Цели: познакомить учащихся с видами и свойствами стали, научить распознавать условные обозначения марок сталей, дать общее представление о термической обработке металлических изделий; воспитывать у учащихся навыки рационального и ответственного использования материалов; способствовать развитию логического мышления.

Тип урока: урок освоения новых знаний.

Методы обучения: устный опрос, рассказ, показ приемов учителем, демонстрация наглядных пособий, лабораторная работа.

Ход урока

I. Организационно-подготовительная часть.

Приветствие учителя, контроль посещаемости, проверка готовности учащихся к уроку, сообщение темы и целей урока.

II. Теоретическая часть.

1. Повторение пройденного материала.

В о п р о с ы для повторения пройденного материала:

1) Давайте вспомним, что такое сталь?

2) Какие виды обработки стальных поверхностей вам известны?

3) Какие изделия могут быть изготовлены из стали?

2. Изложение нового учебного материала.

План рассказа учителя:

1) Сталь. Виды сталей (углеродистые и легированные, конструкционные, инструментальные и специальные).

2) Маркировки сталей.

3) Свойства сталей.

4) Термическая обработка сталей (отжиг, нормализация, закалка и отпуск).

5) Приемы выполнения основных операций термообработки.

1. Сталь. Виды сталей.

Сталь занимает особое место среди металлов и сплавов. Она служит материальной основой для практически всех отраслей техники и производства. В зависимости от состава стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали - это сплавы железа с углеродом, в состав которых входят некоторые обычные примеси. Углерод придает стали твердость, по увеличивает хрупкость и снижает пластичность.

Легированные стали - сплавы, в которые, кроме железа, углерода и обычных примесей, входят так называемые легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.). Слово «легирование» произошло от немецкого слова, означающего «сплавлять», а последнее, в свою очередь, было образовано от латинского - «связываю, соединяю». Добавление их в сталь во время плавки изменяет данные свойства. Одни элементы повышают твердость и прочность, другие - упругость, третьи повышают коррозийную стойкость стали, улучшают другие полезные свойства и качества.

По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и специальные с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяются для изготовления различных металлических конструкций, деталей механизмов и машин и т. д. Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественной.

Сталь обыкновенного качества обладает невысокой прочностью и применяется для изготовления болтов, шайб, мягкой проволоки, заклепок и др.

Качественная углеродистая сталь более прочная, и из нее изготовляют зубчатые колеса, шкивы и другие детали машин.

Все стали маркируются, то есть имеют условные обозначения, которые показывают вид стали, ее состав, свойства и т. д. (Учитель предлагает учащимся изучить таблицу «Маркировка и применение сталей и твердых сплавов».) (Приложение 711.)

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества маркируется буквами «Ст.» и порядковым номером от 0 до 7. Например, Ст.О, Ст.1 и т. д. Чем выше номер стали, тем больше в ней содержание углерода и выше прочность. Качественная углеродистая сталь обозначается цифрами, указывающими содержание углерода в сотых долях процента. Например, «Сталь 45» - сталь, содержащая 0,45 % углерода. Более подробно по марке стали можно определить ее состав и свойства, пользуясь специальным справочником.

Инструментальные углеродистые стали тоже подразделяются на качественные и высококачественные.

Инструментальные стали отличаются от конструкционных большей твердостью и прочностью. Они применяются для изготовления различного режущего и контрольно-измерительного инструмента.

Инструментальные качественные и высококачественные стали маркируются буквами и цифрами, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 и У8А - углеродистая сталь, 8—0,8 % углерода, А — высококачественная сталь.

Специальные стали - это стали с особыми свойствами: нержавеющие, износостойкие и т. д.

2. Маркировки сталей.

Широко и разнообразно применение легированных сталей. Конструкционные и инструментальные легированные стали маркируются сочетанием цифр и букв. Цифры, стоящие в начале марки, указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента для инструментальных сталей и в сотых долях процента для конструкционных. Если цифры отсутствуют, то содержание углерода около 1 %. Легирующие элементы, входящие в сталь, обозначаются в марке легированной стали буквами русского алфавита: хром - X, никель - Н, вольфрам - В, марганец - Г, ванадий - Ф, алюминий -Ю и т.д. Цифры после букв указывают среднее содержание этих элементов в процентах. Если цифры отсутствуют, то содержание элемента около 1 %. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Пример марки легированной стали: 12Х2Н4А -это высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая 0,12 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля. Другой пример марки: ХВГ -хромовольфрамоникелевая сталь, в которой углерода и легирующих элементов примерно по 0,1 %.

В школьных учебных мастерских для режущих инструментов используется быстрорежущая сталь. Она обозначается буквой Р с цифрой. Цифра указывает процентное содержание в стали вольф¬рама. Например, Р18 - быстрорежущая сталь, содержащая 18 % вольфрама. Если в марке указаны другие буквы и цифры, то они показывают процентное содержание в стали других легирующих элементов. Например, Р6М5 - быстрорежущая сталь с содержанием вольфрама 6 %, молибдена 5 %.

3. Свойства сталей.

Свойства сталей можно изменять с помощью теплового воздействия - термической обработки (термообработки), заключающейся в нагреве, выдержке при температуре нагрева и последующем охлаждении.

Основные виды термической обработки сталей - отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Они имеют различные назначения и отличаются друг от друга режимами термообработки, то есть температурой нагрева, временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Изменение внутренней структуры стали в процессе ее нагревания при различных видах термообработки зависит от содержания в ней углерода. Выбор температуры нагрева

производят по специальной диаграмме (учитель рисует па доске заранее (Приложение 712)). На горизонтальной оси указано содержание углерода (в %), а на вертикальной - температура нагрева стали (в °С). Заштрихованные участки диаграммы свидетельствуют об оптимальных температурных интервалах нагрева стали при различных видах термообработки.

При закалке металл нагревают до определенной температуры (например, до 800 °С), выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей. Закалка повышает твердость и прочность стали, но вместе с тем повышается и ее хрупкость.

Отпуск представляет собой нагрев остывшей закаленной детали до определенной температуры (например, до 400...500 °С) с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Отпуск повышает пластичность стали, что улучшает ее обрабатываемость.

Отжиг состоит из нагрева стали до температур, определяемых целью отжига, выдержки при этих температурах с последующим медленным охлаждением. Отжиг резко снижает твердость стали, она становится мягче и лучше обрабатывается.

Нормализация - разновидность отжига, только охлаждение происходит на воздухе. Цель нормализации - снятие внутренних напряжений в металле, повышение прочности стали.

4. Термическая обработка сталей.

Термическую обработку стали на промышленных предприятиях выполняют рабочие-термисты, которые хорошо знают внутреннее строение металлов, их физические и технологические свойства, режимы термообработки. Для термической обработки сталей применяется специальное оборудование, состоящее из нагревательных устройств (электрические муфельные печи и печи, работающие на жидком или газообразном топливе), охлаждающих приспособлений (бачки с водой, маслом или водным раствором солей) и приборов для контроля теплового режима и результатов термической обработки (пирометры, твердомеры).

В школьных учебных мастерских термическую обработку стальных изделий производят с помощью небольшой муфельной печи. Температуру нагрева определяют приближенно по цветам каления и побежалости по специальным таблицам (Приложение 713). Для охлаждения изделий в процессе термообработки используют воду и машинное масло. Охлаждающие жидкости наливаю! в специальные металлические ванны (можно использовать обычное ведро). Для обработки также потребуются специальные клещи и напильник.

5. Приемы выполнения основных операций термообработки.

Приемы выполнения основных операций термообработки на примере образца из стали У7 диаметром 10 мм (демонстрирует учитель).

Подключают электропечь к источнику питания и нагревают ее до необходимой температуры. Температуру нагрева определяю! приближенно по специальным таблицам (Приложения 713, 714) для той или иной марки стали.

Для стали У7 эта температура составляет примерно 770...790 °С. Помещают образец в печь и выдерживают его в течение некоторого времени при этой температуре. Время выдержки определяют из расчета примерно 1,5...2 мин на 1 мм его диаметра или толщины. Для образца диаметром 10 мм выдержка составляет 15...20 мин.

По истечении 15...20 мин печь отключают и дают ей остыть вместе с помещенным в нее образцом. Затем образец достают из печи и проверяют качество отжига пробой напильником: если напильник легко снимает стружку, то отжиг выполнен правильно.

Для проведения закалки этого образца его также помещают в печь с такой же температурой, как и при отжиге. Время выдержки 15...20 мин, но скорость охлаждения нагретого образца должна быть значительно больше. При закалке образец охлаждают в воле или в масле. Чтобы не произошло коробления образца, его вертикально опускают в жидкость. Качество закалки проверяют пробои напильником: если напильник не снимает стружку, просто скользит по поверхности образца, то закалка проведена правильно.

Приемы выполнения нормализации и отпуска стального образца такие же, как и при отжиге и закалке. Так же определяется температура нагрева и время выдержки при этой температуре. Разница состоит в том, что нормализацию или отпуск проводят уже закаленной детали. При нормализации и отпуске образец охлаждают на воздухе.

Время выдержки образцов в печи можно использовать для записей в тетрадях учащихся.

Во время проведения опытов необходимо соблюдать правила безопасности:

1) рабочее место для термообработки должно быть оборудовано в противопожарном отношении (пол покрыт огнестойким материалом, работает вытяжная вентиляция);

2) при выполнении операций по термообработке деталей необходимо соблюдать осторожность, беречься от ожогов нагретыми деталями;

3) при использовании электропечи обязательно соблюдение правил электробезопасности.

III. Практическая часть.

Лабораторная работа «Приемы термической обработки стали».

1. Организация рабочего места.

Для выполнения работы понадобятся муфельная печь, бачки с охлаждающими жидкостями (маслом, водой), закалочные клещи, напильник, тиски, комплект стальных образцов.

2. Вводный инструктаж: Задание:
1) закрепите в тисках образец из незакаленной стали (например, с содержанием углерода 0,6 %) и проведите по ней несколько раз напильником, сделайте вывод об обрабатываемости незакаленной стали;

2) поместите образец в электрическую (муфельную) печь, нагретую до 800 °С, и выдержите его 15-20 мин. Температуру нагрева образца определите по таблице (Приложение 713);

3) опустите раскаленный образец в воду или масло;

4) закрепите образец в тисках и попытайтесь обработать его напильником, сделайте вывод об обрабатываемости закаленной стали;

5) поместите образец в печь, нагретую до температуры 400...550 °С, и выдержите 15...20 мин, после чего охладите в воде или на воздухе;

6) опилите образец в тисках и сделайте вывод о его обрабатываемости после отпуска.

Правила техники безопасности при работе с напильником и при термической обработке (приведены ранее).

3. Текущий инструктаж.

Учащиеся выполняют задания 1 и 6 каждый на своем рабочем месте. Задания 2-5 выполняет учитель. Текущие наблюдения учителя, контроль понимания учащимися нового материала, ответы на возникающие вопросы в процессе работы, проверка правильности выполнения заданий.

4. Заключительный инструктаж.

Обсуждение результатов опытов. Разъяснение возможностей применения полученных знаний.

IV. Итоговая часть.

1. Установка на следующий урок.

На следующем уроке продолжится знакомство с технологией обработки стали. Учащиеся получат новые знания об изготовлении изделий из стали, об орудиях труда для обработки металлов; приобретут умения графического изображения металлических изделий.

2. Домашнее задание:
1) повторить изученный материал;

2) прочитать параграф в учебнике 3 (с. 83-86).