Методическая разработка практической работы по материаловедению "Изучение процесса первичной кристаллизации металлов"

Лабораторно­ практическая  работа Изучение процесса первичной кристаллизации металлов Цель  работы: изучение закономерностей процесса кристаллизации металлов и влияния  условий охлаждения на его структуру и свойства. Задачи: 1. Получить представление об этапах кристаллизации металла.  2. Выполнение схемы влияние скорости охлаждения на процесс кристаллизации  металла. 3. Анализ формы литой детали с целью определения структуры и свойств металла.  4. Ответы на контрольные вопросы  Материально­ техническое обеспечение работы: 1. Плакат 2. Мультимедиа­ слайды 3. Методические указания к работе План проведения ЛПР: 1. Ознакомить учащихся с целью и задачамиЛПР 2. Объяснить содержание темы «Первичная кристаллизация металла» 3. Изложить последовательность выполнения работы 4. Раздать учащимся методические указания для выполнения работы, схемы и т.п. 5. Выполнение учащимися практической части работы 6. Обработка учащимися полученных данных и занесение результатов в тетрадь 7. Анализ   результатов,   написание   выводов   о   проделанной   работе,   ответы   на контрольные вопросы 8. Защита ЛПР   Содержание темы:    1.  Первичная кристаллизация­ это  переход металла  из жидкого (расплавленного)  состояния в твердое.       Основы кристаллизации разработаны русским ученым Д. К. Черновым (1839—1921),  который впервые доказал, что  кристаллизация проходит в две стадии: 1) образование мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации);  2) рост кристаллов вокруг этих центров за счет атомов жидкой фазы металла.         По окончании процесса кристаллизации образуется структура сплава в виде зерен —  кристаллов с неправильной геометрической формой. (Рис. 1.) 2. Величина зерен зависит от скорости охлаждения металла.       Если скорость охлаждения мала, то число возникающих зародышей невелико и в конце  кристаллизации формируются структуры из крупных зерен. При большой скорости  охлаждения число одновременно развивающихся центров кристаллизации, а следовательно, и число зерен возрастает и в конце кристаллизации они оказываются меньше по размеру.  Это можно наблюдать на практике — в тонких частях литых деталей структура стали  мелкозернистая, так как здесь происходит более быстрое охлаждение, чем в толстых  сечениях. Чем мельче зерна, тем выше прочность и особенно вязкость металла. (Рис. 2.) 3. Искусственное регулирование величины зерна       Чтобы сделать зерно мелким, в металл вводят специальные вещества —  модификаторы. Например, в жидкую сталь при ее разливке добавляют порошок железа, частички которого являются готовыми центрами кристаллизации. Процесс искусственного  регулирования величины зерен получил название модифицирования. Рис. 1. Схема образования зерен металла Рис 2. Влияние скорости охлаждения на процесс кристаллизации: а — медленное охлаждение; б — ускоренное охлаждение;  в — быстрое охлаждение; I — возникновение центров кристаллизации; II — изменение величины зерен Рис. 3. Литой колесный диск Technic, 17 дюймов,  Хонда Контрольные вопросы 1. В чем заключается сущность кристаллизации? 2. От чего зависят размеры формирующихся зерен металла? 3. Объясните, почему в поверхностных слоях металлического слитка (отливки) образуются мелкие зерна металла, а в срединных слоях­ крупные? 4. Почему мелкозернистая структура металла предпочтительней крупнозернистой? 5. Определите в порядке убывания прочность частей литого колесного диска:  ступица, спицы, обод (Рис.3). Ответы на контрольные вопросы 1. Это переход металла из жидкого состояния в твердое при охлаждении 2. От скорости охлаждения металла 3. Середина слитка остывает медленней, поэтому зерна в середине крупней 4. В мелкозернистом металле зерна расположены плотней, нет пустот между ними.  Поэтому такой металл прочней 5. Самые прочные­ спицы, т.к. они тоньше и короче, а значит скорость их охлаждения  выше, чем у обода и толстой ступицы. Дополнительные вопросы 1. Что такое первичная кристализация? 2. Какие факторы оказывают влияние на процесс кристализации? 3. Что такое переохлаждение? 4. С какой целью производят модифицирование? 5. Как получить мелкое зерно в литом металле? МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНО­ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Тема: «Изучение процесса первичной кристаллизации металлов» Предмет: «Материаловедение» Цель  работы: изучение закономерностей процесса кристаллизации металлов и влияния условий охлаждения на его структуру и свойства. Задачи: 1. Получить представление об этапах кристаллизации металла.  2. Выполнение схемы влияние скорости охлаждения на процесс кристаллизации металла. 3. Анализ формы литой детали с целью определения структуры и свойств металла.  4. Ответы на контрольные вопросы. 5. Написание выводов по ЛПР.  Материально­ техническое обеспечение работы: 1. Плакат 2. Мультимедиа­ слайды 3. Методические указания к работе 1. Выполнить опорный конспект по теме ЛПР. 2. Выполнить схему влияния скорости охлаждения на процесс кристаллизации металла. 3. Составить отчет по ЛПР. Порядок выполнения работы: Требования к содержанию отчета по лабораторно­ практической  работе Отчет должен включать: Титульный лист   (№ ЛПР; тема ЛПР; дисциплина; профессия; № группы; ФИО.)  Цель выполнения лабораторной работы   Материально­ техническое обеспечение работы  Опорный конспект по теме ЛПР Задачи ЛПР Схема влияния скорости охлаждения на процесс кристаллизации металла    Ответы на контрольные вопросы  Выводы (что изучено и какие практические навыки приобретены) Контрольные вопросы: 1. В чем заключается сущность кристаллизации? 2. Чем определяются размеры формирующихся зерен металла? 3. Объясните, почему в поверхностных слоях металлического слитка (отливки) образуются мелкие зерна  металла, а в срединных слоях­ крупные? 4. Почему мелкозернистая структура металла предпочтительней крупнозернистой? 5. Определите в порядке убывания прочность частей литого колесного диска: ступица, спицы, обод (Рис. 3.). Рис. 3. Литой колесный диск Technic, 17 дюймов,  Хонда