Какие сплавы пРименяют в строительстве

Чугун содержит около 93% железа, от 2,14 до 5% углерода и неболь­шие примеси кремния (0,5 — 4%), марганца (1 — 3%), фосфора (0,02 -2,5%) и серы (0,005 — 0,08%).

В зависимости от условий охлаждения при получении, различают два вида чугуна: белый и серый. При быстром охлаждении образуется белый чугун, в котором углерод содержится в виде карбида железа — цементита Fе3С. Он обладает высокой твердостью, но хрупок, поэтому в основном его перерабатывают в сталь, и называют передельным. При медленном охлаждении жидкого чугуна углерод выделяется в виде графита, обра­зующийся при этом чугун имеет серый цвет, потому называется серым чугуном.

Чугун используют в основном для получения стали, на это расходует­ся примерно 80 — 85% всего чугуна. В то же время чугун — наиболее рас­пространенный литейный сплав.

Сталь является основой промышленного производства и строитель­ства. Сталь по сравнению с чугуном имеет лучшие механические свойст­ва. По химическому составу стали делят на углеродистые и легирован­ные. Содержание углерода (С) в составе стали меньше 2,14%.

Сплавы металлов. Их свойства и применение.

В углеродистых сталях кроме углерода обычно содержится до 0,7% марганца (Мп), 0,4% кремния (Si), 0,04% серы (S) и 0,035% фосфора (Р). Высокоуглеродистые стали содержат более 0,6% углерода (С); среднеуг-леродистые 0,25 — 0,6% С и низкоуглеродистые — менее 0,25% С.

Строительные сталисодержат до 0,3% углерода (С), машинострои­тельные 0,025 — 0,5% >, пружинные 0,5 — 0,8% > , инструментальные 0,7 -1,3% углерода. С увеличением содержания углерода повышаются твёр­дость, прочность, улучшается обработка резанием, но снижается пластич­ность стали и одновременно ухудшается свариваемость.

Марганец нейтрализует вредное влияние серы. Он растворяется в кристаллитах железа (феррите)и цементите (Fe3C)и повышает прочность стали. Содержание кремния также повышает прочность стали.

Для изготовления строительной арматуры, металлоконструкций для мостов обычно применяют низкоуглеродистые стали. Листовую низкоуг­леродистую сталь используют для изготовления резервуаров, трубопрово­дов и других изделий. Она хорошо сваривается, имеет высокую ударную вязкость, малочувствительна к концентрации напряжений.

Низколегированные строительные стали обладают высокой пластич­ностью и ударной вязкостью. Низколегированные стали широко приме­няют в строительстве для изготовления различных сварных и клёпаных конструкций, для армирования железобетонных изделий.

Из цветных металлов наиболее широкое применение в строительст­ве находят сплавы на основе алюминия и меди.

Алюминий (Al) — лёгкий (плотность 2,7 г/см 3 ) серебристо-белый ме­талл с температурой плавления 657°. Алюминий на воздухе моментально покрывается очень тонкой и прочной оксидной пленкой А12О3, защищаю­щей металл от дальнейшего окисления и действия воды. Вода не действу­ет на алюминий даже при повышенной температуре. Поэтому он устойчив к атмосферной коррозии.

Однако алюминий разрушается и щелочами, и кислотами. По объему производства алюминий занимает второе место среди металлов, после железа. В строительстве и машиностроении исполь­зуется около половины получаемого алюминия.

Про сплавы металлов на понятном языке

В чистом виде алюминий применяют для изготовления фольги, проволо­ки, порошка. Алюминиевую фольгу (альфоль) используют в качестве эффективного утеплителя (для отражения тепловых лучей) или декоративного ма­териала. Проволоку используют для изготовления электрических проводов, алюминиевый порошок — в качестве наполнителя в красках или газообразователя при изготовлении ячеистых бетонов. Чистый алюминий из-за невысокой прочности в качестве конструкционного материала в строительстве практиче­ски не используют. В этих целях обычно применяют сплавы алюминия.

Алюминиевые сплавы сохраняют легкость (плотность до 3,0 г/см 3 ), коррозионную стойкость и пластичность при низких температурах. При этом прочность некоторых марок алюминиевых сплавов сопоставима с прочностью сталей. Сплавы легко обрабатываются резанием и сваривают­ся контактной сваркой.

Недостатками алюминиевых сплавов являются сравнительно низкий модуль упругости, высокий коэффициент линейного расширения и отно­сительная сложность соединения элементов конструкций.

В зависимости от состава алюминиевые сплавы делят на: Al — Si (си­лумины); А1 — Mg (магналии); А1 — Сu — Mg (дюралюмины); Al — Mg — Si (авиали) и более сложные (многокомпонентные) с улучшенными свойст­вами: высокопрочные (А1 — Zn — Mg — Сu, Al — Сu – Li или Al — Сu — Mg — Li), жаропрочные (Al — Сu — Мn или Al — Сu — Mg — Fe — Ni), коррозионностойкие (для работы в морской воде и агрессивных средах). Для произ­водства таких сплавов в качестве легирующих металлов используют хром, цирконий, цинк, никель, литий и др.

Для изготовления строительных изделий из алюминиевых сплавов наи­более широко применяются сплавы с магнием, медью, кремнием, марганцем.

По способу обработки алюминиевые сплавы делят на литейные и де­формируемые.

Литейные сплавы используют для получения изделий методами литья в различные формы. Наиболее распространенными литейными алю­миниевыми ставами являются сплавы с кремнием или магнием — силуми­ны или магналии.

Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением: прессованию, штамповке, ковке, прокатке. Так получают лис­ты, профили, проволоку, прутки и т.д.

Алюминиевые деформируемые сплавы подразделяют на сплавы, не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Высокопрочные не упрочняемые термически сплавы Al — Mg — Mn могут содержать 2 — 7% магния и 1,0 — 1,6% марганца. Их упрочняют де­формацией в холодном состоянии.

В строительстве не упрочняемые термически алюминиевые сплавы применяют как для изготовления несущих конструкций (балки, арки, фермы, рамы), так и для малонагруженных и ненагруженных элементов (дверные и оконные переплеты, стеновые панели, арматурные детали).

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, при­обретают высокие механические свойства и коррозионную стойкость только в результате термической обработки.

Медь (Си) — мягкий, пластичный, ковкий металл красно-розового цвета с характерным металлическим блеском, плотностью 8,92 г/см 3 , тем­пературой плавления 1083°.

Чистую медь в качестве конструкционного материала применяют редко вследствие недостаточной прочности. Более 30% меди применяют в виде сплавов, важнейшие из которых — бронзы, латуни, томпаки.

Дополнительное легирование латуни с использованием алюминия, марганца, олова, никеля или кремния позволяет получить специальные марки латуни, не уступающие по прочности среднеуглеродистой стали.

Латуни делят на деформируемые и литейные. Применяют латуни для изготовления арматуры, труб, проволоки, втулок, подшипников; фольги.

Бронзы — сплавы меди с различными металлами (кроме цинка и ни­келя), чаще всего — с оловом, бериллием, алюминием. Бронзы превосходят чистую медь по прочности и коррозионной стойкости. Для многих бронз характерны высокие прочность, износостойкость, упругость, ударная вяз­кость, антифрикционные свойства.

Оловянная бронза — это древнейший из сплавов, полученных людьми. Однако специальные (не содержащие олова) бронзы имеют лучшие меха­нические свойства, дешевле и находят широкое применение. Так, алюми­ниевые бронзы (содержат 4-11,5% А1) обладают повышенной коррози­онной стойкостью; бериллиевые бронзы (содержат от 1,6 до 2,2% Be) имеют высокую прочность и стойкость к коррозии, хорошую пластич­ность и антифрикционные свойства.

Различные бронзы широко используют для изготовления сантехниче­ской арматуры, пружин, труб, различных изделий бытового назначения, колоколов, монет и т.д..

Источник studopedia.ru

Цветные металлы и сплавы, их применение в строительстве.

Железо и его «производные»— сталь и чугун называют черными металлами. Все остальные металлы относятся к категории цветных. Золото, серебро, платина и другие благородные металлы тоже цветные. Все цветные металлы играют важную роль в промышленности.

В строительстве цветные металлы в чистом виде применяют редко. В небольших количествах находит применение чистый алюминий в виде фольги, порошка для алюминиевой краски, в качестве газообразующей добавки при изготовлении ячеистых бетонов, а также для отливки санитарно-технических деталей; цинк для покрытий поверхностей черных металлов и свинец для зачеканки стыков и швов ответственных сооружений, например в тоннелях метрополитена. В основном в строительстве используют сплавы цветных металлов: алюминия, меди, цинка, свинца, олова, марганца. Сплавы эти обладают рядом положительных качеств: малой плотностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, а также хорошими декоративными качествами.

Алюминиевые сплавы и конструкции из них в настоящее время находят широкое применение в строительстве при возведении перекрытий большепролетных сооружений в качестве несущих и ограждающих элементов. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п.

Силумины — сплавы алюминия с кремнием, они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью (200 Мпа), твердостью при достаточно высокой пластичности.

Дюралюмины — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%), марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали.

Другие металлы

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Используется для производства электропроводки, а иногда для создания водопроводных труб.

Бронза — сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Обладает хорошими литейными свойствами (вентили, краны, люстры).

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.

Источник students-library.com

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве имеют сплавы алюминия, как конструкционный материал. Сплавы меди и титана употребляются главным образом в качестве запорнорегулировочной арматуры, водопроводно-отопительных и электротехнических систем зданий и сооружений.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, плотностью 2700 кг/м 3 и температурой плавления 658 °С. Чистый алюминий вследствие малой прочности в строительных конструкциях применяется редко. Применение находят его сплавы.

Сплавы алюминия характеризуются прочностью при растяжении R = 100—700 МПа и относительным удлинением б = 6—22%. Модуль упругости алюминиевых сплавов почти в три раза ниже, чем у стали (0,7-10 5 МПа). Алюминиевые сплавы обозначаются марками, состоящими из букв и цифр, характеризующих состав сплава. Ниже в скобках приводятся примеры некоторых обозначений. Алюминиевые сплавы делятся на литейные и обрабатываемые давлением (деформируемые).

Литейные сплавы вследствие их низкой пластичности применяют в строительстве только для опорных частей конствукпий (сплав АЛ-8).

Деформируемые сплавы применяют для производства листов, прессованных профилей, труб и прутков, а также для изготовления деталей ковкой и штамповкой. Их механические свойства повышают легированием (элементами Mg, Mn, Си, Si, Al, Zn), пластическим деформированием (нагартовкой) и путем закалки с последующим старением при комнатной или повышенной температуре.

Деформируемые сплавы подразделяются на термически упрочняемые и неупрочняемые. К термически упрочняемым относятся сплавы: )авиаль (Al-Mg-Si) (АД31, АДЗЗ, АД35, АВ); 2) дюралюмин (Al-Cu-Mg) (Д1, Д16); 3) высокопрочные сплавы на основе Al-Zn-Mg- (Си) (В92, В95); 4) ковочные жаропрочные сплавы (Al-Mg-Si-Cu) (АК6, АК8).

Вид обработки сплава обозначают буквами, добавленными через черточку к основной марке: М — отожженный (мягкий); Н — нагар- тованный; Н2 — полунагартованный; Т — закаленный и естественно состаренный; Т1 — закаленный и искусственно состаренный (при температуре 160—180 °С); Т4 — неполностью закаленный и искусственно состаренный, А — без обработки давлением, плак. — плакированный, Б — без плакирования.

Плакировкой называется покрытие листов из алюминиевых сплавов при прокатке тонким слоем (5% от толщины листа с каждой стороны) чистого алюминия, предохраняющим основной металл от коррозии. Нагартовка и полунагартовка применяются для термически неупрочняемых сплавов, закалка и старение — для термически упрочняемых.

Основными видами термической обработки алюминиевых сплавов является отжиг, закалка и старение. Отжиг происходит без фазовых превращений, как и отжиг I рода для стали, и применяется для снятия остаточных напряжений, гомогенизации, рекристаллизации и восстановления дозакалочных свойств сплава.

Добавка меди значительно повышает прочность алюминия, но снижает пластичность и антикоррозионные свойства. Марганец и магний повышают прочность и антикоррозионные свойства. Кремний повышает жидкотекучесть и легкоплавкость, но ухудшает пластичность. Цинк, особенно с магнием, значительно увеличивает прочность алюминия, но уменьшает стойкость к коррозии под напряжением.

Для улучшения свойств алюминиевых сплавов в них вводят небольшое количество хрома, ванадия, титана, циркония и других элементов. Соотношение компонентов в тройных и многокомпонентных сплавах подбирается исходя из условий достижения после их термической обработки и старения высокой прочности и коррозионной стойкости, а также хорошей обрабатываемости давлением, прокаткой, резанием, сваркой.

Особые группы сплавов составляют спеченные алюминиевые порошки (САП) и сплавы (САС), а также пенистый алюминий, получаемый при замешивании порошка гидрида титана в жидком алюминии. Пеноалюминий имеет объемную массу 300—500 кг/м 3 , поэтому его можно применять как тепло- и звукоизоляционный материал.

Медь в чистом виде имеет небольшую прочность и высокую пластичность. Температура ее плавления 1083°С. Она плохо обрабатывается резанием, но хорошо деформируется в холодном и горячем состояниях. В строительстве медь применяется для водопроводных труб и кровельной черепицы.

Сплавы меди (латуни и бронзы) в строительстве применяют для декоративных целей (поручни, накладки, арматура для дверей и окон) и в сантехнике.

Бронзы — сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом, бериллием и другими элементами.

Оловянистая бронза представляет твердый раствор 4—5% олова в меди. При большем содержании олова пластичность и литейные свойства бронзы резко снижаются. Перед обработкой давлением бронзу подвергают рекристаллизационному отжигу при 600—650°С. Для улучшения литейных свойств и повышения прочности в бронзу вводят до 1% фосфора. Бронзы, обрабатываемые давлением, имеют Rp = 350— 400 МПа, б = 40—70% (после отжига) и б = 4—12% (после холодной деформации).

Алюминиевые и кремнистые бронзы имеют механические свойства, аналогичные оловянистым бронзам, но более стойки в агрессивных средах и стоят дешевле.

Бериллиевые бронзы содержат 2—2,5% Be и обладают наилучшими свойствами из всех бронз. После закалки при 760—780 °С и старения при 300—350 °С механические свойства ее составляют: Rp = 1300— 1350 МПа, б = 1,5%.

Свинцовые бронзы содержат до 30% РЬ. Их компоненты не образуют твердых растворов. Они имеют невысокую прочность (Rp — 60 МПа) и пластичность (б = 4%).

Маркируют все бронзы аналогично латуням. Например, БрОЦСНЗ-7—5—1 — оловянистая бронза, содержит 3% Sn, 7% Zn, 5% Pb, 1% Ni и 84% Си; БрАЖН 10—4—4 — алюминиевая бронза, содержит 10% А1, 4% Fe, 4% Ni и 82% Си.

Титан — металл серебристо-белого цвета, плавится при 1665±5°С. Существуют две модификации титана: при температуре ниже 882 °С — а-титан с гексагональной решеткой плотностью 4505 кг/м 3 , а при температуре 900 °С и выше — (3-титан с объемоцентрированной кубической решеткой плотностью 4320 кг/м 3 . На поверхности титана образуется прочная оксидная пленка, защищающая его от коррозии.

Технический титан марок ВТ1—00, ВТ1—Ои ВТ1 —1 (/?р = 300—350 МПа, б = 20—30%), хорошо обрабатывается давлением и сваривается. Примеси N, С, О и Н повышают его прочность и твердость, но снижают антикоррозионные свойства, пластичность и ударную вязкость. Для улучшения механических и технологических свойств титан легируют добавками Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zn, Si.

Сплавы титана. Различают а-сплавы и (а + (3) — сплавы титана. Первые представляют собой твердые растворы с алюминием и легирующими элементами (Sn, Zn и Mo, Fe, Cr) в а-титане. Они не упрочняются термообработкой и подвергаются только рекристаллизационному отжигу при 780—850 °С. Вторые состоят из а и (3 твердых растворов и содержат кроме алюминия Cr, Mo, Fe. Они упрочняются закалкой и старением.

Наиболее распространенные а-сплавы (ВТ5, ВТ5—1, ОТ4) имеют следующие показатели: Rp = 700—950 МПа, б = 12—25%; (а +13) — сплавы (ВТ6, ВТ8, ВТ14) — Rp = 950—1400 МПа, 6 = 8—15%. Титановые сплавы коррозионностойки, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, поддаются сварке.

Источник bstudy.net