Урок з дисципліни «Матеріалознавство» на тему «Чавуни»

Тема уроку: Чавуни

Тип уроку: Урок засвоєння нового матеріалу.

Вид уроку: Лекція.

Обладнання уроку: підручник, комп'ютер, мультимедійний проектор.

Мета уроку:

• навчальні: вивчити класифікацію чавунів і вплив на якість і властивості чавунів вуглецю і домішок;
• розвиваючі: розвивати здатність виділяти головне і записувати це у вигляді конспекту, вміти самостійно засвоювати знання; розвивати творче мислення, увагу;
• виховні: виховувати культуру спілкування, почуття колективізму і співпереживання успіхів і невдач товаришів, вміння працювати в колективі, формувати технічну грамотність студентів.

На уроці в учнів формуються основні загальні та професійні компетенції, що відповідають вимогам ФГОС СПО за фахом 23.02.03 «Технічне обслуговування та ремонт автомобільного транспорту»:

1. Загальні компетенції:

• здатність розуміти сутність і соціальну значущість своєї майбутньої професії, виявляти до неї стійкий інтерес (ОК 1);
• здатність організовувати власну діяльність, вибирати типові методи і способи виконання професійних завдань, оцінювати їх ефективність і якість (ОК 2);
• здатність здійснювати пошук і використання інформації, необхідної для ефективного виконання професійних завдань, професійного та особистісного розвитку (ОК 4);

2. Професійні компетенції:

• здатність розробляти заходи щодо комплексного використання сировини, заміни дефіцитних матеріалів і вишукування способів утилізації відходів виробництва (ПК 1.3).

Хід уроку

1. Організаційний момент -3 хв.

Привітання викладача, перевірка готовності до уроку, організація уваги.

2. Актуалізація опорних знань - 5 хв.

В ході фронтальної бесіди студентам нагадуються основні поняття попередньої теми, задаються наступні питання:

• Розкажіть про класифікацію сталей.
• Які постійні домішки містяться в сталях?
• Що називається чавуном?

3. Формулювання теми і цілей уроку.

Тема: Чавуни.

Мета: в кінці уроку студенти повинні знати класифікацію чавунів і маркування по ГОСТу, вміти розшифровувати марки чавунів.

4. Пояснення нового матеріалу.

5. Закріплення нового матеріалу.

Питання для закріплення

1. Розкажіть про класифікацію чавунів.
2. Для виготовлення яких деталей використовують білий і сірий чавуни?
3. Які деталі виготовляють з високоміцного і ковкого чавунів?
4. Як позначаються високоміцні і ковкі чавуни?

6. Домашнє завдання.

Конспект лекції, скласти таблицю «Чавуни»

Рекомендований теоретичний матеріал

1. Класифікація чавунів
2. Білий чавун. Його структура, властивості, застосування
3. Сірий чавун, його структура, властивості, маркування по ГОСТу і застосування
4. ковкий чавун
5. високоміцний чавун
6. Антифрикційні чавуни, маркування, і застосування

1. Класифікація чавунів

Чавун є багатокомпонентний сплав заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, фосфором і сіркою. У чавуні також міститься незначні кількості водню, азоту і кисню. У легованому чавуні можуть бути хром, нікель, ванадій, вольфрам і титан, кількість яких залежить від складу проплавляющей руд.

Залежно від призначення виплавлювані в доменних печах чавуни поділяють на три основних види: переробний, що йде на переділ в сталь; ливарний, призначений для отримання виливків з чавуну в машинобудуванні; доменні феросплави, використовувані для розкислення стали в сталеплавильному виробництві.

За структурою чавуни можна розділити на наступні групи:

• сірий - чавун, в якому вуглець перебуває у вигляді графіту.
• білий - чавун, в якому вуглець перебуває у вигляді цементиту і перліту.

За призначенням чавуни можна класифікувати так:

• ковкі
• жаростійкі
• високоміцні
• Антифрикційні.

2. Білий чавун. Його структура, властивості, застосування

Таку назву чавун отримав по виду зламу, який має матово-білий колір.

Білі чавуни (переробні) рідко використовуються в народному господарстві в якості конструкційних матеріалів, так як через великий вміст цементиту дуже крихкі і тверді, з працею відливаються і обробляються інструментом. З них роблять деталі гідромашин, пескометом і інших конструкцій, що працюють в умовах підвищеного абразивного зношування. Білий чавун застосовується для виготовлення деталей підвищеної втомної міцності: колінчастих і розподільних валів, сідел клапанів, шестерень масляного насоса, супортів дискового гальма ВАЗ та ін. Для збільшення зносостійкості білі чавуни легують хромом, ванадієм, молібденом і іншими карбидообразующих елементами. Маркування білих чавунів не встановлена.

Різновидом білих чавунів є вибілені чавуни. Поверхневі шари виробів з таких чавунів мають структуру білого (або половинчастого) чавуну, а серцевина - сірого чавуну. Отбел на деяку глибину (12 ... 30 мм) отримують шляхом швидкого охолодження поверхні (наприклад, виливок чавуну в металеві або піщані форми).

Для зняття структурних напружень, які можуть привести до утворення тріщин, виливки піддають нагріванню. Висока зносостійкість вибілених чавунів обумовлена ​​твердістю поверхні. З вибіленого чавуну виготовляють прокатні валки листових станів, колеса, кулі для млинів та ін.

3. Сірий чавун, його структура, властивості, маркування по ГОСТу і застосування

Структура сірого (ливарного) чавуну складається з металевої основи з графітом пластинчастої форми, вкраплення в цю основу. Така структура утворюється безпосередньо при кристалізації чавуну в литві відповідно до діаграми стану системи Fe-С (стабільної). Причому, чим більше вуглецю і кремнію в сплаві і чим нижче швидкість його охолодження, тим вище ймовірність кристалізації по цій діаграмі з утворенням графитной евтектики. При низькому вмісті вуглецю і кремнію чавун модифікують невеликими дозами деяких елементів (наприклад, алюміній, кальцій, церій).

Модифікування металів - введення в металеві розплави модифікаторів, тобто речовин, невеликі кількості яких (зазвичай не більше десятих часток%) сприяють створенню додаткових штучних центрів кристалізації, і отже, утворення структурних складових в подрібненої або округлої форми, що покращує механічні властивості металу.

Для характеристики структури сірого чавуну необхідно визначати розміри, форму, розподіл графіту, а також структуру металевої основи. У звичайному сірому чавуні при повільному охолодженні під час кристалізації графіт дуже слабо розгалужується. Він схожий на розетку з невеликим числом вигнутих пелюстків.

Металева основа сірих чавунів формується з аустеніту при евтектоїдних розпад і може бути перлитной, ферритной і ферритно-перлітною. Освіта перліту відбувається легко, в порівняно короткий проміжок часу.

Механічні властивості сірих чавунів залежать від властивостей металевої основи і, головним чином, від кількості, форми і розмірів графітних включень. Перлитная основа забезпечує найбільші значення показників міцності і зносостійкості.

Марки сірих чавунів згідно ГОСТ 1412 - 85 складаються з літер «СЧ» і цифр, відповідних мінімальній межі міцності при розтягуванні. Чавун СЧ15 - феритний; СЧ25, СЧ30, СЧ35 - ферритно-перлітні чавуни, починаючи з СЧ40- перлітні чавуни.

Сірі чавуни мають високі ливарні якостями (жидкотекучесть, мала усадка, незначний пригар металу до форми і ін.), Добре обробляються і чинять опір зносу, однак через низькі міцності і пластичних властивостей в основному використовуються для невідповідальних деталей. У верстатобудуванні сірий чавун є основним конструкційним матеріалом (станини верстатів, столи і верхні санчата, колонки, каретки і ін.); в автомобілебудуванні з ферритно-перлітних чавунів роблять картери, кришки, гальмівні барабани та ін., а з перлітних чавунів - блоки циліндрів, гільзи, маховики і ін. В будівництві сірий чавун застосовують, головним чином, для виготовлення деталей, що працюють при стисненні (черевиків , колон), а також санітарно-технічних деталей (опалювальних радіаторів, труб). Значна кількість чавуну витрачається для виготовлення тюбінгів, з яких споруджується тунель метрополітену.

4. Ковкий чавун

Ковким чавун називається тому, що його можна піддавати обробці тиском, хоча чавуни чи не кують, а деталі з чавуну отримують лише методом лиття в зв'язку з тим, що ковкий чавун має більш високу пластичність у порівнянні з сірим.

Ковкі чавуни з пластівчасту формою графіту одержують з білих доевтектичних чавунів, наражаючи їх спеціальним Графітізуючі відпалу. Графітізірующій отжиг білого чавуну заснований на метастабильности цементиту і складається зазвичай з двох стадій (рисунок)

Малюнок. Схема відпалу білого чавуну в ковкий

Перша стадія (930 ... 1050 ° С) підбирається по тривалості такої, щоб весь цементит, що знаходиться в структурі виливки, розпався на аустеніт і пластівчастий графіт. Процес графітоутворення полегшується при модифікуванні (наприклад, алюмінієм і бором). Чавун, отриманий таким чином, називається модифікованим.

На другій стадії графітізірущего відпалу при температурі евтектоїдних перетворення формується металева основа ковкого чавуну. Залежно від режимів охолодження ковкие чавуни можуть мати перлитную (безперервне охолодження), феритної (дуже повільне охолодження в інтервалі 700 ... 760 ° С) або ферритно-перлитную (скорочення тривалості другої стадії відпалу) металеві основи. Для отримання в модифікованому ковкому чавуні перлитной основи рекомендується збільшувати вміст марганцю, хрому та деяких інших елементів, які підвищують стійкість цементиту до розпаду на ферит і пластинчастий графіт в області температур евтектоїдних перетворення.

Ковкі чавуни з перлітною металевою основою мають високі твердістю і міцністю в поєднанні з невеликою пластичністю. Ковкий феритний чавун характеризується високою пластичністю і відносно низькою міцністю.

Ковкий чавун згідно ГОСТ 1215 - 79 маркується буквами "КЧ" і двома числами: перше вказує тимчасовий опір при розтягуванні; друге - відносне подовження (%).

Ковкий чавун йде на виготовлення деталей підвищеної міцності і в'язкості: картерів, редукторів, коробок передач, кронштейнів ресор і ін.

5. Високо-випробувальний чавун

Високоміцний чавун - чавун з кулястим графітом, отримують модифікування рідкими присадками магнію від маси оброблюваної порції чавуну, церію, ітрію і деяких інших елементів. При цьому перед введенням модифікаторів необхідно знизити вміст сірки.

Щоб уникнути утворення в високоміцних чавунах ледебуріта, їх піддають Графітізуючі відпалу. Тривалість такого відпалу завдяки підвищеному вмісту Графітізуючі елементів (вуглецю, кремнію) значно коротше, ніж при відпалі білого чавуну.

Структура високоміцного чавуну складається з металевої основи (ферит, перліт) і включень графіту кулястої форми. Кулястий графіт, що має мінімальну поверхню при даному обсязі, значно менше послаблює металеву основу, ніж пластинчастий графіт, і не є активним концентратором напружень.

Марки високоміцних чавунів згідно ГОСТ 7293-85 складаються з літер «ВЧ» і цифр, перші вказують величину тимчасового опору, другі - відносне подовження (%). Стандарт передбачає наступні марки чавунів: ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10; ВЧ50-7; ВЧ60-3; ВЧ70-2; ВЧ80-2; ВЧ100-2.

Високоміцні чавуни мають гарні ливарні і споживчими властивостями (різанням, здатність гасити вібрації, висока зносостійкість і ін.) Властивостями. Вони використовуються для масивних виливків замість сталевих литих і кованих деталей - циліндри, шестерні, колінчаті і розподільні вали і ін.

6. Антифрикційні чавуни, маркування, і застосування

Антифрикційними чавунами є сірі і високоміцні чавуни спеціальних марок.

Антифрикційні сірі чавуни - перлітні чавуни АЧС-1 і АЧС-2 і перлітною-феритний чавун АЧС-3. Ці чавуни мають низький коефіцієнт тертя, що залежить від співвідношення фериту і перліту в основі, а також від кількості і форми графіту. У перлитових чавунах висока зносостійкість забезпечується металевою основою, що складається з тонкого перліту і рівномірно розподіленим фосфорної евтектики при наявності ізольованих виділень пластинчастого графіту.

Антифрикційні сірі чавуни застосовують для виготовлення підшипників ковзання, втулок та інших деталей, що працюють при терті об метал, частіше в присутності мастильного матеріалу. Деталі, що працюють в парі з загартованими або нормалізованими сталевими валами, виготовляють з чавунів АЧС-1 і АЧС-2, а для роботи в парі з термічно необробленим валами застосовують чавун АЧС-3.

Антифрикційні високоміцні (з кулястим графітом) чавуни виготовляють з перлітною структурою - АЧВ-1 і ферритно-перлітною (50% перліту) - АЧВ-2. Чавун АЧВ-1 використовується для роботи у вузлах тертя з підвищеними окружними швидкостями в парі з загартованим або нормалізованим валом.

Головне достоїнство антифрикційних чавунів в порівнянні з бабітом і антифрикційними бронзами - низька вартість, а основний недолік - погана прірабативаемость, що вимагає точного сполучення поверхонь, що труться.

Маркування чавунів здійснюється шляхом поєднання букв і цифр.

Прийнято наступні позначення:

Пpимеp: АЧС1; АЧС2; АЧС3; АЧВ1; АЧВ2; АЧК1; АЧК2.

Букви "АЧС" позначають антифрикційний сірий чавун; "АЧВ" - Антифрикційний високоміцний чавун; "АЧК" - антифрикційний ковкий чавун.

Список використаної літератури

1. Колесник П. А. Матеріалознавство на автомобільному транспорті: підручник для студ. вищ. навч. закладів / П. А. Колесник, В. С. Кланіца. - 2-е изд., Стер. - М .: Видавничий центр «Академія», 2007. - 320 с.
2. Рогачова Л.В. Матеріаловеденіе.- М .: Колос- Прес, 2002.- 136 с .: іл. (Підручники і навч. Посібники для середньої професійної освіти).
3. Стуканов В.А. Матеріалознавство: навчальний посібник - М .: ВД «Форум»: ИНФРА - М, 2008. - 368 с .: іл. - (Професійну освіту)
4. ГОСТ 1412-85 Чавун з пластинчастим графітом для виливків. марки
5. ГОСТ 1585-85 Чавун антифрикційний для виливків. марки
6. ГОСТ 7769-82 Чавун легований для виливків зі спеціальними властивостями. марки