Методичка: Методика обучения по дисциплине Материаловедение

Курсовая работа

Методика обучения по дисциплине «Материаловедение»

Введение

Объем современного материаловедения чрезвычайно велик и охватывает все области техники и производства. Любая технология начинается с решения ряда материаловедческих задач: установления критериев выбора материалов с учетом назначения изделия и реальных условий его производства, определения допустимых параметров и режимов обработки материалов. Только на основе глубоких и всесторонних знаний строения и свойств материалов можно разработать современную технологию, изготавливать изделия высокого качества.

Успехи в развитии химии, физики, математики и других фундаментальных наук, создание современных и высокоточных средств измерительной техники существенно обогащают материаловедение и создают условия для постоянного развития этой прикладной науки. Используя современные средства анализа структуры и измерения свойств, материаловеды расширяют свои познания о материалах, открывают новые их качественные стороны, выдают обоснованные рекомендации по рациональному использованию существующих материалов и разрабатывают новые материалы с улучшенными свойствами.

Материаловедение играет важную роль в решении задач, связанных с улучшением качества выпускаемых изделий, снижением материалоемкости продукции - одних из главных экономических задач.

Цель работы: раскрытие содержания учебного материала, организации и технологии обучения.

Задачи работы:

1. Распределить объем часов учебной дисциплины по темам;

2. Обеспечить единый подход к разработке комплекса методических, контрольно-измерительных материалов и оценочных средств, предназначенных для определения качества результатов обучения;

3. Планировать теоретические занятия по дисциплине;

1. Характеристика дисциплины «Материаловедение» и его место в учебном процессе

Дисциплина «Материаловедение» является общепрофессиональной дисциплиной в структуре образовательной программы, относится к базовой части блока Б1. Она связана с предшествующими ей дисциплинами: «Химия», «Физика», «Математика», «Теоретическая механика». Является предшествующей для изучения следующих дисциплин: «Технология конструкционных материалов», «Металлорежущие станки», «Процессы формообразования и инструмент», «Металлорежущие станки», «Монтаж оборудования», «Технологические основы обеспечения качества изделий в машиностроении». Приобретённые знания будут непосредственно использованы студентами при изучении последующих дисциплин, прохождении производственной практики, написании выпускных квалификационных работ.

1.1 Лабораторная работа №1. Механические свойства металлов

1. Цель работы: ознакомление с оборудованием и методами определения механических свойств металлов.

2. Теоретическая часть

Испытания, в том числе и механические, проводятся, для того чтобы установить свойства материалов. В зависимости от свойств решается вопрос использования их в судостроении, судоремонте или другой области.

Механические свойства определяют сопротивление металлов и сплавов воздействию механических усилий, которые могут прилагаться к исследуемому материалу различными способами.

Механические испытания в зависимости от вида прилагаемой нагрузки (нагрузка возрастает медленно и плавно; нагрузка носит ударный характер; нагрузка переменная и др.) могут быть статическими, динамическими, усталостными и др.

При статических испытаниях - растяжение, сжатие, изгиб и др. определяют поведение материалов при плавно возрастающей нагрузке.

Например, при испытаниях на растяжение устанавливают прочностные и пластические свойства материалов.

При динамических испытаниях (например, испытания на ударный изгиб) выявляют склонность металла к хрупкому разрушению, которое оценивается ударной вязкостью. Скорость деформирования металла при динамических испытаниях значительно выше, чем при статических.

Длительное воздействие переменных (циклических) нагрузок может вызывать образование трещин и разрушение металлических деталей при напряжениях ниже предела текучести.

Постепенное накопление повреждений в металле под воздействием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойства металлов сопротивляться усталости - выносливостью.

Примеры механических испытаний: на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, на твердость, на ударную вязкость и др.

Примеры механических свойств: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость, выносливость и др.

Задание по лабораторной работе

Ознакомиться с принципом работы каждого прибора и установки.

Самостоятельно выполнить экспериментальную часть по определению прочности, ударной вязкости и твердости.

Произвести необходимые расчеты, после чего полученные результаты внести в протокол испытаний (форма прилагается).

Для усвоения программного материала выполнить следующие 3 опыта, которые должны быть оформлены как отчет о работе.

Испытание на растяжение. При испытании на растяжение определяют прочность и пластичность материалов. Под прочностью понимают способность тела сопротивляться деформациям и разрушению. Под пластичностью понимают способность тела к пластической деформации, т.е. способность получать остаточные изменения формы и размеров без нарушений сплошности.

Материальное обеспечение опыта

Оборудование: разрывная машина для испытания металлов на растяжение типа МР-05-1.

Инструмент: молоток, чертилка, масштабная линейка, штангенциркуль.

Образцы: плоские (нестандартные) из стали.

Плакат, на котором показана конструкция разрывной машины и диаграмма растяжения пластичного материала.

1.2 Определение прочности и пластичности при растяжении

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под воздействием приложенных сил [1].

Под действием внешних сил при растяжении в испытуемом образце возникают напряжения - усилия, приходящиеся на единицу площади поперечного сечения образца. Понятие ''напряжение'' введено для оценки величины нагрузки, независящей от размеров формируемого тела [1].

Деформация, полностью исчезающая после прекращения действия (снятия) вызвавших ее напряжений, называется упругой [2].

Деформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений, называется пластической или остаточной [2].

Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения, называется пределом прочности (временное сопротивление разрыву) и рассчитывается как:

уВ = ,

где PВ - максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения, КГС;

FO - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

Напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке, называется физическим пределом текучести [2] и рассчитывается по формуле:

уТ = ,

где PТ - нагрузка, при которой происходит увеличение деформации без увеличения нагрузки, КГС.

Максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию, называется теоретическим пределом упругости [2] и рассчитывается по следующему выражению:

уУП = ,

где PУП - максимальная нагрузка, до которой образец получает только упругую деформацию, кгс;

Перечисленные показатели (уВ, уТ, уУП) являются характеристиками прочности образца.

Пластичность образца оценивается такими характеристиками, как относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение рассчитывается по формуле:

д =x100%

где и - длина образца до и после разрушения, мм.

= Д - абсолютное удлинение образца, определяемое измерением образца, после разрыва, мм.

Относительное сужение образца определяется по выражению

Ш = x100%

где и - площадь поперечного сечения образца до и после разрушения, мм2.

Рисунок 1 - Диаграмма зависимости деформации металла е от действующих напряжений у

Рисунок 2 - Диаграмма растяжения: а - абсолютная, б - относительная; в - схема определения условного предела текучести

Рисунок 3 - Истинная диаграмма растяжения

1.3 Порядок выполнения работы

Отметить на плоском образце чертилкой длину = 100 мм и определить поперечное сечение испытуемого образца (a, в мм2).

Закрепить образец в захватах разрывной машины. Подключить привод разрывной машины в электрическую сеть. Кнопкой «пуск» включить машину на разрыв исследуемого образца. По внутренней шкале прибора зафиксировать приложенную нагрузку максимальную . Замерить длину образца после разрыва. По вышеуказанным формулам подсчитать характеристики прочности и пластичности исследуемого материала. Результаты исследований и расчетные данные занести в протокол испытаний. Обработка результата. Результаты исследований и расчетные данные занести в протокол испытаний:

Протокол испытаний

организация технология учебный дидактический материаловедение

2. Содержание темы «Диаграммы состояния двойных сплавов»

Диаграмма состояния представляет собой графическую зависимость состояния сплавов данной системы от их концентрации (химического состава) и температуры. По ней можно установить, какие превращения происходят в сплавах при нагреве и охлаждении, определить, при каких температурах произойдет затвердевание.

Диаграммы состояния строят экспериментальным путем на основе результатов термического анализа, изучения структур сплавов в твердом состоянии, по результатам физических методов исследований.

2.1 Лабораторная работа №2. Диаграммы состояния и термическая обработка сплавов

Цель работы:

1. Изучить основные разновидности диаграмм состояния двойных сплавов.

2. Научиться определять по диаграмме состояния возможность проведения термической обработки сплавов, их упрочнения.

Порядок выполнения работы

Прочитайте внимательно основные сведения о диаграммах состояния сплавов, о возможностях термической обработки сплавов, особенно с целью упрочнения.

Выполните все пункты задания на карточке (по указанию преподавателя). Проанализируйте полученный материал и сделайте выводы о возможностях использования диаграмм состояния для практической работы со сплавами.

Поясните, какие сплавы металлических систем могут подвергаться упрочняющей термической обработке.

2.2 Основные положения

Для практической работы с двойными сплавами необходимо знать их структуру, возможность ее изменения с изменением температуры и состава сплава и, таким образом, судить о свойствах сплавов и о возможностях изменения свойств в нужном направлении. Необходимость изменить структуру и свойства сплавов может возникнуть, если при получении детали методом литья произошла внутрикристаллическая ликвация, если нужно упрочнить сплав термической обработкой, и в некоторых других случаях. Для определения возможности проведения термической обработки и назначения ее температурного режима нужно знать закономерности изменения фазового состава в зависимости от температуры и химического состава сплава в данной системе. Графическая зависимость, содержащая эту информацию, и является диаграммой состояния. Диаграммы состояния позволяют получать разностороннюю информацию о сплавах. С их помощью можно судить о литейных свойствах сплавов и, соответственно, о возможности получения из них отливок, о склонности сплавов к внутрикристаллической ликвации и ликвации по удельному весу при кристаллизации, о пластичности различных сплавов и возможности их пластического деформирования при изготовлении изделий.