696

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Г.П. Терентьев

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям, выполнению лабораторных работ и ргр

по дисциплине "Материаловедение" для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 621.7 (075.8)

Терентьев Г.П. Материаловедение. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / Г.П. Терентьев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 12 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены цели освоения учебной дисциплины " Материаловедение" и содержание курса лекций. Даны рекомендации по их изучению. Приведены рекомендации по подготовке к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение». 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 по подготовке к лекциям, практическим занятиям, выполнению лабораторных работ и ргр по учебной дисциплине " Материаловедение" по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация.

3

1.Цели освоения учебной дисциплины

Целями освоения учебной дисциплины «Материаловедение» являются:

-ознакомление студентов со строением металлов, классификацией и маркировкой конструкционных сталей, с основами производства конструкционных материалов; с мето-

дами термической обработки металлов; с классификацией сварных соединений и сварных швов, методами сварки, применяемыми в строительстве; с источниками питания свароч-

ной дуги и классификацией электродов и их покрытий; с дефектами сварных соединений и методами контроля качества конструкций.

2.Содержание курса лекций

Курс лекций по учебной дисциплине «Материаловедение» включает следующие

разделы:

-материаловедение;

-сварка металлов.

2.1. Материаловедение

Строение металлов. Аллотропические превращения в железе. Металлические спла-

вы и их строение. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Основные структурные составляющие сплавов. Углеродистые стали обыкновенного качества. Стали углеродистые качественные. Легированные стали, их свойства, маркировка. Термическая обработка стали: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Технологическая схема получе-

ния строительного проката: производство чугуна, стали, листового, сортового и профиль-

ного проката.

2.2.Сварка металлов

Способы сварки, применяемые в строительстве. Терминология и классификация сварных соединений и сварных швов. Сварочная дуга и её свойства. Строение сварного шва и зоны термического влияния. Понятие о свариваемости стали. Схема процесса руч-

ной дуговой сварки. Источники питания для дуговой сварки переменного и постоянного тока. Влияние кислорода, азота и водорода на металл шва. Электроды для ручной дуговой сварки. Условное обозначение электродов. Технологическая характеристика и назначение видов покрытия электродов. Выбор основных параметров режима сварки. Движения элек-

трода во время сварки. Сварка швов различной протяженности. Сварка проката большой толщины. Особенности сварки при низких температурах. Сварка арматуры железобетон-

ных конструкций. Полуавтоматическая сварка в среде СО . Автоматическая сварка под слоем флюса. Контактная (точечная, роликовая) сварка. Дефекты сварных соединений.

Причины появления дефектов. Способы их выявления и устранения. Методы контроля качества сварных соединений: внешним осмотром, испытание на непроницаемость (керо-

4

сином, газом, гидравлические испытания, ваккум-контроль); рентгеновскими и гамма-

лучами, ультразвуком.

3. Содержание практических занятий

Работы позволяют изучить возможности макроанализа металлов и сплавов, рас-

смотреть микроструктуру железоуглеродистых сплавов (сталь, чугун), приобрести навыки измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу, проведения термической обработки метал-

лов (отжиг, нормализация, закалка, отпуск).

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

3.1. Практическое занятие «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.

3.2. Практическое занятие «Углеродистые стали и их свойства»

Определено понятие стали, описана ее структура (феррит, перлит, цементит, аусте-

нит). Приведены классификация стали по микроструктуре и по содержанию углерода. По-

казана область применения углеродистых сталей. Описана методика определения содер-

жания углерода по площади, занятой перлитом на микрошлифе.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с уве-

личением 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;

5

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

¾методика определения по микрошлифу содержания углерода в стали.

3.3. Практическое занятие «Чугуны»

Дано понятие чугуна как конструкционного материала. Рассмотрены виды чугунов

(белый, серый, ковкий и высокопрочный) и их свойства в зависимости от формы графито-

вых включений и структуры металлической основы, определяющих механические свой-

ства чугунов. Приведены способы получения чугунов, области их применения. Определе-

ны преимущества чугунов в сравнении со сталью.

Лаборатория оснащена двумя современными электронными микроскопами с уве-

личением 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.

3.4. Практическое занятие «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, Ро-

квелла. 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.

3.5. Практическое занятие «Отжиг и нормализация стали»

Рассмотрены сущность и назначение способов термической обработки, способ-

ствующих повышению пластичности, вязкости и снижению твердости и прочностных свойств стали. Описана методика выбора температуры нагрева при термической обработ-

6

ке. Показаны отличие отжига от нормализации и получаемые после термообработки структуры металла.

Для оценки влияния нормализации на свойства стали используется твердомер Ро-

квелла. Студенты определяют исходную твердость образцов из сталей 20, 45, У8А. Затем проводят нормализацию 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 отжига и нормализации стали;

¾выбор температуры нагрева стали;

¾от чего зависит время выдержки образцов в печи?

¾различия в свойствах отожженной и нормализованной стали;

¾структура отожженной стали;

¾структура нормализованной стали.

3.6. Практическое занятие «Закалка стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способ-

ствующего повышению твердости и прочности стали. Показана методика определения температуры нагрева по диаграмме «железо-углерод»; рекомендованы охлаждающие сре-

ды 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 прово-

дят 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.

7

3.7. Практическое занятие «Отпуск стали»

Рассмотрены сущность и назначение способа термической обработки, способ-

ствующего 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 отпуска 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.

4. Содержание лабораторных работ

Лабораторные работы позволяют познакомиться на практике с различными спо-

собами сварки (ручная электродуговая, полуавтоматическая в среде углекислого газа, кон-

тактная точечная, газовая, кислородная резка).

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

4.1. 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 тех-

ники 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).

Контрольные вопросы:

¾понятие сварочной дуги;

¾дуга переменного и постоянного тока;

¾строение сварочной дуги;

8

¾дуги прямого, косвенного и комбинированного действия;

¾оборудование и инструмент сварочного поста;

¾факторы, влияющие на сопротивляемость организма;

¾меры безопасности в лаборатории сварки.

4.2. 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 рас-

сеянием (подвижный магнитный шунт или подвижные обмотки). Подробно рассмотрена конструкция сварочного трансформатора ТД-500. Описан принцип его работы. Приведе-

ны внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора и статическая характеристи-

ка 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.

4.3. Лабораторная работа «Устройство сварочного выпрямителя»

Описаны преимущества питания сварочной дуги постоянным током, типы источ-

ников постоянного тока, достоинства сварочных выпрямителей в сравнении со сварочны-

ми генераторами. Рассмотрены устройство сварочного выпрямителя ИПП-500В и особен-

ности работы трехфазного трансформатора с выдвижными магнитными шунтами. Отме-

чены основные технические параметры выпрямителя.

Контрольные вопросы:

¾преимущества сварочной дуги на постоянном токе;

¾основные типы источников постоянного тока;

¾устройство и назначение сварочного выпрямителя;

¾регулирование сварочного тока в выпрямителе;

¾принципиальная электрическая схема выпрямителя ИПП-500В;

¾основные технические данные выпрямителя ИПП-500В.

9

4.4. Лабораторная работа «Полуавтоматическая сварка в среде углекислого

газа»

Описаны сущность сварки в среде углекислого газа, её преимущества перед руч-

ной электродуговой и автоматической сваркой под слоем флюса. Отмечены и её недостат-

ки. Рассмотрены устройство полуавтомата, назначение и работа механизма подачи элек-

тродной проволоки. Описана техника сварки углеродистой стали.

Контрольные вопросы:

¾сущность сварки в среде углекислого газа;

¾преимущества этого процесса сварки перед другими способами дуговой сварки;

¾схема процесса сварки в среде СО ;

¾материалы, применяемые для сварки;

¾блок-схема полуавтомата и его основные узлы.

4.5. Лабораторная работа «Контактная точечная сварка»

Изложены физические основы контактной сварки. Описаны способы контактной сварки: точечная, шовная (роликовая), стыковая, рельефная. Рассмотрены схема процесса точечной сварки, циклограмма сварки, общее сопротивление между электродами. Приве-

дены электрическая схема машины МТ-601, основные технические параметры. Даны ре-

комендации по выбору режима сварки, контролю качества сварных соединений.

Контрольные вопросы:

¾способы контактной сварки;

¾сущность процесса контактной сварки;

¾циклограмма точечной сварки;

¾сопротивление между электродами;

¾электрическая схема машины МТ-601;

¾выбор режима сварки;

¾контроль качества точечной сварки.

4.6. Лабораторная работа «Газовая сварка»

Описаны сущность газовой сварки, принцип получения горючего газа в ацетилено-

вых генераторах, устройство газовых баллонов; назначение газовых редукторов и прин-

цип газового редуцирования; назначение и принцип действия инжекторной горелки. Рас-

смотрены зоны ацетилено-кислородного пламени, виды газового пламени, способы регу-

лирования скорости нагрева свариваемого металла (изменение мощности газового пламе-

ни, применение левой или правой сварки, изменение угла наклона газовой горелки). Опи-

сана сущность обратного удара и причины его возникновения.