Методическая разработка урока по ОП.04 Материалы и изделия
методическая разработка

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

областное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

«Курский монтажный техникум»

(ОБПОУ «КМТ»)

Методическая разработка урока

по ОП.04 Материалы и изделия

Тема: «Чугуны»

Разработал : О.В. Самсоненкова, преподаватель ОБПОУ «КМТ»

Курск

2024

Технологическая карта занятия

Дисциплина: «Материалы и изделия»

Специальность: «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»

Курс: 2

Тема урока: Чугуны

Тип урока: Урок усвоения нового материала.

Вид урока: Лекция.

Оборудование урока: учебник, компьютер, мультимедийный проектор.

Цели урока:

• учебные:создать условия для освоения основных характеристик о классификации чугунов и их влияния на качество и свойства чугунов углерода и примесей;
• развивающие: развивать способность выделять главное и записывать это в виде конспекта, уметь самостоятельно усваивать знания; развивать творческое мышление, внимание;
• воспитательные: воспитывать культуру общения, чувство коллективизма и сопереживания успехам и неудачам товарищей, умение работать в коллективе, формировать техническую грамотность студентов.

На уроке у обучающихся формируются основные общие и профессиональные компетенции, отвечающие требованиям ФГОС СПО по специальности «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»:

1. Общие компетенции:

• Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам(ОК 1);
• Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности(ОК 2);
• Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами(ОК 4);
• Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности (ОК 9)

2. Профессиональные компетенции:

• Составлять спецификацию материалов и оборудования на системы газораспределения и газопотребления(ПК ).

Ход урока

1. Организационный момент -3 мин.

Приветствие преподавателя, проверка готовности к уроку, организация внимания.

Но прежде чем, перейти к изучению новой темы, мы с вами закрепим пройденный материал в форме устного опроса. По этому поводу будет уместно вспомнить слова великого русского ученого Павлова Ивана Петровича:

«Изучите азы науки, прежде чем взойти на её вершины.

Никогда не беритесь за последующее, не усвоив предыдущее.»

2. Актуализация опорных знаний - 8 мин.

В ходе фронтальной беседы студентам напоминаются основные понятия предыдущей темы, задаются следующие вопросы:

• Расскажите о классификации сталей.
• Какие постоянные примеси содержатся в сталях?
• Что называется чугуном?

3. Формулировка темы и целей урока – 3 мин.

Тема: Чугуны.

Цель: в конце урока студенты должны знать классификацию чугунов и маркировку по ГОСТу, уметь расшифровывать марки чугунов.

4. Объяснение нового материала – 30 мин.

1. Классификация чугунов
2. Белый чугун. Его структура, свойства, применение
3. Серый чугун, его структура, свойства, маркировка по ГОСТу и применение
4. Ковкий чугун
5. Высокопрочный чугун

1. Классификация чугунов

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

По структуре чугуны можно разделить на следующие группы:

• серый - чугун, в котором углерод находится в виде графита.
• белый - чугун, в котором углерод находится в виде цементита и перлита.

По назначению чугуны можно классифицировать так:

• Ковкие
• Жаростойкие
• Высокопрочные

2. Белый чугун. Его структура, свойства, применение

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет.

Белые чугуны (передельные) редко используются в народном хозяйстве в качестве конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др. Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами. Маркировка белых чугунов не установлена.

Разновидностью белых чугунов является отбеленные чугуны. Поверхностные слои изделий из таких чугунов имеют структуру белого (или половинчатого) чугуна, а сердцевина - серого чугуна.

Для снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин, отливки подвергают нагреву. Высокая износостойкость отбеленных чугунов обусловлена твердостью поверхности. Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др.

3. Серый чугун, его структура, свойства, маркировка по ГОСТу и применение

Структура серого (литейного) чугуна состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в эту основу. Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe-С (стабильной). Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий, кальций, церий).

Модифицирование металлов - введение в металлические расплавы модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых (обычно не более десятых долей %) способствуют созданию дополнительных искусственных центров кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла.

Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при медленном охлаждении во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с небольшим числом изогнутых лепестков.

Металлическая основа серых чугунов формируется из аустенита при эвтектоидном распаде и может быть перлитной, ферритной и ферритно-перлитной. Образование перлита происходит легко, в сравнительно короткий промежуток времени.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости.

Марки серых чугунов согласно ГОСТ 1412 - 85 состоят из букв «СЧ» и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении. Чугун СЧ15 - ферритный; СЧ25, СЧ30, СЧ35 - ферритно-перлитные чугуны, начиная с СЧ40- перлитные чугуны.

Серые чугуны обладают высокими литейными качествами (жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме и др.), хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных деталей. В станкостроении серый чугун является основным конструкционным материалом (станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др.); в автомобилестроении из ферритно-перлитных чугунов делают картеры, крышки, тормозные барабаны и др., а из перлитных чугунов - блоки цилиндров, гильзы, маховики и др. В строительстве серый чугун применяют, главным образом, для изготовления деталей, работающих при сжатии (башмаков, колонн), а также санитарно-технических деталей (отопительных радиаторов, труб). Значительное количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается туннель метрополитена.

4. Ковкий чугун

Ковким чугун называется потому, что его можно подвергать обработке давлением, хотя чугуны не куют, а детали из чугуна получают лишь методом литья в связи с тем, что ковкий чугун имеет более высокую пластичность по сравнению с серым.

Ковкие чугуны с хлопьевидной формой графита получают из белых доэвтектических чугунов, подвергая их специальному графитизирующему отжигу. Графитизирующий отжиг белого чугуна основан на метастабильности цементита и состоит обычно из двух стадий (рисунок)

Рисунок. Схема отжига белого чугуна в ковкий

Первая стадия (;С) подбирается по длительности такой, чтобы весь цементит, находящийся в структуре отливки, распался на аустенит и хлопьевидный графит. Процесс графитообразования облегчается при модифицировании (например, алюминием и бором). Чугун, полученный таким образом, называется модифицированным.

На второй стадии графитизирущего отжига при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа ковкого чугуна. В зависимости от режимов охлаждения ковкие чугуны могут иметь перлитную (непрерывное охлаждение), ферритную (очень медленное охлаждение в интервале ;С) или ферритно-перлитную (сокращение продолжительности второй стадии отжига) металлические основы. Для получения в модифицированном ковком чугуне перлитной основы рекомендуется увеличивать содержание марганца, хрома и некоторых других элементов, которые повышают устойчивость цементита к распаду на феррит и пластинчатый графит в области температур эвтектоидного превращения.

Ковкие чугуны с перлитной металлической основой обладают высокими твердостью и прочностью в сочетании с небольшой пластичностью. Ковкий ферритный чугун характеризуется высокой пластичностью и относительно низкой прочностью.

Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215 – 79 маркируется буквами "КЧ" и двумя числами: первое указывает временное сопротивление при растяжении; второе - относительное удлинение (%).

Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочности и вязкости: картеров, редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор и др.

5. Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун - чугун с шаровидным графитом, получают модифицированием жидкими присадками магния от массы обрабатываемой порции чугуна, церия, иттрия и некоторых других элементов. При этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы.

Чтобы избежать образования в высокопрочных чугунах ледебурита, их подвергают графитизирующему отжигу. Продолжительность такого отжига благодаря повышенному содержанию графитизирующих элементов (углерода, кремния) значительно короче, чем при отжиге белого чугуна.

Структура высокопрочного чугуна состоит из металлической основы (феррит, перлит) и включений графита шаровидной формы. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активным концентратором напряжений.

Марки высокопрочных чугунов согласно ГОСТ 7293-85 состоят из букв «ВЧ» и цифр, первые указывают величину временного сопротивления, вторые - относительное удлинение (%). Стандарт предусматривает следующие марки чугунов: ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10; ВЧ50-7; ВЧ60-3; ВЧ70-2; ВЧ80-2; ВЧ100-2.

Высокопрочные чугуны обладают хорошими литейными и потребительскими свойствами (обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокая износостойкость и др.) свойствами. Они используются для массивных отливок взамен стальных литых и кованых деталей - цилиндры, шестерни, коленчатые и распределительные валы и др.

Физкультурная минутка – 3 мин.

1. Исходное положение (и.п.) - сидя на стуле, 1-2 - плавно наклонить голову назад, 3-4 - голову наклонить вперед, плечи не поднимать. Повторить 4-6 раз. Темп медленный.

2.И.п. - сидя, руки на поясе. 1 - поворот головы направо, 2 - и.п., 3 - поворот головы налево, 4 - и.п. Повторить 6-8 раз. Темп медленный.

3. Быстро поморгать, закрыть глаза и посидеть спокойно, медленно считая до 5. Повторить 4-5 раз.

4. Крепко зажмурить глаза (считать до 3), открыть, посмотреть вдаль (считать до 5). Повторить 4-5 раз.

5. Закрепление нового материала – 15 мин.

Тест для закрепления материала

Инструкция по выполнению заданий: внимательно ознакомьтесь с текстом каждого задания и укажите правильные ответы.

Вариант 1.

1. Чугуном называется:

а) сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода до 2,14%

б) сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 2,14%

в) сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 6,67%

2. Число после буквенного обозначения в марке чугуна СЧ20 показывает:

а) предел прочности при растяжении

б) предел прочности при изгибе

в) предел текучести

г) относительное удлинение

3. Первая группа цифр в марке чугуна КЧ 33-8 показывает

а) предел прочности при растяжении

б) предел прочности при изгибе

в) предел текучести

г) относительное удлинение

4. Число 8 в марке чугуна КЧ33-8 показывает:

а) предел прочности при растяжении

б) предел прочности при изгибе

в) предел текучести

г) относительное удлинение

5. Первое число в марке чугуна ВЧ 60-2 показывает .

а) предел прочности при растяжении

б) предел прочности при изгибе

в) предел текучести

г) относительное удлинение

6. Исходным сырьем для производства стали является

а) белый чугун

б) ковкий чугун

в) серый чугун

г) высокопрочный чугун

7. Исходное сырье для производства чугуна

а) стальной лом

б) железная руда

в) железо

8. Назвать вредные примеси чугуна

а) сера

б) марганец

в) кремний

9. Назвать вредные примеси чугуна

а) фосфор

б) марганец

в) кремний

10. Белый чугун называют

а) литейным

б) передельным

в) специальным

Вариант 2

1. По составу чугуны подразделяются

а) белые и серые

б) черные и цветные

в) углеродистые и легированные

2. Серые чугуны называют

а) передельными

б) литейными

в) специальными

3. Оборудование для производства чугуна

а) конвертер

б) мартеновская печь

в) доменная печь

г) электропечь

4. Белый чугун используют для производства

а) высокопрочного чугуна

б) ковкого чугуна

в) серого чугуна

5. Топливо для производства чугуна

а) электроэнергия

б) горючие газы

в) каменноугольный кокс

6. Шихтой при производстве чугуна называется

а) оксиды железа и пустая порода

б) смесь руды, топлива, флюса

в) смесь топлива и флюса

#1050;акой тип чугуна представлен следующей маркировкой СЧ12-28

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

8. Чугун марки КЧ37-1 2 является

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

9. Какой тип чугуна представлен следующей маркировкой ВЧ38-17

а) серый чугун

б) ковкий чугун

в) высокопрочный чугун

г) легированный

10. Основными свойствами чугунов являются

а) твердость и хрупкость

б) вязкость и пластичность

в) твердость и упругость

КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ЗАДАНИЯ В ТЕСТОВОЙ ФОРМЕ:

5 «отлично» -100-90% правильных ответов

4 «хорошо»-89-80% правильных ответов

3 «удовлетворительно»- 79-70% правильных ответов

2 «неудовлетворительно» - менее 70% правильных ответов

Ответы к тесту «Чугуны»

6. Домашнее задание – 10 мин.

Проработать презентацию лекции, составить таблицу «Чугуны»

Рефлексивная деятельность обучающихся– 8 мин.

1. Что нового узнали на уроке?
2. Что вам особенно понравилось?
3. Как вы оцениваете работу всей группы и отдельных обучающихся?

Список используемой литературы

1. Рогачева Л.В. Материаловедение.- М.: Колос- Пресс, 136 с.: ил. (Учебники и учеб. пособия для среднего профессионального образования).
2. Стуканов В.А. Материаловедение: учебное пособие – М.: ИД «Форум»: ИНФРА – М, 2008. – 368 с.: ил. – (Профессиональное образование)
3. ГОСТ 1412-85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки
4. ГОСТ 1585-85 Чугун антифрикционный для отливок. Марки
5. ГОСТ 7769-82 Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки