4426

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

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

А. С. Торопов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям, (включая рекомендации обучающимся

по организации самостоятельной работы) по дисциплине "Материаловедение" для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 621.7 (075.8)

А. С. Торопов Материаловедение. учебнометод. пособие /А. С. Торопов; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – _12_с. – Текст: электронный.

Приведено содержание курса лекций, планы практических занятий по учебной дисциплине " Материаловедение». Даны рекомендации по их самостоятельному изучению. Рассмотрены последовательность изучения курса и методические рекомендации по самостоятельному изучению. Перечислена литература для более глубокого изучения дисциплины.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки по подготовке к лекциям, практическим занятиям по учебной дисциплине " Материаловедение" по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация.

©А. С. Торопов, 2022

© ННГАСУ, 2022.

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 СО2. 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:

сущность макроанализа, его задачи;

виды изломов, их характеристика;

понятие ликвации;

влияние серы и фосфора на свойства стали;

методика приготовления макрошлифа;

сущность 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:

характеристика стали по химическому составу и механическим свойствам;

классификация стали по микроструктуре;

понятия феррита, перлита, цементита и аустенита;

классификация стали по содержанию углерода;

5

область использования мало-, средне- и высокоуглеродистых сталей;

методика 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:

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

структура и свойства чугунов;

условия получения различных видов чугунов;

области применения чугунов;

достоинства и недостатки чугуна в сравнении со сталью;

принцип 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:

понятие твердости, как свойство металла;

сущность способов измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла;

достоинства методов измерения твердости;

связь твердости металла с пределом прочности и пределом текучести;

выбор 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:

назначение и сущность отжига и нормализации стали;

выбор температуры нагрева стали;

от чего зависит время выдержки образцов в печи?

различия в свойствах отожженной и нормализованной стали;

структура отожженной стали;

структура 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:

назначение и сущность закалки стали;

выбор температуры нагрева стали для закалки;

структуры закаленной стали, их природа и свойства;

применяемые охлаждающие среды и области их использования;

понятие 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:

назначение и сущность отпуска;

виды отпуска, температуры нагрева стали;

структуры отпущенной стали;

области применения видов отпуска;

термоулучшение стали.

4.Методические указания по освоению дисциплины

Объем курса включает часы контактной работы обучающихся с преподавателем

(лекции, лабораторные работы, практические занятия, индивидуальные и групповые кон-

сультации) и самостоятельную работу обучающихся (подготовка к защите лабораторных работ, зачету по курсу). В течение курса студенты имеют возможность получить консуль-

тацию по различным вопросам подготовки в специально отведенные часы. Лекции позво-

ляют представить значительный объем информации. Лекции по курсу имеют тематиче-

скую структуру с соблюдением принципа последовательного изложения, что позволяет сформировать понимание необходимых технических знаний.

8

Рекомендуемая литература

1.Мещеряков, В. М. Технология конструкционных материалов и сварка / В. М. Ме-

щеряков. – 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.

9

Торопов Александр Сергеевич

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся

по организации самостоятельной работы) по дисциплине "Материаловедение" для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация

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