Трудове навчання (технічні види праці). 8 клас. Лебедєв

ДОРОГІ ДРУЗІ!

У 8 класі ви продовжите вивчати складний світ техніки і технологій. Ви дізнаєтеся, як за допомогою технічного рисунку передати складну форму об'ємної деталі і зобразити її правильно на папері; вивчите ряд умовних позначень різьби та її елементів на креслениках окремих деталей; ознайомитесь із такими конструкційними матеріалами, як листовий метал та сортовий прокат, із сучасними методами обробки металів і сплавів, поповните свої знання з основ проектної діяльності.

Ви навчитесь визначати розміри виготовлених вами деталей за допомогою штангенциркуля — вимірювального інструмента, що забезпечує значно більшу точність вимірювань, аніж інструменти, якими ви користувалися раніше. Опануєте практичні прийоми роботи з новими для вас ручними інструментами для обробки листового металу та сортового прокату. За допомогою навчального матеріалу розділу «Технологія побутової діяльності» ви зможете навчитися вибирати одяг і взуття, доглядати за ними.

Налаштуватися на вивчення нового матеріалу вам допоможуть рубрики «Ви дізнаєтесь», «Пригадайте», розміщені на початку параграфів. Для того щоб перевірити і закріпити знання кожної теми, наприкінці параграфів подано рубрики «Чи добре засвоїли?», «Поясніть».

Також наприкінці кожного розділу ви матимете змогу закріпити набуті знання, скориставшись рубрикою «Підбиваємо підсумки». Тим, хто хоче знати більше, корисною буде інформація, подана в рубриках «Поглиб свої знання» та «Цікаво знати».

Виконання практичних робіт поглибить ваші знання про властивості матеріалів та прийоми їх обробки. Виконуючи практичні вправи та практичні роботи, будьте уважними, дотримуйтеся правил безпечної праці.

Бажаємо вам успіхів у навчанні!

Ваші автори

Вступ. Трудове навчання в школі

§ 1. Значення залізовуглецевих сплавів у житті людини

Ви дізнаєтесь

Про історію використання людиною залізовуглецевих сплавів; їх значення для розвитку сучасної техніки та технологій.

Пригадайте

Що вам відомо про метали та сплави, зокрема про способи отримання чавуну та сталі; значення цих матеріалів для розвитку людства?

Спробуйте уявити, якими були б сучасні машини та механізми, якби в основі їх конструкції були не метали (сталь, чавун, кольорові метали), а якісь інші відомі матеріали. Це під силу, мабуть, тільки вченим, які зараз шукають шляхи виходу людства з екологічної кризи, пов'язаної з браком енергетичних та сировинних ресурсів нашої планети.

Під час вивчення всесвітньої історії ви дізналися, що залізо відігравало і відіграє виняткову роль у розвитку матеріальної культури всього людства. Перше залізо, що потрапило до рук людини, було метеоритного походження. Кілька тисяч років тому людина помітила, що зі шматків залізної руди (легковідновлювальні руди), які випадково опинилися у багатті, виплавлялося залізо. Під час горіння багаття відновлення Феруму із залізної руди відбувається при температурі 700 °С за рахунок реакції руди як безпосередньо з вугіллям, так і з карбон(ІІ) оксидом (чадним газом), що утворюється під час горіння^*.

* З курсу хімії відомо, що, коли йдеться про атом простої речовини або про хімічний елемент, то вживають його назву, наприклад, Карбон. Коли згадується речовина, то вживають її назву, наприклад, вуглець. Щоб уникнути строкатості в позначеннях, далі будемо використовувати тільки звичні назви речовин.

Є припущення, що вперше людина використала залізо, виплавлене з руди, ще у 6 тис. до н. е. У перших пристроях (сиродутних печах) для виплавки заліза (при температурах до 1300 °С) його отримували у вигляді криці — шматка, не очищеного від різних домішок заліза пористої будови, який утворюється під час виплавляння сталі з руди.

Зі вдосконаленням печей для плавлення залізної руди окрім криці інколи отримували новий продукт — чавун, що виливався із печі. Отриманий при відхиленні сиродутного процесу від норми чавун вважався браком, тому що не піддавався куванню і був крихким. Однак згодом із чавуну навчилися виготовляти відливки, а пізніше — переплавляти його з рудою, випалювати вуглець і отримувати м'яке залізо.

Сучасна металургійна промисловість України виробляє багато марок сталі та чавунів як для побутової, промислової техніки, так і для космічної. Марка (від німецького marke — позначка) — знак, умовне позначення тощо (мал. 1).

Мал. 1. Приклад маркування сталевого прокату

Сталь (прокат, лиття та поковки) і чавун (відливки та напівфабрикати) найчастіше використовуються в машинобудуванні та будівництві. Головними критеріями якості сталевого прокату є його міцність та здатність до пластичної деформації — набуття певної форми під дією зовнішніх сил. Ці критерії суттєво впливають на металоємність машин, будівель і споруд. Завдяки міцності, жаростійкості та корозійної стійкості чавуну елементи з нього широко використовуються у машинах, будівлях та інженерних комунікаціях (зокрема, для спорудження тунелів метрополітену). Кожний виробник під час використання залізовуглецевих сплавів прагне скоротити витрати цієї досить дорогої сировини, максимально зменшуючи товщину сталевих панелей та перерізи несучих конструкційних елементів виробів та споруд, відлитих із чавуну (без негативних наслідків для міцності та довговічності виробу). Правильний вибір марки сталі або чавуну та конструкційних розмірів деталей, виготовлених із цих матеріалів, має виключно важливе економічне значення для будь-якого виробу сучасної промисловості. Цей вибір забезпечує високу надійність конструкції або споруди в разі оптимальних витрат на її будівництво.

Означення

Сортамент — сукупність видів, сортів, розмірів однорідних виробів або матеріалів — продуктів промислового виробництва.

Для отримання готової металопродукції з різними властивостями у металургійній промисловості використовують різні способи виробництва та обробки сталі й чавунів. Під час вибору залізовуглецевого сплаву для певної конструкції важливими є знання впливу способу виробництва і хімічного складу матеріалу.

Сортамент металопродукції визначається різноманіттям її складових і широким спектром властивостей, що ускладнює й одночасно розширює можливості вибору відповідного матеріалу для конкретного виробу.

Зокрема, сортамент металопродукції залежить від хімічного складу матеріалу, профілів та розмірів прокату (мал. 2).

Мал. 2. Сортамент труб круглого та прямокутного перерізу

У 6 класі ви вже ознайомилися з основними методами виплавляння залізовуглецевих сталей (мартенівський процес). Останніми роками широко застосовують методи виплавляння сталі без використання традиційних печей, що дає змогу істотно підвищити якісні характеристики металопродукції, до деякої міри зменшити вплив способу виробництва сталі на її якість. Підвищуючи якість металопродукції, її виробники враховують такі чинники.

Екологічні:

• необхідність раціонального та дбайливого ставлення до лісових ресурсів, застосування природоохоронних та природовідновлювальних заходів у місцях видобутку природних копалин (мал. 3), оскільки значна частина родовищ розташована в областях із високою лісистістю (Закарпатська, Івано-Франківська, Житомирська, Черкаська);

Мал. 3. Карта розміщення основних родовищ корисних копалин в Україні

• необхідність повторного використання в металургійній промисловості відходів інших промислових галузей;
• введення обов'язкової екологічної перевірки нової техніки, технологій та матеріалів, проектів на будівництво та реконструкцію, технічне переоснащення промислових та господарських об'єктів.

Технічний прогрес:

• створення нових замкнених, маловідходних і безвідходних технологій металургійного виробництва сталі;
• обробка сталі без використання печей для підвищення якості механічних властивостей і зменшення металомісткості виробів;
• автоматизація металургійного виробництва.

Енергетичний — створення безперервного металургійного виробництва з повторним використанням тепла різного виду для економії палива й поліпшення стану навколишнього природного середовища.

Техніко-економічні:

• полегшення конструкцій, підвищення їх довговічності та надійності;
• дотримання державних стандартів;
• раціональне використання рудних матеріалів, палива, напівфабрикатів.

Важлива властивість залізовуглецевих сплавів як одного з найпоширеніших конструкційних матеріалів — це можливість їх виготовлення із заздалегідь визначеними механічними властивостями та хімічним складом марки сталі, під час вибору якої враховують такі вимоги:

• первинні — визначені основними умовами експлуатації виробу, наприклад, корозійна стійкість суднобудівної сталі (мал. 4);

Мал. 4. Елементи конструкції судна, виготовлені з корозійностійкої сталі

• вторинні — визначені технологічними умовами виготовлення, наприклад, можливість здійснення якісного зварювання (мал. 5). Варто зауважити, що чавуни зварюванню практично не піддаються.

Мал. 5. Якість зварювального шва залежить від виду зварюваних сталей

Отже, знаючи характеристики матеріалу, із якого виготовлятимуть виріб або певну конструкцію, фахівець може остаточно вибрати марку сталі або чавуну. Під час вибору матеріалу враховують такі найважливіші властивості сталі:

а) фізичні — структурні (кристалічна будова); механічні; електричні (наприклад, електропровідність); магнітні (здатність до намагнічування); термічні (наприклад, лінійне розширення при нагріванні);

б) технологічні — здатність до обробки залізовуглецевого сплаву (плющення; обробка тиском; обробка різанням; хіміко-термічна обробка);

в) хімічні — стійкість до агресивних середовищ (наприклад, кислот); стійкість до атмосферного впливу.

Цікаво знати

Залізо як мікроелемент є в усіх тваринних і рослинних організмах у дуже малих кількостях (у середньому близько 0,02 %). В організмі людини, маса тіла якої 70 кг, міститься близько 4,2 г заліза, а в одному літрі крові — близько 450 мг. Добову потребу людини в залізі (6-20 мг) можна задовольнити їжею, наприклад, м'ясом, печінкою, яйцями, хлібом, шпинатом, буряком. Залізо також необхідне для розвитку рослин, тому існують мікродобрива, що містять залізо.

Спосіб одержання заліза з руди за допомогою сиродутного процесу (горно продувалося сирим холодним повітрям) було винайдено в Західній Азії у II тис. до н. е. Період із IX по VII ст. до н. е., коли в багатьох племенах Європи та Азії розвивалася металургія заліза, дістав назву залізного віку, який прийшов на зміну бронзовому. Удосконалення способів дуття (природну тягу замінили ковальські міхи, мал. 6) і підвищення висоти горна (з'явилися печі «домниці», мал. 7) дали змогу виплавляти чавун у Європі з XIV ст.

Мал. 6. Стародавні ковальські міхи в Бережанському краєзнавчому музеї

Мал. 7. Стародавня залізоплавильна піч «домниця»

Отриманий чавун переробляли на сталь. Із середини XVIII ст. у доменному процесі замість деревного вугілля почали використовувати кам'яновугільний кокс. Надалі способи одержання заліза з руд були значно вдосконалені. У наш час для цього використовують спеціальне обладнання — домни, кисневі конвертери, електродугові печі.

Чи добре засвоїли?

• 1. Із чого людство вперше отримало залізо?
• 2. Що є сировиною для отримання заліза?
• 3. У вигляді яких напівфабрикатів сучасне машинобудування та будівництво отримують залізовуглецеві сплави?
• 4. Які вимоги та характеристики залізовуглецевих сплавів має враховувати виробник металопродукції?

Поясніть

• 1. Як, на вашу думку, впливає видобуток корисних копалин у регіоні на його екологічний стан?
• 2. Назвіть властивості сталі, вироби з якої використовують у вологому середовищі.
• 3. Як впливає здатність сталей розширюватися під час нагрівання на параметри машин та механізмів, виготовлених із них?