Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра строительных материалов

Тенкачев Ш.З., Хафизова Э.Н.

Основные свойства металлов и арматуры

Методические указания к выполнению лабораторных работ

По курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения

Тюмень, 2010

УДК 691-4+620.22

Т-33

Тенкачев Ш.З., Хафизова Э.Н. Основные свойства металлов и арматуры: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения. - Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010 - 28 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ разработаны на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения. Методические указания содержат лабораторные работы по теме определение основные механических свойства металлов и арматуры, а также имеется необходимый справочный материал для подготовки к занятиям и самостоятельного изучения.

Рецензент: Карасев В.Н.

Тираж 75 экз.

© ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

© Тенкачев Ш.З., Хафизова Э.Н.

© Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

Содержание

1 Общие сведения о металлах……………………………………………………...4

2 Определение свойств металлических материалов………………………….…..6

3 Лабораторная работа № 1 испытание металлов на растяжение……………….7

4 Лабораторная работа № 2 Определение твердости металлов………………...11

5 Лабораторная работа № 3 Арматура для железобетонных конструкций……14

Библиографический список………………………………………………….....…19

Приложение А Классификация металлов………………………………...…...…20

Приложение Б сортамент профилей…………………………………………...…21

Приложение В Физико-механические свойства сталей (металлов)…………….22

Приложение Г Рекомендуемые марки углеродистой и низколегированной

стали для изготовления арматурной стали соответствующих классов..….....…23

Приложение Д Механические свойства арматурной стали до и после

электронагрева, а также результаты испытаний ее на изгиб……………………24

Приложение Е Методики определения твердости…………………………….…25

1 Общие сведения о металлах

Металлами называют материалы, обладающие высокой прочностью, характерным металлическим блеском, непрозрачностью, пластичностью, повышенной теплопроводностью, электропроводностью и другими ценными свойствами. У большинства металлов магнитные свойства выражены слабо: исключением являются: железо, никель, кобальт, магнитные свойства которых очень велики и имеют большое практическое значение. Металлы сравнительно трудно пропускают рентгеновские лучи и хорошо отражают световые волны.

Все металлы — тела кристаллические, их атомы располагаются в пространстве строго упорядоченно, образуя кристаллическую решётку. Порядок расположения атомов может быть различным (рисунок 1). Наиболее распространены следующие типы пространственных кристаллических решёток металлов:

1. Кубическая объёмноцентрованная (ОЦК) (рисунок 1а). Такой тип решётки имеют -железо, вольфрам, молибден.

2. Кубическая гранецентрированная (ГЦК) (рисунок 1б). Этот тип решётки имеют: -железо, свинец, медь, никель, алюминий и другие металлы.

3. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Такую решётку имеют: цинк, магний, α-титан, бериллий и др. (рисунок 1в).

а) б) в)

Рисунок 1 – Типы пространственных кристаллических решеток

а) 9 атомов, б) 14 атомов, в) 17 атомов

В зависимости от типа кристаллической решетки, состояния металла или сплава, их свойства будут различны.

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. Они широко применяются в различных областях строительства:

• несущие элементы каркаса промышленных зданий (колонны, фермы, балки перекрытий, подкрановые балки);

• листовые конструкции, представляющие собой металлические емкости, оболочки, бункера, трубопроводы, кровельная сталь, наружные стеновые панели, ограждающие элементы;

• специальные конструкции:

- пролетные строения железнодорожных и автодорожных мостов, путепроводы, эстакады;

- несущие каркасы высотных зданий;

- большепролетные покрытия зданий и сооружений;

- сооружения башенного и мачтового типа (башни и мачты для радиосвязи и телевидения, опоры линий электропередачи высокого напряжения, башни маяков, буровые и нефтяные вышки);

• арматура и закладные детали железобетонных конструкций и монолитного железобетона;

• водораспределительная, отопительная и вентиляционная арматура, изделия и агрегаты;

• электрооборудование;

• отделочные материалы и металлические изделия (заклепки, болты, гвозди), прокат, гнутые профили.

По химическому составу металлы делятся на:

• черные – железо и его сплавы (от вида и количества примесей – углерода, марганца, хрома, титана и других элементов – зависят различные свойства сплавов);

• цветные – объединяют все виды металлических материалов (алюминий, медь, магний, свинец, олово, цинк и т. д. и их сплавы), кроме железных.

Классификация металлов приведена в приложении А.

По плотности цветные металлы делятся на:

• тяжелые с плотностью более 5 г/см³ (сплавы меди, цинка, олово, свинца);

• легкие с плотностью менее 5 г/см³ (сплавы алюминия, магния и титана).

Металлы, не окисляющиеся на воздухе, называются благородными (золото, платина, серебро).

К редким металлам относятся вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий – все они имеют температуру плавления свыше 1700⁰ С и применяются в качестве специальных добавок при производстве сталей.

К редким радиоактивным металлам относятся: уран, торий, актиний, протактиний – их применяют в атомной энергетике.

Наиболее широкое распространение в строительстве имеют:

1 Черные металлы, так называемые железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода:

• до 2,14 % - стали;

• до 4,3 % - чугуны;

• до 6,67 % - ферросплавы – применяются как добавки при выплавке сталей.

2 сталь арматурная и конструкционная (низко-, средне- и высокоуглеродистая, низколегированная).

3 Чугуны.

4 Цветные сплавы (алюминий, медь, свинец, цинк).

5 Сплавы металлов (бронза, латунь, дуралюмины, силумины).

Цветные металлы и их сплавы используются меньше, в основном в отделочных целях в сооружениях высоких категорий, а также в водораспределительной арматуре, электрооборудовании (медь, алюминий) и для улучшения свойств черных металлов (легирующие добавки, защита от коррозии).