2574

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Беляев С.В.

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Технология конструкционных материалов» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации: Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений и Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород

2022

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

С.В. Беляев

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Технология конструкционных материалов» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации: Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений и Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 621.9 (075.8)

Беляев, С. В. Технология конструкционных материалов : учебно-методическое пособие / С. В. Беляев; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 7 с. : ил. – Текст : электронный.

Приведены рекомендации по изучению курса лекций «Технология конструкционных материалов». Рассмотрено строение металлов и сплавов с учетом дефектов кристаллического строения, анизотропии свойств, основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов, влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Дана классификация строительных сталей с учетом состава, структуры и свойств. Приведена технологическая цепочка производства строительного проката, включающая доменный процесс производства чугуна, производства стали, получение и термическая обработка строительного проката. Дано понятие сварки металлов, определение основных терминов. Рассмотрены классификация сварных соединений сварных швов, образование сварочной дуги и ее свойства, процесс и технология ручной дуговой сварки, строение шва и зоны термического влияния. Дана классификация дефектов сварных соединений и причин их образования, приведены методы контроля качества сварных соединений.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений и Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

© С.В. Беляев, 2022 © ННГАСУ, 2022.

3

Введение.

Согласно действующему учебному плану на учебную дисциплину Технология конструкционных материалов специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений выделено 16 часов лекций.

Кроме лекций в объеме 16 часов, в состав учебной дисциплины Технология конструкционных материалов входят лабораторные работы по технологии конструкционных материалов и сварочные работы в строительстве.

Ниже рассмотрены учебно-методические рекомендации для студентов при изложении данного курса лекций из расчета двух часовых занятий.

1. Строение металлов и сплавов. Аллотропия. Основные структурные составляющие сплавов.

Здесь лектор показывает, что у металлов, используемых в технике, образуются три типа элементарных ячеек или кристаллических решеток. Дает их характеристику и понятие периода кристаллической решетки, особенности строения реальных металлов – с учетом дислокаций и анизотропии, строение и типы сплавов с учетом их механических характеристик. На примере железа рассматривает возможность перестройки одного типа элементарной ячейки в другой в твердом состоянии. Приводит кривую нагрева чистого железа. Дает определение фаз в системе железо – углерод и делает заключение, что фазовый состав железоуглеродистых сплавов одинаков : они состоят из феррита и цементита, причем с увеличением содержание углерода увеличивается количество цементита и уменьшается количество феррита.

2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Классификация сталей.

Здесь лектор показывает и объясняет влияние содержание углерода, кремния, марганца, серы, фосфора,, кислорода и азота на механические характеристики при статическом и циклическом нагружении стали, а также на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость резанием и давлением. Дает классификацию сталей по химическому составу ( углеродистые, легированные стали ).Углеродистые стали классифицируются по области применения и качеству выплавки. Легированные стали по по количеству лигирующих элементов ( низколегированные, легированные и высоколегированные). Отдельно дополнительно рассматриваются строительные стали и арматурные стали. При классификации сталей лектор обязательно оценивает их свойства и области применения.

3. Производство чугуна, стали. Разливка стали.

Здесь лектор рассматривает доменный процесс получения чугуна, включая материалы для доменного процесса, подготовка руды к плавке, работа доменной печи, продукты доменной плавки. Рассказывает процесс получения стали кислородно - конверторным способом, включающим следующие этапы: загрузка конвертера металлическим ломом и флюсом, заливка чугуна, продувка кислородом, корректировка химсостава стали по углероду, выпуск стали через боковую летку, слив стали через горловину конвертера. Показывает возможность разливки стали тремя способами: сверху, сифоном и непрерывная разливка. Отмечаются достоинства и недостатки способов разливки стали.

4. Прокатка профилей. Термическая обработка стали. Закалка. Нормализация. Отпуск.

Лектором дается определение прокатки, параметров, определяющих размеры прокатанного полосового металла. Отмечается, что сортовую сталь и профили специаль-

4

ного назначения прокатывают в валках, на рабочей поверхности которых вытачивают специальные вырезы , соответствующие будущей форме прокатываемого металла. При этом вырез, сделанный в одном валке, называется ручьем; вырез, образованный двумя сложенными ручьями валов прокатного стана, называется калибром. Приводится пример получения фасонного проката в станах трио.. Рассматривает основные виды термической обрвботки стали (закалка, отпуск, отжиг, нормализация), определение их режимов, структурные изменения, изменения механических свойств и области применения сталей после различных видах термической обработки.

5. Сварные соединения и швы. Сварочная дуга и ее свойства. Строение сварного шва и зоны термического влияния.

Лектор дает определение сварки металлов и области ее использования в металлических конструкциях, классификацию сварных соединений и швов с определением основных терминов, Сварные соединения классифицируются в зависимости от характера взаимного расположения свариваемых элементов; стыковые, тавровые, угловые, нахлесточные соединения.. Сварные швы классифицируются по положению в пространстве , по действующему на шов усилию, по конфигурации швов, по назначению швов. Лектор рассматривает механизм образования сварочной дуги и ее классификацию по роду применяемого тока. Показывает , что механические свойства сварных соединений во многом определяются структурной неоднородностью сварных соединений - строением сварного шва и зоны термического влияния. Отмечает, что в сварных соединениях слабыми сечениями являются центр сварного шва и ( где располагаются примеси ) и участки зоны термического влияния, где наблюдается рост зерен стали.

6.Свариваемость сталей. Классификация электродов. Покрытие электродов.

Лектор дает понятие свариваемости и связывает ее с возможностью появления

трещин во время сварки в металле шва и зоны термического влияния. Объясняет механизмы образования холодных и горячих трещин и связывает склонность к их образованию с содержанием углерода в углеродистых и строительных углеродистых сталей, в низколегированных строительных сталей кроме углерода и с содержанием легирующих элементов. Отмечает , что использование электродов позволяет предотвратить попадание кислорода, азота в зону сварки, очистить металл шва от окислов, легировать компонентами , улучшающими механические характеристики. Дает условное обозначение электродов и классификацию по технологическим характеристикам видов покрытия.

7. Выбор режима сварки. Особенности сварки различных швов

Лектор определяет понятие режимов сварки, как совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров , форм и качества. Приводит примеры назначения режимов сварки швов некоторыми марками электродов в различных положениях шва. Рассматривает особенности сварки швов различной протяженностью, сварки металла шва большой толщины, особенности сварки при низких температурах, сварку арматуры железобетонных конструкций двумя способами – ванная сварка в инверторных формах, используемых многократно и изготовляемых из меди или применяют ванную сварку на остающихся стальных накладках , изготавливаемых из малоуглеродистой стали; дуговая сварка протяженными швами нахлесточных соединений и стыковых с круглыми накладками.

8. Дефекты сварных соединений. Методы контроля качества сварных соеди-

нений.

Лектор дает классификацию дефектов сварных соединений и причины их образования – дефекты размеров и формы сварного шва, подрез, прожог, внутренние и поверхностные поры, непровары, трещины, незаплавленные кратеры швов, наплывы. Рас-

5

сматривает и объясняет методы контроля качества сварных соединений – контроль внешним осмотром, испытания на непроницаемость ( испытания керосином, испытание газом, гидравлические испытания), контроль сварных соединений рентгеновскими и гамма - лучами, ультразвуковой метод контроля.

6

Рекомендуемая литература

1.Кононова, О. В. Технология конструкционных материалов : учебное пособие / О. В. Кононова, И. И. Магомедэминов. - Йошкар-Ола : Марийский государственный технический университет, Поволжский государственный технологический университет, ЭБС АСВ, 2009. - 122 с. - Книга находится в базовой версии ЭБС IPRbooks. - http://www.iprbookshop.ru/22604.html. – Текст : электронный.

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

АСВ, 2006. – 224 с. - ISBN 5-93093-485-1.

3.Оботуров, В. И. Сварочные работы в строительстве : учеб. пособие для студентов по направлению 653500 "Строительство" / В. И. Оботуров. - Изд. 2-е, испр. и доп. -

Москва : АСВ, 2012. - 242 с. : ил. - ISBN 978-5-93093-485-4.

4.Шилин, В. М. Технология конструкционных материалов : учебное пособие / В. М. Шилин ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2004. – 75 с. – ISBN 5-87941-328-4.

5.Куркин, С. А. Сварные конструкции : Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве : учебник для вузов по специальности "Оборудование и технология сварочного производства" / С. А. Куркин, Г. А. Николаев. – Москва : Высш. шк., 1991. – 399 с. : ил.

6.Болдырев, А. М. Сварочные работы в строительстве и основы технологии металлов : учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Строительство"/ А. М. Болдырев, А. С. Орлов. – Москва : АСВ, 1994. – 431 с. - ISBN 5-87829-012-Х.

7.Инструкция по сварке и контролю качества сварных соединений трубопроводов из аустенитных сталей : утверждена 14.11.66 / Главтехстройпроект, Информэнерго. - Москва : Информэнерго, 1968. - 58 с. : ил.

8.Нейфельд И. Е. Контроль качества сварных соединений в строительстве / И. Е. Нейфельд, А. С. Фалькевич, Л. С. Лившиц. - Изд. 2-е, перераб. - Москва : Стройиз-

дат, 1968. - 176 с.

9.Технология конструкционных материалов : учебник для вузов / Ю. П. Солнцев, Б. С. Ермаков, В. Ю. Пирайнен; под редакцией Ю. П. Солнцева. - Технология конструкционных материалов ; 2023-07-26. - Санкт-Петербург : ХИМИЗДАТ, 2020. - 504 с. - Книга находится в премиум-версии ЭБС IPR BOOKS. – URL: http://www.iprbookshop.ru/97817.html. - ISBN 078-5-93808-347-0. – Текст : электрон-

ный.