Формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7-9-х класів

Дипломна робота освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр»

на тему:

Формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9-х класів

Вступ матеріалознавство трудовий навчання У національній доктрині розвитку освіти у ХХІ столітті зазначено: «Головна мета української системи освіти — створити умови для розвитку і самореалізації кожної особистості як громадянина України…», а Закон України «Про загальну середню освіту» стверджує: «Завдання загальної середньої освіти є формування особистості учня, розвиток його здібностей і обдарувань».

Становлення української демократичної держави, побудова громадянського суспільства передбачають зміни у системі освіти України, що потребує переорієнтації навчального процесу на особистість громадянина. Про це йдеться в Державній програмі «Відродження села — справа молодих», в Указі Президента України «Про державну підтримку підготовки фахівців для сільської місцевості». В галузі освіти, як стратегічний напрямок підвищення освітнього та культурного рівня фахівців, передбачається перехід до гнучкої системи їх підготовки на основі гуманістичних принципів. Важливими шляхами реалізації ідей гуманістичної парадигми освіти є впровадження інформаційно комунікаційних технологій навчання, максимальна індивідуалізація навчального процесу, створення умов для самонавчання і саморозвитку студентів, осмисленого визначення ними своїх можливостей і життєвих цінностей.

Трудове навчання є важливим засобом всебічного розвитку учнів, якщо воно по будовано правильно, з врахуванням вікових та фізіологічнихм особливостей учнів. Дослідження, проведені лікарями, показали, що чергування практичної роботи в майстернях з аудиторними заняттями в класі підвищує працездатність учнів, завдяки зміни виду діяльності та позитивно впливає на розвиток практичних вмінь та навичок. Під час занять з трудового навчання фізична діяльність учнів поєднується зрозумовою, адже учням доводиться розв’язувати цілий ряд творчих завдань, включаючи такі, як конструювання виробів, розробка технології їх виготовлення та ін. При цьому учні застосовують свої знання з основ науки технології матеріалів, а також набувають нових знань. Таким чином, трудове навчання супроводжується напруженою розумовою діяльністю, щосприяє розвитку розумових здібностей учнів.

В процесі трудового навчання створюються умови й для морального виховання. Створюючи корисні речі, беручи участь в продуктивній праці, учні відчувають себе учасниками виробництва. Вони починають по справжньому розуміти значення багатьох професій в нашому житті і поважати людей — представників цих професій, і роблять деякі висновки стосовно вибору своїх майбутніх професій.

Вивчення основ матеріалознавства є дуже важливим у вивчені трудового навчання. Соціально-економічні зміни у державі зумовлюють необхідність удосконалення традиційних форм і методів підготовки учнівської молоді до самостійного вибору майбутньої професії. При цьому слід зважити на те, що сучасний ринок праці потребує висококваліфікованих фахівців в обраній ними сфері професійної діяльності, які здатні до мобільного, ділового реагування, самостійного прийняття рішень щодо вибору напряму подальшого професійного зростання. [20]

Основна мета освітньої галузі «Технологія» відповідно до Державного стандарту полягає у формуванні технічно, технологічно освіченої особистості, підготовленої до життя та активної трудової діяльності в умовах сучасного високотехнологічного інформаційного суспільства. Це особливо стосується такого визначального періоду в житті молодої людини, як старший підлітковий вік, коли інтенсивно формується особистісне і професійне самовизначення школярів.

Важливе місце у системі технологічної підготовки учнів 7−9 класів загальноосвітніх навчальних закладів займає вивчення основ матеріалознавства, яке є основою технологічної підготовки учнів для успішного вивчення ряду спеціальних дисциплін під час здобуття машинно, приладобудівних та механічних спеціальностей технологічних факультетів, ці знання потрібні кожному у повсякденному житті.

В процесі вивчення даного курсу інтегруються знання із різних загальноосвітніх предметів: фізики, хімії, географії, економіки, математики та ін.

Зміст вивчення основ матеріалознавства забезпечує формування технічно, технологічно та економічно освіченої особистості, оволодіння нею загальними відомостями про способи виробництва металевих і неметалевих конструкційних матеріалів, їх будову, властивості й методи обробки для одержання заготовок, готових деталей або виробів будь-якого призначення, в тому числі найсучасніших.

Актуальність проблеми, основи матеріалознавства вивчаються учнями 5−9 класів за новою програмою 2012 року, дана тема є досить важливою, можна сказати що вона є базою, недостатнє висвітлення основ матеріалознавства в науковій літературі щодо трудового навчання, а також потреба у високоосвічених фахівцях зумовили вибір теми бакалаврської роботи «Формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів на уроках трудового навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій».

Мета роботи — теоретично обґрунтувати та розробити методику формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів на уроках трудового навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій та перевірити її ефективність на практиці.

Об'єктом дослідження є процес трудового навчання учнів основної школи.

Предметом дослідження є методика формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів на уроках трудового навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій.

Гіпотеза дослідження — якщо в процесі трудового навчання в учнів сформувати знання і вміння з основ матеріалознавства з використанням інформаційно-комунікаційних технологій, які допоможуть учням в подальшому навчанні в вищих навчальних закладах, професійних училищах, при здобуті професії.

Для реалізації поставленої мети та гіпотези передбачено вирішення таких завдань дослідження:

1) з’ясувати сучасний стан формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів;

2) розкрити сутність основ матеріалознавства та визначити його зміст для учнів 7−9 класів;

3) визначити сутність інформаційно-комунікаційних технологій та розробити їх систему для формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів;

4) розробити методику формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7- 9-х класів;

5) експериментально перевірити ефективність розробленої методики формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7 класу на уроках трудового навчання;

6) розробити методичні рекомендації для вчителів трудового навчання щодо формування знань і вмінь з основ матеріалознавства учнів 7−9-х класів в процесі трудового навчання;

7) проаналізувати умови праці в кабінетах, майстернях, лабораторіях з технологічним устаткуванням;

8) проаналізувати правила техніки безпеки в кабінетах, майстернях, лабораторіях з технологічним устаткуванням.

Методи дослідження:

— теоретичні: аналіз філософської, психолого-педагогічної, технічної й методичної літератури, навчально-програмної й нормативної документації із загальної освіти;

— емпіричні: спостереження, тестування, анкетування, вивчення продуктів діяльності учнів, педагогічний експеримент;

— методи математичної статистики для обробки результатів педагогічного експерименту: .

Етапи виконання роботи:

— І етап (вересень — жовтень 2013) — проведення обґрунтування теми роботи, визначення наукового апарату роботи, розкриття знань і вмінь з основ матеріалознавства та їх змісту для 7−9-х класів, з’ясування та підбір необхідних інформаційно-комунікаційних технологій для вивчення даної теми у процесі трудового навчання;

— ІІ етап (листопад 2013; березень 2014) — розробка методики формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9-х класів з використанням інформаційно-комунікаційних технологій, планування експериментальної роботи з перевірки ефективності розробленої методики, проведення експериментальної роботи в школі;

— ІІІ етап (березень — травень 2014) — обробка та інтерпретація результатів експериментального дослідження, підготовка доповіді за результатами дослідження на звітну наукову конференцію РДГУ, оформлення дипломної роботи та підготовка методичних рекомендацій для вчителя трудового навчання, підготовка до захисту дипломної роботи в ДЕК.

Теоретичне значення дослідження полягає в тому, що визначено сутність та розроблено систему формування знань і вмінь з основ матеріалознавства з використанням інформаційно-комунікаційних технологій в процесі трудового навчання.

Практичне значення дослідження розроблено методику формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9-х класів з використанням інформаційно-комунікаційних технологій в процесі трудового навчання.

База дослідження: основна дослідно-експериментальна робота проводилась в ЗОШ № 22 м. Рівне у 7-х класах.

Апробація дослідження: основні положення дипломної роботи розглядалися на науковому семінарі кафедри технологічної і графічної освіти та професійної орієнтації (грудень 2013) та на звітній науковій конференції викладачів, співробітників, докторантів та студентів РДГУ за 2013 рік (березень 2014).

Структура роботи: бакалаврська робота складається із вступу, трьох розділів, висновків за розділами, загальних висновків, списку основної використаної літератури, додатка.

Розділ І. Теоретичні основи формування знань і вмінь з основ матеріалознавства в учнів 7−9 класів на уроках трудового навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій

1.1 Сучасний стан вивчення основ матеріалознавства в процесі трудового навчання в основній школі

Сучасний розвиток суспільства і виробництва потребує від вчителів формувати в учнів не тільки техніко-технологічні знання і навички користуватися інструментами, але й вміння застосовувати ці знання, вміння використовувати сучасні технології.

У відповідності до цього змінюються традиційні підходи до змісту освіти і, зокрема, в трудовому навчанні учнів. Трудове навчання — загальноосвітній предмет, який становить основу предметного наповнення освітньої галузі «Технологія». Під час вивчення розділу «Основи матеріалознавства» учні ознайомляться з тими матеріалами та їх властивостями, які будуть використовувати в роботі під час освоєння обраного блоку. 12]

Матеріалознамвство — міждисциплінарна галузь науки, яка вивчає залежність між хімічним складом, будовою і властивостями матеріалів, а також впливом на їх будову і властивості теплових, хімічних, електромагнітних та інших факторів.

Матеріалознавство об'єднує методи фізики й хімії для розробки й впровадження новітніх матеріалів у промислове виробництво. Сучасна техніка, зокрема машини, характеризується складними умовами роботи (високі питомі навантаження, високі швидкості відносного переміщення, високі та низькі температури, агресивні середовища, вакуум та ін.). Ці умови вимагають застосування таких матеріалів, які в даних умовах забезпечили б довговічність, надійність деталей машин, механізмів в цілому, а також різного інструменту у поєднанні з невисокою вартістю.

Матеріалознавство зародилося з металургії, але в сучасну еру область дослідження розширилася, включаючи сплави й композитні матеріали, кераміку, полімери, біоматеріали тощо.

Мета дисципліни — пізнання властивостей матеріалів в залежності від складу і виду обробки, методів їх зміцнення для найефективнішого використання в техніці, а також створення матеріалів з наперед заданими властивостями: з високою міцністю чи пластичністю, з доброю електропровідністю, великим електричним опором або спеціальними магнітними властивостями, а також, поєднання різних властивостей в одному матеріалі (композиційні матеріали). Головним завданням цієї дисципліни є набуття знань та навичок по оцінці властивостей матеріалів, раціональному і доцільному вибору їх для конкретних умов роботи, вміння застосовувати ефективні технологічні методи обробки та зміцнення, які б привели в результаті до здешевлення виробів, зменшення витрат матеріалів з одночасним збільшенням терміну експлуатації.

У грудні 2009 року Л. В. Ажаман з власного досвіду пише, що за сучасного стану розвитку механізації й автоматизації технологічних процесів виробництва кожній людині незалежно від місця роботи або навчання доводиться матисправу з конструкційними матеріалами і їх використанням. Тому для вирішення виробничих питань і треба знати ці матеріали, способи їх добування й обробки. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів є комплексною дисципліною, яка містить у собіосновні відомості про способи добування металевих і неметалевих конструкційних матеріалів, що використовуються в різних галузях народного господарства, їхбудову, властивості та методи обробки для виготовлення заготовок, готових деталей або виробів різкого призначення.

Відповідно до навчального плану за новою програмою в загальноосвітніх школах в кожному класі вивчають основи матеріалознавства.

Реалізація змісту цієї програми повинна забезпечувати вирішення таких завдань:

· виховання активної життєвої позиції адаптивності, готовності до безперервної професійної освіти, конкурентної боротьби на ринку праці, потреби ініціативна включатися в систему нових економічних відносин, у підприємницьку діяльність;

· створення умов для професійного самовизначення, обґрунтованого вибору професії з урахуванням власних здібностей, уподобань та інтересів;

· ознайомлення учнів із місцем і роллю інформаційнокомутаційних технологій, у сучасному виробництві. 21]

Також у жовтні 2013 року в журналі була опублікована стаття О.А. Лабузa, в даній статі наведено урок матеріалознавства в 5 класі. В даній статі розглянуто і наведено різні методи проведення уроку відповідно до віку учнів, а саме вправа «Мозковий штурм», ігровий прийом «Руки вгору», гра «Мозаїка». 22]

Отже провівши аналіз сучасного стану вивчення основ матеріалознавства на уроках трудового навчання ми бачимо, що тема «Основи матеріалознавства» яка вивчається в школі за новою програмою з трудового навчання 2012 року не достатньо вивчена і досліджена, саме тому ми вирішили дослідити дану тему дипломній роботі.

1.2 Сутність знань і вмінь з основ матеріалознавства та їх зміст в трудовому навчанні для 7−9-х класів Ні одна діяльність не може бути успішною, якщо виконавець не знає, що і чому потрібно здійснювати, в якій послідовності, з чого починати і який результат отримати. Навіть сама проста робота потребує таких попередніх знань, а тим більш складна, із застосуванням технічних засобів виробництва. Чим сильніші технічні засоби і складніша виробнича діяльність, тим більше треба знань для її практичного здійснення.

Знання — це система понять про предмети і явища, які засвоєні в результаті сприйняття, аналітико-синтетичного мислення, запам’ятовування і практичної діяльності. 26]

За своєю якістю і змістом знання можуть бути систематичними і безсистемними, теоретичними і практичними, широкими і вузькими, глибокими і поверхневими, гнучкими і шаблонними, міцними і нестійкими.

Систематичні знання являють собою строго виправдану систему тісно взаємопов'язаних понять, найбільш зручну для засвоєння, зберігання в пам’яті і практичного використання в житті і діяльності. Такою системою є система понять, яка побудована за формулою: сутність — склад — будова — використання. Стосовно до знань будь-якого матеріального предмету, складної машини чи її деталі ця формула є більш розгорнутою: назва і призначення — принцип дії - частини та їх взаємозв'язки — технічні дані і параметри — правила використання — можливі несправності та способи їх усунення — догляд і збереження. 26]

У цій системі знань нічого не можна пропускати чи міняти місцями без шкоди для сприйняття, осмислення, запам’ятовування і використання на практиці, тому вона побудована за законами логіки і психології. Знання не можуть бути систематичними, якщо, наприклад, зрозумілі склад, будова і використання, але невідома суть, або зрозумілі суть, склад і будова, але є незрозумілим використання. Розрізнені знання машини, наприклад, її конструкції без розуміння принципу дії також будуть вкрай поганими, нестійкими і малокорисними. Так, не знаючи принципу дії машини, не можливо зрозуміти як вона працює. Не знаючи принципової схеми електронного приладу, неможливо зрозуміти його будову.

Теоретичні і практичні знання протилежні не за якістю, а за змістом, але разом з тим вони мають тісний взаємозв'язок, особливо в трудовому і початковому професійному навчанні та виробничій діяльності, де вимагаються теоретичні і практичні знання. Науково-технічний прогрес лише міняє їх питому вагу і значення в підготовці кваліфікованих робітників.

Практичні знання відображають зв’язки і відношення предметів і явищ, які безпосередньо включені в практичну діяльність. Протягом століть, коли продуктивна праця була простою і в ній використовувались лише примітивні технічні засоби, практичні знання набувались робітниками в процесі самої праці. В міру ускладнення технічних засобів виробництва значення практичних знань зростало; набуття їх учнями стало одним з найважливіших завдань трудового і проіесійного, але по суті все ще ремісничого навчання. Але із застосуванням механізації виробничих процесів одних лише практичних знань було вже недостатньо; вимагалися, поки що незначною мірою, теоретичні знання. А з появою на виробництві автоматичних засобів значення теоретичних знань зросло так, що вони стали головними в підготовці сучасних кваліфікованих робітників. 26]

Теоретичні знання відображають не безпосередні чуттєві властивості предметів, а їх загальні об'єктивні відношення. Вони відображають досвід, який систематизує загальні, суттєві для пізнавальної і практичної діяльності людини властивості реальності, є системою понять, які збагачують досвід, відкривають об'єктивні закони і закономірності, з яких виділено принципи і правила. При цьому поняття не просто «виводяться з досвіду», а створюються, конструюються, щоб досягти максимальної організації інформації яка є в наявності, і виражаються в принципах, правилах, принципових схемах, рівняннях і формулах. 26]

Зростаюча роль теоретичних знань в підготовці кваліфікованих робітників пояснюється тим, що сучасні технічні засоби і технологія виробництва настільки складні і різноманітні, а в подальшому будуть ще складнішими, що вивчити їх індуктивним шляхом (від часткового до загального) вже надзвичайно важко, а деякі і неможливо. Більш вигідний дедуктивний шлях (від загального до часткового), за загальним принципом: від змістовного загального до явного часткового.

Набуття учнями теоретичних, а потім і практичних знань доцільно здійснювати за наступними психолого-педагогічними принципами:

? по-перше, починати навчання не з часткового, а з загального; не з близького, а з головного; не з частин, а з цілого; не з елементів, а із структури;

? по-друге, відповідно вести навчання, переходячи від загального до часткового, від головного — до деталей, від цілого — до частин; від структури — до її елементів; від принципів — до їх застосування;

? по-третє, організувати матеріали навчання відповідно до цих вимог в порядку логічного розкриття вихідних принципів і понять по мірі їх конкретизації в систему відповідної науки;

? по-четверте, досягати засвоєння знань, понять і принципів через застосування відповідних їм знакових систем (слів, формул, висловів, схем), через аналіз і класифікацію конкретних об'єктів, визначення певних класів задач і т.д. 25]

Продумане виконання цих принципів в процесі теоретичного навчання не лише дозволяє учням успішно підвищувати їх систематичні, теоретичні і практичні знання, але і забезпечувати їх широту.

Широта знань — це їх багатогранність, охоплення великого кола питань, які стосуються декількох галузей науки, або складних предметів і явищ. Необхідність розширення таких знань учнів обумовлюється тривалою прискореною диференціацією й інтеграцією наук, а також науково-технічним прогресом у сфері матеріального виробництва. 26]

Формування і засвоєння відповідних знань і понять складають передумову цілеспрямованої й ефективної діяльності людини при зустрічі з новими об'єктами, ситуаціями, завданнями. Знання можуть виступати у формі наочних образів і понять, які є абстрактними і узагальненими формами відображення дійсності. Однією з суттєвих властивостей системи знань людини є така її організація, яка забезпечує можливість легкого переведення (трансформації) наочних уявлень в поняття і навпаки. Це складає важливу умову формування концептуальних моделей, оперативних образів, суб'єктивних моделей керованого об'єкту і середовища. В процесі трудового навчання повинні поєднуватися різні методи.

В процесі накопичення на теоретичних заняттях і вступних інструктажах знань і навичок у вправах і виконання практичних робіт в учнів формуютьсявідповідні вміння.

Вміння — це здатність людини продуктивно, з належною якістю і у відповідний час виконувати роботу в нових умовах. 26]

Будь-яке вміння включає в себе уявлення, поняття, знання, навички концентрації, розподілу і переключення уваги, навички сприйняття, мислення, самоконтролю і регуляції процесу діяльності.

Будь-яке вміння, тим більш складне, не створюється кожен раз заново з усіма його компонентами, а формується на основі перенесення уже наявних знань, уявлень та навичок, пристосовуючи їх до нових умов і заново формуючи лише ті їх елементи, яких не вистачає в цих нових умовах.

Вміння не можна ні протиставляти знанням і навичкам, ні розташовувати при перерахуванні раніше, як це часто роблять, оскільки вміння утворюються лише на їх основі. Але вміння включає і розуміння взаємовідношень між метою певної діяльності, умовами і способами її виконання. Ось тому до психологічної структури вмінь входять не лише навички, але і знання, і творче мислення. Таким чином наоснові знань і навичок, які відносяться до певного виду діяльності, формуються трудові вміння, тобто, здатність людини відображати у формі образів і дій ознаки предметів, які виражають їх суть.

Формування і розвиток трудових умінь — це процес оволодіння всією складною системою виробничих операцій з виявлення і переробки інформації, яка міститься в знаннях і отримується від дій з предметом праці, зі співставлення інформації з трудовими діями. Психологічними спостереженнями встановлено, що характер розумових операцій і процесів, за допомогою яких вирішуються завдання, залежить від багатьох факторів. Розумова діяльність при вирішенні будь-якого завдання полягає в перетвореннях об'єкту мислення, виділенні в ньому все нових сторін і властивостей, які закріплені в поняттях. 26]

Головним для будь-якого виду трудової діяльності є вміння самостійно її планувати. В процесі такого планування людина оцінює не лише умови своєї праці і певні вимоги до її результату, але і свої власні сили та індивідуальні особливості. Планування людиною своєї трудової діяльності повинно включати прогнозування ходу керованого процесу і оцінку ймовірності виникнення тих чи інших подій, які пов’язані з трудовим процесом. Умінню планувати свою трудову діяльність потрібно вчити кожну людину. Таке вміння є важливою складовою частиною культури сучасної праці.

Основний шлях формування вмінь — це розвиток здібностей людини бачити різні сторони в об'єкті, формулювати в поняттях різноманітні зовнішні і внутрішні зв’язки цього об'єкту і відповідно перетворювати об'єкт. Застосовані перетворення залежать від того, які відношення і залежності потрібно встановити, що слід отримати в процесі роботи. 26]

Формування вмінь — кінцева обов’язкова мета професійного навчання, його завершення. Вміння краще за все визначають підготовленість учня, стаючи особливостями його особистості. Адже коли про робітника кажуть «умілець», а про учня «невмілий», то цим хоч і коротко, але точно характеризують певні особливості їх особистості. [26]

Навички і вміння формуються лише в практичній діяльності, яка здійснюється методами вправ і навчання. Поза цілеспрямованої діяльності ні вміння, ні тим більше навички, які їх складають, формуватися не можуть. Навички і вміння, які сформовані в процесі ознайомлювальних, пробних і основних вправ, продовжують вдосконалюватися під час практичних робіт і практик. На виробництві уміння стають професійною майстерністю. [27]

Матеріалознавство — це наука, що вивчає в загальному зв’язку склад, будову, структуру і властивості матеріалів, а також закономірності їх змінипід тепловими, хімічними, механічними та іншими впливами. В інженерній практиці для розв’язання багатьох технічних задач необхідно засвоїти основні поняття матеріалознавства. [15]

Матеріал — речовина, призначена для виготовлення будь чого. У виробничих процесах матеріали розглядають в залежності від їх призначення як основні та допоміжні. Основні матеріали безпосередньо витрачаються на виготовлення продукції і складають її головний речовий склад. Допоміжні матеріали застосовуються для виробництва продукції, але які не входять до її складу. 15]

Склад матеріалу — кількісна характеристика вмісту в ньому компонентів. 13]

Склад розрізняють за природою компонентів. Так розглядають хімічний, мінеральний склад. Хімічний склад — кількісна характеристика вмісту в матеріалі хімічних елементів чи їх сполук.

Мінеральний склад — кількісна характеристика вмісту мінералів в матеріалі чи корисних копалинах. 15]

Будова матеріалу — сукупність стійких зв’язків речовини, що забезпечують його цілісність і тотожність самому собі, тобто забезпечення його властивостей. 15]

Структура матеріалу — форма, розміри та характер взаємного розташування утворюючих матеріал компонентів. 15]

Технологічна обробка — це певні дії з сировиною чи матеріалами, які формують властивість та якість виробу. При цьому вихідна сировина піддається механічній, термічній, хімічній чи комплексній обробці.

Конструкційні матеріали — це матеріали, які застосовують у виробництві для виготовлення різного роду виробів. Розрізняють такі конструкційні матеріали: дерево, залізо, пластмаса, скло, каучук та ін. Кожен із конструкційних матеріалів має свої властивості, деревина, наприклад, м’яка та легка вона є діелектриком, тобто не проводить електричний струм. Її широко використовують у будівництві, виготовленні меблів тощо. Залізо є твердим, пластичним та важким воно є провідником (проводить електричний струм), його широко використовують у машинобудуванні, електротехніці, будівництві.

Круглий лісоматеріал — це колоди довжиною від 4 до 5,5 м з інтервалом через 0,5 м і діаметром 8−14 см, 14−24, 24 см, і більше. Для розпилювання використовують круглий лісоматеріал діаметром від 14 см і більше.

Пиломатеріали дістають в результаті поздовжнього розпилювання колод на спеціальних верстатах — пилорамах. За формою і розмірами поперечного перерізу пиломатеріали поділяють на бруси, бруски, дошки, обаполи і шпали (пиляні деталі).

Пиломатеріали — пиляні деревні матеріали. Можуть бути у вигляді круглих лісоматеріалів, брусу, дошки, рейки, планки, брусків, шпал, клепок, матеріалів із шпону (в тому числі фанера), матеріалів розпиляної і подрібненої (потім склеєної) деревини та інші деревинні матеріали, отримані шляхом розпилювання колод. Їх класифікують по породам, геометричній формі поперечного перерізу, характеру обробки, місцеположенню матеріалів в колоді, розташуванню пластей дощок по відношенню до напряму річних шарів деревини, призначенню, розмірам, якості деревини.

Пластини — це розпиляні вздовж колоди на дві рівні частини. Якщо пластини розпиляти вздовж ще на дві рівні частини — одержують четвертини.

Дошки — основний вид пиломатеріалів. Ширина їх повинна бути не менш як у два рази більшою товщини. Товщина дощок від 8 мм до 100 мм.

Бруски мають товщину не більшу 100 мм. Ширина бруска може бути більша від товщини не більше як вдвоє. Товщина і ширина брусків не перевищує 100 мм. Вони бувають обрізані з усіх боків — чотирикантові, і обрізані лише з двох боків — двокантові.

Заготовки — це пиломатеріали з дощок або брусків, порізані і підібрані за товщиною відповідно (з припуском на обробку) до розміру майбутніх деталей. Матеріали з розпиляної та подрібненої деревини: столярні плити, деревостружкові плити, орієнтовно-стружкові плити, деревно-шаруваті плити, деревно-волокнисті плити, матеріали зі шпону (фанерні плити, водостійка, декоративна фанера).

Рис. 1.2.1. Пиломатеріали Властивості деревини Для деревини основними й найважливішими є такі властивості.

Механіко-технологічні: міцність, твердість, деформівність, питома в’язкість, експлуатаційні характеристики, технологічні характеристики, зносостійкість, здатність утримувати кріплення, гнучкість;

Фізичні: зовнішній вигляд (текстура, блиск, колір), вологість (усушка, жолоблення, водопоглинення, гігроскопічність, щільність), теплові (теплопровідність, теплоємність), звукові (акустичний опір, звукопровідність), електричні (діелектричні властивості, електропровідність, електрична міцність);

Хімічні властивості.

Механіко-технологічні властивості.

Міцність деревини — здатність чинити опір руйнуванню під дією механічних навантажень. Розрізняють міцність на стиск і розтяг (за напрямками прикладення навантаження відносно волокон — поздовжню й поперечну) і статичний згин.

Твердість деревини — здатність деревини чинити опір впровадженню в неї твердішого тіла. Твердість деревини оцінюється за навантаженням, що потрібне для вдавлювання в поверхню зразка металевої кульки діаметром 0,444 дюйма (11,28 міліметра) на глибину 5,64 мм (площа відбитка становить 1 смІ). Метод оцінки твердості деревини називається метод Янка. За твердістю по торцю деревину поділяють на три групи: м’яка з твердістю 35…50 МПа (сосна, ялина, ялиця, вільха); тверда — 50…100 МПа (дуб, граб, ясен, клен, каштан, береза); дуже тверда — понад 100 МПа (самшит, кизил).

Зносостійкість деревини — здатність деревини опиратися зношуванню, тобто поступовому руйнуванню її поверхневих зон при терті. Зношування бічних поверхонь більше, ніж торцевих; зношування вологої деревини більше, ніж сухої.

До фізичних властивостей деревини відносяться колір, блиск, запах і текстура.

Колір деревини обумовлений кліматом, складом грунту, віком дерева, його породою і т. д. Колір деревині додають знаходяться в ній, дубильні, фарбувальні, смолисті речовини і оксиди цих речовин.

Блиск деревини — це здатність відображати світловий потік з поверхні в певному напрямку. Блиск залежить від щільності деревини, кількості, розмірів і розташування серцевинних променів. Світла і більш щільна деревина має великий блиском, що надає текстури деревини особливу красу.

Запах деревини залежить від кількості ефірних масел, смол і дубильних речовин. Деревина щойно зрубаного дерева або відразу після її механічної обробки володіє сильним запахом, у хвойних порід більш сильний запах, ніж у деревини листяних порід.

Текстура деревини — це природний малюнок деревних волокон на обробленої поверхні, обумовлений особливостями її будови (рис. 1.8). Текстура залежить від розташування деревних волокон на розрізі стовбура, видимості річних шарів, колірної гами деревини, кількості і розмірів серцевинних променів. Декоративні породи: горіх, червоне дерево, дуб володіють красивими текстурою і кольором, а також блиском. Гарну текстуру має свілеватая деревина карельської берези. Гарну текстуру отримують із дубових кряжів, розпилюючи їх в радіальному або тангентальном напрямку для отримання ножової фанери або текстурної дощечки. У бука, клена, дуба виразна текстура при радіальному розрізі, у хвойних порід — при тангентальном розрізі. За кольором, блиском і текстурі визначають породу деревини. Щільність деревини — це відношення його маси до об'єму, що вимірюється в г/см3 або кг/м3. Щільність залежить від вологості, породи, віку та умов зростання деревини. Розрізняють відносну і абсолютну щільність деревини, яка визначається в лабораторних умовах.

Відношення деревини до вологи.

Вологість деревини визначається точно так, як і будь-якого іншого матеріалу — це кількість води в одиниці об'єму або маси. Обчислюється вологість у такий спосіб: виміряється маса проби вологого матеріалу, потім обмірювана проба висушується в сушарці за температури 100—105 °С, потім відбувається повторне зважування, але вже сухого матеріалу. Різниця між масою вологого й сухого матеріалу саме й визначає кількість води, що втримується в зразку. Для того щоб розрахувати масову вологість необхідно скористатися нескладною математичною формулою: маса зразка до сушіння мінус маса зразка після сушіння, результат різниці розділити на масу зразка після сушіння й помножити все вираження на 100 відсотків. Результат і є вологість (масова) деревини у відсотках.

Гігроскопічність деревини — властивість матеріалу поглинати вологу з навколишнього середовища. Дана властивість залежить від вологості деревини. Суха деревина має більшу гігроскопічність, ніж волога. Для зменшення гігроскопічності матеріал покривають олійними фарбами, емалями або різними лаками. Гігроскопічність прямо залежить від іншої властивості деревини — пористості. Розбухання деревини проявляється при знаходженні матеріалів за підвищеної вологості повітря протягом тривалого часу.

Пористість деревини — відношення об'єму пор до загального об'єму деревини. Для деревини різних видів пористість має різне значення, але в середньому розбіг її значення становить 30−80%.

Усушка — зміна розмірів через втрату вологи деревиною в результаті сушіння. Усушка відбувається природно. Прямим наслідком усушки є утворення тріщин.

Жолоблення відбувається в результаті нерівномірного сушіння деревини. Висихання деревини відбувається швидше в шарах, більш віддалених від серцевини, тому у випадку, якщо сушіння проводилося з порушенням технології, відбувається зміна форми деревини — вона жолобиться. Жолоблення під дією усушки різне по різних напрямках. Уздовж волокон воно не значне, і становить приблизно 0,1%. Зміни розмірів поперек волокон більш значні й можуть становити 5−8% від початкового. Крім того, жолоблення часто супроводжується появою тріщин у деревини, що помітно позначається на якості кінцевого продукту. Жолоблення й утворення тріщин можна уникнути при дотриманні технології сушіння й при використанні певних технологій під час складання виробів. Так, наприклад, у колодах на всю довжину матеріалу робляться поздовжні розвантажувальні пропили, які знімають внутрішні напруження, що утворюються при усушці.

Розтріскування — результат нерівномірного висихання зовнішніх і внутрішніх шарів деревини. Процес випаровування вологи триває доти, поки вміст вологи у деревині не досягне певної межі (рівноважної), що залежить прямо від температури й вологості навколишнього повітря.

Теплові характеристики.

Теплопровідність. На відміну від інших будівельних матеріалів деревина є поганим провідником тепла. Це дозволяє використовувати її для теплоізоляції приміщень. Теплопровідність сухої деревини берези і сосни вздовж волокон становить відповідно 0,128 та 0,349 Вт/(м· К).

Питома теплоємність є приблизно однаковою для усіх деревних порід — для сухої деревини 1,7…1,9 кДж/(кг· К) при 0…100°С.

Електричні властивості деревини.

Електричні властивості деревини визначаються трьома показниками:

Електропровідністю (питомою провідністю) — величиною зворотною питомому опору, залежить від вологості, породи дерева, температури і напряму проходження струму. Питомий опір потрібно враховувати при заготівлі деревини для стовпів зв’язку і ліній електропередач, при нанесенні лако-фарбових покриттів у електричному полі та при вимірюванні вологості деревини. Електропровідність сухої деревини незначна, тому її можна застосовувати як ізоляційний матеріал. Електричний опір деревини вздовж волокон у кілька разів менший, ніж упоперек волокон. Підвищення температури деревини призводить до зменшення її опору майже у 2 рази.

Інші властивості

Звукопроникність — здатність матеріалу проводити звукові хвилі. Якщо у випадку теплопровідності деревина — найкращий матеріал, то у випадку зі звукопроникністю деревина програє іншим будівельним матеріалам. У зв’язку із цим при будівництві стін і дерев’яних перекриттів необхідно використовувати додаткові матеріали (засипання), що знижують показник звукопроникності.

Колір — своєрідний індикатор, що показує якість, вік і стан деревини. Якісна й здоровіша деревина має рівномірний колір без плям і інших вкраплень. Якщо в деревині присутні вкраплення й плями, це свідчення її загнивання. Колір деревини також може змінюватися під впливом атмосферних умов.

Хімічні властивості.

Основні органічні речовини, з яких складається деревина: целюлоза, лігнін і геміцелюлози.

Целюлоза — природний полімер, полісахарид з довгою ланцюговою молекулою. Формула целюлози (C6H10O5)n, де n — ступінь полімеризації, що дорівнює 6000−14 000. Це дуже стійка речовина, нерозчинна у воді і звичайних органічних розчинниках (спирті, ефірі тощо), білого кольору. Пучки макромолекул целюлози у вигляді тонких волокон називаються мікрофібрилами. Вони утворюють целюлозний каркас стінки клітини.

Лігнін — полімер ароматичної природи (полифенол) складної будови; містить більше вуглецю і менше кисню, ніж целюлоза. Саме з цією речовиною пов’язаний процес одеревіння молодої клітинної стінки. Лігнін хімічно нестійкий, легко окиснюється, взаємодіє з хлором, розчиняється при нагріванні в лугах, водних розчинах сірчистої кислоти та її кислих солей.

Вади деревини — це недоліки окремих її ділянок, які знижують якість та обмежують можливості використання. Вади деревини можуть бути пов’язані з відхиленнями від нормальної її будови, пошкодженнями та захворюваннями. Їх поділяють на такі групи: тріщини, сучки, пошкодження комахами, грибами, трухлявинами, дефекти форми стовбура, вади будови деревини, рани, ненормальні відкладення в середині деревини, хімічні забарвлення. Вплив вад на придатність деревини для будівельних потреб залежить від їхнього місця розташування, виду, розмірів ураження, а також від призначення деревини. Сортність деревини встановлюють з урахуванням наявних вад. Їхнє походження може бути різним. Одні з них утворюються у період росту дерева, інші - у період зберігання та експлуатації.

У процесі експлуатації дерев’яних конструкцій найбільшої шкоди завдає волога. Для подовження служби деревини її декілька разів просочують однією із сумішей:

· 10 частин натуральної оліфи, 1 парафіну і 1 скипидару;

· 10 частин натуральної оліфи і 1,5 частини воску;

· натуральна оліфа та гас у пропорції 1:1.

Розрізняють чорні і кольорові сплави. Чорними сплавами називають сплави на основі заліза. До них належать чавун та сталь.

Чавун — сплав заліза з вуглецем, який може містити від 2,14 до 4,3% вуглецю. Чисте залізо має обмежене застосування. В техніці зазвичай використовують сплави заліза з вуглецем, які поділяють на сталі і чавуни. Сталі містять до 2% вуглецю, а чавуни — від 2,14 до 4% вуглецю і навіть більше.

Сталь — сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14% вуглецю і домішками (кремній, марганець, сірка, фосфорта гази).

За вмістом вуглецю сталі поділяють на дві групи:

· м’яка сталь, або технічне залізо (містить до 0,3% вуглецю)

· тверда сталь (містить від 0,3 до 2,14% вуглецю) Конструкційна сталь (англ. structural steel) — це сталь, яка застосовується для виготовлення різних деталей, механізмів і конструкцій в машинобудуванні та будівництві, та характеризується певними механічними, фізичними і хімічними властивостями. Конструкційні сталі поділяються на декілька видів, кожен з яких поділяється на групи або категорії.

Інструментальна сталь — легована або вуглецева сталь із вмістом вуглецю від 0,7% і вище. Ця сталь відрізняється високою твердістю і міцністю (після остаточної термообробки).

Інструментальна сталь призначена для виготовлення різальних і вимірювальних інструментів, штампів холодного і гарячого деформування, деталей машин, що зазнають підвищеного зношування при помірних динамічних навантаженнях.

Інструментальна вуглецева сталь ділиться на якісну і високоякісну. Вміст сірки та фосфору в якісній інструментальної сталі — 0,03% і 0,035%, у високоякісній — 0,02% і 0,03% відповідно.

Випускається за ГОСТ 1435–99 таких марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А, де цифрами вказано вміст вуглецю в десятих частках процента (буква, А в кінці маркування означає, що сталь високоякісна, а буква Г, що має підвищений вміст марганцю). Стандарт поширюється на вуглецеву інструментальну гарячекатану, ковану, калібровану сталь, сріблянку.

Перевага вуглецевих інструментальних сталей полягає в основному в їх дешевизні і достатньо високій твердості (HRC 60…62) в порівнянні з іншими інструментальними матеріалами. До недоліків слід віднести малу зносостійкість і низьку теплостійкість (250єС). У разі більшої температури твердість інструменту значно знижується і він втрачає свої різальні властивості.

З вуглецевих інструментальних сталей виготовляють зубила, кернери, напилки, шабери, ножівкові полотна, мітчики, зенкери, розвертки та інші інструменти.

Леговані інструментальні сталі (сталі з підвищеною прогартовуваністю) мають покращену різальну здатність унаслідок наявності в хімічному складі таких легуючих елементів як хром, вольфрам, кремній, ванадій, молібден та ін. Теплостійкість їх досягає 350єС. Твердість після термічної обробки HRC 62…64. Виготовлені інструменти з цих сталей можна використовувати для роботи на помірних швидкостях різання. Найпоширеніші марки легованих інструментальних сталей такі: хромисті (9Х, Х), хромовольфрамові (ХВ5), хромовольфрамомарганцеві (ХВГ), хромокремниста (9ХС). З них виготовляють протяжки, мітчики, плашки, свердла, розвертки та інші різальні інструменти.

Класифікація інструментальних легованих сталей:

· за призначенням залежно від марки сталі:

група I — для виготовлення інструменту, призначеного для обробки металів і інших матеріалів в холодному стані;

група II — для виготовлення інструменту, використовуваного для обробки металів тиском при температурах вище за 300 °C;

· за способом подальшої обробки гарячекатана і кована металопродукція груп І і ІІ поділяється на підгрупи:

а) — для гарячої обробки тиском і холодного волочіння без контролю структурних характеристик;

б) — для холодної механічної обробки з повним обсягом випробувань.

Спламви кольоромвих метамлів складаються з декількох компонентів. Компоненти — це елементи, що уводять до складу сплаву з метою поліпшення їхніх властивостей. Основний компонент (основа) сплаву — елемент, вміст якого перевищує 50%. Крім основи сплаву він містить легуючі компоненти, які уводяться спеціально для додання тих чи інших властивостей, і домішок, що звичайно є, небажані (шкідливими) чи припустимими.

Сплави кольорових металів не мають єдиного стандартного позначення. Алюмінієві і магнієві сплави позначаються буквами, що вказують або на приналежність до основного металу (А — алюмінієві, М — магнієві), або до визначеного типу сплаву (Д — дуралюміни), або позначки одночасно основи сплаву і його призначення (АК — алюмінієвий кувальний; АЛ — алюмінієвий ливарний). Приблизно по тім же принципі побудоване позначення титанових сплавів (ВТ ?1, ВТ- 2), де В позначає організацію розроблювача (ВІАМ), Т — титановий.

Більш наочно позначаються стандартні мідні, нікелеві, цинкові сплави. Мідні сплави позначаються буквами і цифрами, що визначають найменування сплаву і його хімічний склад у якісному і кількісному відношеннях. Ливарні бронзи позначаються так: Бр — бронза; далі буквами російського алфавіту позначаються основні легуючі компоненти: О — олово, С — свинець, Ц — цинк, А — алюміній, Н — нікель, Ж — залізо, Ф — фосфор і т. д. Після кожної букви цифра означає середній вміст легуючого компонента у відсотках. Вміст міді не вказується, а визначається як залишок (наприклад: БрО5Ц5С5).

Прокат — металовироби отримані в результаті процесу прокатки. Прокат використовується безпосередньо в конструкціях (мости, будівлі, залізобетонні вироби тощо), служить заготовками для виготовлення деталей в механічних цехах і в ковальсько-штампувальному виробництві, деталі з мінімальним припуском на механічну обробку (деталепрокатне виробництво).

Профілі прокату — геометрична форма перетину прокату.

Сортамент прокату — сукупність профілів прокату, одержуваного на прокатному стані.

У державних стандартах на прокат наводяться відомості про площу поперечного перетину, розміри, площу, масу одного метра довжини профілю і допустимі відхилення від номінальних розмірів.

Рис. 1.2.2. Сортовий прокат: а-квадрат, б-полоса, в-шестиграник, г-круг, д-кутник, е-трикутник, ж-твелер, з-рельса Поняття міцності металу Під міцністю металу розуміють здатність сплаву чи металу здійснювати опір, як зовнішнім силовим факторам, так і внутрішніх факторів, і таким чином не піддаватися деформації. Якщо зовнішні фактори цілком зрозумілі, тобто це удар, прес, натиск, то до внутрішніх відносяться нагрів, або охолодження, зміна структури досліджуваної речовини.

Визначення твердості металу Твердість металу є його здатність протистояти або здійснювати опір тілу, яке набагато твердіше.

Твердість перевіряють методами вдавлення в досліджуваний матеріал кульок певних розмірів або алмазної піраміди. Твердість визначають за трьома показниками, а саме по Брінеллю, за Роквеллом і по Віккерсу.

Твердість по Брінеллю визначається в результаті втискування сталевої кульки, який має діаметр два з половиною міліметри, або п’ять чи десять міліметрів.

Для визначення твердості за Роквеллом вдавлюється або сталева кулька, який має діаметр 1,58 мм, або алмазний конус, який має кут на своїй вершині 120 °. Розрізняють декілька значень твердості, а саме дуже тверду, м’яку сталь і загартовану сталь. Для першого виду твердості використовують вдавлення алмазного конуса, для другого застосовують сталеву кульку, а для останнього виду приймають алмазний або твердосплавний конус. Система Роквелла в результаті неглибокого занурення алмазного конуса в досліджуваний матеріал дозволяє досліджувати метал більш точно, ніж система Брінелля.

Пружність, ударна в’язкість, повзучість і втома Механічні властивості металів і сплавів також включають в себе і пружність. Під нею розуміють здатність металу відновлювати свою початкову форму після того, як припинилися зовнішні сили.

Таку властивість як пластичність означає можливість сплаву чи металу змінювати свої форми під час навантаження і зберігати вже нові форми після припинення навантаження.

Під ударною в’язкістю розуміють властивість металу, що дає опір дії ударного навантаження. Тобто по металу б’ють якимось спеціально заготовленим матеріалом, а метал, в свою чергу, або витримує, або руйнується. Одиницею виміру є Джоуль на квадратний метр.

Під властивістю повзучість розуміється здатність металів або сплавів безперервно і повільно змінювати свою форму, іншими словами деформуватися під впливом навантаження протягом тривалого часу.

В основному механічні властивості металів включають ще таке поняття як втома, або помірне руйнування структури металу протягом часу при безперервному числі змінних

Термічна обромбка — технологічний процес, сутність якого полягає у зміні структури металів і сплавів при нагріванні, витримці та охолодженні, згідно зі спеціальним режимом, і тим самим, у зміні властивостей останніх.

Наприклад в основі термічної обробки сталей лежить перекристалізація аустеніту при охолодженні. Перекристалізація може відбутися дифузійним або бездифузійним способами. У залежності від переохолодження аустеніт може перетворюватися у різні структури з різними властивостями.

Розрізняють такі види термічної обробки:

Відпалювання, нормалізація, загартування і відпуск Відпалювання — вид термообробки, який полягає в нагріванні матеріалу (метал тощо) до температури вище критичної точки, тривалій витримці за цієї температури і подальшому повільному охолодженні. Основними видами відпалювання є гомогенізувальне, графітизувальне, перекристалізаційне, рекристалізаційне, релаксаційне та сфероїдизувальне. Графітизувальне та сфероїдизувальне відпалювання характерне тільки для сталей. Відпалювання підвищує пластичність, зменшує внутрішні напруження, понижує твердість сталей.

Нормалізацією називають нагрівання до високої температури, видержування і повільне охолодження на повітрі. Нормалізація доводить сталь до дрібнозернистої та однорідної структури. Твердість і міцність сталі після нормалізації вищі, ніж після відпалу.

Загартуванням називають нагрівання до високої температури, витримування і швидке охолодження (у воді, мінеральній оливі та інших охолоджувачах). Є такі види загартування: в одному охолоджувачі; перервне; ступінчасте; ізотермічне; поверхневе та ін. Загартування сталей забезпечує підвищення твердості, виникнення внутрішніх напружень і зменшення пластичності. Твердість збільшується у зв’язку з виникненням таких структур: сорбіт, троостит, мартенсит. Практично загартуванню піддаються середньоі високовуглецеві сталі.

Відпуском називають нагрівання до температури нижчої за 973 К, витримування та повільне охолодження на повітрі. Розрізняють три види відпуску: низький (нагрівання до температури 473 К; середній (573−773 К); високий (773−973 К). Після відпуску в деякій мірі зменшується твердість і внутрішні напруження, збільшується пластичність і в’язкість сталей. До цього приводить зміна структур після відпуску. Структура мартенситу сталі переходить відповідно в структуру трооститу і сорбіту. Чим вища температура відпуску, тим менша твердість відпущеної сталі і тим більша її пластичність та в’язкість.

Відпуск, в основному, проводять після загартування для зняття внутрішніх напружень. Низький відпуск застосовують при виготовленні різального інструменту, вимірювального інструменту, цементованих деталей та ін; середній — при виробництві ковальських штампів, пружин, ресор; високий — для багатьох деталей, що зазнають дії високих напружень (осі автомобілів, шатуни і т.п.).

Поняття «неметалеві матеріали» включає в себе великий асортимент матеріалів, які базуються на полімерах і їх різних сполуках. До них відносяться різного роду пластичні маси, плівки, волокна, гуми, клеї, лакофарбові матеріали, деревина, а також силікатне скло, кераміка та ін.Неметалеві матеріали є не тільки замінювачами металевих матеріалів, але часто застосовуються і як самостійні (іноді, навіть, як матеріали, які не можна замінити). Окремі їх види володіють високою механічною міцністю, іноді більшою за міцність металів. Якщо при цьому врахувати, що неметалеві матеріали значно легші за металеві, як правило більш корозієстійкі, мають високі електроізоляційні характеристики більш дешеві тощо, тоді стає зрозумілим, чому в будь-якому сучасному суспільстві за планами його розвитку надається велике призначення створенню нових неметалевих конструкційних матеріалів, розробці нових і удосконаленню існуючих способів їх виробництва. Тенденція — замінити, там де це можна металеві конструкційні матеріали більш дешевими неметалевими, які б не поступалися по експлуатаційним властивостям металевим, є однією із найважливіших у перспективах технічного розвитку сучасного суспільства. При цьому як і у випадку металевих конструкційних матеріалів і неодмінно надаєїх виробництва удосконалення.