КОС Материаловедение

Министерство образования и науки Пермского края

государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «КРАЕВОЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

КОМПЛЕКТ

контрольно-оценочных средств по учебной дисциплине

«Материаловедение»

основной образовательной программы

по профессии среднего профессионального образования

23.01.17 Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей

Форма аттестации: дифференцированный зачет

2018

Комплект контрольно-оценочных средств по учебной дисциплине «Материаловедение» разработан в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по профессии 23.01.17 Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей

Организация-разработчик:   государственное автономное профессиональное

образовательное учреждение «Краевой политехнический колледж»

Разработчики:

Ландышева Н.А., преподаватель высшей квалификационной категории ГАПОУ «Краевой политехнический колледж»

СОГЛАСОВАНО

Председатель ЦМК      Ландышева Н.А.

Протокол №___ от «10» сентября 2018г.

1. Паспорт комплекта контрольно-оценочных средств

В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется комплексная проверка следующих умений и знаний, а также динамика формирования общих компетенций.

2. Контрольно-оценочные материалы для текущего контроля

2.1     Задания для текущего контроля Работа с модулями ФЦИОР (И, П, К)

Оцениваемые результаты обучения: У1-У3, З1-З5

Проверяемые темы:

Тема 1.1. Металлы

Тема 1.2. Сплавы

Тема 2.2. Деформация металлов

Тема 2.3. Механические свойства

Тема 2.4. Технологические и эксплуатационные свойства

Тема 2.5. Технологические пробы

Тема 3.1. Металлические конструкционные материалы

Тема 3.2. Неметаллические конструкционные материалы

Тема 4.1. Бензины. Дизельное топливо

Тема 4.2. Газообразное топливо

Тема 4.3. Смазочные масла

Тема 4.4. Технические жидкости

Тематика модулей ФЦИОР

Свойства металлов

Строение металлов

Термическая обработка металлов

Методы измерения параметров и свойств материалов

Механические и технологические свойства материалов

Использование синтетических полимерных материалов

Механические свойства материалов

Порошковые и композиционные материалы

Типовое задание

Условия выполнения заданий

Критерии оценивания:

Каждый модуль имеет электронный журнал

Типовой журнал модуля ФЦИОР

Описание системы оценивания

2.2 Задания для текущего контроля Выполнение лабораторных работ

№ 2 Испытание материалов на твердость методами Роквелла и Бринелля

№ 5. Термическая обработка стали 45Х

Пример типового задания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Испытания материалов на твердость методами Бринелля и Роквелла

Цель работы: формирование практических навыков определения свойства материала с использованием методов определения твердости металлов по методу Бринелля и Роквелла.

Оборудование и материалы: приборы для определения твердости металлов по Бринеллю и Роквеллу; образцы из стали, цветных металлов и сплавов; электронаждак, штангельциркуль; напильник и шлифовальная бумага для зачистки образцов. 

Краткие теоретические сведения

Твердость – это свойство металла сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела под действием нагрузки.

Определение твердости является наиболее широко распространенным методом испытания металлов, позволяющим в большинстве случаев без разрушения изделия и изготовления специальных образцов судить о качестве изделия.

Приборы для испытания на твердость просты, обладают высокой производительностью, не требуют работников высокой квалификации и могут использоваться непосредственно на рабочем месте.

Наиболее широко применяются следующие способы измерения твердости:

Вдавливанием стального шарика (метод Бринелля);

Вдавливанием алмазного конуса (метод Роквелла);

Вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды (метод Виккерса);

Вдавливанием четырехгранной алмазной пирамидки под небольшой нагрузкой (определение микротвердости методом Хрущова-Берковича).

Измерение твердости вдавливание стального шарика (метод Бринелля)

По методу Бринелля твердость металла определяют вдавливанием в испытуемый образец (изделие) закаленного стального шарика (рис. 1, а) диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием заданной нагрузки в течении определенного времени и выражают числом твердости НВ, полученный путем деления приложенной нагрузки Р в кг на поверхность образовавшегося на образце отпечатка шарика (шарового сегмента) F в мм:

,  [кг / мм2 ]

-      

где Р - нагрузка в кг; D - диаметр шарика в мм; d - диаметр отпечатка шарика в мм.

Таблица 1

Между числами твердости по Бринеллю и пределом прочности σв металлов существует следующая приближенная зависимость:

,

где к - коэффициент, определяемый по таблицы.

Наиболее распространенными стандартными условиями при испытании твердости являются: нагрузка 3000 кг, диаметр шарика 10 мм и длительность выдержки 10 сек.

Для определения твердости по Бринеллю используются твердомером типа ТЭМП-4 , показанного на рисунке 2.

-    

Рисунок 2 - Динамический твердомер ТЭМП-4

Контроль твердости металла портативными твердомерами. Твердометрия. Твердомеры для металлов.

В данном разделе сайта представлены портативные твердомеры - приборы для неразрушающего контроля твердости металла, резины и др. материалов.

Портативные твердомеры применяются в в полевых или цеховых условиях, когда нельзя использовать стационарный твердомер.

По принципу действия переносные твердомеры разделяются на ультразвуковые и динамические.

Ультразвуковой твердомер использует UCI метод (Ultrasonic Contact Impedance — ультразвуковой контактный импеданс).

Динамический твердомер - метод Либа (Leeb), при котором отношение скорости отскока к скорости падения индентора с твердосплавным наконечником зависит от твердости испытуемого материала.

Существуют также универсальные комбинированные твердомеры, которые совмещают в себе и ультразвуковой и динамический методы измерения твердости металлов.

Также в нашем каталоге представлены твердомеры резины, пластика и других материалов.

По методам измерения твердости металлов твердомеры разделяют на следующие типы: твердомер Роквелла (HRC), твердомер Бринелля (HB), твердомер Супер-Роквелла (HRA, HRB, HRC), твердомер Шора (HSD) и твердомер Виккерса (HV).

В большинство современных портативных твердомеров могут быть одновременно записаны шкалы твердости Бринелля, Роквелла, Виккерса, Супер-Роквелла и Шора.

Недостатки метода Бринелля:

-     невозможность испытания материалов, имеющих твердость более 450 НВ, так как шарик будет деформироваться и показания будут неточными;

-     невозможность испытания твердости тонкого поверхностного слоя и пластин (менее 1-2 мм), так как шарик будет продавливать тонкий слой материала;

-     после испытания остаются заметные следы на поверхности изделия.

-     Измерение твердости вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (метод Роквелла)

-    

При испытании сначала прикладывают предварительную нагрузку Р0, равную 10 кг, а затем нормальную Р, равную 60, 100 или 150 кг (ГОСТ 9013-59). Разность глубин проникновения шарика или алмаза под нагрузками Р0 и Р (h-h0) характеризует твердость. Чем меньше эта разность, тем тверже испытуемый материал, и, наоборот, чем больше эта разность, тем мягче материал.

Числа твердости по Роквеллу обозначают HR и вычисляют по формуле.

-    

где h0 - глубина внедрения в мм наконечника под действием предварительной нагрузки Р0; h – глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки; К – постоянная величина; для шарика К=0,26 и для конуса К=0,2; С - цена деления циферблата индикатора прибора, соответствующая углублению наконечника на 0,002 мм.

Таким образом, твердость по Роквеллу выражается в условных единицах.

Нулевое деление черной шкалы совпадает с начальным положением стрелки. Красная шкала смещена относительно нулевого деления черной шкалы на 30 делений в направлении, противоположном движению стрелки индикатора при внедрении наконечником. Следовательно, начальное деление красной шкалы совпадает с делением 30 на циферблате индикатора. Это смещение сделано по той причине, что глубина вдавливания шарика часто превышает 0,2 мм, и тогда стрелка при вдавливании делала бы поворот более чем на 100 делений, т.е. значение твердости могли бы получаться отрицательными. Большая стрелка служит для указания твердости, а малая – для контроля величины предварительного нагружения.

Твердость на приборе ТК можно измерить:

Алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кг (предварительная – 10 кг и основная 140 кг). Значение твердости определяют по черной шкале С и обозначают НRC. Эта шкала применяется для испытания закаленных сталей, обладающих твердостью до 67HRC , и для определения твердости тонких поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;

Алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кг (предварительная – 10 кг и основная 50 кг). Значение твердости определяют по черной шкале С и обозначают HRA. Эта шкала применяется для испытания сверхтвердых сплавов (например, карбидов вольфрама), тонкого листового материала и для измерения твердости тонких поверхностных слоев (0,3-0,5 мм) или тонких пластинок;

Стальным шариком 1/16 дюйма с общей нагрузкой 100 кг (предварительная – 10 кг и основная 90 кг). Значение твердости определяют по красной шкале В и обозначают HRB. Шкала. В служит для испытаний металлов средней твердости и для испытаний изделий толщиной от 0,8 до 2 мм.

На основании опытных работ установлена связь между числами твердости по Роквеллу (при HRC>20) и по Бринеллю         

НВ≈10·HRC

К достоинствам метода Роквелла следует отнести высокую производительность, простоту обслуживания, точность измерения и сохранение качественной поверхности после испытаний. Не рекомендуется применять этот метод для определения твердости неоднородных по структуре сплавов (чугуна), для испытания криволинейных поверхностей с радиусом кривизны менее 5 мм и для испытания, деталей которые под действием нагрузки могут деформироваться.

Порядок выполнения работы

1.   Измерение твердости методом Бринелля

2.   Изучить работу твердомера типа ТШ.

3.   Подготовить образцы к испытанию (поверхность образца должна быть плоской и чистой от загрязнений и окалины. Толщина образца – не менее десятикратной глубины отпечатка).

4.   Выбрать в зависимости от заданных условий испытания и типа образца диаметр шарика, нагрузку и время выдержки под нагрузкой.

5.   Закрепить шариковый наконечник в шпинделе установочным винтом.

6.   Поместить на подвеску требуемое для испытания количество сменных грузов.

7.   Установить упор на нужную продолжительность выдержки и закрепить стопорным винтом.

8.   Установить на столик (испытания круглых образцов производят с помощью специальной подставки) испытуемый образец и вращением маховика поднять его к шариковому наконечнику, оказывая предварительную нагрузку на образец порядка 100 кг. Нагрузка должна быть приложена в направлении, перпендикулярном к плоскости образца. Центр отпечатка должен находиться от края образца на расстоянии не менее диаметра шарика, а от центра соседнего отпечатка – на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

9.   Нажать на пусковую кнопку, приводя в движение электродвигатель и передать нагрузку на образец.

10.                 После окончания испытания опустить столик, снять образец и измерить диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи лупы. Диаметр отпечатка измеряют с точностью до 0,05 мм при испытании шариком диаметром 10 и 5 мм и с точностью до 0,01 мм при испытании шариком диаметром 2,5 мм.

11.                 По величине диаметра отпечатка рассчитать число твердости НВ.   

12.                 Повторить эксперимент 3 раза.

13.                 Определить среднее число твердости НВ.

14.                 По полученным числам твердости определить величины предела прочности, пользуясь имеющимися соотношениями между НВ  и σв.

15.                 Результаты испытаний внести в протокол.

16.                 Протокол испытания на твердость по методу Бринеля

Измерение твердости методом Роквелла

Изучить работу твердомера типа ТК.

Подготовить образцы к испытанию (поверхность образца должна быть плоской и чистой от загрязнений и окалины. Толщина образца – не менее восьмикратной глубины отпечатка).

Выбрать в зависимости от заданных условий испытания и типа образца наконечник.

Закрепить наконечник в шпинделе установочным винтом.

Подобрать грузы соответственно выбранному наконечнику и применительно к шкале, по которой предполагается вести испытания и подвесить их.

Установить на столик (испытания круглых образцов производят с помощью специальной подставки) испытуемый образец и вращением маховика поднять его до соприкосновения с наконечником, а затем дальнейшим вращением маховика произвести предварительное нагружение до тех пор, пока малая стрелка индикатора не совпадет с красной точкой на шкале, а большая стрелка не примет вертикальное положение. Если малая стрелка индикатора перейдет за красную точку, то необходимо выбрать на испытуемой поверхности другую точку и испытание начать сначала; затем повернуть ободок индикатора до совпадения нуля черной шкалы с большой стрелкой.

Привести в движение механизм основного нагружения. В это время большая стрелка поворачивается против часовой стрелки и принимает некоторое положение. После секундной выдержки снять основную нагрузку возвращением рукоятки в начальное положение (притягивают ее к себе). Большая стрелка при этом вращается по часовой стрелке и занимает нужное положение.

Отсчитать числа твердости по шкале индикатора. В случае применения алмазного наконечника отсчет производить по наружной черной шкале С, при шариковом наконечнике – по внутренней красной шкале В. Опустить столик вращением маховика и снять образец.

Повторить эксперимент 3 раза.

Определить среднее число твердости НR.

Перевести полученную твердость по Роквеллу HR в твердость по Бринелю НВ.

Результаты испытаний внести в протокол.

Протокол испытания на твердость по методу Роквелла.

Вопросы для контроля

Что такое твердость?

Какие существуют методы измерения твердости?

Как определяется твердость по методу Бринелля?

Каким образом производится выбор диаметра шарика при измерении твердости по методу Бринелля?

Какова зависимость между числами твердости НВ и пределом прочности металлов σв?

Недостатки метода Бринелля.

Как определяется твердость по методу Роквелла?

Каким образом производится выбор наконечника при измерении твердости по методу Роквелла?

Достоинства метода Роквелла по сравнению с методом         Бринелля.

Какова зависимость между числами твердости HRC и НВ?

Условия выполнения заданий

Критерии оценивания:

Описание системы оценивания

 2.3 Задания для текущего контроля Практические задания Прочитай марки стали

Решение практического задания учитывается при постановке зачётной оценки по итогам прохождения курса.

Типовое задание: Прочитай марки стали, заполнив таблицу

Условия выполнения заданий

Описание системы оценивания

2.4 Задания для текущего контроля Проведение семинара

Темы докладов:

«Современная дорожно-техника и полимеры»,

«Область применения пластмасс в ДСМ»,

«Область применения и способы переработки композиционных материалов с неметаллической матрицей в ДСМ»,

«Применение резиновых материалов в ДСМ»,

«А нужны ли клеи и герметики в ДСМ»,

«Современные технологии покраски ДСМ»,

«ДРЕВЕСИНА – зачем она в ДСМ»,

«Какую роль играет герметизация в ДСМ»

Условия выполнения заданий

Критерии оценки доклада:

Написание доклада учитывается при постановке зачётной оценки по итогам прохождения курса. Доклад оценивается следующим образом.

Представленная сводная таблица оценивания доклада требует некоторых пояснений:

При оценивании доклада 2 баллами он должен быть переделан в соответствии с полученными замечаниями и сдан на проверку заново не позднее срока окончания приёма докладов.

Не получив максимальный балл, студент имеет право с разрешения преподавателя доработать доклад, исправить замечания и вновь сдать доклад на проверку.

Описание системы оценивания

2.5 Задания для текущего контроля Ситуационные задачи

Задача 1 (по вариантам). Определить основные свойства стали: модуль упругости Е; относительное удлинение d; относительное сужение y; параметры прочностных свойств материала (пределы пропорциональности s_пц, текучести s_0,2, прочности s_в) по заданной диаграмме (рисунок 4); твердость НВ; предел выносливости s_-1.

Исходные данные:

Рисунок 4 – Условные диаграммы растяжения материалов

(диаграммы I, IV, V, VII, VIII, IX – имеют выраженную площадку текучести, а у диаграмм II, III, VI, X – площадка текучести отсутствует)

Задача 2. Для разрушения на маятниковом копре стандартного образца стали сечением 1,0 ´ 1,0 см и длиной 5,5 см была затрачена работа А = 12,21кг×м. Удар произведен по надрезу в образце, глубина которого 0,2 см. Определить ударную вязкость стали.

Задача 3. Образец углеродистой стали испытывался на твердость на прессе Бринелля шариком D = 10 мм под нагрузкой Р = 3000 кгс. Получены три отпечатка с диаметрами 5,09 мм; 5,15 мм; 5,12 мм. Определить средние значения твердости и предела прочности.

Задача 4. На сколько удлинится стержень длиной 4 м из стали с пределом текучести s_0,2 = 285 МПа, если внутреннее напряжение s (s = P/F₀) составит 0,62 от предела текучести.

При решении задачи необходимо воспользоваться формулой для определения модуля упругости. Значение модуля упругости принять из 1 задачи.

Задача 5. Растянутый элемент металлической балки в форме швеллера № 30 (F = 40,5 см²) изготовлен из стали Ст3. При какой нагрузке в данном элементе конструкции появятся остаточные деформации.

Пример решения задачи 1.

Определить основные свойства материалов: модуль упругости Е; относительное удлинение d; относительное сужение y; параметры прочностных свойств материала (пределы пропорциональности s_пц, текучести s_т (s_0,2), прочности s_в) по заданной диаграмме; твердость НВ, предел выносливости s_-1.

Исходные данные:

Решение:

1. Определение модуля упругости:

.

2. Определение показателей пластичности:

- относительное удлинение ;

- относительное сужение .

3. Определение параметров прочности по диаграмме (см. рис. 1)

- предел пропорциональности характеризует конец прямолинейного участка диаграммы: s_пц = 270 МПа, т.к. до этой точки график прямолинеен, далее он искривляется.

- поскольку на диаграмме нет явно выраженной площадки текучести, то определяем условный предел текучести s_0,2. Для этого определим напряжение, соответствующее 1,0% деформации s_1,0 =350 МПа, т.е.

270 < s_0,2 < 350,

.

(Если диаграмма имеет площадку текучести, то необходимо определить предел текучести s_0,2, значение которого соответствует горизонтальному прямолинейному участку диаграммы (площадке текучести).)

- прослеживая характер кривой при возрастании нагрузки, доходим до точки экстремума (наивысшая точка диаграммы), которая и характеризует предел прочности (временного сопротивления) – s_в = 460 МПа.

4. Определение твердости: s_в = (0,34 … 0,36)НВ;

s_в = 0,35 × НВ Þ   НВ = s_в /0,35 = 460 /0,35 = 1314 МПа.=131,4 кгс/мм².

5. Определение предела выносливости: s_-1=0,43s_в=0,43×460 =197,8МПа.

Ответ. Е = 178,4× 10³ МПа; d  = 11,4%; y  = 21,2%; s_пц = 270 МПа;         s_0,2 = 286 МПа; s_в = 460 МПа; НВ = 131,4 кгс/мм², s_-1 = 197,8 МПа.

Справочные данные: 1 кгс/мм² = 10 МПа.

Задача 6 (по вариантам). По данной марке сплава определить:

- к какой группе материалов относится;

- химический состав (по марке сплава);

- механические и физические свойства (дать описание буквенным обозначениям свойств). Необходимо выбрать для соответствующей марки сплава по таблицам, приведенным в справочных данных для этой работы.

Исходные данные:

Задача 7. Определить механические характеристики (твердость и предел прочности) и марку алюминиевого сплава, если при испытании на твердость по Бринеллю (D = 10 мм, Р = 250 кгс) средний диаметр отпечатка составляет d = 2,3 мм.

Задача 8. Определить механические характеристики (твердость и предел прочности) и марки латуни и бронзы, если при испытании на твердость по Бринеллю (D = 10 мм, Р = 1000 кгс) средний диаметр отпечатка составляет d = 4,2 мм.

Справочные данные.

Механические и физические свойства деформируемых алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784)

Механические и физические свойства литейных алюминиевых сплавов (ГОСТ 2685)

Физические и механические свойства латуней

Бронзы, обрабатываемые давлением

Условия выполнения заданий

Критерии оценивания:

Описание системы оценивания

3. Контрольно-оценочные материалы для промежуточной аттестации

Задания для промежуточной аттестации Тестовые задания

Оцениваемые результаты обучения: У1-У3, З1-З5

Вопросы для подготовки к дифференцированному зачету

1.     Классификация материалов

2.     Атомно-кристаллическое строение металлов.

3.     Дефекты кристаллической решетки.

4.     Механические свойства металлов.

5.     Пластическая деформация. Возврат и рекристаллизация металлов.

6.     Диаграммы двухкомпонентных систем.

7.     Диаграмма состояния железо-углерод.

8.     Классификация и структура углеродистых сталей.

9.     Структура и классификация чугунов.

10. Конструкционные легированные стали.

11. Инструментальные легированные стали. Твердые сплавы

12. Стали с особыми физико-химическими свойствами.

13. Медные сплавы. Назначение, классификация, термообработка.

14. Алюминиевые сплавы. Назначение, классификация, термообработка.

15. Титановые сплавы. Назначение, классификация, термообработка

16. Классификация неметаллических материалов.

17. Термопласты. Строение. Классификация. Область применения.

18. Реактопласты. Строение. Классификация. Область применения.

19. Композиционные материалы. Строение. Классификация. Область применения.

20. Резины. Строение. Классификация. Область применения.

21. Классификация видов термообработки.

22. Отжиги первого рода

23. Отжиги второго рода.

24. Закалка и отпуск сталей.

25. Химико-термическая обработка.

26. Термомеханическая обработка.

27. Горюче смазочные материалы

28. Лакокрасочные материалы

Типовые задания

Задание 1 (20б). Из названных ниже свойств металлов выделите в цифровом порядке те, которые относятся к определенному классу свойств: химические, физические, механические, технологические.

1.     Удельный вес

2.     Упругость

3.     Коррозия

4.     Пластичность

5.     Литейные свойства

6.     Обрабатываемость режущими инструментами     

7.     Тепловое расширение

8.     Тепло- и электропроводность

9.     Вязкость                      

10.  Способность сопротивляться химическому воздействию

11.  Прочность

12.  Ковкость

13.  Твердость

14.  Цвет

15.  Способность сопротивляться электрохимическому воздействию

16.  Хрупкость

17.  Магнитность

18.  Плотность

19.  Свариваемость

20. Температура плавления

Задание 4 (18б). «Совершенно секретно!». Расшифруй марки:

1.   Л96 – латунь, содержание меди 96%

2.     БрОФ6,5-0,4 – деформируемая оловянистая бронза, содержащая 6,5% олова, 0,4% фосфора, а остальное (73,1%) – медь

3.     ЛМцЖ55-3-1 - латунь, содержащая 55% меди, 3% марганца, 1% железа, остальное (41%) – цинк.

4.     АЛ2 - Алюминиевый литейный сплав-силумин

5.  ЛЦ30А3 – латунь литейная, алюминиевая, цинка 30%, алюминия 3%

Условия выполнения заданий

Описание системы оценивания

Скачано с www.znanio.ru