Задания на лабораторную работу
3.1 По теоретической части: изучить физические свойства различных конструкционных материалов и ознакомиться с методикой косвенных измерений.
3.2 По практической части: сделать прямые однократные измерения массы и размеров образцов и на основании полученных данных рассчитать плотность (произвести косвенное измерение плотности) каждого образца.
Порядок выполнения работы
1) Измерить штангенциркулем размеры (длину, ширину, высоту, диаметр) образца №1 с точностью 0,1 мм и записать каждое значение с погрешностью измерения 
0,05 мм, например: 25 
0,05, то есть максимальный размер составит 25,05 мм, а минимальный размер составит 24,95 мм.
2) Зарисовать образец и проставить размеры на эскизе.
3) Рассчитать максимальный объём образца VMAX (мм3), ставя в формулы максимальные размеры, а также минимальный объём образца VMIN (мм3) ставя в формулы минимальные размеры, по формулам расчёта объёмов тел [2, табл. 12, с. 49-50].
4) Измерить массу образца на электронных весах с точностью 10 грамм и записать значение с погрешностью измерения 
5 грамм, например: 310 5 грамм, то есть максимальная масса составит 315 грамм, а минимальная масса составит 305 грамм.
5) Определить соответственно максимальную ρMAX и минимальную ρMIN плотности (г/мм3) образца по формуле:
ρ = m / V,
где m – масса образца, г;
V – объём образца, мм3.
6) Записать среднее значение: ρСР = 0,5(ρMAX + ρMIN )
7) Оценить абсолютную и относительную погрешности результатов косвенных измерений плотности.
Абсолютную погрешность (г/мм3) рассчитывают по формуле:
∆ρ = ρMAX – ρMIN,
Относительную погрешность (%) рассчитывают по формуле:
ε = 100 ∆ρ/ρMAX .
8) Результат косвенных измерений записать следующим образом:
ρ =(ρСР ∆ρ/2) г/мм3.
9) Перевести единицы измерения плотности г/мм3 в кг/м3, умножив расчётное значение плотности ρСР на коэффициент перевода 106.
10) Зная величину плотности образца, по справочной литературе определить из какого типа конструкционных материалов изготовлен образец [2, табл. 26, с. 86].
11) Выполнить подпункты с 1) по 9) с образцами №2 и №3.
12) Построить график зависимости величины плотности от типа конструкционных материалов, откладывая по оси ординат величину плотности ρ в кг/мм3, а по оси абсцисс материалы в порядке возрастания их плотности (рисунок 2.6).
5 Сделать вывод: какие виды конструкционных материалов из исследованных имеют большую плотность, какие меньшую?
ρ, кг/м3
пластмасса древесина сплав ... Вид материала
Рисунок 2.6 – График плотности видов конструкционных материалов
6 Содержание отчёта по пунктам
Пункт 1: Цель работы.
Пункт 2: Перечень принадлежностей.
Пункт 3: Порядок выполнения работы.
Пункт 4: Рисунок 1 – Эскиз внешнего вида и размеров образцов.
Пункт 5: Расчёты и характеристики плотности, определённые по справочникам.
Пункт 6: Рисунок 2 – График плотности видов конструкционных материалов.
Пункт 7: Вывод.
Контрольные вопросы
1 Что означает термин «материал»?
2 Что означает термин «конструкционный»?
3 Что называют плотностью материала?
4 В каких единицах измеряется плотность?
5 Поясните на рисунке 2.6 значение каждого из трёх прямоугольников.
6 Расскажите классификацию конструкционных материалов.
7 К каким видам по классификации конструкционных материалов относятся измеренные образцы?
Кроме означенных выше вопросов необходимо быть готовым к ответу на вопросы по содержанию рисунков, по ходу выполнения работы и правилам техники безопасности при её выполнении.
2.7 Практическое занятие №1:
семинар «Свойства конструкционных материалов»
(2 часа)
На семинаре обсуждаются следующие вопросы.
1 Какое свойство называют «цвет»? Разделение сплавов металлов по цвету.
2 Что такое «плотность»? Разделение конструкционных материалов по плотности.
3 Какое свойство называют «температура плавления»? Какие вещества и материалы имеют температуру плавления?
4 Что такое «теплопроводность»? Разделение конструкционных материалов по теплопроводности.
5 Какое свойство называют «тепловое расширение»? Разделение конструкционных материалов по тепловому расширению.
6 Что такое «электропроводность»? Какие материалы имеют электропроводность?
7 Какое свойство называют «химическая стойкость»?
8 Какое свойство называют «коррозионная стойкость»?
9 Что такое «прочность»? Разделение конструкционных материалов по прочности.
10 Какое свойство называют «пластичность»? Какие материалы имеют пластичность?
11 Что такое «твёрдость»? Разделение конструкционных материалов по твёрдости.
12 Какое свойство называют «упругость»? Какие материалы имеют упругость?
13 Какое свойство называют «ударная вязкость»? Разделение конструкционных материалов по ударной вязкости.
14 Что такое «выносливость»? Какие материалы подвержены разрушению из-за низкой выносливости?
15 Что такое «ковкость»? Какие материалы имеют ковкость?
16 Что такое «жидкотекучесть»? Разделение конструкционных материалов по жидкотекучести.
17 Что такое «усадка»? Какие материалы подвержены усадке?
18 Какое свойство называют «свариваемость»? Какие вещества и материалы имеют это свойство?
19 Какое свойство называют «обрабатываемость резанием»? Разделение конструкционных материалов по обрабатываемости резанием.
20 Что такое «износостойкость»? Разделение конструкционных материалов по износостойкости.
21 Что такое «жаростойкость»? Какие вещества и материалы имеют это свойство?
22 Что такое «хладностойкость»? Какие вещества и материалы имеют это свойство?
23 Что такое «жаропрочность»? Какие вещества и материалы имеют это свойство?
24 Что такое «антифрикционность»? Какие вещества и материалы имеют это свойство?
Ход обсуждения: преподаватель задаёт студентам вопрос: желающие отвечают. Если нет желающих, преподаватель спрашивает по списку. Для зачёта по семинару необходимо ответить на два вопроса не менее.
3 МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Чистые металлы не во всех случаях имеют необходимую степень тех свойств, которые требуются для деталей, работающих в экстремальных условиях: под нагрузкой, в агрессивной среде или при высоких температурах. Например, чистое железо (Fe) имеет невысокие прочность σВ = 300 МПа и коррозионную стойкость, что совершенно недостаточно для соответствия условиям эксплуатации современных машин; и высокие пластичность и температуру плавления 1539 °С, но первое свойство оптимально для изготовления заготовок пластическим деформированием, а второе не оптимально для изготовления заготовок литьём.
К металлическим конструкционным материалам относят сплавы железа с другими элементами – стали и чугуны, а также, аналогично, сплавы магния, сплавы алюминия – дуралюмины и силумины, сплавы титана, сплавы меди – латуни и бронзы.
Сталь является наиболее широко применяемым сплавом ввиду своей экономичности в производстве, и ниже приведены определение этого термина и классификации её видов.
Сталью называют сплав железа (Fe) с углеродом (C), содержание углерода в котором не более 2,14% от общего объёма. Остальной объём сплава занимают железо и различные полезные добавки (легирующие элементы) и вредные примеси.
По назначениюстали бывают конструкционные, инструментальные и специальные. Названия говорят за себя:
конструкционные применяются для изготовления деталей машин, механизмов, изделий, а так же механических и строительных конструкций;
инструментальные – для инструментов мерительных, режущих, монтажных;
специальные стали: каждая из них имеет свои особые отличительные свойства, требующиеся в экстремальных условиях эксплуатации, таких как высокая температура, высокие нагрузки, агрессивная окружающая среда.
По химическому составу: углеродистые, которые состоят только из железа, углерода и какой-то доли вредных примесей, и легированные, в которые для улучшения свойств при плавке вводят легирующие элементы (в основном чистые металлы).
По содержанию углерода стали бывают низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые:
низкоуглеродистые – до 0,3 % С. Это – мягкие стали. Они имеют невысокую твёрдость и не поддаются термообработке, но хорошо свариваются, что обеспечивает прочность сварного шва на уровне основного металла деталей;
среднеуглеродистые – 0,3...0,7% С. Это – прочные стали. Они приобретают высокую прочность, среднюю твёрдость и достаточную упругость после различных видов термической обработки (чем выше содержание углерода в стали, тем выше их твёрдость и упругость);
высокоуглеродистые – свыше 0,7% С. Это – твёрдые стали. Они приобретают высокую твёрдость и среднюю прочность после различных видов термообработки (чем больше содержание углерода, тем выше твёрдость), но с высокой твёрдостью появляется хрупкость.
По качеству
Под качеством понимают как можно меньшее содержание в сталях вредных примесей серы (придаёт стали красноломкость) и фосфора (придаёт стали хладноломкость): чем их меньше, тем ниже хрупкость стали в горячем и холодном состояниях.
По качеству стали делят на следующие категории:
обыкновенного качества, обладающие заниженной прочностью, значительной хрупкостью, но наиболее экономичные из всех видов сталей. Обозначается буквами «Ст» впереди цифры марки стали;
качественные, применяемые для общего машиностроения, так как имеют оптимальное сочетание высокой прочности, невысокой хрупкости и достаточной твёрдости и экономичности. Марка обозначается числом из двух цифр;
высококачественные, обладающие значительной прочностью и минимальной хрупкостью, но стоимость их на порядок выше.
Обозначение, что сталь является высококачественной, ставится в конце марки стали в виде прописной буквы «А» (если «А» в обозначении марки стали стоит впереди, то сталь – автоматная, то есть для обработки на металлорежущих станках-автоматах, она имеет повышенное содержание фосфора для хрупкости);
особовысококачественные – высокопрочные и нехрупкие, применяемые в медицине, самолётостроении и космонавтике, но и самые дорогие по стоимости. Обозначение, что сталь является особовысококачественной, ставится в конце марки стали в виде прописной буквы русского алфавита «Ш» и читается «ша» (если «Ш» в обозначении марки стали стоит впереди, то сталь – износостойкая (шарикоподшипниковая).