5886
.pdfМинистерство 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 выполнению лабораторных работ 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, 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 выполнению лабораторных работ 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, Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
УДК 621.9 (075)
Беляев, С. В. Технология конструкционных материалов : учебно-методическое пособие / С. В. Беляев; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 10 с. : ил. – Текст : электронный.
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, специализации Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.
© С. В. Беляев , 2022 © ННГАСУ, 2022.
3
1. Цели освоения учебной дисциплины
Целями освоения учебной дисциплины «Технология конструкционных материалов», являются:
ознакомление 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.
формирование умения работать с научно-технической и справочной литературой.
выработка у студентов практических навыков проведения макро- и микроанализа стали и чугуна, измерения твердости и проведения термической обработки с целью изменения механических свойств металлов.
ознакомление 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;
выработка 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:
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.
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:
характеристика стали по химическому составу и механическим свойствам;
классификация стали по микроструктуре;
понятия феррита, перлита, цементита и аустенита;
классификация стали по содержанию углерода;
область использования мало-, средне- и высокоуглеродистых сталей;
методика 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:
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.
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:
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.
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:
назначение и сущность отжига стали;
выбор температуры нагрева стали;
от чего зависит время выдержки образцов в печи?
структура 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:
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.
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:
назначение и сущность отпуска;
виды отпуска, температуры нагрева стали;
структуры отпущенной стали;
области применения видов отпуска;
термоулучшение 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:
назначение и сущность нормализации стали;
выбор температуры нагрева стали;
от чего зависит время выдержки образцов в печи?
различия в свойствах отожженной и нормализованной стали;
структура нормализованной стали.
2.9. 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 техники 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:
понятие сварочной дуги;
дуга переменного и постоянного тока;
строение сварочной дуги;
дуги прямого, косвенного и комбинированного действия;
оборудование и инструмент сварочного поста;
факторы, влияющие на сопротивляемость организма;
меры безопасности в лаборатории сварки.
2.10.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 рассеянием (подвижный магнитный шунт или подвижные обмотки). Подробно рассмотрена конструкция сварочного трансформатора ТД-500. Описан принцип его работы. Приведены внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора и статическая характеристика дуги; технические данные источника питания. Даны практические рекомендации для зажигания электрической сварочной дуги.
Контрольные вопросы:
оборудование сварочного поста при сварке на переменном токе;
схема подключения сварочного трансформатора;
конструкция сварочного трансформатора ТД-500;
внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора;
зажигание и процесс возникновения сварочной дуги.
2.11. Лабораторная работа «Устройство сварочного выпрямителя»
Описаны преимущества питания сварочной дуги постоянным током, типы источников постоянного тока, достоинства сварочных выпрямителей в сравнении со сварочными генераторами. Рассмотрены устройство сварочного выпрямителя ИПП-500В и особенности работы трехфазного трансформатора с выдвижными магнитными шунтами. Отмечены основные технические параметры выпрямителя.
Контрольные вопросы:
7
преимущества сварочной дуги на постоянном токе;
основные типы источников постоянного тока;
устройство и назначение сварочного выпрямителя;
регулирование сварочного тока в выпрямителе;
принципиальная электрическая схема выпрямителя ИПП-500В;
основные технические данные выпрямителя ИПП-500В.
2.12.Лабораторная работа «Полуавтоматическая сварка в среде углекислого
газа»
Описаны сущность сварки в среде углекислого газа, её преимущества перед ручной электродуговой и автоматической сваркой под слоем флюса. Отмечены и её недостатки. Рассмотрены устройство полуавтомата, назначение и работа механизма подачи электродной проволоки. Описана техника сварки углеродистой стали.
Контрольные вопросы:
сущность сварки в среде углекислого газа;
преимущества этого процесса сварки перед другими способами дуговой сварки;
схема процесса сварки в среде СО2;
материалы, применяемые для сварки; блок-схема полуавтомата и его основные узлы
2.13. 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. Приведены электрическая схема машины МТ-601, основные технические параметры. Даны рекомендации по выбору режима сварки, контролю качества сварных соединений.
Контрольные вопросы:
способы контактной сварки;
сущность процесса контактной сварки;
циклограмма точечной сварки;
сопротивление между электродами;
электрическая схема машины МТ-601;
выбор режима сварки;
контроль качества точечной сварки.
2.14. Лабораторная работа «Газовая сварка»
Описаны сущность газовой сварки, принцип получения горючего газа в ацетиленовых генераторах, устройство газовых баллонов; назначение газовых редукторов и принцип газового редуцирования; назначение и принцип действия инжекторной горелки. Рассмотрены зоны ацетилено-кислородного пламени, виды газового пламени, способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла (изменение мощности газового пламени, применение левой или правой сварки, изменение угла наклона газовой горелки). Описана сущность обратного удара и причины его возникновения.
В лаборатории сварки имеется специализированный пост газовой сварки.
Контрольные вопросы:
сущность газовой сварки;
принцип работы ацетиленового генератора;
назначение и принцип работы газового редуктора;
назначение и принцип действия газовой горелки;
строение ацетилено-кислородного пламени;
8
виды газового пламени;
способы регулирования скорости нагрева свариваемого металла;
обратный удар и причины его возникновения.
2.15. Лабораторная работа «Кислородная резка металлов»
Описаны сущность кислородной резки; требования, предъявляемые к металлам, которые могут подвергаться кислородной резке; устройство ацетилено-кислородного резака и принцип его работы.
Контрольные вопросы:
сущность процесса кислородной резки;
требования к металлам, подвергаемым кислородной резке;
конструкция ацетилено-кислородного резака;
принцип работы резака.
2.16Лабораторная работа « Определение свариваемости стали по ее химическому составу»
Дается понятие свариваемости стали. Рассматриваются примеры определения свариваемости стали по ее химическому составу.
Контрольные вопросы:
понятие о свариваемости стали;
образование холодных трещин,
образование горячих трещин,
понятие эквивалентного содержание углерода.
9
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 : Стройиздат,
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 : электронный.