 |
Черные металлы и сплавы, их свойства, маркировка и область применения в строительстве
|
|
|
|
Основными металлическими конструкционными материалами являются железные сплавы. Наиболее распространенными из них являются чугун и сталь.
Чугун. Чугун – сплав железа с углеродом (от 2 до 6,67%), содержащий примеси кремния, марганца, фосфора, серы и др. Он является как конструкционным материалом, так и промежуточным продуктом при производстве стали. По составу и применению чугуны подразделяются на передельные (белые), литейные (серые), специальные (ферросплавы).
Белые чугуны имеют ограниченное применение, так как они очень твердые и плохо поддаются обработке. Серые чугуны обладают пластинчатой формой графита, что дает неплохую прочность при сжатии, но очень низкую пластичность. Для улучшения механических свойств их модифицируют различными добавками (ферросилиций, силикокальций и др.). Высокопрочные чугуны характеризуются шаровидным строением графитовых включений и обладают повышенной прочностью. Ковкие чугуны обладают хлопьевидным строением графита и занимают промежуточное значение между серыми и высокопрочными чугунами по свойствам.
Белые чугуны маркировки не имеют, а остальные чугуны маркируются следующим образом. Первые буквы означают тип чугуна: СЧ – серый чугун, ВЧ – высокопрочные чугун, КЧ – ковкий чугун. За буквами следуют одна или две цифры, характеризующие механические свойства чугуна (первая - значение сопротивления при растяжении в кгс/мм2, вторая – минимальное относительное удлинение в %).
В строительстве чугун применяется достаточно ограниченно. Из него изготавливают радиаторы отопления, ванны, кованые элементы ограждений, люки для инженерных сетей и коммуникаций и др.
Сталь. Сталь – ковкий сплав железа с углеродом (до 2,14 %). От хрупкого чугуна она отличается пластичностью и упругостью. По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. В состав углеродистых сталей входят марганец и кремний. Легированные стали обычно называют по преобладающему в ней легирующему элементу – вольфрамовая, хромовая, молибденовая и т.д. По назначению стали делят на конструкционные (машиностроительные), инструментальные и стали с особыми свойствами (нержавеющие, кислотостойкие, жаропрочные и др.).
|
|
|
Стали углеродистые обыкновенного качества выплавляются 3 групп: А, Б, В. Стали группы А поставляются только по механическим свойствам. Маркируются двумя буквами “ст” и числом из одной цифры: ст 0, ст 1…ст 6. Эти стали используют для неответственных деталей, получаемых холодной обработкой (резанием, холодной штамповкой) т.к. они имеют высокую деформируемость и обрабатываемость резанием.
Стали группы Б поставляются по химическому составу. Они маркируются следующим образом: Б ст 1, Б ст 2, Б ст 3 …Б ст 6. Используют эти стали для неответственых деталей, изготовляемых методами горячей обработки давлением. Обладают хорошей деформируемостью и обрабатываемостью резанием.
Стали группы В поставляют на заводы с указанием и механических свойств и химического состава. Они маркируются следующим образом: В ст 1, В ст 2, В ст 3 …В ст 6.Они идут на изготовление мало- и средненагруженных деталей, изготавливаемых сваркой, обработкой давлением, резанием. Обладают хорошей деформируемостью, свариваемостью, обрабатываемостью резанием.
Конструкционные углеродистые стали качественные применяют для ответственных деталей машиностроения. Маркируется словом “сталь” и двухзначным числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента: сталь 08, сталь 10, сталь 45, сталь 65. В этих марках содержание углерода соответственно: 0,08%, 0,1%, 0,45%, 0,65%. С увеличением содержания углерода в таких сталях прочность и твердость возрастают, а пластичность и ударная вязкость снижаются.
|
|
|
Углеродистые инструментальные стали по качеству могут быть качественными и высококачественными. Качественные маркируются буквой У и числом, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Например, У7, У8, У10, У11, У12, У13. (содержание углерода от 0,7 до1,3%). Стали с большим содержанием очень твердые и хрупкие и их применение нецелесообразно.
Углеродистые инструментальные стали высококачественные в конце марки имеют букву А: У7А, У8А, У13А.
Легированные стали – это сплавы железа с углеродом и легирующими элементами. Легирующие элементы оказывают разностороннее влияние на свойства стали. Хром повышает твердость, никель – прочность и пластичность, вольфрам – твердость, ванадий - прочность, сопротивление истиранию.
В нашей стране принята следующая маркировка легированных сталей. В начале марки приводится двухзначная цифра, указывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента. Далее следуют заглавные буквы русского алфавита, обозначающие легирующие элементы: А- азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М- молибден, Н –никель, П – фосфор, Р- бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х –хром, Ц – цирконий, Ю- алюминий. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующих элементов в процентах. Если цифра после буквы не указана, то количество данного элемента составляет менее 1,5%. Например, легированная сталь марки 12ХН2 содержит 0,12% углерода, менее 1,5% хрома и 2% никеля.
У некоторых легированных сталей в конце может стоять буква А (высококачественная) или Ш (особовысококачественная).
Классификация и маркировка арматурных сталей, их применение в строительстве
В строительстве наиболее широко используют низкоуглеродистые и низколегированные стали. Они применяются для изготовления металлических конструкций мостов, опор, транспортных галерей, подкрановых балок, для армирования железобетонных конструкций. Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматурную сталь. Класс стержневой арматурной стали обозначается буквой А. После обозначения группы ставится цифра I, II, III и до YII. По мере увеличения номера стали повышается ее прочность и твердость, но понижается пластичность. В зависимости от основных механических характеристик стержневая арматурная сталь подразделяется на классы АI – AYII. Сталь класса А-I изготавливают круглого сечения с гладкой поверхностью. Арматурные стали других классов имеют периодический профиль, обеспечивающий лучшее сцепление арматуры с бетоном. Диаметр арматурных стержней – от 8 до 80 мм. Арматурную проволоку производят гладкой и с периодическим профилем диаметром 3…8 мм. Класс проволочной арматурной стали обозначается буквой В. Ее делят на классы В I и В II (индекс р обозначает наличие периодического профиля). В настоящее время в железобетонных конструкциях в качестве ненапрягаемой арматуры предпочтение отдается стержневой арматурной стали классов А-III и А-IY, а также арматурной проволоке Вр I.
|
|
|
Цветные металлы и сплавы
В чистом виде цветные металлы в строительстве применяются редко, чаще в виде сплавов. Большое распространение получили медные и алюминиевые сплавы.
Медные сплавы. К медным сплавам относятся латуни и бронзы.
Латунь – это сплав меди с цинком, маркируется буквой Л и числом, указывающим содержание меди, а цинк – остальное. Например, Л 96, Л 68. Латуни обладают хорошей теплопроводностью, электропроводностью, коррозионной стойкостью. С целью улучшения физико-механических свойств их легируют другими элементами – оловом, марганцем, никелем, алюминием. После буквы Л добавляются буквы, указывающие названия легирующих элементов: С – свинец, О – олово, Ж – железо, А – алюминий, К – кремний, Мц - марганец, Н- никель. Цифры, стоящие после букв, показывают содержание легирующих элементов. Из латуней изготавливаются трубы и другие санитарно-технические изделия, проволока и др.
Бронзы – сплавы меди с оловом, марганцем, алюминием и другими элементами. Бронза маркируется буквами Бр, а далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов. Содержание меди определяется по разности между 100% и общим процентным содержанием остальных элементов. Например, бронза марки БрОЦС 8-4-3 содержит 8% олова, 4% цинка, 3% свинца и 85 % меди. Различают следующие разновидности бронз: оловянистую (устойчива против действия атмосферы, морской воды, растворов солей и кислот), алюминиевую (очень прочная, химически стойкая, обладает высокими антифрикционными свойствами), кремнистую (хорошо работает в условиях трения и воздействия высокой температуры) и бериллиевую (искробезопасная). В строительстве бронзы чаще всего используют для изготовления оконной и дверной фурнитуры, декоративных деталей и др.
|
|
|
Алюминиевые сплавы. Достаточно широко в строительстве применяется алюминий и сплавы на его основе. Применение алюминия и его сплавов наиболее эффективно при возведении легких конструкций зданий и сооружений, конструкций, подверженных действию агрессивной внешней среды, а также конструкций, к внешнему виду которых предъявляются повышенные требования – элементы выставочных павильонов, рамы и переплеты окон и дверей. Предел прочности чистого алюминия составляет ~10 МПа, а некоторых его сплавов до 60 МПа. Алюминий значительно легче стали (почти в три раза). На воздухе поверхность алюминия быстро теряет металлический блеск, покрываясь тонкой и прочной защитной пленкой, состоящей из оксида алюминия, которая предохраняет его от дальнейшего окисления и обладает хорошей коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах.
К основным сплавам на основе алюминия относятся:
- силумины (сплавы алюминия с кремнием);
- сплавы алюминия с небольшим количеством меди (до 4%) и магния (до 1%), называемые дюралюминами или дюралями.
Силумины маркируются следующим образом: АЛ, АЛ2, АЛ3. А – алюминиевый сплав, Л – литейный, число указывает порядковый номер в ГОСТе. Они используются для изготовления цилиндров, ступиц колес и др. деталей.
Дюрали маркируются буквой Д и числом, обозначающим порядковый номер в ГОСТе. Например, дюрали Д16, Д20, из которых изготовляют легкие конструкции, элементы обшивки кузовов машин и механизмов и т.д.
К достоинствам алюминиевых сплавов можно отнести их способность при низких температурах сохранять свои основные физико-механические свойства.
|
|
|
