Какие свойства металлов или сплавов лежат в основе образования

Металлические изделия и детали используются в разных сферах промышленности. Существует множество видов металлов и каждый из них обладает сильными и слабыми сторонами. При изготовлении деталей для машин, самолётов или промышленного оборудования мастера обращают внимание на характеристики материала. Поэтому требуется знать свойства металлов и сплавов.

Свойства металлов и сплавов

У металлов есть признаки, которые их характеризуют:

1. Высокие показатели теплопроводности. Металлические материалы хорошо проводят электричество.
2. Блеск на изломе.
3. Ковкость.
4. Кристаллическая структура.

Не все материалы прочные и обладают высокими показателя износоустойчивости. Это же касается плавления при высоких температурах.

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Основные виды сплавов

Человечество знакомо с различными металлическими сплавами. Самыми многочисленными из них являются соединения на основе железа. К ним относятся ферриты, стали и чугун. Ферриты имеют магнитные свойства, в чугуне содержится более 2,4% углерода, а сталь — это материал с высокой прочность и твердостью.

Отдельное внимания требуют металлические сплавы из цветных металлов.

Производство стали

Цинковые сплавы

Соединения металлов, которые плавятся при низких температурах. Смеси на основе цинка устойчивы к воздействию коррозийных процессов. Легко обрабатываются.

Алюминиевые сплавы

Популярность алюминий и сплавы на его основе получили во второй половине 20 века. Этот материал обладает такими преимуществами:

1. Устойчивость к низким температурам.
2. Электропроводность.
3. Малый вес заготовок в сравнении с другими металлами.
4. Износоустойчивость.

Однако нельзя забывать про то, что алюминий плавится при низких температурах. При температуре около 200 градусов характеристики ухудшаются.

Алюминий применяется при изготовлении комплектующих к машинам, производстве деталей для самолётов, составляющих промышленного оборудования, посуды, инструментов. Не многие знают, что алюминий популярен в сфере производства оружия. Связано это с тем, что детали из алюминия не искрят при сильном трении.

Чтобы увеличить прочность детали, алюминий смешивают с медью. Чтобы заготовка выдерживала давление — с марганцем. Кремний добавляют, чтобы получить обычную отливку.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди — марки латуни. Из этого материала изготавливаются детали высокой точности, так как латунь легко обрабатывать. В составе сплава может содержаться до 45% цинка.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

• прочность;
• твердость;
• пластичность;
• вязкость;
• хрупкость;
• устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

1. Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
2. Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
3. Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
4. Обработка режущим инструментом.
5. Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации. При обработке материалов также важно знать его характеристики.

Цели:

• Образовательные: Способствовать
  запоминанию основной терминологии, формированию
  представления о металлах, их свойствах и области
  применения.
• Развивающие: Способствовать формированию
  и развитию познавательного интереса учащихся к
  предмету.
• Воспитательные: Способствовать
  формированию и развитию нравственных,
  эстетических, экономических качеств личности.

Тип урока: комбинированный.

Формы организации учащихся на уроке: фронтальная
и групповая работа.

Методы обучения: проблемное изложение,
практическая работа.

Методическое оснащение урока:

• Наглядные пособия: презентация “Свойства
  металлов и сплавов”, образцы металлов и сплавов.
• Раздаточный материал: комплекты металлов и
  сплавов (для работы в группах).

Оборудование: Ноутбук, проектор, верстаки
универсальные.

Межпредметные связи: Окружающий мир.

Ход урока

Организационный момент (3 мин.)

1. Приветствие учащихся
2. Проверка посещаемости и готовности к уроку.
3. Домашнее задание: записи в тетради,
   исследовательская работа в тетради
   “Металлургия в древности”.
4. Организация рабочего места: распределение по
   группам (с учетом возможностей и способностей
   учащихся).

Мотивация учебной деятельности (5 мин.)

За время обучения в школе вы узнали много
нового.

Вопрос: Давайте попробуем перечислить что вы
узнали в 6 классе.

Ответы обучающихся.

На уроках технологии мы изучили технологию
обработки древесины и металла, научились
работать инструментами для их обработки. Мы
теперь можем пилить, строгать, наносить разметку,
сверлить править и гнуть металл, обрабатывать
его. Но что общего между металлом и древесиной? А
чем они различаются между собой? Почему в
современном обществе металл стал более
распространённым чем древесина.

Вопрос: давайте попробуем вспомнить где металл
заменил древесину?

Ответы обучающихся.

Вопрос: Скажите, а что нам необходимо для того
знать чтобы была возможна замена одного
материала другим?

Ответы обучающихся.

Вот поэтому сегодня мы и познакомимся со
свойства металлов и их сплавов. (сообщение темы и
цели урока).

Демонстрация презентации (слайд №1)

III. Активизация познавательной
деятельности обучающихся (10 мин.)

Учащиеся, работая в группах, получают задание:
перечислить изделия изготовленные из различных
металлов и сплавов.. Учитывается количество
названных изделий с указанием материала его
изготовления. Проверка проводится поочередным
названием изделий. Победившая группа получает
дополнительный бал к итоговой оценке.

IV. Теоретическая часть (22 мин .)

Изложение программного материала.

Учитель: Сейчас мы перечислили
изделия и материалы из которых они были
изготовлены. А как вы думаете почему в одних
изделия были применены цветные металлы, в других
сплавы? И почему наиболее распространены черные
сплавы.

Ответы обучающихся.

Учитель: Попробуем разобраться в этом.

Свойство – сторона предмета, которая
обусловливает его различие или сходство с
другими предметами и обнаруживается в его
отношении к ним.

• Физические – отличительные стороны материалов,
  которые проявляются при взаимодействии их с
  окружающей средой.
• Механические – отличительные стороны
  материалов, которые проявляются в способности
  сопротивляться воздействию внешних
  механических усилий.
• Технологические – способность материалов
  подвергаться обработке.
• Химические – способность материалов
  взаимодействовать с окружающей средой при
  различных температурах (окисляемость,
  растворимость, коррозионная стойкость и др.)

(слайд №2)

• Термины “физический” и “механический”
  происходят от греческих слов, означающих
  соответственно “природа” и “орудие, машина”.
• Термин “химический” произошёл от
  древнелатинского слова “алхимия” (наука о
  веществах и их превращениях). (слайд №3)

Физические свойства (слайд №4 )

Учитель: Какими свойствами обладает
древесина и металлы? Давайте попробуем их найти.

Ответы обучающихся.

Работа проводится с помощью интерактивной
доски, где учащимся предлагают, определить
какими физическими свойствами обладают металлы
и древесина (соединить при помощи маркера)

Правильные ответы на слайде №5.

Рассмотрим более подробно физические свойства
металлов и их сплавов (слайд №6 )

Высокой плотностью обладает свинец ( плотнее
железа в 1.43 раза), низкой- магний и алюминий (
плотность по сравнению с железом ниже
соответственно в 4,51 и 2,91 раза). Медь плотнее
железа в 1,13 раза.

Высокая теплопроводность у меди и алюминия
(выше по сравнению с железом соответственно в 7,00
и 3,42 раза), низкая у свинца (ниже чем у железа в 1,66
раза).

Учитель: Какие физические свойства
присущи только древесине? Давайте попробуем их
найти.

Ответы обучающихся.

Учитель: В ходе ответов были озвучены
механические свойства. (слайд №7)

Они учитываются при обработке материалов и их
практическом использовании. Показатели
механических свойств – предел прочности при
растяжении (временное сопротивление) –
отношение наибольшей нагрузки на материал к
площади его поперечного сечения, измеряется в Па
или МПа;

– относительное удлинение – отношение
увеличения длины образца после разрыва (при
испытаниях на растяжение) к его первоначальной
длине (в%).

(слайд №8)

Происхождение терминов: Термин “упругость”
впервые ввел в употребление великий русский
ученый М.В.Ломоносов. Термин “пластичность”
происходит от греческого слова, означающего
“лепной, скульптурный”.

Учитель: Давай те попробуем
определить какие предметы обладают данными
свойствами ?

Ответы обучающихся.

Закрепление полученных знаний по разделу
механические свойства металлов и сплавов проводится
с помощью интерактивной доски (слайд№ 14), где
учащимся предлагают, определить какие предметы
обладают данными свойствами. ( сортируя предметы
при помощи маркера).

 Правильные ответы на слайде №15.

Учитель: Ребята, давайте попробуем
определить какими технологическими свойствами
обладают металлы и их сплавы.

VI. Практическая работа по изучению
технологических свойств. (25 минут) (слайд №16)

В данном разделе необходимо объяснить
учащимся, с какой целью в стадии выплавки
формируют технологические свойства металлов и
их сплавов.

Учащиеся работают в группах и заполняют
таблицу в процессе ознакомлением с
технологическими свойствами пробуют
самостоятельно дать определения.

Образец таблицы

Ответы обучающихся.

Демонстрация презентации (слайд 17-21).

Ответы учащихся:

VI. Контроль усвоения нового теоретического
материала (5 мин.)

Учитель: Давайте ребята попробуем
теперь подвести итог нашей работы.

Закрепление материала (слайд №28)

1. Какие свойства называются “Физическими”?
2. Какие свойства называются “Механическими”?
3. Какие свойства называются “Химическими”?
4. Какие свойства называются “Технологическими”?
5. Перечислите основные физические свойства
   металлов.
6. Перечислите основные механические свойства
   металлов.
7. Перечислите основные технологические свойства
   металлов.
8. Как можно повысить коррозионную стойкость
   металлов?

VII. Заключительный инструктаж (5 мин.)

1. Задание на дом:
2. Уборка рабочих мест

VIII. Подведение итогов (5 мин.)

1. Команде набравшей большее количество баллов
   выставляю оценки за теоретический материал в
   журнал.
2. Сообщение о достижении цели урока.
3. Обратить внимание учащихся на допущенные
   ошибки, объяснить их причины.
4. Отметить наиболее активных учащихся