Металлы (от латинского metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло — и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. [5, с.30]
Содержание работы
Введение …………………………………………………………………………. 3
1. Классификация металлов . 4
1.1. Сталь углеродистая обыкновенного качества . 4
1.2. Сталь углеродистая качественная конструкционная . 6
1.3. Сталь легированная . 7
2. Строение металлов . 10
3. Свойства металлов . 13
3.1. Химические свойства . 13
3.2. Физические свойства . 14
4. Применение металлов в строительстве . 19
Заключение . 25
Список литературы .
Содержимое работы — 1 файл
Применяемые в технике конструкционные металлические материалы являются поликристаллическими. Их механические свойства практически изотропны и могут существенно отличаться от свойств монокристаллов металлов. Межфазные границы вносят дополнительный вклад в упрочнение. С другой стороны, они могут быть местами предпочтительного разрушения (межзёренное разрушение) или деформации. Изменяя число и строение межфазных границ, форму и пространственное расположение отдельных структурных составляющих многофазных систем (поликристаллов, гетерофазных агрегатов, возникающих вследствие фазовых превращений, или искусственно полученных композиций), а также регулируя состав и дефектную структуру отдельных кристаллов, можно получить огромное разнообразие механических свойств, необходимых для практического использования металлических материалов. [8, с.267]
Металлические конструкции при строительстве индивидуального загородного дома.
4. Применение металлов в строительстве
Сталь. В строительстве сталь используют для изготовления конструкций, армирования железобетонных конструкций, устройства кровли, подмостей, ограждений, форм железобетонных изделий. Правильный выбор марки стали обеспечивает экономный расход стали и успешную работу конструкции.
Для изготовления несущих (расчетных) сварных и клепаных конструкций рекомендуют следующие виды сталей: мартеновскую – марок ВМСтЗпс (сп, кп), низколегированную – марок 15ГС, 14Г2, 10Г2С, 10Г2СД; природно-легированную – марок 15ХСНД, 10ХСНД; кислородно-конвертерную – марок ВКСтЗсп (пс, кп). Стали марок Ст4 и Ст5 рекомендуют для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для сварных конструкций, воспринимающих лишь статические нагрузки. [6, с.314]
Сталь для конструкций, работающих на динамические и вибрационные нагрузки и предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, должна дополнительно проверяться на ударную вязкость при отрицательных температурах.
К стали для мостовых конструкций предъявляют специальные требования (ГОСТ 6713-75) по однородности и мелкозернистости, отсутствию внешних дефектов, прочностным и деформационным свойствам.
Для армирования железобетонных конструкций сталь применяют в виде стержней, проволоки, сварных сеток, каркасов. Арматурная сталь может быть горячекатаная (стержневая) и холоднотянутая (проволочная). По форме сталь чаще всего бывает круглая, а для улучшения сцепления – периодического профиля. В отдельных случаях для повышения механических свойств сталь обрабатывают наклепом и применяют термическую обработку. [4, с.227]
Чем швеллер отличается от двутавра, и почему швеллер это металлопрофиль. Металлопрокат- это что
Стержневую арматуру в зависимости от механических свойств делят на классы: A-I, A-II, A-III, A-IV и др. При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали добавляют индекс «т» (например, Ат-III), упрочненную вытяжкой – «в» (например, А-Шв).
Арматурная проволока может быть холоднотянутой класса B-I (низкоуглеродистой) для ненапрягаемой арматуры и класса В-II (углеродистой) для напрягаемой арматуры. Для обычного армирования преимущественно применяют арматурную сталь классов A-III (марок 25Г2С, 35ГС и др.), А-II (марок Ст5) и обыкновенную арматурную проволоку, а при особом обосновании также A-I (марки СтЗ) и А-IIв. Для предварительно напряженного армирования используют высокопрочную проволоку, арматурные пряди и арматуру класса A-IV (марок ЗОХГ2С, 20ХГСТ, 20ХГ2Ц и другие низколегированные стали), а также упрочненную вытяжкой сталь класса А-IIIв (марок 35ГС, 25Г2С). [8, с.346]
Сортамент прокатного металла и металлоизделий в строительстве разнообразен: сортовая сталь, прокатная сталь листовая, уголки, швеллеры, двутавры, трубы и другие служат основой для изготовления металлических конструкций (балки, колонны, фермы). На сортаменты имеются ГОСТы наиболее рациональных типов профилей и частоты их градаций. [1, с.329]
Сортовая сталь: круглая (диаметром 10-210 мм) применяется для изготовления арматуры, скоб, болтов; квадратная (сторона квадрата 10-100 мм); полосовая (шириной 12-20 мм) – для изготовления связей, хомутов, бугелей.
Сталь листовая включает листы толщиной от 4-160 мм, шириной 600-3800 мм; тонколистовая кровельная – черная и оцинкованная толщиной до 4 мм; широкополочная толщиной 6-60 мм, шириной 200-1500 мм, длиной 5-12 м.
Уголковые профили (равнополочные и неравнополочные) выпускают площадью сечения 1,0-140 см2.
Швеллеры характеризуются сечением швеллеров и определяются его номером, который соответствует высоте стенки швеллера в сантиметрах.
Двутавры – основной балочный профиль – разнообразны по типам; обозначаются номером, соответствующим их высоте в сантиметрах. Трубы круглые имеют диаметр 8-1620 мм. Трубы могут быть квадратного и прямоугольного сечения.
В строительстве также широко применяют специальные профили и металлические материалы: стальные канаты и проволоку, профилированные настилы и т.д. [8, с.325]
Чугуны. Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 %. углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.
Белый чугун, в котором весь углерод (2,0. 3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.
Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе. [6, с.258]
Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа. [1, с.263]
Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали. [4, с.293]
Ковкий чугун получают после длительного отжига % белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. Углеродные включения имеют округлую форму. В отличие от серых ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.
Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей. [6, с.234]
При испытании серого и высокопрочного чугунов определяют предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость. При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают предел прочности при растяжении, последующие две – предел прочности при изгибе. [3, с.292]
Цветные металлы и сплавы. Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы. [2, с.382]
Медь – металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: σв = 180. 240 МПа при высокой пластичности δ>50%.
Алюминий – легкий серебристый металл, обладающий низкой прочностью при растяжении – σв =80. 100 МПа, твердостью – НВ20, малой плотностью – 2700 кг/м3, стоек к атмосферной коррозии. В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газообразователи, фольга). Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки (Мn, Сn, Mg, Si, Fe) и используют некоторые технологические приемы. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов. [9, с.258]
Силумины – сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью σв = 200 МПа, твердостью НВ50. 70 при достаточно высокой пластичности δ=5. 10%. Механические свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования. При этом увеличивается степень дисперсности кристаллов, что повышает прочность и пластичность силуминов. [5, с.41]
Дюралюмины— сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8 %), марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500. 520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4. 5 сут при нагреве на 170СС в течение 4. 5 ч. [3, с.421]
Термообработка алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400. 480 МПа и может быть повышен до 550. 600 МПа в результате наклепа при обработке давлением. [2, с.85]
В последнее время алюминий и его сплавы все шире применяют в строительстве для несущих и ограждающих конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100. 300 кг/м3. [8, с.287]
Все алюминиевые сплавы поддаются сварке, но она осуществляется более трудно, чем сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов Аl2О3.
Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности при повышении температуры более 400°С и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость. [6, с.189]
Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах. [4, с.158]
Таким образом, можно сделать вывод, что металлы стали незаменимы при строительстве сооружений, зданий, сухопутного транспорта, морских судов и других элементов. Все металлы и сплавы подразделяются на две группы – черные и цветные металлы. В первую группу входят железо и его сплавы, а ко второй относятся все остальные металлы и его сплавы.
Чугун и сталь преобладают других металлов в обработке. В строительстве используют сталь, который представляет собой сплав углерода и железа, может также включаться кремний, фосфор, сера и марганец. Сталь, после своей обработки, преобразуется в профилированный материал, который только после этого начинает активно применяться для изготовления. Вообще, профили металлов могут быть в различных вариантах – листы, трубы, прокат, стержни и проволока. И каждый вид имеет свою марку, отличающееся особой пластичностью и возможностью проявлять себя в местах с резкими перепадами температуры. [5, с.29]
Все металлические трубы разделяются на – чугунные и стальные. Чугунные трубы чаще всего используют в системах канализации, а стальные – в системах газа и пара. Стальные трубы бывают также двух вариантов – бесшовными, когда полотно цельное, и сварными, где метод осуществляется внахлест. Вот здесь можно посмотреть о свойствах металла.
В строительстве применяются цветные металлы, также чаще применяются не металлы, а их сплавы за счет того, что сплавы обладают более ценными свойствами, чем те металлы, из которых они состоят. [1, с.247]
1. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. – М.: «Металлургия», 2010.
2. Бочвар А. А. Физика и химия обработки материалов/ Национальная металлургия. – 2011. — №6, 85.
3. Воробьев В. А., Комар А. Г. Строительные материалы. – М.: Издательство «Вита-Пресс», 2008
4. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 2010.
5. Гранаткин К.А. Пластичность металлов и сплавов с особыми свойствами/ Цветные металлы. – 2011. – №3, 29.
Источник: www.turboreferat.ru
Применение металла в строительстве
Многие из элементов таблицы Менделеева используются в строительных работах. На сегодняшний день конструкции из стали – это основа для каждой постройки. Раньше металл применялся чаще всего при производстве элементов крепежа или покрытий кровли.
Эволюция металла
«Ветераном» строительства можно назвать медь. Историки отслеживают ее использование для покрытия кровли еще до начала нашей эры. Считается, что медные листы покрывали Пантеон, в афинском Акрополе. Этот металл прочен, стоек к коррозии, долговечен. Листовая медь подходит для изготовления кровли, так как намного легче черепицы из дерева, глины и свинца.
При строительстве куполов, для облицовки, использовали медь, ведь она хорошо гнется. С ее применением изготовлялись декорации, памятники и монументы. Медь использовалась при строительстве Статуи Свободы. Существуют следующие сплавы из меди: бронза (медь и олово), латунь (медь и цинк). Среди недостатков этого металла – высокая цена, с годами изделия из этого металла теряют блеск, насыщенный цвет, обретают зеленоватый оттенок.
Для решения этой проблемы теперь используют сталь, которая имеет полимерное покрытие. Agneta – это сталь, покрытая специальным составом с обеих сторон. В состав покрытия входят микросферы для обеспечения цвета. Это позволяет снизить цену и имитировать блеск, а также цвет меди, который сохраняется многие годы.
Одним из «долгожителей» среди металлов в строительстве можно назвать свинец. Он плавится при низкой температуре, поэтому широко использовался в строительной отрасли. До того как выяснили, что он вреден для здоровья, его применяли для производства водопроводных труб. Из свинца изготовляли дымоходы, желоба для водостоков.
В районах с резкими перепадами температуры этот металл не пользовался спросом, потому что подвержен температурной деформации. На основе свинца изготовляли краски. Для железа в качестве антикоррозионного пигмента использовался сурик, а также белила со свинцом для окрашивания домов из дерева. Такие краски были долговечны, но их перестали использовать, потому что были случаи отравления людей солями свинца.
В XIX столетии начали использовать железные и стальные листы, которые покрывали свинцово-оловянным сплавом. Их называли терн или «тернплате». Бывали случаи, когда эти листы ошибочно считали белой жестью.
В строительстве олово в чистом виде не использовали. Его могли задействовать в сплаве с медью для получения бронзы. Еще им покрывали сталь и луженное железо. При нанесении олова на листовое железо получали жесть. Ее использовали для покрытия кровли, изготовления брони, делали рельефные плитки для потолков.
Никель – доминирующий металл при производстве сплавов. Его используют как гальваническое покрытие многих деталей. Нержавеющая сталь, монель-металл, нейзильбер («белая латунь» или «немецкое серебро») – в состав этих сплавов входит никель. При разном соотношении цинка, никеля и меди можно добиться разнообразных цветов. Монель-метал своим оттенком похож на платину.
Его можно паять. За счет небольшой температуры плавления сварочные работы листов из монеля проводились непосредственно на стройке. Это позволяло сделать покрытие кровли сплошным, а значит, водонепроницаемым.
Много никеля и меди использовали в период Второй мировой войны. В послевоенные дни возрос спрос на алюминий и нержавеющую сталь. Так как эти металлы были дешевле.
Со временем был получен патент на технологию антикоррозионного цинкования. Железо покрывалось цинком с помощью «горячего погружения». Оцинкованные стальные листы начали использовать на крышах и водостоках.
Из цинка делали разные декоративные элементы. Он был эластичным, недорогим, а также хорошо красился. Цинковые краски замедляли развитие ржавчины на железе.
В начале ХХ века стали больше использовать алюминий. Из него изготовляли элементы декора и применяли в несущих конструкциях. Его недостатками являются недостаточная жесткость, высокая теплопроводность, он плавится при низкой температуре, что плохо для пожарной безопасности.
Железо – это король строительных материалов. При изготовлении стройматериалов и в строительных конструкция используются несколько видов железа: листовое, кованое, стальной прокат и чугун.
В настоящее время из чугуна делают трубы и арматуру. Но в ХIХ веке из него производили колонны, купола, фасады, балконы. Изготовляли чугунные лестницы и заборы, а также многое другое.
В этом же веке начала массово производиться конструкционная сталь, с применением которой начали строить высотки. Генри Бессемер смог получить литую сталь методом продувки сжатого воздуха через чугун в жидком состоянии. Снизить стоимость и время производства материала позволило создание мартеновской печи. С использованием стального проката и деталей из стали происходило строительство мостов, железнодорожных комплексов.
Следующим открытием стал железобетон, который создается при добавлении стальной проволоки и арматуры в массив бетона. Потом начале XX века начала активно производиться и использоваться стойкая к коррозии нержавеющая сталь с разными добавками. Множество зданий быстро возведены на основе железобетонных и стальных каркасов.
Чуть позже были созданы с помощью стали и алюминия навесные вентилируемые фасады, на каркас которых крепили облицовку. Под ними на стену закрепляли материал для утепления. Как облицовку часто использовали керамогранит. Недостатками этого отделочного материала была массивность, хрупкость и ненадежность крепления. Также применяли композитные панели из алюминия.
Подбирать такую облицовку надо так, чтобы не нарушались правила пожарной безопасности.
Со временем стали использовать стальную облицовку. На листовую сталь наносили полимерное покрытие. Изготовленная таким способом облицовка стала долговечной, энергоэффективной, легко монтировалась и имела разные цветовые варианты. Одним из нареканий в адрес линеарных панелей является то, что с их помощью невозможно достичь идеальной геометрии фасада. Эту проблему можно с несколько большими затратами при использовании фасадных кассет.
С помощью специального оборудования стало возможным выпускать Primepanel – это линеарные панели первоклассного качества с волнистой (рифленые) и гладкой поверхностью. Они изготавливаются в трех размерах по ширине с закрытыми или открытыми торцами, имеют большую цветовую гамму, множество видов покрытий, незаметные крепления. Эти панели можно монтировать по вертикали, горизонтали или же диагонально.
Сталь – это материал нового поколения. Из нее возможно создание любого элемента здания, начиная от фундамента и несущих конструкций, заканчивая декором и мебелью.
Источник: gkfenix.ru