441

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Н. Гущин

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительные мате-

риалы. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 621.7 (075)

Гущин А. Н. Технология конструкционных материалов [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / А. Н. Гущин; 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 «Строительные материалы. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы». 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 специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений.

3

1. Цели освоения учебной дисциплины

Целями освоения учебной дисциплины «Строительные материалы. Технология конструкционных материалов, включая сварочные работы», являются:

¾ознакомление студентов со строением металлов, взаимосвязью их структуры и фи- зико-механических свойств; с технологией получения листового, сортового и профильного проката, применяемого в строительной индустрии; с классификацией и маркировкой углеродистых и легированных сталей.

¾формирование умения работать с научно-технической и справочной литературой.

¾выработка у студентов практических навыков проведения макро- и микроанализа стали и чугуна, измерения твердости и проведения термической обработки с целью изменения механических свойств металлов.

¾ознакомление студентов с основами теории и практики сварки металлов; строением и технологическими характеристиками сварочной дуги, источниками её питания (трансформатор, выпрямитель, преобразователь); сварочными электродами, режимами сварки, видами сварных соединений и швов; способами сварки, применяемыми при производстве металлических конструкций;

¾выработка у студентов практических навыков зажигания сварочной дуги и формирования сварных швов.

Для углубления знаний студентов по дисциплине проводится комплекс лабораторных работ. При кафедре строительных конструкций имеется специализированная лаборатория материаловедения и технологии конструкционных материалов, а так же - специализированная лаборатория сварки металлов.

2. Содержание лабораторных работ

Лабораторные работы позволяют изучить возможности макроанализа металлов и сплавов, рассмотреть микроструктуру железоуглеродистых сплавов (сталь, чугун), приобрести навыки измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу, проведения термической обработки металлов (отжиг, нормализация, закалка, отпуск), познакомиться на практике с различными способами сварки (ручная электродуговая, полуавтоматическая в среде углекислого газа, контактная точечная, 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.

4

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;

¾методика 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 «Определение твердости металлов»

Дано понятие твердости и методов её измерения. Приведены зависимости между твердостью стали по Бринеллю и её прочностными характеристиками. Описаны методики измерения твердости по Бринеллю и по Роквеллу. Приведены схемы твердомеров.

Лаборатория оснащена несколькими твердомерами по способам Бринелля, Роквелла. Имеется ручной ультразвуковой твердомер УЗИТ-3.

Контрольные вопросы:

¾понятие твердости, как свойство металла;

¾сущность способов измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла;

¾достоинства методов измерения твердости;

¾связь твердости металла с пределом прочности и пределом текучести;

¾выбор параметров испытания на твердость по методам Бринелля и Роквелла.

2.5.Лабораторная работа «Отжиг стали»

Рассмотрены сущность и назначение отжига, способствующего повышению пластичности, вязкости и снижению твердости и прочности стали. Описана методика выбора режимов отжига.

Для оценки отжига на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют твердость образцов из сталей 20, 45, У8А до и после термическ45ой обра-

5

ботки. По изменению твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Лаборатория оснащена современными электронными печами для нагрева стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность отжига стали;

¾выбор температуры нагрева стали;

¾от чего зависит время выдержки образцов в печи?

¾структура отожженной стали;

2.6. Лабораторная работа «Закалка стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способствующего повышению твердости и прочности стали. 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.

Для оценки влияния закалки на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют исходную твердость образцов из сталей 20, 45, У8А. Затем проводят закалку и вновь определяют их твердость. По твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Лаборатория оснащена современными электронными печами для нагрева стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность закалки стали;

¾выбор температуры нагрева стали для закалки;

¾структуры закаленной стали, их природа и свойства;

¾применяемые охлаждающие среды и области их использования;

¾понятие структуры мартенсита.

2.7. Лабораторная работа «Отпуск стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способствующего снятию внутренних закалочных напряжений во избежание деформаций или образования трещин. Приведены виды отпуска, области их применения. Определены структуры стали, получаемые после отпуска. Определено понятие термоулучшения стали.

Студенты используют закаленные образцы стали. Проводят отпуск образцов, определяют твердость на приборе Роквелла. По твердости судят о влиянии отпуска на свойства стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность отпуска;

¾виды отпуска, температуры нагрева стали;

¾структуры отпущенной стали;

¾области применения видов отпуска;

¾термоулучшение стали.

2.8. Лабораторная работа « Нормализация стали»

Рассмотрены сущность и назначение нормализации, которая , как и отжиг, способствующих повышению пластичности, вязкости и снижению твердости и прочностных свойств стали. Описана методика выбора температуры нагрева при нормализации. Показаны отличие отжига от нормализации и получаемые после термообработки структуры металла.

Для оценки влияния нормализации на свойства стали используется твердомер Роквелла. Студенты определяют исходную твердость образцов из сталей 20, 45, У8А. Затем

6

проводят нормализацию и вновь определяют их твердость. По твердости судят о влиянии термической обработки на свойства стали.

Контрольные вопросы:

¾назначение и сущность нормализации стали;

¾выбор температуры нагрева стали;

¾от чего зависит время выдержки образцов в печи?

¾различия в свойствах отожженной и нормализованной стали;

¾структура нормализованной стали.

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.