365

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Г.П. Терентьев

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и

технология материалов» для обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Г.П. Терентьев

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и

технология материалов» для обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 621.9 (075)

Терентьев Г.П. Материаловедение и технология конструкционных материалов. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / Г.П. Терентьев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 8 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены рекомендации по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и технология материалов». Определена цель проведения работ. Рассмотрены сущность и особенности методики проведения каждой лабораторной работы. Приведены примеры вопросов для их защиты. Рекомендована литература для более глубокого изучения дисциплины.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к выполнению лабораторных работ по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.

3

1. Цели освоения учебной дисциплины

Целью освоения учебной дисциплины «Материаловедение и технология материалов» является ознакомление студентов с основами производства конструкционных материалов, их классификацией и маркировкой; с теорией и практикой термической обработки стали; с основами теории и практики сварочных работ; видами сварных соединений и швов, способами сварки, применяемыми в строительном производстве, классификацией сварочных электродов, методами контроля качества сварных соединений.

В связи с недостаточным объемом лекционных часов (17 часов) и для углубления знаний студентов по дисциплине проводится комплекс лабораторных работ по материаловедению и сварке металлов. При кафедре строительных конструкций имеются две специализированные лаборатории:

¾лаборатория материаловедения и технологии конструкционных материалов;

¾лаборатория сварки металлов.

Лаборатории оснащены разнообразным специализированным оборудованием.

2. Содержание лабораторных работ

Лабораторные работы позволяют изучить возможности макроанализа металлов и сплавов, рассмотреть микроструктуру железоуглеродистых сплавов (сталь и чугун), провести различные виды термической обработки металлов, познакомиться на практике с различными способами сварки (ручная электродуговая, газовая, кислородная резка).

В каждой лабораторной работе приведены контрольные вопросы, которые позволяют студенту оценить свои знания перед защитой работы.

2.1. Лабораторная работа «Макроскопический анализ металлов и сплавов»

Описаны сущность макроанализа, его задачи и методика выполнения. С помощью макроанализа можно выявить вид излома, дефекты, нарушающие сплошность металла и являющиеся концентраторами напряжений; дефекты сварных соединений (внешние и внутренние), ликвацию вредных примесей, способы обработки изделий.

Контрольные вопросы:

¾сущность макроанализа, его задачи;

¾виды изломов, их характеристика;

¾понятие ликвации;

¾влияние серы и фосфора на свойства стали;

¾методика приготовления макрошлифа;

¾сущность методики выявления ликвации серы.

2.2. Лабораторная работа «Углеродистые стали и их свойства»

Определено понятие стали, описана ее структура (феррит, перлит, цементит, аустенит). Приведены классификация стали по микроструктуре и по содержанию углерода. Показана область применения углеродистых сталей. Описана методика определения содержания углерода по площади, занятой перлитом на микрошлифе.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с увеличением микроструктуры снимка в 500 раз.

Контрольные вопросы:

¾характеристика стали по химическому составу и механическим свойствам;

¾классификация стали по микроструктуре;

¾понятия феррита, перлита, цементита и аустенита;

¾классификация стали по содержанию углерода;

¾область использования мало-, средне- и высокоуглеродистых сталей;

4

¾ методика определения по микрошлифу содержания углерода в стали.

2.3. Лабораторная работа «Чугуны»

Дано понятие чугуна как конструкционного материала. Рассмотрены виды чугунов (белый, серый, ковкий и высокопрочный) и их свойства в зависимости от формы графитовых включений и структуры металлической основы, определяющих механические свойства чугунов. Приведены способы получения чугунов, области их применения. Определены преимущества чугунов в сравнении со сталью.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с увеличением микроструктуры снимка в 500 раз.

Контрольные вопросы:

¾понятие чугуна и его видов: белого, серого, ковкого и высокопрочного;

¾структура и свойства чугунов;

¾условия получения различных видов чугунов;

¾области применения чугунов;

¾достоинства и недостатки чугуна в сравнении со сталью;

¾принцип маркировки чугунов.

2.4. Лабораторная работа «Закалка и отпуск стали»

Рассмотрены сущность и назначение способов термической обработки, способствующих повышению твердости и прочностных свойств стали, а также снятию внутренних закалочных напряжений во избежание деформаций или образования трещин. Показана методика определения температуры нагрева по диаграмме «железо-углерод»; рекомендованы охлаждающие среды в зависимости от класса стали. Описано, что происходит с аустенитом при резком охлаждении, и какая структура при этом получается. Рассмотрены виды отпуска, области их применения. Приведены структуры стали, получаемые после отпуска. Определено понятие термоулучшения стали.

Для оценки влияния закалки на свойства стали используется твердомер Роквелла, с которым студенты знакомятся при проведении работы. Студенты определяют исходную твердость образцов из разных сталей (стали 20, 45, У8А). Затем проводят закалку и вновь определяют их твердость. По твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность закалки и отпуска стали;

¾выбор температуры нагрева стали под закалку;

¾структуры закаленной стали, их природа и свойства;

¾виды отпуска, область их применения;

¾структуры отпущенной стали;

¾термоулучшение стали.

2.5.Лабораторная работа «Оборудование сварочного поста и основы техники безопасности при ручной дуговой сварке»

Даны понятия о сварочной дуге, дугах переменного и постоянного тока, прямой и обратной полярности, дугах прямого, косвенного и комбинированного действия. Описано строение дуги. Приведена схема включения в сеть индивидуального сварочного поста. Приведены оборудование сварочного поста, сварочный инструмент и их назначение. Определены факторы, влияющие на сопротивляемость организма. Изложены основы техники безопасности при ручной дуговой сварке.

В лаборатории сварки имеются два сварочных поста, работающие на переменном токе (от сварочного трансформатора) и на постоянном токе (от сварочного выпрямителя).

5

Контрольные вопросы:

¾понятие сварочной дуги;

¾дуга переменного и постоянного тока;

¾строение сварочной дуги;

¾дуги прямого, косвенного и комбинированного действия;

¾оборудование и инструмент сварочного поста;

¾факторы, влияющие на сопротивляемость организма;

¾меры безопасности в лаборатории сварки.

2.6.Лабораторная работа «Сварочный трансформатор ТД-500. Зажигание ду-

ги»

Указаны источники питания сварочной дуги на переменном токе: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и с повышенным магнитным рассеянием (подвижный магнитный шунт или подвижные обмотки). Подробно рассмотрена конструкция сварочного трансформатора ТД-500. Описан принцип его работы. Приведены внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора и статическая характеристика дуги; технические данные источника питания. Даны практические рекомендации для зажигания электрической сварочной дуги.

Контрольные вопросы:

¾оборудование сварочного поста при сварке на переменном токе;

¾схема подключения сварочного трансформатора;

¾конструкция сварочного трансформатора ТД-500;

¾внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора;

¾зажигание и процесс возникновения сварочной дуги.

2.7.Лабораторная работа «Газовая сварка»

Описаны сущность газовой сварки, принцип получения горючего газа в ацетиленовых генераторах, устройство газовых баллонов; назначение газовых редукторов и принцип газового редуцирования; назначение и принцип действия инжекторной горелки. Рассмотрены зоны ацетилено-кислородного пламени, виды газового пламени, способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла (изменение мощности газового пламени, применение левой или правой сварки, изменение угла наклона газовой горелки). Описана сущность обратного удара и причины его возникновения.

В лаборатории сварки имеется специализированный пост газовой сварки.

Контрольные вопросы:

¾сущность газовой сварки;

¾принцип работы ацетиленового генератора;

¾назначение и принцип работы газового редуктора;

¾назначение и принцип действия газовой горелки;

¾строение ацетилено-кислородного пламени;

¾виды газового пламени;

¾способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла;

¾обратный удар и причины его возникновения.

2.8. Лабораторная работа «Кислородная резка металлов»

Описаны сущность кислородной резки; требования, предъявляемые к металлам, которые могут подвергаться кислородной резке; устройство ацетилено-кислородного резака и принцип его работы.

Контрольные вопросы:

¾ сущность процесса кислородной резки;

6

¾требования к металлам, подвергаемым кислородной резке;

¾конструкция ацетилено-кислородного резака;

¾принцип работы резака.

7

Рекомендуемая литература

1.Мещеряков, В. М. Технология конструкционных материалов и сварка / В. М. Мещеряков. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2008. – 320 с.

2.Оботуров, В. И. Сварочные работы в строительстве / В. И. Оботуров. – Москва :

АСВ, 2006. – 224 с.

3.Шилин, В. М. Технология конструкционных материалов / В. М. Шилин ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2004. – 75 с.

4.Куркин, С. А. Сварные конструкции / С. А. Куркин, Г. А. Николаев. – Москва :

Высш. шк., 1991. – 399 с.

5.Болдырев, А. М. Сварочные работы в строительстве и основы технологии металлов / А. М. Болдырев, А. С. Орлов. – Москва : АСВ, 1994. – 431 с.

6.Шебеко, Л. П. Лабораторные работы по контролю качества сварных соединений. Учеб. пособие для техникумов / Л. П. Шебеко. – Москва : Машиностроение, 1966.

– 95 с.

7.Технология конструкционных материалов : учеб. пособие / А. Г. Алексеев [и др.]. – Санкт-Петербург : ХИМИЗДАТ, 2014. – 504 с.

8

Терентьев Геннадий Петрович

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и

технология материалов» для обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru