В зависимости от вида конструкций и их сочетаний различают системы стержневые и сплошные. К стержневым системам, состоящим из балок, ферм и колонн, относятся: каркасы зданий и сооружений, мосты, покрытия зданий в виде ферм, арок или куполов; ангары, мачты и башни, нефтяные вышки, стойки ЛЭП, эстакады, краны и другие конструкции. К сплошным системам относятся различные виды листовых конструкций: газгольдеры, резервуары, трубопроводы, специальные конструкции металлургических и нефтехимических заводов и т.д.
Основным материалом металлических конструкций является сталь.Она должна обладать необходимой прочностью, быть достаточно пластичной, хорошо свариваться и сопротивляться динамическим воздействиям без перехода в хрупкое состояние. При необходимости значительно снизить массу конструкций и повысить их коррозионную стойкость используют алюминиевые сплавы.
Повышение прочности стали без существенного снижения ее пластичности достигается введением легирующих добавок – марганца, кремния, меди, никеля, хрома и др. Такие стали называют низколегированными.
Подешевел!) купил металл для строительства склада.
Увеличение прочности стали достигается термическим упрочнением.
По технологии изготовления в зависимости от объема газов, выделяющихся в процессе кристаллизации, малоуглеродистая сталь может быть кипящей (кп), полуспокойной (пс) и спокойной (сп).
Сталь называют кипящей, если ее сразу же (без выдержки) разливают в изложницы; при этом часть газов остается в затвердевшем металле в виде газовых пузырьков, которые снижают его качество.
Спокойные(и в несколько меньшей степени полуспокойные) стали перед разливкой определенное время выдерживают, в результате чего устраняется возможность образования газовых пузырьков, а, следовательно, повышается надежность работы стали в конструкциях, особенно при динамических нагрузках и в условиях низких температур.
Низколегированные стали выплавляют только спокойными.
Ударная вязкостьстали характеризует ее хрупкость и оценивается работой, которую надо совершить для разрушения специального образца с надрезом при его испытании на удар. Чем больше ударная вязкость стали, тем меньше хрупкость.
Билет 5. 1)классификация нагрузок.сочетания.степень ответственности зданий и сооружений.нормативные и расчетные сопротивления материалов.
Сочетание нагрузок
На конструкцию, как правило, действуют несколько нагрузок, поэтому при расчете нужно учитывать наиболее вероятные их сочетания. Сочетания нагрузок делятся на два вида: основные и особые. Основные сочетания состоят из постоянных и временных нагрузок, а особые — из постоянных, временных и одной особой. В основном сочетании, если учитываются все постоянные и только одна временная нагрузка, то ее вводят в расчет без снижения. При действии двух и более временных нагрузок значения длительных нагрузок умножают на коэффициент сочетаний , а кратковременных — на . В особом сочетании нагрузок все временные длительные нагрузки умножаются на коэффициент сочетаний , а кратковременные на .
Самые современные инновации в строительстве
Таким образом, коэффициенты сочетаний учитывают вероятность одновременного действия максимальных значений длительных и кратковременных нагрузок.
Нормативные и расчетные характеристики материалов
Основными характеристиками прочности материалов являются нормативные сопротивления, которые представляют собой устанавливаемые нормами предельные значения напряжений, которые может воспринимать данный материал. Помимо нормативных сопротивлений устанавливаются и другие нормативные характеристики материалов: плотность, модуль упругости, усадка бетона и др. Нормативные характеристики устанавливаются на основе статистической обработки результатов испытаний стандартных образцов. Обеспеченность нормативных значений принимается не менее 0,95. Это значит, что число случайных отклонений с пониженными значениями механических свойств при испытаниях не превышает 5%.
Возможность случайного отклонения характеристики в неблагоприятную сторону от нормативного значения учитывают с помощью коэффициента надежности по материалу или по грунту . Расчетное сопротивление (характеристику) материала получают делением нормативного сопротивления (характеристики) на соответствующий коэффициент надежности:
или
Для металлов нормативные сопротивления устанавливаются по минимальным значениям предела текучести (yield point — предел текучести) или временного сопротивления (ultimate — предельный). Соответствующие расчетные сопротивления равны:
Для грунтов основными прочностными и деформационными характеристиками являются: угол внутреннего трения , удельное сцепление , модуль деформации . Коэффициенты надежности по грунту устанавливаются в зависимости от изменчивости этих характеристик, которая оценивается с помощью доверительной вероятности их расчетных значений. При расчете по первой группе предельных состояний доверительная вероятность принимается равной , а при расчете по второй группе — .
Строительные стали
Сталью называют сплав, состоящий из железа и углерода. Под качеством материала подразумевают сочетание свойств, зависящих от технологии производства, формирующих его химический состав, однородность строения, механические свойства и технологичность. Термин строительная распространяется на конструкционную малоуглеродистую, низколегированную или нелегированную стали, которые применяются для сооружения металлических конструкций путем сварки, клепки и посредством других соединений.
При строительстве объектов, требующих особой прочности, могут применяться и так называемые легированные стали, в их состав добавляют химические элементы, повышающие физические свойства материала.
Немаловажное значение имеет наличие в соединении вредных природных примесей (фосфора, серы и прочих), серьёзно влияющих на качество конечного продукта.
Классификация строительных сталей
Система классификации стали, которая нашла применение в строительной отрасли, подразумевает распределение материала по нескольким параметрам. Первый из них механическая прочность. Разделение по данному показателю определяет три типа стали:
• материал с обычной прочностью;
ГОСТ по классу прочности сталей строительных предполагает такие характеристики, как временное сопротивление на разрыв и минимальную величину предела текучести.
Вторым признаком, по которому группируют стали – это химический состав.
• Малоуглеродистые отличаются пластичностью, хорошей свариваемостью. Образуют класс С и нашли широкое применение в строительной сфере.
• Легированные, содержащие в своем составе от 2,5% до 10% специальных добавочных элементов, повышающих физико-химические свойства материала.
Маркировка строительных сталей
Для маркировки материала принята буквенно-цифровая система обозначений. Строительные марки помечают литерой С, цифры свидетельствуют о минимальном пределе текучести сплава. Присутствие других символов дают дополнительные сведения, к примеру, наличие буквы К удостоверяет повышенную антикоррозийную стойкость, а Т указывает, что материал термоупрочен (С390К, С355Т). Наличие буквы Д говорит о повышенном содержании меди. Марки строительной стали С390К, С355Т предназначены для конструкций со сварными и другими соединениями.
Маркировка малоуглеродистых сталей включает её марку. Находящаяся впереди литера В означает гарантии механических параметров и химических свойств. Буквенные символы в конце: кп, пс или сп уточняют кипящая это сталь, полуспокойная или спокойная.
Последний цифровой индекс – категория материала по требованиям ударной вязкости. Таким образом, маркировка ВСтЗкп2 поясняет, что сталь относится к кипящей, её марка соответствует сплаву СтЗ, отвечая всем требованиям, выдвигаемым к механическим свойствам и химическому составу, а ударная вязкость соотносится с показателем 2.
Билет 6. 1)Сущность железобетона. Сущность железобетона состоит в том, что он представляет рациональное сочетание этих двух материалов — бетона и стали, которые работают совместно вплоть до разрушения.
Ниже приведено стандартное определение железобетона, в котором кратко отражается его сущность.
Железобетон — это комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, деформирующихся совместно вплоть до разрушения конструкции.
В приведенном определении выделены ключевые слова, отражающие сущность материала. Для выявления роли каждого из выделенных понятий рассмотрим более подробно суть каждого из них
Бетон — это искусственный камень, который, как и любой каменный материал, имеет достаточно высокое сопротивление сжатию, а сопротивление растяжению у него в 10¸20 раз меньше.
Стальная арматура имеет достаточно высокое сопротивление как при сжатии, так и при растяжении.
Объединение этих двух материалов в одном позволяет рационально использовать достоинства каждого из них.
Алюминиевые сплавы
Алюми́ниевые спла́вы — сплавы, основной массовой частью которых является алюминий. Легирование — процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала.
Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан.
В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные. Большая часть производимых сплавов относится к деформируемым, которые предназначены для последующей ковки и штамповки.
Билет 7. 1)Основные физико-механические свойства бетона. Классификация бетона. Структура бетона. Усадка бетона. Прочность бетона.
Классы и марки бетона.
Бетон для ЖБК должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. В состав цементного камня входит: кристаллический сросток, гель, поры и капилляры, вода, воздух, частицы цемента.
Бетоны подразделяют по ряду признаков:
1. Плотной — у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим; 2. крупнопористые мало- и беспесчаные; 3. поризованные — с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; 4. ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;
1. Особо тяжелые — более 2500 кг/м3;2. Тяжелые — 2200 — 2500 кг/м3;3. Мелкозернистые — 1800 — 2200 кг/м3;4. Легкие — 500 — 2000 кг/м3;
1. на плотных заполнителях (щебень и песок). Естественные (перлит, пемза, ракушечник) или искусственные (керамзит, шлак). В зависимости от вида пористых заполнителей — керамзитобетон, шлакобетон;
1. крупнозернистые (с крупными и мелкими заполнителями);
2. мелкозернистые средней плотности свыше 1800 кг/м3 (с мелкими заполнителями);
1. естественного твердения;2. подвергнутый тепловлажностной обработке при атмосферном давлении;3. подвергнутый автоклавной обработке при высоком давлении.
Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона (рисунок 2.2, а)) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона).
Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:
1. количества и вида цемента – чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку; бетоны на расширяющемся и безусадочном цементе усадки не дают;
2. количества воды – с увеличением В/Ц возрастает усадка;
3. крупности заполнителей – при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, тем усадка меньше;
4. условия твердения – при влажных усадка меньше.
Усадка наиболее интенсивно происходит в начальный период твердения, в дальнейшем она постепенно затухает.
Арматура, обладающая большим модулем упругости, из-за сцепления с бетоном вовлекается в его совместную работу и тем препятствует усадочным деформациям бетона.
Прочность бетона – (способность сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь) зависит от многих факторов:
— структуры- марки и вида цемента- водоцементного отношения- вида и прочности заполнителей- условий твердения- вида напряженного состояния- формы и размера образцов- длительности загружения.
Прочность бетона нарастает с течением времени. Наиболее интенсивный ее рост происходит в начальный период твердения (28 суток).
Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях (сжатии, растяжении, изгибе, срезе):
— Кубиковая прочность R – временное сопротивление сжатию бетонных кубов. За стандартные лабораторные образцы принимают кубы 15х15х15 см. Испытывают их при температуре 20 ºС через 28 дней твердения в нормальных условиях
Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения, развивающихся на контактных поверхностях. Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным деформациям куба и создают эффект обоймы. После разрушения куб приобретает форму усеченных пирамид, т.к. удерживающее влияние сил трения уменьшается к центру. Если при осевом сжатии устранить влияние сил трения (смазка), трещины разрыва становятся вертикальными, а временное сопротивление уменьшается примерно вдвое. Согласно стандарту, кубы испытывают без смазки контактных поверхностей.
Чем меньше размер куба, тем больше его прочность. Кубиковая прочность служит только для контроля качества бетона, т.к. реальные конструкции по форме отличаются от кубов.
— Призменная прочность Rb – временное сопротивление сжатию бетонных призм с отношением высоты призмы h к стороне a, равном 4. Опыты показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношения h/a. Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении h/a=4 значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 0,75R. В реальных расчетах принимается призменная прочность бетона.
— Прочность на растяжение Rbt зависит от прочности цементного камня и сцепления его с заполнителем. При осевом растяжении прочность бетона в 10…20 раз меньше прочности на сжатие.
Значение Rbt определяют испытаниями: на разрыв – образцов в виде восьмерки, на раскалывание – образцов в виде цилиндра, на изгиб – бетонных балок (рисунок 2.4 а, б) или по эмпирическим формулам.
— Прочность бетона на срез и скалывание. В чистом виде срез представляет собой разделение элемента на две части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. В ЖБК чистый срез встречается редко, обычно он сопровождается действием продольных сил. Сопротивление бетона скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин (рисунок 2.4 г). Временное сопротивление скалыванию при изгибе в 1,5-2 раза больше Rbt.
Деформативность бетона — свойство изменять размер и форму под влиянием различных воздействий. Различают деформации двух основных видов:
— Объемные — развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, набухания, изменения температуры и влажности;
— Силовые — развивающиеся вдоль направления действия сил (сжатие, растяжение, сдвиг). В зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: не
— при однократном загружении кратковременной нагрузкой;
— при однократном длительном действии нагрузки;
— при многократно повторяющемся действии нагрузки.
Ползучесть – это свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести могут в 3…4 раза превышать упругие деформации. Величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона, влажности среды и предыстории деформирования. Она уменьшается по мере старения бетона.
Деформации ползучести бетона тем больше, чем выше уровень напряжений. Когда связи в бетоне (арматура или крупный заполнитель) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругой εеl, деформации ползучести εpl и усадки εsl.
— на линейную (σb≤0,5Rb , при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная)
— нелинейную (σb>0,5Rb), которая начинается при напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин. R=0,5Rb
Релаксация – процесс снижения напряжения при постоянной начальной деформации. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу ЖБК под нагрузкой.
Классы и марки бетона — среднестатистические значения основных контрольных характеристик бетона, задаваемых при проектировании.
— В – по прочности на сжатие (Кубиковая прочность). Указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику;
— Вt – по прочности на осевое растяжение. Назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве.
— Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартами через 28 суток хранения при температуре 20±2 ºС.
— Классы бетона на сжатие:
1. для тяжелых бетонов на цементном вяжущем: В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В30…В60;
2. для напрягающих бетонов: В20…В60;
3. для легких бетонов при марке по средней плотности: D600…D900 – B1…B7
Марками оценивают основные физические свойства бетона. Различают следующие марки бетона:
— F – по морозостойкости — назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии замораживанию и оттаиванию (F50-F500);
— W – по водонепроницаемости — назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости. Предельное давление воды при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый образец толщ. 150 мм (W2-12 кгс/см2);
— D – по плотности — назначают для конструкций, к которым предъявляются требования теплоизоляции (D 500-2000 кг/м3);
— S—по самонапряжению — характеризует величину предварительного напряжения в бетоне, а уровне центра тяжести арматуры. Назначают для конструкций, изготовляемых на напрягаемом цементе (жб трубы, покрытия дорог, аэродромов).
Сортамент. Общие сведения
Под сортаментом металлопроката понимают перечень изделий с указанием вида материала для их производства, единиц длины и веса, особенностей доставки и др. Сортамент — это отдельный документ, где собрана вся важная информация об изделиях проката. Он представляется в виде таблицы или справочника на сайте.
Предназначение сортамента очевидное — это помощь клиенту в расчетах нужного объема или количества изделий. Таблица позволяет посчитать необходимость в материале в метрах или тоннах, в зависимости от потребности.Как правило, сортамент проката используется заказчиками для определения точного веса или длины покупаемых товаров. Но производители изделий также пользуются информацией о характеристиках, размере и весе металлопроката. Она является своеобразным ориентиром для них, так как соответствие общепринятым требованиям при выпуске проката дает возможность сберечь честную конкуренцию на данном рынке.
Сортамент может включать такие виды проката:
Среди изделий листового проката, которые указываются в сортаменте, чаще всего бывает металлическая лента, полоски, листы, профнастил. Данные изделия популярны в строении автомобилей, станков, приборов и строительных работах. Они получаются холодной или горячей прокаткой. Документ содержит информацию о весе и размерах продукции.
Сортамент сортового проката включает следующую продукцию: металлический круг, шестигранник, арматура и другие фигурные изделия. Основное предназначение — это создание прочных металлоконструкций, армирование сооружений из бетона.
Сортамент фасонного проката представлен швеллером, двутавром, угловым профилем. Данные изделия имеют повышенную прочность и стойкость, выдерживают высокие нагрузки и влияние неблагоприятных факторов. Применяются как несущие элементы конструкций в строительных работах. В фасонном сортаменте могут быть специальные изделия, имеющие сложный рельеф, которые необходимы при возведении и оснащении важных объектов.
Отдельной строкой в сортаменте стоит трубный прокат, изделия которого бывают разного сечения, сварными или бесшовными. На основании размеров и параметров труб, указанных в сортаменте, можно легко посчитать необходимый вес труб.
Таким образом, сортамент позволяет любому заказчику точно определиться с объемом приобретаемых изделий металлопроката. В нем подается подробная информация об изделиях, которая находится в открытом доступе. Также, этот документ свидетельствует об ассортименте продукции производителя.
Билет 8. 1)Деформативность бетона
В бетоне различают деформации двух основных видов: силовые, проявляющиеся под действием приложенных внешних нагрузок и развивающиеся в направлении их действия, и несиловые, связанные с изменением температуры и влажности окружающей среды и носящие объемный характер. В зависимости от характера приложения и продолжительности действия нагрузок силовые деформации бетона разделяют на деформации, возникающие при однократном нагружении кратковременной статической нагрузкой, а также при продолжительном и повторном действии нагрузки.
Деформативность бетона под кратковременной нагрузкой при наличии его сцепления с арматурой характеризует распределение полного усилия в железобетонном элементе по мере роста нагрузки. Степень вовлечения арматуры в совместную работу с бетоном различна на разных уровнях нагружения и ограничивается некоторым предельным значением деформаций бетона, которые могут быть достигнуты к моменту потери бетоном несущей способности или нарушения сцепления с арматурой, Нормативные документы (СНиП; СН 365-67) рекомендуют учитывать предельную деформативность бетона при расчете элементов железобетонных конструкций на трещино-стойкость, а в некоторых случаях также на прочность. При этом предельная деформативность принимается в среднем равной: при сжатии е^с = 200-10~5, а при растяжении 8*р= 15-10-5. Указанные величины следует рассматривать, однако, как сугубо ориентировочные. Опыты показывают, что фактические значения предельных деформаций бетона колеблются в довольно широких пределах в зависимости от состава бетонной смеси, качества составляющих, скорости загружения, а также от вида напряженного состояния (осевое или внецентренное сжатие, изгиб, растяжение и т. д.).
Работа стали под нагрузкой
а) Виды и механизм разрушения стали
В зависимости от степени развития пластических деформации разрушение может быть:
хрупкое – происходит путем отрыва, без заметных деформаций, внезапно. При этом разрушаются межатомные связи. Прочность кристалла составляет 3300кН/см 2 ;
пластическое – менее опасное, сопровождается значительными деформациями и является результатом сдвига одной части кристалла относительно другой, а напряжения для сдвига составляют ≈1300кН/см 2 , что намного больше sт металлов (не >100 кН/см 2 ).
Таким образом, один и тот же материал может разрушиться и хрупко и пластично в зависимости от вида нагруженного состояния, наличия концентраторов напряжений, t o и т.п. Расхождение между теоретической и реальной прочностью объясняется дефектами кристаллической решетки, которые бывают (рисунок 2.5):
— точечные – отсутствие атома в узле решетки – наличие инородного атома в узле или вне узла;
— линейные – краевые и винтовые дислокации (оказывают наибольшее влияние);
— поверхностные – границы зерен, двойниковые прослойки и т.п.
— объемные – поры и инородные включения.
а – краевая дислокация; б – винтовая дислокация Рисунок 2.5 — Виды дислокаций
С увеличением числа дислокаций прочность кристалла (зерна) падает, но при большей плотности – прочность снова возрастает.
Таким образом, для повышения прочности материалов можно идти двумя путями: 1-ый – уменьшение числа дефектов кристаллической решетки, т.е. приближение к идеальной, 2-ой – направленное изменение решетки и повышение плотности дислокаций (легирование, предварительная пластическая деформация и т.п.).
При поликристаллическом строении границы зерен и перлит создают дополнительные препятствия движению дислокаций и способствуют увеличению сопротивления пластическим деформациям и повышению прочности стали.
Свойства монокристалла различны по разным направлениям, но при большом количестве хаотично ориентированных кристаллов сталь ведет себя как изотропный материал.
б) Работа стали при одноосном растяжении
Стадия 1 – упругая работа, связь между s и ε линейна и подчиняется закону Гука (2.1). smax = sp; Е=2,06·10 5 Мпа – cоnst.
Стадия 2 – упруго-пластическая работа, появляются отдельные сдвиги в зернах феррита, линейная связь между s и ε нарушается, Е — переменный.
Стадия 3 – текучесть, ε растут при N = сonst , происходит интенсивное движение дислокаций и увеличение их плотности, развитие линий сдвига в зернах феррита. Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых сталей 1.5÷2.5%. Здесь ε = εост + εупр и smax = sт.
Стадия 4 – развитие деформаций сдерживается, линии сдвига искривляются, движение дислокаций затрудняется и рост ε возможен только при увеличении нагрузок (самоупрочнение), материал работает как упругопластический.
При s близких к su, продольные и поперечные деформации локализуются и в слабом месте образуется шейка с последующим разрывом.
Здесь, важным показателем (кроме sт = sу; su и ε) является отношение- характеризует резерв прочности, т.к. рабочие s в элементах МК не >sу. Это отношение справедливо для сталей обычной и повышенной прочности.
Для высокопрочных сталей = 0.8÷0.9.
Отношение = 0.8÷0.85 характеризует сопротивление малым пластическим деформациям и оказывает большое влияние на устойчивость сжатых элементов.
 |
| Рисунок 2.6 — Диаграмма растяжения стали и образования шейки |
Диаграммы «s — ε» для различных сталей существенно различаются по параметрам. Если построить эти зависимости в относительных координатах s/s02 и ε/ε02(где s02 — условный sт, установленный по εост= 0.2%), то различия будут очень малыми (в начале площадки текучести), что позволяет использовать при расчетах унифицированную диаграмму (рисунок 2.7), и более того, для упрочнения расчетных предпосылок при работе конструкций в стадии 2 диаграмму «s — ε» без большой погрешности (в сторону некоторого запаса) можно заменить идеализированной диаграммой упруго пластического тела (рисунок 2.8).
 |
 |
| Рисунок 2.7 — Унификация диаграмм работы сталей | Рисунок 2.8 — Идеализированная диаграмма работы стали |
При сжатии коротких образцов сталь ведет себя аналогично растянутым, su невозможно, т. к. сталь расплющивается.
в) Работа стали при сложном напряженном состоянии
Характеризуется наличием двух или трех главных нормальных напряжений, s1, s2 и s3, действующих одновременно.
Если, при одноосном напряженном состоянии (s ¹ 0; s2 и s3 = 0), пластические деформации развиваются при sт, то при сложном — переходе в пластическое состояние, зависит от знака и соотношения значений действующих «s». При однозначном поле «s» развитие пластических деформаций запаздывает, sтповышается, а протяженность площадки текучести уменьшается и повышается опасность хрупкого разрушения.
При 3-х осном растяжении и s1 = s2 = s3 металл разрушается хрупко, а при сжатии разрушить металл не удается (рисунок 2.9).
При разнозначных s наблюдается обратная картина (пластичность начинается раньше, чем достигается sт, сталь становится как бы более пластичной) (рисунок 2.10).
В СНиПе расчетные формулы получены на основании энергетической теории прочности.
 |
 |
| Рисунок 2.9 — Схема нагружения при сложном напряжённом состоянии | 1 – однозначное поле напряжений; 2 – разнозначное поле напряжений; 3 – одноосное растяжение Рисунок 2.10 — Диаграммы работы стали при сложном напряжённом состоянии |
г) Работа стали при неравномерном распределении напряжений.
Концентрация напряжений.
В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, трещин и т.п.) линии главных «s» искривляются и, обтекая границы, сгущаются, что характеризует повышение «s» в этих местах, а искривления свидетельствуют о появлении двух главных напряжений s1 и s (плоское напряженное состояние), а при большой толщине элемента возникает и s3 — объемное напряженное состояние (рисунок 2.11).
Неравномерность распределения «s» характеризуется коэффициентом концентрации
АНТ – площадь ослабленного сечения, которая зависит от радиуса кривизны (остроты) надреза:
у круглых К = 1.5 ÷ 3.0;
у острых К = 6 ÷ 9
Чем выше концентрация s, тем меньше пластические деформации. При статических нагрузках и нормальной t o влияние на прочность концентраторов невелико и их можно не учитывать.
Эти явления опасны при эксплуатации конструкций при низких температурах, динамических нагрузках.
 |
| Рисунок 2.11 – Концентрация напряжени |
д) Работа стали при повторных нагрузках
При повторном загружении металла в упругопластической стадии возникает наклёп, область упругой работы увеличивается, а пластичность падает.
Многократное повторное нагружение приводит к разрушению при s < su и даже меньше sт. Это явление называется усталостью металла, а разрушение – усталостным.
Способность металла сопротивляться усталостному разрушению называется выносливостью, а sвб — вибрационной прочностью. Разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций и их концентрации.
sвб зависит от числа циклов загружения «n», вида загружения и коэффициента асимметрии .
 |
| 1 – для стали; 2 – для алюминиевых сплавов Рисунок 2.12 — Зависимость вибрационной прочности sвб от числа циклов n |
При большом числе циклов кривая sвб асимптотически приближается к некоторому пределу, называемому пределом выносливости (усталости), который устанавливается при n = 2·10 6 циклов.
Алюминиевые сплавы sуст не имеют, а их sвб при увеличении числа циклов постоянно снижается.
Для низкоуглеродистой стали при ρ = 0; sуст = sт, а при ρ = -1; sуст = 0.6·sт.
Для низколегированных сталей (С345 — С390) sуст » sт при ρ = 0.25, а при
У сталей С=440 и 540 sуст не отличается от сталей повышенной прочности, поэтому применение их в этих случаях не всегда оправдано.
Большое влияние на работу МК оказывает концентрация s, что учитывается эффективным коэффициентом концентрации β= >1.0; (это sуст без концентраторов и для образца с концентратором s). Так, при круглом отверстии sуст снижается в 1.4 раза, а при остром – в 3.5 раза. Особенно чувствительны в этом отношении стали повышенной и высокой прочности.
Билет 9. 1)Арматура для ж/б конструкций. Назначение. Виды
Арматурой называют гибкие или жесткие стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями. Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь.
В ряде случаев возможно использование и других материалов, например, стеклопластиковой арматуры, состоящей из тонких стекловолокон, объединенных в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол. Такие стержни обладают высокой прочностью, химической стойкостью. Однако они значительно дороже стали и применяются лишь в конструкциях, к которым предъявляются требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и немагнитности.
По назначению арматуру для железобетонных конструкций подразделяют на рабочую и монтажную (конструктивную). Рабочую арматуру ставят по расчету на действующие усилия для восприятия растягивающих напряжений и усиления сжатых зон конструкции. В зависимости от воспринимаемых усилий ее подразделяют на продольную и поперечную ( 2.11). Монтажную (конструктивную) арматуру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям. Она обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями, воспринимает неучитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры и т. д.
В сборных конструкциях для подъема и транспортирования элемента устанавливают монтажные (строповочные) петли, трубки и др. Для сопряжения и стыкования сборных конструкций применяют стальные закладные детали. Всю арматуру (рабочую, монтажную, строповочные петли и закладные детали) объединяют в арматурные изделия — сварные или вязаные сетки и каркасы.
Арматуру для железобетонных конструкций классифицируют по следующим признакам.
–По способу изготовления различают: арматуру горячекатаную стержневую диаметром 6. 40 мм, полученную способом проката, и проволочную диаметром 3. 8 мм, изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии.
–По профилю поверхности различают арматурные стали гладкие и периодического профиля ( 2.12). Последние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоящее время являются основной арматурой. Вместе с тем выступы являются концентраторами напряжений и снижают сопротивляемость арматуры периодического профиля циклическим воздействиям.
–По способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, т. е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.
–Горячекатаную и холоднотянутую арматуру называют гибкой. Помимо нее в конструкциях в ряде случаев применяют жесткую (несущую) арматуру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т. п.
Дата добавления: 2020-01-07 ; просмотров: 512 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
Металлические материалы и их классификация
Понятие и характеристика металлов и сплавов. Основные сырьевые компоненты для получения металлов. Технологические операции при производстве металлических материалов. Строительные материалы из чугуна. Эстетические свойства и классификация металлов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.06.2016 |
| Размер файла | 17,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Металлические материалы и их классификация
Металлы — кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро — и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с металлами электроны, которые могут свободно перемещаться. Обычно применяют не чистые металлы, а сплавы.
Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов.
Металлы тела твёрдые, ковкие и блестящие. Металлы, применяемые для производства строительных материалов, разделяют на две группы: чёрные и цветные. Чёрные металлы представляют собой сплав железа с углеродом — чугун или сталь. К цветным относят алюминий, медь, цинк, олово, никель, титан, магний и др.
Сырьё. Основным сырьевым компонентом для получения металлов являются рудные горные породы. Содержание в рудах цветных металлов сравнительно мало. В железных рудах количество металла достигает 70 %. Алюминиевые руды, преимущественно бокситы, содержит 50-60% оксида алюминия (глинозёма).
Основы технологии. Основные технологические операции при производстве металлических материалов: обработка сырья, дозировка, плавка, формование. При необходимости изменения эстетических характеристик лицевой поверхности применяют механические и химические способы её отделки, лаки, краски, наносят тонкие металлические или полимерные плёнки.
Обработка сырья предполагает дробление, промывку и обогащение железных руд. В процессе плавки получают металлы, после формования — металлические материалы.
Металлы для материалов, как правило, представляют собой сплавы — железа с углеродом (чугун, сталь), алюминиевые, медные (бронза — с оловом, латунь — с цинком), магниевые, титановые и др.
Номенклатура
Строительные материалы из чугуна — опорные части колонн, тюбинги — укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, сантех изделия. Перечень материалов ограничен, т.к чугун обладает существенными недостатками — высокой плотностью и хрупкостью. Весьма редко в современном строительстве используют архитектурно-художественные детали, полученные способ литья из чугуна: детали оград, решёток, кронштейнов, фонарей и др. металл технологический эстетический чугун
Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. В основном применяют углеродистую сталь обыкновенного качества (выделяют также качественную, высококачественную и особовысококачественные стали с соответствующим уменьшением вредных примесей), а также легированные стали.
Номенклатура стальных материалов включает различные профили и листы, оболочки, мембраны, тросы, канаты, черепицу, закладные детали, декоративно-художественные изделия.
Профили применяют различного сечения, их вид определяется способом получения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката.
Заметно снижается масса ряда металлических конструкций, повышаются их прочность и надёжность при внедрении гнутых профилей, сортамент которых достаточно разнообразен.
Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прессования.
Листовую сталь толщиной до 6 мм; тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь — толщиной 0,4 — 0,8 мм. Листовую сталь изготавливают с плоской, волнистой и рифлёной поверхностью.
Номенклатура материалов из других цветных металлов ограничено в связи с их высокой стоимостью.
Свойства
Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением.
Средняя плотность металлических материалов сравнительно высока ( например, стальных около 7860 кг/мі).
Пористость ,гигроскопичность, водопоглощение у металлических материалов отсутствуют.
Предел прочности стальных материалов при сжатии, изгибе и растяжении — 300 — 400 МПа, но может достигать 1000 МПа и более. Материалы их алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2800 кг/мі) не уступают стальным по характерным прочностным показателям (предел прочности до 670 МПа).
Наряду с высокой прочностью, к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности.
Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов — способность к коррозии.
Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозийной среды.
В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и др. покрытия поверхности.
Некоторые металлы, например алюминий, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных плёнок при взаимодействии со средой.
Классификация
Единой классификации сплавов нет. Их классифицируют:
· по основному компоненту на:
5) титановые и др.;
· по числу компонентов на:
1) двухкомпонентные (двойные);
2) трёхкомпонентные (тройные);
· по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий на:
3) порошковые (спеченные) и др.;
· по плотности на:
1) лёгкие (магниевые, бериллиевые, алюминиевые, титановые сплавы) с малой плотностью (до 5000 кг/м3);
2) тяжелые (стареющие сплавы, главным образом на основе вольфрама) с высокой (не менее 15 ООО кг/м3) плотностью;
· по температуре плавления на:
1) легкоплавкие, имеющие низкую температуру плавления (припои, баббиты и др.);
2) тугоплавкие (сплавы на основе ниобия, молибдена, тантала, вольфрама и др.), температура плавления которых выше 1800 °С;
· по применению на:
1) антифрикционные (сплавы с низким коэффициентом трения и высоким уровнем износостойкости);
2) коррозионно-стойкие (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, титана и других элементов, отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах);
3) криогенные (прецизионные сплавы на основе железа, никеля, алюминия, характеризующиеся комплексом тепловых, электрических, магнитных, механических свойств и предназначенные для работы при низких температурах (от -269 до +20 °С);
4) магнитные (сплавы, обладающие ферромагнетизмом);
5) немагнитные (сплавы на основе меди, алюминия, железа, магнитная проницаемость которых близка к единице);
6) пружинные (сплавы на железной, медной, никелевой, кобальтовой и других основах с высоким пределом упругости и релаксационной стойкостью) и т.д.
Эстетические характеристики
Металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причём в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и её сплавы окисляясь кислородом воздуха покрываются защитной плёнкой — патиной, которая с течении времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного цветового оттенка стали. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.
Цвет стали можно изменять после механической (шлифование или полирование) и термической (при температуре 200 — 300 єС) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая плёнка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий, зелёный цвета.
Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Чёрный цвет чугуна, тёмно-серый стали, золотисты и зелёновато-коричневый у бронзы и меди, серебристо-белый у алюминия, как правило, отвечают эстетическим требованиям. Но лакокрасочные и металлические (анодирование — анодное оксидирование и др) покрытия не только меняют цвет лицевой поверхности, но и защищают металл от коррозии.
Фактура лицевой поверхности металлов может быть рельефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.
Области применения
Металлические материалы (преимущественно стальные) в современной архитектурно-строительной практике применяются для следующих основных типов конструкций зданий и сооружений: с жесткими металлическими связями; подвесных систем; большепролётных с растянутыми ограждающими поверхностями.
Разнообразные каркасы промышленных и гражданских зданий, в том числе каркасы зданий повышенной этажности (более 30 этажей), большепролётные покрытия, мосты и путепроводы, радио- и телевизионные башни — представители конструкций зданий с жёсткими связями.
Весьма популярны металлические профили для пространственных конструкций каркасов общественных зданий.
Стальные профили являются основными материалами для каркасов зданий повышенной этажности (30 — 40 и более этажей).
Формообразующая роль металлических материалов хорошо проявляется в различных пространственных конструкциях мостов и путепроводов.
Стальные профили используют для пространственных стержневых систем, жёстко заделанных в основании радио- и телевизионных высотных башен.
Подвесные системы включают различные типы висячих мостов, подвесных большепролётных покрытий, консольно-подвесные конструкции, здания с подвешенными этажами. Металлические профили в жёстких функциональном и опорном контурах, гибкие канаты (ванты) образуют соответствующие архитектурно-пространственные формы.
Важно отметить, что металлические материалы могут служить средством создания динамичных архитектурных форм — многовариантных трансформирующихся конструкций.
Листы из стали и алюминиевых сплавов для кровельных и стеновых ограждений промышленных и жилых зданий, профили для оконных переплётов часто используются в современной архитектурно-строительной практике.
В интерьерах промышленных и общественных зданий профилированные и гладкие листы из стали и алюминиевых сплавов используются для стационарных и сборно-разборных перегородок, подвесных потолков, отделки стен.
При использовании металлических материалов, как конструкционно-отделочных, так и отделочных, следует учитывать характерное восприятие их физической сущности и оригинальной поверхности, связанное, как правило, с ощущениями прочности, холода, чистоты, в том числе чистоты с экологической точки зрения.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Эксплуатационные свойства металлов. Классификация металлических материалов. Черные и цветные металлы, их сплавы. Стали для режущих и измерительных инструментов. Стали и сплавы со специальными свойствами.
Сплавы алюминия и меди. Сплавы с «эффектом памяти».
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.03.2013
Классификация цветных металлов, особенности их обработки и области применения. Производство алюминия и его свойства. Классификация электротехнических материалов. Энергетическое отличие металлических проводников от полупроводников и диэлектриков.
курсовая работа [804,3 K], добавлен 05.12.2010
Распространенность металлов в природе. Содержание металлов в земной коре в свободном состоянии и в виде сплавов. Классификация областей современной металлургии в зависимости от методов выделения металлов. Характеристика металлургических процессов.
презентация [2,4 M], добавлен 19.02.2015
Химический состав чугуна, характеристика его элементов. Влияние значения марганцевого эквивалента на эксплуатационную стойкость чугунных изделий. Процесс кристаллизации металлов и сплавов. Способы защиты металлов от коррозии. Область применения прокатки.
контрольная работа [30,5 K], добавлен 12.08.2009
Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением.
Механизмы пластической деформации.
презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013
Особенности поликристаллических и тонкопленочных металлов. Функции металлов в радио-, опто- и микроэлектронике. Проводники толстопленочных геоинформационная систем – стеклоэмали и пленочные материалы. Сверхпроводниковые материалы, их основные свойства.
контрольная работа [529,4 K], добавлен 15.12.2015
Классификация сплавов черных металлов по свойствам. Содержание примесей в чугуне. Сырые материалы (шихта). Топливо и флюсы в металлургии чугуна, характеристика некоторых железных руд. Производство чугуна на АО «АрселорМиттал Темиртау».
Качество чугуна.
Источник: otherreferats.allbest.ru
Можно ли использовать б/у металл в строительстве
Желание сэкономить на строительстве — вполне понятно и логично. Именно, поэтому застройщики пытаются отыскать, как можно более дешёвые и доступные стройматериалы. Бывший в употреблении металл в строительстве используется достаточно широко, но есть «подводные камни» применения такого материала.
Металл в строительстве
Для начала давайте выясним, по каким причинам металл мог оказаться списанным и выведенным из эксплуатации:
Демонтаж ненужных или устаревших конструкций, модернизация, реконструкция производства, аварийное обрушение по причине нарушения технологий или форс-мажорных обстоятельств, в том числе стихийных бедствий.
В этих случаях зачастую оказывается, что металлические конструкции вполне пригодны к повторному использованию, ведь сами по себе они могли совершенно не пострадать.
Наличие существенных дефектов, коррозии, истечение нормативного срока службы. Это уже намного хуже, такие металлические конструкции и детали могут оказаться действительно изношенными и для повторного применения непригодными.
Поэтому всегда следует уточнять, с какого объекта, по каким причинам был списан заинтересовавший вас металл. Это очень важно, ведь, например, трубы горячего водоснабжения и отопления изнашиваются быстрее из-за воздействия пара, в отличие от труб с газо- или нефтепровода, где они изначально прочнее.
Помните о таком понятии как «усталость металла», под которым понимается постепенное накопление повреждений конструкции под воздействие переменных и циклических напряжений.
Какие виды бывшего в употреблении металла востребованы больше всего:
- трубы бесшовные стальные;
- трубы гнуто-сварные;
- балки, в том числе двутавровые;
- рельсы;
- уголки;
- швеллеры;
- арматура;
- квадратная сталь, листы.
Почему б/у металл так популярен, понять легко — его цена обычно как минимум на 30% , а зачастую и на 60% меньше, чем у нового проката. Экономия налицо, что является важнейшим доводом для домовладельцев, решивших заняться строительством.
Где можно использовать металл в строительстве
Где можно использовать металлические детали и конструкции, уже бывшие в употреблении:
- Столбы для забора. Это один из самых простых и распространённых вариантов. Например, трубы для канализации и водопровода отслужили своё, списаны. Но ведь для забора они вполне подойдут и прослужат много лет!
- Защитные гильзы под канализацию и воду.
- Всевозможные хозяйственные постройки, гаражи, сараи. На этих сооружениях точно можно и нужно экономить, поэтому б/у металл оказывается как раз кстати.
- Водостоки из бывших в употреблении труб.
- Некоторые элементы опалубки, опорных стен, крепления фундамента.
- Элементы перекрытий, перемычек над оконными и дверными проёмами, маршевых лестниц.
Констатируем факт: б/у металл, безусловно, нельзя применять в таких сложных случаях, как строительство теплопровода, газопровода, несущих элементов жилых зданий.
Если же конструкция несложная (гараж, сарай), временная или простая (ограждение, забор, летний душ, арка под виноградник, бытовка) — металл, который уже использовался, позволит сэкономить средства и при этом получить строение, конструкцию, которые прослужат достаточно долго.
На что следует обратить внимание
А придать металлическим деталям привлекательный внешний вид и защитить от ржавчины поможет специальная краска.
Отправиться за бывшим в употреблении металлом можно в пункты приёма металлолома, во вторчермет, к частным поставщикам, напрямую к крупным предприятия, занимающимся реконструкцией или реорганизацией своих цехов, строительным компаниям, занятым демонтажем различных конструкций.
В любом случае при выборе материала необходимо обращать внимание на следующие детали:
- Уточнить, откуда именно металл, где использовался, как применялся, мы уже писали об этом выше.
- Уточнить марку стали и её класс.
- Обследовать металлопрокат на наличие повреждений. Для этого следует очистить хотя бы в одном месте металл от краски (если она есть), убрать ржавчину, чтобы посмотреть толщину её слоя, исследовать на наличие вмятин, трещин, прогибов, изменения сечения. То есть очень тщательно изучить, чтобы забраковать совершенно непригодные детали.
- Часто, визуально определить важные параметры не получается. Поэтому, следует использовать ультразвуковой толщиномер (особенно важно для труб), проводить замеры штангенциркулем, применить дефектоскоп. Указанные приборы можно взять напрокат, попросить у знакомых на время приобретения металла.
Практика показывает, что во многих случаях применение бывшего в употреблении металла является оправданным шагом. Просто следует правильно выбрать материал и грамотно его использовать.
Источник: www.spets-stroy-portal.ru
18 различных типов металла — факты и применение
Многое произошло со времен бронзового века. Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждая из них разработана для очень специфических применений. Каждый день вы регулярно сталкиваетесь с десятками видов металлов. Вот интересное руководство, которое расскажет вам о некоторых из этих распространенных металлов и о том, где вы их найдете.
Сталь
Это, несомненно, самый распространенный металл в современном мире.
Сталь по определению — это железо смешанное с углеродом. Это соотношение обычно составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного варьироваться.
Интересный факт: в 2017 году в мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае). Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы сложили слонов друг на друга, чтобы сформировать своеобразный мост на Луну (что на самом деле невозможно), он все равно был бы не таким тяжелым, как вес стали, производимой каждый год.
На самом деле существует много разных видов стали. Вот обзор основных типов:
Углеродистая сталь
Это базовая сталь, состоящая из углерода и железа, хотя в нее могут быть добавлены и другие элементы в очень небольшом количестве.
Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, в простых механических компонентах и в различных инструментах.
Легированная сталь
Считайте, что это генетически модифицированная сталь. Легированная сталь производится путем добавления других элементов в смесь. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым. Это чрезвычайно распространенный тип металла, поскольку его производство, как правило, остается очень дешевым.
Обычные легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов по-разному изменяет свойства металла.
Например, легирование стали может придать дополнительную прочность высокопроизводительным шестерням, повысить коррозионную и износостойкость медицинских имплантатов, а также увеличить давление, которое могут выдержать трубопроводы. В целом, сталь считается «рабочей лошадкой» в мире металлов.
Нержавеющая сталь
Технически это разновидность легированной стали, но существует так много её видов в таких огромных количествах, что обычно ей присваивается отдельная категория. Эта сталь специально ориентирована на устойчивость к коррозии.
В основном это просто сталь с заметным количеством хрома. При коррозии хром создает супертонкий слой, замедляющий образование ржавчины. Если вы сотрете этот барьер, тут же образуется новый.
Вы можете увидеть много изделий из нержавеющей стали на кухне: ножи, столы, посуда, все, что соприкасается с пищей.
Не очень приятный факт: если что-то сделано из нержавеющей стали, это не значит, что оно не может ржаветь. Различные составы в разной степени предотвращают ржавление. Нержавеющая сталь, которая используемая в соленой воде, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы не гнить. Но все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.
Железо (кованое или литое)
Несмотря на то, что это супер-старомодный металл (особенно распространенный в «железный век»), он все еще имеет множество современных применений.
Во-первых, это основной ингредиент стали. Но помимо этого, вот несколько других областей применения и объяснение того, почему используется железо:
- Посуда (например, сковороды) — пористая поверхность позволит кулинарным маслам пригореть и создать естественную антипригарную поверхность.
- Дровяные печи — чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры.
- Основания и рамы для тяжелой техники — этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость
Интересный факт: железо — шестой по распространенности элемент во Вселенной.
Алюминий
Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для некоторых крупных достижений.
Например, из-за своего удивительного отношения прочности к весу это металл, который в значительной степени ответственен за полет и доставку человека на Луну. Он легко формируется (податлив) и не ржавеет, что делает его отличным средством для изготовления банок из-под газировки. И, что (возможно), самое главное, из него можно сделать очень тонкий лист, который можно использовать для приготовления барбекю из свежевыловленной рыбы до идеального состояния.
Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (не содержащий железа) на планете.
Хотя он не ржавеет, он окисляется. На самом деле железо — единственный металл, который по определению «ржавеет». При контакте с солью алюминий подвержен коррозии. Однако он не подвержен коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как пресноводные лодки.
Магний
Магний — действительно классный металл. Он весит примерно на 2/3 меньше алюминия и обладает сравнимой прочностью. Благодаря этому он становится все более распространенным.
Чаще всего его можно встретить в виде сплава. Это означает, что его смешивают с другими металлами и элементами, чтобы получить гибридный материал со специфическими свойствами. Это также может облегчить его использование в производственных процессах.
Одно из самых популярных применений магния — автомобильная промышленность. Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда речь идет о высокопрочном снижении веса, и он не является астрономически более дорогим.
В некоторых случаях магний можно увидеть в колесных дисках, блоках двигателя и коробках передач.
Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием он легче подвержен коррозии. Например, он подвергнется коррозии при контакте с водой, в то время как алюминий не ржавеет.
В целом он стоит примерно вдвое дороже алюминия, но в целом быстрее обрабатывается на производстве.
Интересный факт: магний очень огнеопасен и горит очень горячо. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо тщательно утилизировать во избежание взрыва.
Медь — еще один старомодный металл. Сегодня вы часто будете видеть его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.
Распространенное применение — электроника, водопроводные трубы и гигантские статуи, олицетворяющие свободу. На меди образуется патина, или окисленный слой, который фактически предотвращает дальнейшую коррозию. По сути, она позеленеет и перестанет коррозировать. Благодаря этому она может прослужить века.
Статуя Свободы сделана из меди и покрыта патиной или оксидным слоем, что придает ей зеленовато-голубой оттенок.
Латунь
Латунь на самом деле представляет собой сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.
Его золотистый цвет делает его очень популярным для декора. Этот металл часто используется в антикварной мебели в качестве ручек.
Он также чрезвычайно пластичен, что означает, что его можно выковать и сформировать. Вот почему он используется для медных духовых инструментов, таких как тубы, трубы и тромбоны.
Латунь также является отличным материалом для подшипников, поскольку она хорошо скользит по другим металлам.
Еще одно отличное свойство латуни — она никогда не искрится. Например, стальной молоток может вызвать искру, если по нему ударить определенным образом. Латунный молоток этого не делает. Это означает, что латунные инструменты отлично подходят для областей, где могут находиться легковоспламеняющиеся газы, жидкости или порошки.
Бронза
Этот металл изготавливается в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, более твердый и прочный, чем обычная медь.
Бронза также может быть сплавом с другими элементами. Например, распространенными легирующими элементами являются алюминий, никель, цинк и марганец. Каждый из них может очень заметно изменить металл.
Бронза имеет огромное историческое значение (например в бронзовом веке), и её легко отличить. Часто её можно увидеть в массивных церковных колоколах. Бронза твердая и прочная, поэтому при ударе не трескается и не гнется, как другие металлы. Кроме того, она лучше звучит.
Современное использование бронзы включает в себя скульптуры и произведения искусства, пружины и подшипники, а также гитарные струны.
Интересный факт: бронза была первым искусственным сплавом.
Это интересный металл, потому что он очень полезен. Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что делает его очень простым в отливке. Материал легко течет при плавлении, а получаемые изделия получаются относительно прочными. Его также очень легко расплавить, чтобы переработать.
Цинк — действительно распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов. Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая в основном представляет собой просто сталь, смоченную в цинке. Это помогает предотвратить ржавление.
Интересный факт: ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, половина из которых идет на цинкование.
Титан
Это действительно потрясающий современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен вне лаборатории в 1932 году.
Титан на самом деле очень распространен (седьмой по распространенности металл на Земле), но его действительно сложно очистить. Вот почему этот металл такой дорогой. Но он также очень ценен:
- Титан биосовместим, а это означает, что ваше тело не будет сопротивляться и отвергать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливают из титана.
- Его соотношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
- Он действительно устойчив к коррозии.
- Нитрид титана (титан, прореагировавший с азотом в высокоэнергетическом вакууме) — это безумно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлические режущие инструменты.
Интересный факт: титан сопротивляется коррозии потому, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая очень тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскрести барьер, мгновенно образуется новый.
Еще один забавный факт: титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда соединен с другим элементом.
Вольфрам
Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самый высокий предел прочности на разрыв среди всех чистых металлов. Это делает его чрезвычайно полезным.
Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это безумно твердый материал, который используется для изготовления режущих инструментов (для горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности), абразивов и тяжелого оборудования. Он может легко резать титан и высокотемпературные сверхпрочные сплавы.
Он получил свое название от шведских слов «вольфрам», что означает «тяжелый камень». Его плотность примерно в 1,7 раза выше плотности свинца.
Вольфрам также является популярным легирующим элементом. Поскольку его температура плавления очень высока, его часто сплавляют с другими элементами для изготовления таких вещей, как сопла ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.
Адамантий
Его не существует. К счастью.
Никель
Никель — очень распространенный элемент, который используется повсеместно. Чаще всего он применяется в производстве нержавеющей стали, где он повышает прочность и коррозионную стойкость металла. На самом деле, почти 70% никеля в мире используется для производства нержавеющей стали.
В составе пятицентовой американской монеты никель составляет 25%.
Никель также является распространенным металлом, используемым для нанесения покрытий и легирования. Его можно использовать для покрытия лабораторного и химического оборудования, а также всего, что требует действительно гладкой, полированной поверхности.
Интересный факт: никель получил свое название из немецкого фольклора средневековой эпохи. Никелевая руда очень похожа на медную, но когда старые шахтеры не смогли получить из нее медь, они обвинили в этом озорного призрака по имени Никель.
Кобальт
Этот металл издавна использовался для получения синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких, высокопрочных стальных сплавов.
Сам по себе кобальт очень редко добывают, на самом деле это побочный продукт производства меди и никеля.
Олово
Олово очень мягкое и ковкое. Оно используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких вещей, как бронза (1/8 часть олова и 7/8 части меди).
Забавный факт: когда вы сгибаете брусок олова, вы можете услышать нечто, называемое «оловянным криком». Это звонкий звук реорганизации кристаллической структуры (так называемое двойникование).
Свинец
Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. У него очень низкая температура плавления.
В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле является довольно токсичным веществом. Вот почему в наше время это не так распространено, хотя не так давно его все еще находили в красках и пулях.
Свинец — это нейротоксин, который, помимо прочего, может вызывать повреждение мозга и проблемы с поведением.
Тем не менее, у него все еще есть современные применения. Например, он отлично подходит для защиты от радиации. Его также иногда добавляют в медные сплавы, чтобы облегчить их резку. Смесь свинца и меди часто используется для улучшения характеристик подшипников.
Кремний
С технической точки зрения кремний — это металлоид. Это означает, что он обладает как металлическими, так и неметаллическими качествами.
Например, он похож на металл. Он прочный, блестящий, гибкий и имеет высокую температуру плавления. Однако он ужасно проводит электричество. Отчасти поэтому он не считается полноценным металлом.
Тем не менее, этот элемент часто встречается в металлах. Его использование для легирования может сильно изменить свойства металла. Например, добавление кремния в алюминий облегчает его сварку.
Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!
Источник: www.stankoff.ru