Методическая разработка занятия (с использованием развивающего обучения) по дисциплине «Материаловедение»

Белоусова Наталья Дмитриевна,

Преподаватель общепрофессиональных дисциплин

ГБПОУ ЯНАО «Муравленковский многопрофильный колледж», г.Муравленко.

Методическая разработка занятия

(с использованием развивающего обучения)

по дисциплине «Материаловедение»

Основная задача в процессе развивающего обучения – организация учебной деятельности, направленной на формирование познавательной самостоятельности, развитие и формирование способностей, активной жизненной позиции. В процессе профессиональной подготовке студентов необходимо развивать техническую наблюдательность, различные виды памяти, техническое мышление, под которым понимается синтез логического и образного мышления. Кроме того формировать умение анализировать, сравнивать, делать обобщение. Поэтому на занятии дисциплины «Материаловедение» использую определённый комплекс развивающих упражнений и заданий, направленных на творческую и поисковую деятельность. Для развития внимания и формирования умения анализировать провожу деловую игру «Корректура», студенты на листе бумаги пишут несколько предложений, определения, марки стали, находят ошибки и исправляют их. Для формирования умения сравнивать студенты составляют сравнительные таблицы свойств стали, методов их обработки. Для развития технического мышления студентам необходимы упражнения, которые можно свести к трём основным видам: упражнения с целью формирования умений применять полученные знания; творческие упражнения; поисковые упражнения. Примером упражнения творческого характера служит выбор марки стали, для конкретной детали с обоснованием своего выбора. Необходимо научить студентов умению выбирать необходимые данные, анализировать их, делать выводы. Примером служит определение по марке металла, его состава, свойств, видов термообработки. Для создания проблемной ситуации можно задать вопросы «Можно ли изготовить из одинаковой марки стали 60Г муфты и рессоры? Почему?», «Какие примеси в составе стали улучшают её обрабатываемость на металлорежущих станках?». Для усиления мотивации обучения и познавательной активности обучающихся использую на занятия ИКТ.

Тема занятия: Углеродистые стали

Цели занятия:

1. Образовательная:

Изучить признаки, особенности, свойства углеродистых сталей

1. Развивающая:

Развивать логическое мышление студентов, внимание, умение классифицировать факты, сравнивать, делать обобщение

1. Воспитательная:

Воспитывать трудовую дисциплину, формировать умение осуществлять взаимоконтроль в процессе самостоятельной работы

Тип занятия: комбинированный

Межпредметные связи: дисциплина – тема Химия 7, 8 класс - Простые и сложные вещества. Смеси и химические соединения. Общие свойства металлов. Сера, фосфор, кремний, углерод, железо их физические свойства, нахождение в природе. Продукты чёрной металлургии. Сталь. Физика 7 класс - Сталь углеродистая, её применение в технике. Механические свойства кристаллических твёрдых тел.

Внутрипредметные связи: (тема) Тема 1.2 Свойства металлов и механические испытания, 1.4 Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, 1.5 Термическая и химико-термическая обработка стали

Дидактическое оснащение занятия:

Компьютер и мультимедийный проектор

Слайды с теоретическим материалом по теме «Углеродистые стали»

Справочник сталей и сплавов. – М.: Машиностроение, 2003.

Упражнения 1-3

Методы обучения: Объяснительно-иллюстративный (лекция с демонстрацией средств наглядности), частично - поисковый (самостоятельная работа с учебником), репродуктивный (умение воспроизвести приобретенные знания при проведении самостоятельной работы), проблемная задача,

Формируемые на занятии компетенции: учебно-познавательная (логическая деятельность); профессионально-управленческая (принимать решение на основе анализа, действовать рационально, решать самостоятельно, сотрудничать); информационно-познавательная (владение понятиями, поиск информации, умение осуществлять мыслительные операции)

Провести деловую игру «Корректура» по теме «Чугуны». Студенты на листах бумаги пишут несколько предложений, определения, маркировку чугунов в которых допускают ошибки. Затем этот лист передаётся другому студенту, который читает один раз, исправляет ошибки цветным карандашом и возвращает на проверку.

1. мотивация студентов на изучение нового материала: указать практическую значимость изучаемой темы для будущей специальности

2. актуализация опорных знаний:

• Что называется сталью?

• Назовите механические и технологические свойства металлов.

• В чём заключается пластическая деформация стали?

• Укажите назначение и сущность термической, термомеханической, химико-термической обработки спали.

1. План изучения нового материала (записывается на доске)

1. Классификация сталей по химическому составу, назначению, качеству и характеру при разливке.

2. Влияние неизбежных примесей на свойства сталей.

3. Маркировка углеродистых конструкционных и инструментальных сталей по ГОСТу.

4. Свойства и примеры применения углеродистых сталей.

Сталь, свойства которой в основном зависят от содержания углерода, называют углеродистой. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0, 25% С), среднеуглеродистые (0, 25-0, 6% С) и высокоуглеродистые (более 0, 6% С). По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами. По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора). Стали обыкновенного качества содержат до 0, 06% 5 и 0, 07% Р, качественные - до 0, 035% 3 и 0, 035% Р, высококачественные - не более 0, 025% 5 и 0, 025% Р, а особо высококачественные -не более 0, 015% 5 и 0, 025% Р.

В составе углеродистой стали кроме железа и углерода, содержится постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор, кислород, азот, водород и другие элементы, которые оказывают большое влияние на свойства стали. Присутствие примесей объясняется трудностью их удаления при выплавке (сера, фосфор) или переходом их в сталь при ее раскислений (кремний, марганец) или из шихты (хром, никель).

Увеличение содержания углерода сверх 0,4% и уменьшение ниже 0,3% приводит к ухудшению обрабатываемости резанием. Увеличение содержания углерода снижает технологическую пластичность стали при горячей и в особенности при холодной обработке давлением и ухудшает ее свариваемость, повышает температуру порога хладноломкости в среднем на 20°С на каждые 0,1 % углерода. Содержание кремния в углеродистой стали в виде примеси составляет обычно до 0,4%, а марганца 0,5-0,8%. Кремний сильно повышает предел текучести стали, что снижает способность стали к вытяжке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки, содержание кремния должно быть наименьшим. Марганец повышает прочность стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы. Сера является вредной примесью в стали, содержание ее в зависимости от качества стали не должно превышать 0,06%. Сера нерастворима в железе. С железом она образует химическое соединение - сульфид железа (FеS). Сульфиды, как и другие неметаллические включения, сильно снижают однородность строения и механические свойства стали: пластичность, ударную вязкость и предел выносливости, а также ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. Фосфор является вредной примесью в стали, и содержание его в зависимости от качества стали не должно превышать 0,08%. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость. Фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и увеличивает склонность сплава к ликвации. Газы (азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений - оксидов и нитридов. Примеси повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хрупкому разрушению.

Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: стали углеродистые обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и углеродистые стали специального назначения (автоматную, котельную и др.).

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквам и Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры - это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность. В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп: А, Б, В. Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп - кипяшая, пс - полуспокойная, сп - спокойная сталь. Между индексом и номером марки может стоять буква Г, что означает повышенное содержание марганца. В обозначениях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали. Категорию стали обозначают соответствующей цифрой правее индекса степени раскисления, например Ст5ГпсЗ означает: сталь группы А, марки Ст5, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная, третьей категории. В случае заказа стали без указания степени раскисления, неопределенной категории последняя пишется за номером марки через тире, например Ст4-3. Сталь первой категории пишется без указания номера последней, например Ст4пс.

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Котельные стали маркируют буквой «К» и цифрой, которая указывает условный номер.

Стали с увеличенным содержанием серы или дополнительно легированные указанными выше элементами относятся к так называемым автоматным сталям. Они маркируются буквой «А», присутствие свинца обозначает буква С, селена - Е, кальция - Ц; двухзначная цифра после букв А, АС или АЦ- среднее содержание углерода в сотых долях процента. Автоматные стали сернистые - А11, А40Г; свинцовосодержащие - АС20ХГНМ, АС30ХМ, АС38ХГМ; селеносодержащие - А35Е, А40ХЕ; кальцийсодержащие – АЦ20, АЦ40Х, АЦ30ХН.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента. Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1, 2% С.

4. Закрепление нового материала – 35 мин

Фронтальный опрос:

1. Назовите требования, предъявляемые к конструкционным материалам.

2. Охарактеризуйте методы конструктивной прочности материалов.

3. Какие постоянные примеси присутствуют в углеродистой стали и как они влияют на её свойства?

4. Почему сера и фосфор считаются вредными примесями?

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

6. Какие примеси в составе стали улучшают её обрабатываемость на металлорежущих станках?

7. Можно ли изготовить из одинаковой марки стали 60Г муфты и рессоры? Почему?

Самостоятельная работа.

Составить сравнительную таблицу групп углеродистых сталей:

Упражнение №1. Вставить пропущенные слова

___________________ - это сплав железа с углеродом, где углерода до 2,14%.

Кроме железа и углерода в состав стали входят примеси % содержания, которых не должен превышать Si - ______= ___%, Mn - ______ =___%, S - _______ = ____%, P - _______= ___%.

____________________, если марка стали начинается с двух цифр.

Если в начале марки стали есть буквы «Ст», то ________________.

Котельная сталь маркируется буквой «______» и цифрой, которая указывает ___________.

Упражнение №2. Расставьте правильно марки сталей

1. ВСт4сп

2. 11кп

3. БСт5Гпс

4. 50

5. Ст0

6. 20К

7. А11

8. 12К

Название стали:

1. Стали углеродистые обыкновенного качества

2. Качественные углеродистые стали

3. Котельные стали

Упражнение №3. Расшифруйте марки сталей, приведите состав, свойства, применение, используя справочную литературу: Ст6сп, 20К, 70Г, 45, Ст1кп, ВСт3Гпс, 15К

Упражнение №4. Подберите марки сталей для изготовления следующих деталей, выбор обоснуйте:

• крепёжные детали сложной формы, не испытывающие больших нагрузок, но с высокой точностью размеров и чистоты поверхности;

• пружины;

• напильники;

• сосуды работающие под давлением.

Упражнение №5. Из предложенных марок сплавов выберите марки сталей и расшифруйте их:

• стали углеродистые обыкновенного качества,

• качественные углеродистые стали,

• стали специального назначения:

50Г, 2211, Ст4пс, У7, Л90, ВТ5, ВСт3Гпс, 08кп, 15К, 40

30ХН3А, 20К, У10, Ст3кп, БрОФ6,5-0,15, 1311, 15кп,

40ХФА, 10, У7А, Ст5пс, Л68, САП-2, БСт3Гсп

5. Итог занятия: (рефлексия, выставление оценок студентов, выдача домашнего задания) – 10 мин

• Прочитать 0-1 стр. 143-148 и составить контрольные вопросы для практикума «Ответы на вопросы».

Список литературы

1. Коджаспирова Г.М. Педагогика. – М.: Гардарики, 2004. – С. 194-199.

2. Козлов Ю.С. Материаловедение. М.: АГАР, 1999

3. Никифоров В.М. – Технология металлов и других конструкционных материалов: учебник для техникумов. – СПб.: Политехника, 2010.

4. Совершенствование преподавания предметов «Материаловедение» и «Технология металлов»: Методические рекомендации. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 20-25.