|
В строительстве металлоизделия из
стали используют для изготовления
конструкций, армирования
железобетонных конструкций,
устройства кровли, подмостей,
ограждений, форм железобетонных
изделий и т.д. Правильный выбор
марки этого металла обеспечивает
экономный расход стали и успешную
работу конструкции.
Для изготовления несущих (расчетных)
сварных и клепаных конструкций
рекомендуют следующие виды сталей:
мартеновскую – марок ВМСтЗпс (сп, кп),
низколегированную – марок 15ГС,
14Г2, 10Г2С, 10Г2СД;
природно-легированную – марок
15ХСНД, 10ХСНД;
кислородно-конвертерную – марок
ВКСтЗсп (пс, кп). Стали марок Ст4 и
Ст5 рекомендуют для конструкций, не
имеющих сварных соединений, и для
сварных конструкций, воспринимающих
лишь статические нагрузки.
Стальные металлоизделия для
конструкций, работающих на
динамические и вибрационные нагрузки
и предназначенных для эксплуатации в
условиях низких температур, должна
дополнительно проверяться на ударную
вязкость при отрицательных
температурах. К металлоизделиям из
стали для мостовых конструкций
предъявляют специальные требования
(ГОСТ 6713-75) по однородности и
мелкозернистости, отсутствию внешних
дефектов, прочностным и
деформационным свойствам.
Для армирования железобетонных
конструкций стальные металлоизделия
применяют в виде стержней,
проволоки, сварных сеток, каркасов.
Арматурная сталь может быть
горячекатаная (стержневая) и
холоднотянутая (проволочная). По
форме сталь чаще всего бывает
круглая, а для улучшения сцепления –
периодического профиля. В отдельных
случаях для повышения механических
свойств сталь обрабатывают наклепом
и применяют термическую обработку.
Стержневую арматуру в зависимости от
механических свойств делят на
классы: A-I, A-II, A-III, A-IV и др.
При обозначении класса термически
упрочненной арматурной стали
добавляют индекс «т» (например,
Ат-III), упрочненную вытяжкой – «в»
(например, А-Шв).
Такое металлоизделие, как арматурная
проволока может быть холоднотянутой
класса B-I (низкоуглеродистой) для
ненапрягаемой арматуры и класса В-II
(углеродистой) для напрягаемой
арматуры. Для обычного армирования
преимущественно применяют арматурную
сталь классов A-III (марок 25Г2С,
35ГС и др.), А-II (марок Ст5) и
обыкновенную арматурную проволоку, а
при особом обосновании также A-I
(марки СтЗ) и А-IIв. Для
предварительно напряженного
армирования используют высокопрочную
проволоку, арматурные пряди и
арматуру класса A-IV (марок ЗОХГ2С,
20ХГСТ, 20ХГ2Ц и другие
низколегированные стали), а также
упрочненную вытяжкой сталь класса
А-IIIв (марок 35ГС, 25Г2С).
Ассортимент металлоизделий и
прокатного металла, применяемого в
строительстве разнообразен: сортовая
сталь, прокатная сталь листовая,
уголки, швеллеры, двутавры, трубы и
прочее, служат основой для
изготовления металлических
конструкций (балки, колонны, фермы и
т.д.). На сортаменты имеются ГОСТы
наиболее рациональных типов профилей
и частоты их градаций.
Сортовая сталь: круглая (диаметром
10...210 мм) применяется для
изготовления арматуры, скоб, болтов;
квадратная (сторона квадрата
10...100 мм); полосовая (шириной
12...20 мм) – для изготовления
связей, хомутов, бугелей. Сталь
листовая включает листы толщиной от
4…160 мм, шириной 600...3800 мм;
тонколистовая кровельная – черная и
оцинкованная толщиной до 4 мм;
широкополочная толщиной 6...60 мм,
шириной 200...1500 мм, длиной 5...12
м. Другие металлоизделия - уголковые
профили (равнополочные и
неравнополочные) выпускают площадью
сечения 1,0...140 см2.
Швеллеры характеризуются сечением
швеллеров, его определяют номером,
который соответствует высоте стенки
швеллера в сантиметрах. Такие
металлоизделия, как двутавры
(основной балочный профиль) имеют
несколько типов:
обозначаются номером,
соответствующим их высоте в
сантиметрах. Трубы круглые имеют
диаметр от 8... до …1620 мм. Трубы
могут быть квадратного и
прямоугольного сечения. В
строительстве также широко применяют
специальные профили и металлические
материалы: стальные канаты и
проволоку, профилированные настилы и
т.д.
Чугуны
Чугунами называют железоуглеродистые
сплавы, содержащие более 2 %
углерода. Чугун обладает более
низкими механическими свойствами,
чем сталь, но этот металл дешевле и
хорошо отливается в изделия сложной
формы.
Различают несколько видов чугуна.
Белый чугун, в котором весь углерод
(2,0...3,8%) находится в связанном
состоянии, в виде Fe3C (цементита),
имеет следующие свойства: высокие
твердость и хрупкость, хорошую
сопротивляемость износу, плохую
обрабатываемость режущими
инструментами. Белый чугун применяют
для получения серого и ковкого
чугуна и стали.
Серый чугун только частично содержит
углерод в связанном состоянии (не
более 0,5%). Остальной углерод
находится в чугуне в свободном
состоянии - в виде графита.
Графитовые включения серый цвет
излому. Чем излом темнее, тем чугун
мягче. Образование графита
происходит в результате термической
обработки белого чугуна, когда часть
цементита распадается на мягкое
пластичное железо и графит. В
зависимости от преобладающей
структуры различают серый чугун на
перлитной, ферритной или
ферритоперлитной основе.
Свойства серого чугуна зависят от
режима охлаждения и наличия
некоторых примесей. Например, чем
больше кремния, тем больше
выделяется графита, а потому чугун
делается мягче. Серый чугун имеет
умеренную твердость и легко
обрабатывается режущими
инструментами. Серый чугун,
применяемый в строительстве, должен
иметь предел прочности при
растяжении не менее 120 МПа, а
предел прочности при изгибе 280 МПа.
Из серого чугуна отливают элементы
металлоизделий и конструкций, хорошо
работающие на сжатие: колонны,
опорные подушки, башмаки, тюбинги,
отопительные батареи, трубы
водопроводные и канализационные,
плиты для полов, станины и корпусные
детали станков, головки и поршни
двигателей, зубчатые колеса и другие
детали. Ковкий чугун получают после
длительного отжига белого чугуна при
высоких температурах, когда цементит
почти полностью распадается с
выделением свободного углерода на
ферритной или перлитной основе.
Углеродные включения имеют округлую
форму. В отличие от серых, ковкие
чугуны являются более прочными,
пластичными, легче обрабатываются.
Высокопрочные (модифицированные)
чугуны многократно превосходят
обычные серые чугуны по прочности и
обладают некоторыми пластическими
свойствами. Их применяют для отливок
ответственных деталей.
При испытании серого и
высокопрочного чугунов определяют
предел прочности при растяжении,
изгибе и сжатии, а при испытании
ковкого чугуна – предел прочности
при растяжении, относительное
удлинение и твердость. При
маркировке серого и
модифицированного чугуна, например
СЧ12-28, первые две цифры обозначают
предел прочности при растяжении,
последующие две – предел прочности
при изгибе.
Цветные металлы и сплавы
Сплавы цветных металлов применяют
при изготовлении металлоизделий и
деталей, работающих в условиях
агрессивной среды, подвергающихся
трению, требующих большой
теплопроводности, электропроводности
и уменьшенной массы. Медь - металл
красноватого цвета, отличается
высокой теплопроводностью и
стойкостью против атмосферной
коррозии. При высокой пластичности,
прочность меди невысока. Латунь –
сплав меди с цинком (10...40 %),
металлоизделия из латуни хорошо
поддаются холодной прокатке,
штамповке, вытягиванию. При
маркировке латуней (Л96, Л90, ...,
Л62) цифры указывают на содержание
меди в процентах. Кроме того,
выпускают латуни многокомпонентные,
т.е. с другими элементами (Мn,
Sn.Pb.Al).
Бронза – сплав меди с оловом (до
10%), алюминием, марганцем, свинцом
и другими элементами. Бронзовые
металлоизделия обладает хорошими
литейными свойствами (вентили,
краны, люстры). При маркировке
бронзы Бр.ОЦСЗ-12-5 отдельные
индексы обозначают: Бр – бронза, О –
олово, Ц – цинк, С – свинец, цифры
3, 12, 5 – содержание в процентах
олова цинка, свинца.
Алюминий – легкий серебристый
металл, обладающий низкой прочностью
при растяжении, малой плотностью –
2700 кг/м3, стоек к атмосферной
коррозии. Металлоизделия из алюминия
чистом виде в строительстве
применяют редко (краски,
газообразователи, фольга). Для
повышения прочности в алюминий
вводят легирующие добавки (Мn, Сn,
Mg, Si, Fe) и используют некоторые
технологические приемы. Алюминиевые
сплавы делят на литейные,
применяемые для отливки изделий
(силумины), и деформируемые (дюралюмины),
идущие для прокатки профилей, листов
и т.п.
Силумины – сплавы алюминия с
кремнием (до 14%), обладают высокими
литейными качествами, малой усадкой,
прочностью, хорошей твердостью при
достаточно высокой пластичности.
Механические свойства силуминов
можно существенно улучшить путем
модифицирования. При этом
увеличивается степень дисперсности
кристаллов, что повышает прочность и
пластичность силуминов. Дюралюмины -
сложные сплавы алюминия с медью (до
5,5 %), кремнием (менее 0,8 %),
марганцем (до 0,8 %), магнием (до
0,8 %) и др. Их свойства улучшают
термической обработкой (закалкой при
температуре 500-520°С с последующим
старением). Старение осуществляют на
воздухе в течение 4-5 суток при
нагреве на 170СС в течение 4-5
часов.
Термообработка алюминиевых сплавов
основана на дисперсном твердении с
выделением твердых дисперсных частиц
сложного химического состава. Чем
мельче частицы новообразований, тем
выше эффект упрочнения сплавов.
Предел прочности дюралюминов после
закалки и старения составляет
400...480 МПа и может быть повышен
до 550...600 МПа в результате
наклепа при обработке давлением.
В последнее время металлоизделия из
алюминия и его сплавы все шире
применяют в строительной отрасли для
несущих и ограждающих конструкций.
Особенно эффективно применение
дюралюминов для конструкций в
большепролетных сооружениях, в
сборно-разборных конструкциях, при
сейсмическом строительстве, в
конструкциях, предназначенных для
работы в агрессивной среде. Уже
приступили к изготовлению
трехслойных навесных панелей из
листов алюминиевых сплавов с
заполнением пенопластовыми
материалами. Путем введения
газообразователей разработчики
планируют создать высокоэффективный
материал пеноалюминий со средней
плотностью 100-300 кг/м3 кг.
Все алюминиевые сплавы поддаются
сварке, однако осуществляется она
более трудно, чем сварка стали,
из-за образования тугоплавких
оксидов Аl2О3.
Особенностями дюралюмина как
конструкционного сплава являются:
низкое значение модуля упругости,
примерно в 3 раза меньше, чем у
стали, влияние температуры
(уменьшение прочности при повышении
температуры более 400°С и увеличение
прочности и пластичности при
отрицательных температурах);
повышенный примерно в 2 раза по
сравнению со сталью коэффициент
линейного расширения; пониженная
свариваемость. Титан в последнее
время стали применять в разных
отраслях техники благодаря ценным
свойствам: высокой коррозионной
стойкости, меньшей плотности (4500
кг/м3) по сравнению со сталью,
высоким прочностным свойствам,
повышенной теплостойкости,
свойственным металлоизделиям из
титана. На основе титана создаются
легкие и прочные металлоизделия и
металлоконструкции с уменьшенными
габаритами, способные работать при
повышенных температурах.
|
