Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов

Обновлено: 18.05.2024

Металл как конструкционный материал играет огромную роль в жизни человека.

В 5 классе вы ознакомились с тонколистовым металлом и проволокой, с технологиями их получения и обработки, изготовили изделия из этих материалов. Однако не все задуманные вами в 6 классе творческие проекты можно выполнить, опираясь лишь на полученные ранее знания и умения.

Чтобы изготовить проектное изделие из металла, вам необходимо продолжить изучение свойств чёрных и цветных металлов, способов и приёмов резания, рубки и опиливания металлических заготовок.

Прежде чем приступить к изготовлению какого-либо изделия, нужно выбрать наиболее подходящий для него материал. Металлы в технике применяют, как правило, не в чистом виде, а в виде сплавов. Их получают путём смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определённом соотношении. Правильно выбрать для изготовления изделия металл или сплав можно лишь зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определёнными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твёрдость, упругость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью.

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала. Например, если в стальной или медной пластине сделать лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь твёрже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия на него внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре её поместить небольшой груз, то она немного прогнётся, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это доказывает, что материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью.

Пластичность — способность изменять форму под действием каких-либо нагрузок не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотеку-честь, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму, что позволяет получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава поддаваться обработке резанием разными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии (ржавчине).

Все металлы и сплавы подразделяют на чёрные и цветные (рис. 58). К чёрным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Рис. 58. Металлы: а — алюминий; б — медь; сплавы металлов: в — сталь; г — чугун; д — латунь; е — бронза

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2 %, то такой сплав называется сталью (см. рис. 58, в). Если углерода от 2 до 6,7 %, то это — чугун (см. рис. 58, г).

В зависимости от свойств стали делят на конструкционные и инструментальные. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций. Инструментальные стали имеют в своём составе хром, вольфрам и другие металлы, поэтому они обладают очень высокой твёрдостью. Из них изготовляют режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для производства изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун отличается хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают сложные и качественные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Наиболее распространённые цветные металлы — это алюминий и медь (см. рис. 58, а, б).

Алюминий — лёгкий металл серебристого цвета, широко используемый. Он хорошо сопротивляется коррозии и его легко обрабатывать. Алюминий и его сплавы применяют в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т. п.

Медь — металл красного цвета. Это пластичный материал, хорошо проводящий электрический ток. Он легко поддаётся обработке и устойчив к коррозии. Из меди делают электрические провода и другие электротехнические изделия.

Из цветных сплавов широко используются в технике латунь, бронза (см. рис. 58, д, е), дюралюминий и др.

Латунь — сплав меди с цинком, жёлтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твёрдостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности, и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлтокрасного цвета. Имеет высокую прочность, твёрдость, хорошо режется и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, в электротехнике, для отливки художественных изделий (например, скульптур, украшений и других изделий).

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо поддаётся обработке, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются лёгкие и прочные конструкции.

В 5 классе вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами, состоящими из сложных веществ — полимеров, получаемых на предприятиях химической промышленности. Эти материалы при изготовлении (формовании) изделий нагревают, в результате чего они становятся пластичными, а при охлаждении — стеклообразными.

Кроме полимера, пластмассы содержат добавки: наполнители, пластификаторы, красители и др. Наполнители необходимы для придания пластмассе таких свойств, как прочность и устойчивость к высоким температурам. Пластификаторы повышают пластичность материала, а красители позволяют окрасить пластмассу в разные цвета.

Пластмассы хорошо обрабатываются, поэтому из них изготовляют разнообразные изделия: посуду, бытовые приборы, мебель, трубы, спортивный инвентарь, предметы интерьера и многое другое.

Лабораторно-практическая работа № 14

Ознакомление со свойствами металлов и сплавов, искусственных материалов

Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет.
Положите справа от себя образцы из чёрных металлов и сплавов, а слева — из цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.
Проделайте опыт: растяните и отпустите пружины из стальной (закалённой) и медной проволоки. Сделайте вывод об упругости стали и меди.
Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.
Закрепите в тисках стальной и латунный образцы и проведите по ним напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости стали и латуни.

Найдите в Интернете, какие искусственные материалы человек применяет в науке, технике, повседневной жизни.

Новые слова и понятия

Свойства металлов: механические (прочность, твёрдость, упругость, пластичность), технологические (ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость, коррозионная стойкость); чёрные металлы (сталь, чугун); цветные металлы (алюминий, медь, латунь, бронза, дюралюминий); полимеры.

Свойства и применение металлов 5 кл ФГОС

2.4. Способствовать формированию и развитию самостоятельности учащихся.

2.5. Способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету

3. Воспитательные цели:

3.1. Способствовать формированию и развитию трудовых, эстетических, экологических, экономических качеств личности;

3.2. Соблюдение норм и правил культуры труда в соответствии с технологической культурой производства.

4. Образовательные цели:

4.1. Способствовать формированию и развитию умений и навыков по правке заготовок из тонколистового металла и проволоки, работе на верстаке со слесарными тисками, уметь организовать рабочее место для ручной обработки металлов; устанавливать и закреплять заготовки в тисках; проверять соответствие верстака своему росту; пользоваться инструментом при выполнении слесарных работ;

4.2. Способствовать формированию представления о металлах, их свойствах и области применения

4.3. Способствовать запоминанию терминологии основных технологических свойств металлов и сплавов.

Методическое оснащение урока:

1.Материально-техническая база:

- кабинет трудового обучения,

- образцы металлов и сплавов,

- заготовки для обработки.

2. Дидактическое обеспечение:

- дополнительная литература (выставка);

- образцы объектов труда;

- материалы для контроля знаний учащихся:

- мультимедийная презентация «СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

Методы обучения:

1. словесный, наглядный, аудиовизуальный;

2. формирование, закрепление, применение ЗУН;

3. репродуктивный, объяснительно-иллюстративный;

4. объяснительно-побуждающий, исследовательский вне урока;

5. просвещение, активизация познавательных интересов и углубление знаний.

Формы организации познавательной деятельности учащихся:

объяснение учителя с опорой на личные знания учащихся, фронтальный опрос, показ, самостоятельная работа с раздаточным материалом по технологической карте, беседа.

Словарная работа: металлы: черные, цветные; свойства металлов: физические, механические, химические, технологические; сталь, чугун, сплавы.

Тип урока: урок – практикум.

1.Организационный момент:

- проверка явки учащихся;

- заполнение учителем классного журнала;

- проверка готовности к уроку;

- настрой учащихся на работу;

- доведение до учащихся плана урока.

2. Повторение пройденного материала.

1. Беседа по вопросам:

1) Для чего служат двигатель, передаточный и исполнительный механизмы в машине?

2) Из каких звеньев состоит зубчатая передача?

3) Из каких звеньев состоит цепная передача?

4) Какие звенья называют ведущими и ведомыми?

5) Что такое передаточное отношение?

6) Какую деталь называют шпонкой?

3. Изложение программного материала. Приложение 1

Рассказ с элементами беседы.

Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов.

Сплавы получают путём смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определённом соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определёнными механическими и технологическими свойствами. Рассмотрим их:

Отличительные стороны материалов, которые проявляются при взаимодействии их с окружающей средой.

Способность материалов вызывать определенные зрительные ощущения

6 Способность металлов отражать свет

Вторая группа свойств:

К механическим свойствам относят прочность, твёрдость, упругость, вязкость, пластичность.

8 Прочность – способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки, не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью.

9 Твёрдость – свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь твёрже меди.

10 Упругость – свойство металла или справа восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре её поместить небольшой груз, то она прогнётся на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость – свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность – способность изменять форму под действием внешних сил, не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Жидкотекучесть – свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием – свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами.

Свариваемость – свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость – свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.

12 Все металлы и сплавы подразделяют на чёрные и цветные. К чёрным относят железо и сплавы на его основе – сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы – цветные.

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом – гораздо более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2,14%, то такой сплав называют сталью. Если углерода от 2,14 до 6,7%, то это чугун.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а, добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твёрдые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун – хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

26-27 Из цветных сплавов в наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Латунь – сплав меди с цинком жёлтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твёрдостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

28 Бронза – сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.

29-32 Дюралюминий – сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются лёгкие и прочные конструкции.

4. Физкультминутка. Упражнения для глаз по СанПиНу

5. Вопросы самоконтроля:

1) Что такое сплав?

2) Назовите механические свойства металлов и сплавов.

3) Назовите технологические свойства металлов и сплавов.

4) Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?

5) Какие сплавы относятся к чёрным?

6) Чем отличается сталь от чугуна?

7) Чем отличается латунь от бронзы?

8) Почему металлы нужно экономно расходовать?

6. Практическая работа «Ознакомление со свойствами металлов и сплавов»

6.2.Выполняем практическую работу .

1. Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет.

2. Положите справа от себя образцы из чёрных металлов и сплавов, а слева – из цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.

3. Растяните и отпустите пружины из стальной и медной проволоки. Сделайте вывод об упругости стали и меди.

4. Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.

5. Закрепите в тисках стальной и латунный образцы и проведите по ним напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости стали и латуни.

6.3Самостоятельная работа учащихся.

6.4 Текущий инструктаж (по ходу самостоятельной работы).

6.5 Презентация видов сплавов

Инструктаж по выполнению домашнего задания

Выучить термины. Ответить на вопросы по теме. Творческое задание: найти в интернете новые сплавы металлов и рассказать где применяются.

Подготовить (выбрать) материал (листовой металл) для изготовления подвесок для стенда и уголков для оконных рам

§ 1. Физические и химические свойства металлов и сплавов

В зависимости от назначения изготовляемых изделий металлы и сплавы должны обладать определенными свойствами. Чтобы судить о том, будет ли данный металл или сплав пригоден для изготовления той или иной детали, нужно знать, какие свойства он имеет.

Свойства металла разделяют на физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: удельный вес, температура плавления (плавкость), тепловое расширение, электропроводность, электросопротивление, теплопроводность, теплоемкость, способность намагничиваться и др.

Удельным весом металла или сплава называется вес 1 см 3 его, выраженного в граммах.

Наименьший удельный вес из всех металлов имеет литий (0,53 Г/см 3 ), магний (1,74 Г/см 3 ), цезий (1,83 Г/см 3 ) и алюминий (2,7 Г/см 3 ).

Тепловое расширение — это способность металлов и сплавов расширяться, т. е. изменять объем и линейные размеры при нагревании.

Способность металла изменять объем и линейные размеры в процессе нагревания и охлаждения нужно учитывать при конструировании и изготовлении точных измерительных инструментов, при горячей штамповке металлов, застывании отливок и во многих других случаях.

Увеличение (приращение) единицы объема металла при повышении его температуры на 1°С называется коэффициентом объемного расширения.

Увеличение (приращение) единицы длины металла при повышении его температуры на 1°С называется коэффициентом линейного расширения.

Температурой плавления называется температура, при которой металл при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое. Каждый металл в чистом виде имеет свою определенную температуру плавления. В зависимости от температуры плавления металлы и сплавы делятся на тугоплавкие, обладающие высокой температурой плавления, и легкоплавкие, имеющие низкую температуру плавления.

Температуру плавления металлов учитывают при плавке металлов, изготовлении отливок и нагревающихся в работе деталей машин (например, подшипников скольжения и др.), при паянии, лужении, сварке.

Электропроводностью называется способность металлов и сплавов проводить электрический ток. Сплавы, как правило, обладают меньшей электропроводностью, чем чистые металлы.

Электросопротивлением называется способность металлов сопротивляться прохождению через них электрического тока, характеризуется удельным сопротивлением в омах, показывающим величину сопротивления прохождению тока по проводнику длиной 1 м и сечением 1 мм 2 .

Теплопроводность — свойство металла проводить тепло. Лучшие проводники электрического тока являются вместе с тем и лучшими проводниками тепла. Теплопроводность металлов и сплавов измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением 1 см 2 за одну минуту.

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг металла на 1°С.

Некоторые металлы и сплавы обладают магнитными свойствами. Способность металла намагничиваться оценивается величиной, называемой магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость воздуха принята за единицу, а у железа она составляет 2000—3000 единиц. У меди и алюминия магнитная проницаемость близка к единице.

К химическим свойствам металлов и их сплавам относятся окисляемость, растворяемость и коррозионная стойкость. Особенно важна коррозионная стойкость для деталей, приборов и машин, работающих в агрессивных средах (кислоты, щелочи, растворы солей и др.).

Коррозии, т. е. разрушению в результате действия внешней среды — воздуха, влаги, химических веществ и т. д.,— подвержено в большей или меньшей степени большинство металлов и сплавов, кроме так называемых благородных металлов (золото, платина и некоторые другие). Виды коррозии и меры борьбы с ней изложены в главе VIII.

§ 14. Свойства чёрных и цветных металлов. Свойства искусственных материалов

Читайте также: