблицу № 1 «Классификация свойств материалов»

2. Заполнить таблицу №2

3. Ответить на контрольные вопросы.

Таблица №1

Классификация свойств материалов

Таблица №2

Контрольные вопросы:

1.Перечислете методы определения твердости конструкционных материалов и дайте их краткую характеристику.

2.Дайте определение деформируемости конструкционных материалов.

3.Раскройте сущность процесса кристаллизации металлов и сплавов.

Практическая работа № 3

Тема: Определения вида свойств конструкционных металлов и сплавов по марке.

Цель работы: Закрепить знания по теме конструкционные металлы и сплавы. Научится определять свойства конструкционных материалов по марке.

Ход работы:

1.Прочитайте краткие теоретические сведения.

2.Заполните таблицу № 3 « Вид, назначение и свойства конструкционных материалов», согласно своего варианта.

3. Ответить  письменно на контрольные вопросы.

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.).

Обозначений легирующих элементов

   Таблица № 3« Вид, назначение и свойства конструкционных материалов»

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?

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

5.Какой буквой обозначается быстрорежущая инструментальная сталь?                                                 

Практическая работа № 4

Тема: Выполнение сравнительного анализа конструкционных материалов по их назначению и условиям эксплуатации.

Цель работы: Закрепить знания по теме конструкционные металлы и сплавы. Научится определять назначение и принцип выбора  конструкционного материала для эксплуатации в производстве.

Ход работы:

1.Заполните таблицу № 4 «Назначение и эксплуатация конструкционных материалов», согласно своего варианта.

2. Ответить  письменно на контрольные вопросы.

 Таблица №  4

«Назначение и эксплуатация конструкционных материалов»

Варианты задания

Контрольные вопросы:

1. Дать определение стали и чугуна.
2. По каким признакам классифицируют стали?
3. Как подразделяются стали по своему химическому составу?
4. Как подразделяются стали по качеству?
5. Как маркируются углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества?
6. Указать маркировку и области применения углеродистых качественных сталей.
7. Указать маркировку и области применения углеродистых инструментальных сталей.
8. Как маркируются легированные стали: конструкционные и инструментальные?
9. Указать отличие легированных инструментальных сталей от быстрорежущих сталей.
10. Указать свойства и маркировку чугунов.

Практическая работа № 5

Тема: «Изучение основных характеристик и область применения проводниковых изделий»

Цели работы:            

1.    Изучить основные характеристики   и свойства проводниковых материалов  

        1.1 Проводник 1 рода

1.2 Проводник 2 рода

1.3 Проводник 3 рода

Ход работы

1. Приведите названия сечений токопроводящих жил многопроволочных кабелей, показанных на рис. 1

а – __________________________________

б – __________________________________

в – __________________________________

г – __________________________________

Рис.1.  Сечения многопроволочных проводов.

2. Приведите названия составных частей показанного на рис. 2 установочного провода с резиновой изоляцией.

 Рис. 2. Установочный провод.

1 - ________________________________________

2 - ________________________________________

3 - ________________________________________

4  -  _______________________________________

3. Приведите названия составных частей показанного на рис. 3 силового бронированного кабеля в свинцовой оболочке с бумажной изоляцией жил (марка СБ).

1 – ________________________________________

2 – ________________________________________

3 – ________________________________________

4 – ________________________________________

5 – ________________________________________

6 – ________________________________________

7 – ________________________________________

8 – ________________________________________

Рис.3. Силовой кабель (марка СБ)

4. Определите тип соединения  монтажных проводов, показанных на рис.4

а – __________________________________

б – __________________________________

в – __________________________________

г – __________________________________

а            б                 в                     г

                         Рис. 4. Соединения монтажных проводов

5. Дайте характеристику и укажите  области применения монтажных проводов

6.   Укажите область применения проводниковых изделий.

Практическая работа № 6

Тема: «Выполнение сравнительного анализа режимов термообработки стали (отжиг, закалка, отпуск)»

Цель работы: повторить и закрепить знания по видам термической  обработки, провести сравнительный анализ между видами обработки, а также дать характеристику отдельным видам обработки.

Ход работы:

1.Прочитайте краткие теоретические сведения.

2.Заполните таблицы № 5 «Термообработка стали»

3. Ответить  письменно на контрольные вопросы

Краткие теоретические сведения:

Термической (или тепловой) обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Тепловая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия.

Общая длительность нагрева металла при тепловой обработке складывается из времени собственного нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре. Время нагрева зависит от типа печи, размеров изделий, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

Нагрев может сопровождаться взаимодействием поверхности металла с газовой средой и приводить к обезуглероживанию поверхностного слоя и образованию окалины. Обезуглероживание приводит к тому, что поверхность изделий становится менее прочной и теряет твёрдость.

При нагреве и охлаждении стали происходят фазовые превращения, которые характеризуются температурными критическими точками. Принято обозначать критические точки стали буквой А. Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °С) диаграммы железо-углерод и соответствуют превращению перлита в аустенит. Критические точки А2 находятся на линии МО (768 °С), характеризующей магнитное превращение феррита. A3 соответствует линиям GS и SE, на которых соответственно завершается превращение феррита и цементита в аустенит при нагреве.

Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1,  Ac3, Ar1, Ar3.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Отжиг:

• Отжиг 1 рода (гомогенизация, рекристаллизация, снятие напряжений). Целью является получение равновесной структуры. Такой отжиг не связан с превращениями в твердом состоянии (если они и происходят, то это — побочное явление).
• Отжиг 2 рода связан с превращениями в твердом состоянии. К отжигу 2 рода относятся: полный отжиг, неполный отжиг, нормализация, изотермический отжиг, патентирование, сфероидизирующий отжиг.

• Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки, зависит от химического состава сплава. Закалка может сопровождаться полиморфным превращением, при этом из исходной высокотемпературной фазы образуется новая неравновесная фаза (например, превращение аустенита в мартенсит при закалке стали). Существует также закалка без полиморфного превращения, в процессе которой фиксируется высокотемпературная метастабильная фаза (например, при закалке бериллиевой бронзы происходит фиксация альфа фазы, пересыщенной бериллием).

• Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, а также для придания материалу требуемого комплекса механических и эксплуатационных свойств. В большинстве случаев материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.
• Нормализация. Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе
• Дисперсионное твердение (старение). После проведения закалки (без полиморфного превращения) проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.
• Криогенная обработка — это упрочняющая термическая обработка металлопродукции при криогенных, сверхнизких температурах (ниже минус 153°С).

Преимущества термообработки на конкретных предприятиях:

Металлообработка и машиностроение:

• увеличение ресурса инструмента и оборудования до 300 %
• увеличение износостойкости материалов
• увеличение циклической прочности
• увеличение коррозионной и эрозионной стойкости
• снятие остаточных напряжений

Транспорт и спецтехника:

• увеличение ресурса тормозных дисков до 250 %
• повышение эффективности работы тормозной системы
• увеличение циклической прочности пружин подвески и других упругих элементов на 125 %
• увеличение ресурса и мощности двигателя
• снижение расходов на эксплуатацию транспортных средств

Оборонная промышленность:

• увеличение эксплуатации оружия до 200 %
• уменьшение влияния нагрева оружия на результаты стрельбы
• увеличение ресурса узлов и механизмов

Добывающая и обрабатывающая промышленность:

• увеличение стойкости породоразрушающего инструмента до 200 %
• уменьшение абразивного износа машин и механизмов
• увеличение коррозийной и эрозийной стойкости оборудования
• увеличение ресурса промышленного и горнодобывающего оборудования

Аудиотехника и музыкальные инструменты:

• уменьшение искажения сигнала в проводниках
• уменьшение рассеиваемого проводниками тепла на 30-40 %
• улучшение музыкальной детальности, ясности и прозрачности звучания
• расширение диапазона звучания музыкальных инструментов

Таблица  № 5 «Термообработка стали»

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение:

− термической обработке;

− отжигу;

− нормализации;

− закалке;

2. С какой целью проводится термическая обработка стали?

3. У каких сплавов можно повысить прочность при термической обработке?

4. Какая структура получается в доэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

5. Какая структура получается в заэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

6. Какая структура получается в стали после низкого, среднего и высокого отпуска?