Описание на алуминий:   Алуминият няма полиморфни трансформации, има решетка, ориентирана към лицето, с куб с период от \u003d 0.4041 nm. Алуминият и неговите сплави се поддават добре на гореща и студена деформация - валцуване, коване, пресоване, изтегляне, огъване, щамповане на листове и други операции.

Всички алуминиеви сплави могат да бъдат съединени чрез точково заваряване, а специални сплави могат да бъдат заварени чрез синтез и други видове заваряване. Деформируемите алуминиеви сплави се делят на закалени и невтвърдени чрез термична обработка.

Всички свойства на сплавите се определят не само от метода за получаване на полуготов продукт и термична обработка, но главно от химичния състав и по-специално от естеството на фазите - втвърдители на всяка сплав. Свойствата на стареещите алуминиеви сплави зависят от видовете стареене: зона, фаза или коагулация.

На етапа на стареене на коагулация (T2 и TK) корозионната устойчивост значително се повишава и се осигурява най-оптималната комбинация от якостни характеристики, устойчивост на корозия, забавяне на корозията, устойчивост на счупване (K 1s) и пластичност (особено в посока на височина).

Състоянието на полуготовите продукти, естеството на покритието и посоката на рязане на пробите са посочени, както следва - Символи на валцуван алуминий:

M - мека, отгрята

Т - Втвърдена и естествено състарена

T1 - Втвърдено и изкуствено състарено

T2 - Втвърдена и изкуствено състарена според режима, осигуряващ по-високи стойности на устойчивост на счупване и по-добра устойчивост на корозия при стрес

TK - Втвърдено и изкуствено състарено в съответствие с режима, осигуряващ най-висока устойчивост на корозия и устойчивост на счупване

N - Карбонизиран (затваряне на листове от сплави от дуралуминов тип, приблизително 5-7%)

P - Полугарантиран

Н1 - твърдо втвърдяващ се (затварящи листове приблизително 20%)

CCI - Втвърдена и естествено състарена, висока якост

GK - Горещовалцувани (листове, чинии)

Б - Технологично покритие

A - Нормално покритие

НАГОРЕ - Уплътнено покритие (8% на страна)

D - надлъжна посока (по протежение на влакното)

P - посока на кръста

B - посока на височина (дебелина)

X - посока на акорда

P - радиална посока

ПД, ДП, ВД, ВП, ХР, РХ - Посоката на рязане на образци, използвана за определяне на здравина на счупване и темп на растеж на пукнатина от умора. Първата буква характеризира посоката на оста на пробата, втората - посоката на равнината, например: PV - оста на пробата съвпада с ширината на полуготовия продукт, а равнината на пукнатината е успоредна на височината или дебелината.

Анализ и подготовка на алуминиеви проби: Руди.В момента алуминият се получава само от един вид руда - боксит. Често използваният боксит съдържа 50-60% A 12 O 3,<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.

Пробите от боксит се вземат съгласно общи правила, като се обръща особено внимание на възможността за поглъщане на влага от материала, както и на различното съотношение на фракциите на големи и малки частици. Теглото на пробата зависи от размера на тестваната доставка: трябва да се вземат най-малко 5 кг от всеки 20 тона.

При вземане на проби от боксит в стекове с конусовидна форма от всички големи парчета с тегло\u003e 2 kg, лежащи в кръг с радиус 1 m, малки парчета се откъсват и се отвеждат в лопата. Липсващият обем е запълнен с малки частици материал, взети от страничната повърхност на тествания конус.

Избраният материал се събира в плътно затворени съдове.

Целият материал от пробата се натрошава в трошачка до частици с размер 20 mm, изсипва се в конус, редуцира се и се смачква отново до частици с размер<10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.

По-нататъшната подготовка на пробата за анализ се извършва след изсушаване при 105 ° С. Размерът на частиците на пробата за анализ трябва да бъде по-малък от 0,09 mm, количеството на материала е 50 kg.

Приготвените проби от боксит са много склонни към разслояване. Ако пробите се състоят от частици с големина<0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава. Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.

Проби от течни флуоридни стопилки, използвани при електролиза на алуминиев стопилка, тъй като електролитите се вземат със стоманена лъжичка от течната стопилка след отстраняване на твърдата кора от повърхността на банята. Течна проба от стопилката се излива във формата и се получава малък слитък с размери 150x25x25 mm; след това цялата проба се раздробява до размер на частиците на лабораторна проба, по-малка от 0,09 mm ...

Топене на алуминий:   В зависимост от мащаба на производство, естеството на отливките и енергийните възможности, алуминиевите сплави могат да се стопят в тигелни пещи, в устойчиви електрически пещи и в индукционни електрически пещи.

Топенето на алуминиеви сплави трябва да осигури не само високо качество на готовата сплав, но и висока производителност на агрегатите и в допълнение, минималните разходи за отливане.

Най-прогресивният метод на топене на алуминиеви сплави е методът на индукционно нагряване с токове с промишлена честота.

Технологията за приготвяне на алуминиеви сплави е съставена от същите технологични стъпки като технологията за приготвяне на сплави на базата на всякакви други метали.

1. При топене върху свежи свински метали и лигатури първо се зарежда алуминий (изцяло или частично), след което лигатурите се разтварят.

2. При извършване на топене с помощта на предварителна свинска сплав или свински силимин в заряда, свинските сплави първо се зареждат и стопяват, а след това се добавят необходимото количество алуминий и сплави.

3. В случаите, когато зарядът е съставен от отпадъци и свински метали, той се зарежда в следната последователност: свински първичен алуминий, дефектни отливки (слитъци), отпадъци (първи клас) и рафинирано топене и лигатури.

Медта може да бъде въведена в стопилката не само под формата на лигатура, но и под формата на електролитична мед или отпадъци (въвеждане чрез разтваряне).

В момента най-разпространените NVF системи на руския пазар могат да бъдат разделени на три големи групи:

• системи с подфаскална конструкция на алуминиеви сплави;
• системи с лицева конструкция от поцинкована стомана с полимерно покритие;
• подови системи от неръждаема стомана.

Най-добрата здравина и термофизични показатели, разбира се, имат подфасови структури, изработени от неръждаема стомана.

Сравнителен анализ на физичните и механичните свойства на материалите

* Свойствата на неръждаемата и поцинкованата стомана се различават леко.

Топлотехнически и якостни характеристики на неръждаема стомана и алуминий

1. Като се има предвид 3 пъти по-ниската носеща способност и 5,5 пъти по-голяма топлопроводимост на алуминия, скобата от алуминиева сплав е по-силен „студен мост“ от скобата от неръждаема стомана. Показател за това е коефициентът на термотехническа равномерност на сградната обвивка. Според изследвания, коефициентът на термотехническа равномерност на заграждащата конструкция при използване на система от неръждаема стомана е бил 0,86-0,92, а за алуминиевите системи - 0,6-0,7, което налага да се постави голяма дебелина на изолацията и съответно да се увеличи цената на фасадата ,

За град Москва необходимата устойчивост на топлопреминаване на стените, като се вземе предвид коефициентът на термотехническа хомогенност, е 3,13 / 0,92 \u003d 3,4 (м2. ° С) / W за неръждаемата скоба и 3,13 / 0,7 \u003d за алуминиевата скоба 4.47 (m 2. ° C) / W, т.е. 1,07 (m 2 ° C) / W по-висока. Следователно, когато използвате алуминиеви скоби, дебелината на изолацията (с коефициент на топлопроводимост 0,045 W / (m. ° C) трябва да се вземе с почти 5 см повече (1,07 * 0,045 \u003d 0,048 m).

2. Поради по-голямата дебелина и топлопроводимост на алуминиевите скоби, според изчисленията, направени в Научноизследователския институт по строителна физика, при външна температура от -27 ° C, температурата на котвата може да спадне до -3,5 ° C или дори по-ниска, защото при изчисленията се приемаше, че площта на напречното сечение на алуминиевата скоба е 1,8 cm 2, докато в действителност е 4-7 cm 2. Когато използвате скоба от неръждаема стомана, температурата на котвата е +8 ° C. Тоест при използване на алуминиеви скоби котвата работи в зоната на променливи температури, където влагата може да се кондензира върху котвата, последвано от замръзване. Това постепенно ще унищожи материала на структурния слой на стената около котвата и съответно ще намали неговата носеща способност, което е особено важно за стени, изработени от материал с ниска носеща способност (пенобетон, куха тухла и др.). В същото време топлоизолационните уплътнения под скобата поради малката им дебелина (3-8 мм) и високата (спрямо изолацията) топлопроводимост намаляват топлинните загуби само с 1-2%, т.е. практически не нарушават "студения мост" и имат малък ефект върху температурата на котвата.

3. Ниско термично разширение на водачите. Топлинната деформация на алуминиева сплав е 2,5 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана. Неръждаемата стомана има по-нисък коефициент на топлинно разширение (10 10 -6 ° C -1), в сравнение с алуминия (25 10 -6 ° C -1). Съответно удължението на 3-метровите водачи с температурна разлика от -15 ° C до +50 ° C ще бъде 2 mm за стомана и 5 mm за алуминий. Следователно, за да се компенсира топлинното разширение на алуминиевия водач, са необходими редица мерки:

а именно, въвеждането в подсистемата на допълнителни елементи - подвижен плъзгач (за U-образни скоби) или овални отвори с втулки за нитове - не твърда фиксация (за L-образни скоби).

Това неизбежно води до усложнение и преценка на подсистемата или неправилна инсталация (тъй като често се случва инсталаторите да не използват втулки или неправилно да фиксират монтажа с допълнителни елементи).

В резултат на тези мерки натоварването на тежестта пада само върху носещите конзоли (горна и долна), а останалите служат само като опора, което означава, че котвите не са равномерно натоварени и това трябва да се вземе предвид при разработването на проектна документация, което често просто не е така. В стоманените системи целият товар се разпределя равномерно - всички възли са неподвижно фиксирани - незначителното разширение на температурата се компенсира от работата на всички елементи в етапа на еластична деформация.

Дизайнът на скобата позволява пролуката между плочите в системите от неръждаема стомана от 4 мм, докато в алуминиевите системи - поне 7 мм, което също не се харесва на много клиенти и разваля външния вид на сградата. В допълнение, скобата трябва да осигурява свободното движение на облицовъчните плочи с количеството на удължението на водачите, в противен случай плочите ще бъдат унищожени (особено на кръстовището на водачите) или удължаването на кламера (и двете могат да доведат до изпадане на облицовъчните панели). В стоманената система няма опасност от удължаване на краката на кламера, което може да се случи с времето в алуминиевите системи поради големи температурни деформации.

Огнеустойчиви свойства от неръждаема стомана и алуминий

Точката на топене на неръждаемата стомана е 1800 ° C, а алуминий 630/670 ° C (в зависимост от сплавта). Температурата по време на пожар на вътрешната повърхност на плочката (според резултатите от тестовете на MOOU "Регионален сертификационен център" ОПИТ ") достига 750 ° C. По този начин, при използване на алуминиеви конструкции, структурата може да се стопи и част от фасадата да се срути (в областта на отваряне на прозореца), а при температура от 800-900 ° C алуминият сам по себе си поддържа горенето. Неръждаемата стомана не се топи по време на пожар, поради което е най-предпочитано според изискванията за пожарна безопасност. Например, в Москва по време на строителството на високи сгради алуминиевите конструкции по принцип не са разрешени за употреба.

Корозионни свойства

Към днешна дата единственият надежден източник за корозионната устойчивост на определена подфаска структура и съответно дълготрайност е експертното мнение на ExpertKorr-MISiS.

Най-издръжливите са конструкциите от неръждаема стомана. Срокът на експлоатация на такива системи е най-малко 40 години в градска индустриална атмосфера с умерена агресивност и поне 50 години в сравнително чиста атмосфера на слаба агресивност.

Благодарение на оксидния филм, алуминиевите сплави имат висока корозионна устойчивост, но при наличието на високи концентрации на хлориди и сяра в атмосферата може да възникне бързо развиваща се междугранулярна корозия, което води до значително намаляване на здравината на структурните елементи и тяхното разрушаване. По този начин, експлоатационният живот на конструкцията от алуминиеви сплави в градска индустриална атмосфера с умерена агресивност не надвишава 15 години. Въпреки това, в съответствие с изискванията на Росстрой, в случай на използване на алуминиеви сплави за производството на елементи от NVF подструктурата, всички елементи задължително трябва да имат анодно покритие. Наличието на анодно покритие увеличава експлоатационния живот на подструктурата от алуминиева сплав. Но по време на инсталирането на подструктура различните му елементи са свързани с нитове, за които се пробиват дупки, което причинява нарушение на анодното покритие на мястото на закрепване, тоест неизбежно се създават секции без анодно покритие. В допълнение, стоманената сърцевина на алуминиевите нитове заедно с алуминиевата среда на елемента съставлява галванична двойка, което също води до развитието на активни процеси на междугранулярна корозия в местата на закрепване на елементите на подструктурата. Заслужава да се отбележи, че често евтиността на една или друга NVF система с подструктура от алуминиева сплав се дължи именно на липсата на защитно анодно покритие върху елементите на системата. Недобросъвестни производители на такива подструктури спестяват от скъпи електрохимични процеси за анодизиране на продукти.

От гледна точка на трайността на дизайна, поцинкованата стомана притежава недостатъчна устойчивост на корозия. Но след прилагане на полимерното покритие, експлоатационният живот на подструктурата от поцинкована стомана с полимерно покритие ще бъде 30 години в градска индустриална атмосфера с умерена агресивност и 40 години в условно чиста атмосфера на слаба агресивност.

Сравнявайки горните показатели за алуминиеви и стоманени подструктури, можем да заключим, че стоманените подструктури са значително по-добри от алуминиевите по всички показатели.

Алуминият и неръждаемата стомана може да изглеждат сходно, но в действителност те са напълно различни. Запомнете тези 10 разлики и ги насочете, когато избирате вида метал за вашия проект.

1. Съотношението на сила и тегло.   Алуминият обикновено не е толкова силен като стоманата, но е много по-лек. Това е основната причина, поради която самолетите са изработени от алуминий.
2. Корозия. Неръждаемата стомана се състои от желязо, хром, никел, манган и мед. Хромът се добавя като елемент за осигуряване на устойчивост на корозия. Алуминият има висока устойчивост на окисляване и корозия, главно благодарение на специален филм върху металната повърхност (пасивиращ слой). Когато алуминият се окисли, повърхността му побелява и понякога върху него се появяват кухини. В някои екстремно кисели или алкални среди алуминият може да корозира с катастрофална скорост.
3. Топлопроводимост.Алуминият има много по-добра топлопроводимост от неръждаемата стомана. Това е една от основните причини, поради която се използва за автомобилни радиатори и климатици.
4. На разходите.   Алуминият обикновено е по-евтин от неръждаемата стомана.
5. Възможност за преработка.   Алуминият е доста мек и по-лесен за рязане и деформиране. Неръждаемата стомана е по-издръжлив материал, но е по-трудно да се работи, тъй като се поддава на деформация с големи трудности.
6. Заваряване.   Неръждаемата стомана е сравнително лесна за заваряване, докато алуминият може да причини проблеми.
7. Топлинни свойства.   Неръждаемата стомана може да се използва при много по-високи температури от алуминия, която може да стане много мека дори при 200 градуса.
8. Електрическа проводимост.   Неръждаемата стомана е наистина лош проводник в сравнение с повечето метали. Напротив, алуминият е много добър проводник на електричество. Поради високата им проводимост, леко тегло и устойчивост на корозия, въздушните електропроводи с високо напрежение обикновено са изработени от алуминий.
9. Сила.   Неръждаемата стомана е по-здрава от алуминия.
10. Ефект върху храната.   Неръждаемата стомана реагира по-малко с храните. Алуминият може да реагира на продукти, които могат да повлияят на цвета и миризмата на метала.

Все още не сте сигурни кой метал е подходящ за вашата цел? Свържете се с нас по телефон, имейл или елате в нашия офис. Нашите мениджъри за обслужване на клиенти ще ви помогнат да направите правилния избор!

1.2.1. Общи характеристики на стоманите.Стоманата е сплав на желязо с въглерод, съдържа легиращи добавки, които подобряват качеството на метала, и вредни примеси, които влизат в метала от руда или се образуват по време на процеса на топене.

Стоманена конструкция.В твърдо състояние стоманата е поликристално тяло, състоящо се от много различни ориентирани кристали (зърна). Във всеки кристал атомите (по-точно положително заредени йони) са подредени в ред в местата на пространствената решетка. Стоманата се характеризира с центрирана към тялото (bcc) и насочена към лицето (fcc) кубична кристална решетка (фиг. 1.4). Всяко зърно като кристална формация е рязко анизотропно и има различни свойства в различни посоки. При голям брой различно ориентирани зърна, тези разлики се изглаждат, статистически, средно, във всички посоки свойствата стават еднакви и стоманата се държи като квазиизотропно тяло.

Структурата на стоманата зависи от условията на кристализация, химичния състав, термичната обработка и условията на валцуване.

Точката на топене на чистото желязо е 1535 ° C; по време на втвърдяването се образуват кристали от чисто желязо - ферит, т. Нар. 8-желязо с решетка, насочена към тялото (фиг. 1.4, а);при температура от 1490 ° С става прекристализация и 5-желязо се превръща в γ-желязо с решетка, насочена към лицето (фиг. 1.4, б).При температура от 910 ° C и по-ниска степен, кристалите на γ-желязото отново се превръщат в центрирани в тялото и това състояние се запазва до нормална температура. Последната модификация се нарича а-желязо.

С въвеждането на въглерод температурата на топене намалява, а за стоманата със съдържание на въглерод от 0,2% е приблизително 1520 ° С. При охлаждане се образува твърд разтвор на въглерод в g-желязо, наречен аустенит, в който въглеродните атоми са разположени в центъра на fcc решетката. При температури под 910 ° C започва разлагането на аустенит. Полученото β-желязо с bcc решетка (ферит) разтваря лошо въглерода. Тъй като феритовите утайки, аустенитът се обогатява с въглерод и при температура 723 ° C се превръща в перлит - смес от ферит и железен карбид Fe 3 C, наречен циментит.

Фиг. 1.4. Кубична кристална решетка:

  и- телесно центрирано;

б- центрирано към лицето

Така при нормална температура стоманата се състои от две основни фази: ферит и циментит, които образуват независими зърна и също влизат в състава на перлит под формата на плочи (фиг. 1.5). Светли зърна - ферит, тъмни - перлит).

Феритът е много пластичен и с малка якост, циментитът е твърд и крехък. Перлит има свойства, междинни между свойствата на ферита и циментита. Този или онзи структурен компонент преобладава в зависимост от съдържанието на въглерод. Размерът на зърното на ферит и перлит зависи от броя на центровете на кристализация и условията на охлаждане и значително влияе на механичните свойства на стоманата (колкото по-фино е зърното, толкова по-високо е качеството на метала).

Легиращите добавки, влизащи в твърдия разтвор с ферит, го укрепват. В допълнение, някои от тях, образувайки карбиди и нитриди, увеличават броя на огнищата на кристализация и допринасят за образуването на финозърнеста структура.

Под влияние на термичната обработка структурата, размерът на зърното и разтворимостта на легиращите елементи се променят, което води до промяна в свойствата на стоманата.

Най-простият вид топлинна обработка е нормализирането. Той се състои в повторно загряване на валцувания продукт до температурата на образуване на аустенит и последващо охлаждане във въздуха. След нормализиране структурата на стоманата е по-подредена, което води до подобряване на якостта и пластмасовите свойства на валцуваната стомана и нейната ударна якост, както и до повишаване на еднородността.

С бързото охлаждане на стоманата, загрята до температура, превишаваща температурата на фазовата трансформация, стоманата се гаси.

Конструкциите, образувани след закаляването, придават на стоманата висока якост. Въпреки това пластичността му намалява, а склонността към чуплива фрактура се увеличава. За да се регулират механичните свойства на закалената стомана и формирането на желаната структура, тя се темперира, т.е. нагряване до температура, при която настъпва желаната структурна трансформация, задържане при тази температура за необходимото време и след това бавно охлаждане 1.

По време на валцуването в резултат на компресия стоманената структура се променя. Смилането на зърната и различната им ориентация по протежение на и на другата страна на валцуваните продукти, което води до известна анизотропия на свойствата. Температурата на търкаляне и скоростта на охлаждане също имат значителен ефект. При високи скорости на охлаждане е възможно образуването на закаляващи структури, което води до увеличаване на якостните свойства на стоманата. Колкото по-дебело е валцуването, толкова по-ниска е степента на компресия и скоростта на охлаждане. Следователно, с увеличаване на дебелината на характеристиките на здравината на валца намаляват.

По този начин чрез промяна на химичния състав, режимите на валцуване и термична обработка е възможно да се промени структурата и да се получи стомана с определена якост и други свойства.

Класификация на стоманата.Според якостните свойства на стоманата те условно се разделят на три групи: обикновени (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN / cm 2).

Увеличаването на здравината на стоманата се постига чрез легиране и термична обработка.

Химичният състав на стоманата е разделен на легирана въглерод. Въглеродните стомани с обикновено качество са съставени от желязо и въглерод с някои

добавянето на силиций (или алуминий) и манган. Други добавки не са специално въведени и могат да попаднат в стомана от руда (мед, хром и др.).

Въглеродът (U) 1, увеличавайки здравината на стоманата, намалява нейната пластичност и влошава заваряемостта, затова за изграждане на метални конструкции се използват само нисковъглеродни стомани със съдържание на въглерод не повече от 0,22%.

Освен желязо и въглерод, легираните стомани включват специални добавки, които подобряват качеството им. Тъй като повечето добавки в една или друга степен влошават заваряемостта на стоманата, както и увеличават нейната цена, нисколегираните стомани с общо съдържание на сплав не повече от 5% се използват главно в строителството.

Основните легиращи добавки са силиций (С), манган (G), мед (D), хром (X), никел (H), ванадий (F), молибден (M), алуминий (Yu), азот (A).

Силицийът деоксидира стоманата, т.е. свързва излишния кислород и увеличава силата му, но намалява пластичността, влошава заваряемостта и корозионната устойчивост при високи нива. Вредният ефект на силиция може да бъде компенсиран от повишеното съдържание на манган.

Манганът увеличава силата, е добър деоксидант и в комбинация със сяра намалява вредното му действие. Със съдържание на манган над 1,5%, стоманата става крехка.

Медът леко увеличава здравината на стоманата и повишава нейната устойчивост на корозия. Прекомерното съдържание на мед (повече от 0,7%) допринася за стареенето на стоманата и повишава нейната крехкост.

Хромът и никелът повишават здравината на стоманата, без да намаляват пластичността и подобряват нейната устойчивост на корозия.

Алуминият дезоксидира стоманата добре, неутрализира вредните ефекти на фосфора и повишава здравината.

Ванадийът и молибденът увеличават якостта си, почти не намаляват пластичността и предотвратяват омекотяването на термично обработената стомана по време на заваряване.

Азотът в несвързано състояние допринася за стареенето на стоманата и я прави чуплива, така че тя трябва да бъде не повече от 0,009%. В химически свързано състояние с алуминий, ванадий, титан и други елементи, той образува нитриди и се превръща в легиращ елемент, допринасяйки за производството на финозърнеста структура и подобряване на механичните свойства.

Фосфорът е вреден примес, тъй като, образувайки твърд разтвор с ферит, той повишава крехкостта на стоманата, особено при ниски температури (студена чупливост). Въпреки това, в присъствието на алуминий, фосфорът може да служи като легиращ елемент, който повишава устойчивостта на корозия на стоманата. Това е основата за получаване на устойчиви на атмосферни влияния стомани.

Сярата, дължаща се на образуването на нископлавително сярно желязо, прави стоманата червено чуплива (склонна към напукване при температура от 800-1000 ° C). Това е особено важно за заварени конструкции. Вредният ефект на сярата намалява с повишено съдържание на манган. Съдържанието на сяра и фосфор в стоманата е ограничено и не трябва да бъде повече от 0,03 - 0,05%, в зависимост от вида (степента) на стоманата.

Насищането на газовете му с вредни газове, които могат да попаднат от атмосферата в метал в разтопено състояние, оказва вредно влияние върху механичните свойства на стоманата. Кислородът действа като сяра, но в по-голяма степен и повишава крехкостта на стоманата. Несвързаният азот също намалява качеството на стоманата. Въпреки че водородът се задържа в незначително количество (0,0007%), но концентрирайки се в близост до включения в междукристални райони и разположени предимно по границите на зърното, той причинява големи натоварвания в микрообемите, което води до намаляване на устойчивостта на стоманата към чупливо счупване, намаляване на временната устойчивост и влошаване на пластмасата свойства. Следователно, стопената стомана (например по време на заваряване) трябва да бъде защитена от въздействието на атмосферата.

В зависимост от вида на захранването стоманите се разделят на горещовалцувани и термично обработени (нормализирани или термично подобрени). В горещо валцовано състояние стоманата не винаги има оптимален набор от свойства. По време на нормализирането на стоманената конструкция се раздробява, нейната равномерност се увеличава, вискозитетът се увеличава, но няма значително увеличаване на якостта. Топлинната обработка (закаляване във вода и закаляване при високи температури) дава възможност за получаване на стомани с висока якост, които са добре устойчиви на чуплива фрактура. Разходите за термична обработка на стомана могат да бъдат значително намалени, ако втвърдяването се извършва директно от топлината на търкаляне.

Стоманата, използвана при изграждането на метални конструкции, се произвежда главно по два начина: в пещи на открито и в пречистватели с кислород. Свойствата на стоманобетонните и кислородно-конверторните стомани са почти идентични, но методът на производство на кислороден конвертор е много по-евтин и постепенно измества откритото огнище. За най-критичните части, при които се изисква особено високо качество на метала, се използват и стомани, получени чрез електроразтопяване (ESR). С развитието на електрометалургията е възможно по-широко приложение в конструкцията на стомани, получени в електрически пещи. Електростал има ниско съдържание на вредни примеси и високо качество.

По степента на разкисляване стоманите могат да бъдат кипящи, полу-спокойни и спокойни.

Неокислените стомани се варят по време на отливане във форми поради еволюцията на газове. Такава стомана се нарича кипене и е по-замърсена от газове и по-малко еднаква.

Механичните свойства варират до известна степен по дължината на слитъка поради неравномерното разпределение на химичните елементи. Това важи особено за частта на главата, която е най-ронлива (поради свиване и най-голямо насищане с газове), най-много сегрегация на вредни примеси и въглерод има в нея. Следователно дефектната част, съдържаща около 5% от масата на слитъка, се отрязва от блока. Кипящите стомани, които имат сравнително добри показатели за якост на добива и временна устойчивост, са по-малко устойчиви на чупливо счупване и стареене.

За да се подобри качеството на нисковъглеродна стомана, тя се деоксидира със силициеви добавки от 0,12 до 0,3% или алуминий до 0,1%. Силицийът (или алуминият), комбинирайки се с разтворен кислород, намалява вредния му ефект. Когато се комбинират с кислород, деоксидаторите образуват силикати и алуминати във фино диспергирана фаза, които увеличават броя на центровете за кристализация и допринасят за образуването на финозърнеста стоманена конструкция, което води до повишаване на нейното качество и механични свойства. Деоксидираните стомани не кипят при леене във форми, затова се наричат \u200b\u200bспокойни м и. Част от приблизително 15% се отрязва от главата на мекия стоманен слитък. Меката стомана е по-равномерна, заварява по-добре, по-добре издържа на динамичен стрес и крехко счупване. Тихите стомани се използват при производството на критични конструкции, подложени на динамични напрежения.

Тихите стомани обаче са приблизително с 12% по-скъпи от кипящите, което ги принуждава да бъдат ограничени и, когато е полезно по технически и икономически причини, да преминат към полу-тихи стоманени конструкции.

Полу-тихата стомана е междинно качество между кипене и неподвижно. Деоксидира се с по-малко силиций - 0,05 - 0,15% (рядко алуминий). По-малка част, равна на около 8% от масата на слитъка, се отрязва от главата на слитъка. Полу-стоманите също са с междинна стойност. Нисколегираните стомани се доставят главно в спокойни (рядко полу-тихи) модификации.

1.2.2. Нормиране на стомани.Основният стандарт, регулиращ характеристиките на стоманите за изграждане на метални конструкции, е ГОСТ27772 - 88. Според GOST оформената стомана е изработена от стомана 1 С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375; стоманени листове С390, С390К, С440, S590, S590K се използват и за листови и универсални валцувани изделия и огънати профили. Стоманите C345, C375, C390 и C440 могат да бъдат доставени с високо съдържание на мед (за повишаване на устойчивостта на корозия), докато буквата „D“ се добавя към обозначението на стоманата.

Химичният състав на стоманите и механичните свойства са представени в табл. 1.2 и 1.3.

Наемането може да бъде доставено както в горещо валцувано, така и в термично обработено състояние. Изборът на химичен състав и вид термична обработка се определя от растението. Основното е да осигурите необходимите свойства. Така че, валцувана листова стомана C345 може да бъде направена от стомана с химичен състав C245 с термично подобрение. В този случай буквата Т се добавя към обозначението на стоманата, например C345T.

В зависимост от работната температура на конструкциите и степента на опасност от чупливо счупване, изпитванията на удари за стомани C345 и C375 се провеждат при различни температури, поради което те се доставят в четири категории и към обозначението на стоманата се добавя категория номер, например C345-1; S345-2.

Нормализираните характеристики за всяка категория са дадени в табл. 1.4.

Наемът се доставя на партиди. Партидата се състои от валцувани един размер, един черпак и една термична обработка. При проверка на качеството на метала, две проби се вземат на случаен принцип от партидата.

От всяка проба се прави по една проба за изпитване на опън и огъване и две проби за определяне на ударната якост при всяка температура. Ако резултатите от теста не отговарят на изискванията на GOST, тогава провеждайте

втори тест на два пъти повече от броя на пробите. Ако многократните тестове са показали незадоволителни резултати, партидата се отхвърля.

Оценката на заваряемостта на стоманата се извършва според въглеродния еквивалент,%:

където C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - масова част на въглерод, манган, силиций, хром, никел, мед, ванадий и фосфор, %.

Ако С,<0,4%, то сварка стали не вызывает затруднений, при 0,4 %< С,< 0,55 % сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению возник­новения трещины. При С э >0,55% риск от напукване рязко се увеличава.

За да се провери непрекъснатостта на метала и да се предотврати отделянето, ако е необходимо, се извършва ултразвуково тестване по желание на клиента.

Отличителна черта на GOST 27772 - 88 е използването на методи за статистически контрол за някои стомани (C275, C285, C375), което осигурява осигуряването на стандартни стойности на якост на провлачване и временна устойчивост.

Строителните метални конструкции също са изработени от стомани, доставени в съответствие с GOST 380 - 88 "Въглеродна стомана с обикновено качество", GOST 19281 -73 "Нисколегирана стомана и секционна стомана", GOST 19282 - 73 "Нисколегирана стомана, дебела и широколентова универсална" и други стандарти.

Няма фундаментални разлики между свойствата на стоманите, които имат един и същ химичен състав, но предоставени по различни стандарти. Разликата в методите и наименованията за контрол. Така че, съгласно GOST 380 - 88 с промени в наименованието на стоманената марка, са посочени групата за доставка, методът за разкисляване и категорията.

При доставка в група А растението гарантира механични свойства, в група В - химичен състав, в група В - механични свойства и химичен състав.

Степента на разкисляване се обозначава с буквите KP (кипене), SP (спокойно) и PS (полу-спокойно).

Категорията на стоманата указва вида на изпитванията за удар: категория 2 - без изпитвания на удар, 3 - проведени при температура +20 ° C, 4 - при температура -20 ° C, 5 - при температура -20 ° C и след механично стареене , 6 - след механично стареене.

В строителството основно се използват стоманени марки VstZkp2, VstZpsb и VstZsp5, както и стомана с високо съдържание на манган VstZgps5.

Съгласно GOST 19281-73 и GOST 19282 - 73 съдържанието на основните елементи е посочено в обозначението за стомана. Например, химическият състав на 09G2S стомана се дешифрира, както следва: 09 - съдържание на въглерод в стотни проценти, G2 - манган в количество от 1 до 2%, С - силиций до 1 %.

В края на марката стомана се посочва категория, т.е. вид изпитване на удар. Създадени са 15 категории за ниско легирани стомани; тестове се извършват при температури до -70 ° C. Стоманите, доставени по различни стандарти, са взаимозаменяеми (виж таблица 1.3).

Свойствата на стоманата зависят от химичния състав на суровината, метода на топене и обема на топилните единици, силата на натиск и температурата по време на валцуване, условията на охлаждане на готовия продукт и др.

При толкова различни фактори, влияещи върху качеството на стоманата, е съвсем естествено, че здравината и другите свойства имат определено разсейване и могат да се считат за случайни променливи. Идеята за променливостта на характеристиките се дава чрез хистограми за статистическо разпределение, показващи относителния дял (честотата) на определена характеристична стойност.

1.2.4 Стомана с повишена якост(29 kN / cm 2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
  добавки, главно манган и силиций, по-рядко никел и хром, или устойчиви на топлина
  нисковъглеродна стомана (С345Т).

Пластичността на стоманата е леко намалена, а дължината на добивната площ намалява до 1 -1,5%.

Стоманите с висока якост заваряват малко по-лошо (особено стомани с високо съдържание на силиций) и понякога изискват използването на специални технологични мерки за предотвратяване на образуването на горещи пукнатини.

По отношение на корозионната устойчивост повечето стомани от тази група са близки до нисковъглеродните стомани.

Стоманата с високо съдържание на мед (S345D, S375D, S390D) притежава по-висока устойчивост на корозия.

Финозърнестата структура на ниско легираните стомани осигурява значително по-висока устойчивост на чупливо счупване.

Поддържа се висока якост на удар при температура от -40 ° C и по-ниска, което позволява използването на тези стомани за конструкции, работещи в северните райони. Поради по-високите якостни свойства, използването на високоякостни стомани води до икономия на метал до 20 -25%.

1.2.5 Стомана с висока якост(\u003e 40 kN / cm 2). Стомана с висока якост
  (C440-C590) се получава като правило чрез легиране и термична обработка.

За легиране се използват нитридни образуващи елементи, които допринасят за образуването на финозърнеста структура.

Стоманите с висока якост може да нямат точка на добив (при o \u003e\u003e 50 kN / cm 2), а тяхната пластичност (удължение) намалява до 14% или по-ниска.

Съотношението се увеличава до 0,8 - 0,9, което не позволява пластични деформации при изчисляване на конструкции от тези стомани.

Изборът на химичния състав и режима на термична обработка могат значително да повишат устойчивостта на чупливо счупване и да осигурят висока ударна якост при температури до -70 ° С. Определени трудности възникват при производството на конструкции. Високата якост и ниската пластичност изискват по-мощно оборудване за рязане, обличане, пробиване и други операции.

При заваряване на термично обработени стомани поради неравномерно нагряване и бързо охлаждане в различни зони на заварената фуга възникват различни структурни трансформации. В някои области се образуват закаляващи структури, които имат повишена якост и крехкост (твърди слоеве), в други металът е подложен на високо темпериране и има намалена якост и висока пластичност (меки слоеве).

Омекотяването на стоманата в зоната, засегната от топлина, може да достигне 5 - 30%, което трябва да се вземе предвид при проектирането на заварени конструкции, изработени от термично обработени стомани.

Въвеждането на някои образуващи карбиди елементи (молибден, ванадий) в състава на стоманата намалява омекотяващия ефект.

Използването на стомани с висока якост води до икономия на метали до 25-30% в сравнение със конструкции, изработени от нисковъглеродни стомани и е особено препоръчително при конструкции с дълги разстояния и силно натоварени.

1.2.6 Устойчива на атмосферни влияния стомана.За повишаване на корозионната устойчивост на метала
  нисколегирани стомани, съдържащи
  количеството (процентна част) от елементи като хром, никел и мед.

В конструкции, изложени на атмосферни влияния, стоманата с добавяне на фосфор (например S345K стомана) е много ефективна. На повърхността на такива стомани се образува тънък оксиден филм, който има достатъчна здравина и предпазва метала от корозия. Заваряемостта на стоманата при наличие на фосфор обаче се влошава. Освен това при валцувани продукти с големи дебелини металът има намалена студоустойчивост, поради което използването на стомана S345K се препоръчва при дебелини, които не надвишават 10 мм.

В конструкции, които комбинират носещи и ограждащи функции (например мембранни покрития), ламарината се използва широко. За да увеличите издръжливостта на такива конструкции, препоръчително е да използвате никел от неръждаема стомана клас OX18T1F2. Механични свойства на стомана ОХ18Т1Ф2:

50 kN / cm 2, \u003d 36 kN / cm 2,\u003e 33 %. При големи дебелини валцуваните изделия от хромирани стомани са силно крехки, но свойствата на тънковалките (особено с дебелина до 2 мм) позволяват използването му в конструкции при проектни температури до -40 ° С.

1.2.7. Изборът на стомани за изграждане на метални конструкции.Изборът на стомана се извършва въз основа на вариант на проектиране и технически и икономически анализ, като се вземат предвид препоръките на нормите. За да се опрости редът на метала при избора на стомана, човек трябва да се стреми към по-голямо унифициране на конструкциите, намаляване на броя на стоманите и профилите. Изборът на стомана зависи от следните параметри, които влияят върху работата на материала:

температура на средата, в която конструкцията е монтирана и работи. Този фактор взема предвид повишената опасност от чупливо счупване при ниски температури;

естеството на натоварването, което определя особеността на работата на материала и конструкциите при динамични, вибрационни и променливи товари;

вид на напрегнато състояние (едноосово компресиране или напрежение, равнинно или обемно напрежение) и нивото на възникнали напрежения (силно или леко натоварени елементи);

метод за свързване на елементи, който определя нивото на вътрешни напрежения, степента на концентрация на напрежение и свойствата на материала в зоната на свързване;

дебелина на валцувани продукти, използвани в елементите. Този фактор взема предвид промяната в свойствата на стоманата с нарастваща дебелина.

В зависимост от условията на работа на материала, всички видове конструкции са разделени на четири групи.

K първата групазаварени конструкции, които работят при особено трудни условия или са пряко засегнати от динамични, вибрационни или движещи се натоварвания (например, кранови греди, греди на работната платформа или надлезните елементи, директно поглъщащи натоварването от подвижния състав, фермерите на фермата и др.). Състоянието на напрежение на такива конструкции се характеризира с високо ниво и висока честота на натоварване.

Структурите от първата група работят в най-трудните условия, допринасяйки за възможността за тяхната крехка или отпаднала от умора, следователно, най-високите изисквания се налагат върху свойствата на стоманите.

за втора групавключват заварени конструкции, работещи при статично натоварване, когато са изложени на едноосно и недвусмислено двуосно поле на опън на опън (например, ферми, рамкови греди, греди и покрития и други опънати, опънати и огънати елементи), както и конструкции от първата група при липса на заварени съединения ,

Общо за проектите от тази група е повишеният риск от чупливо счупване, свързано с наличието на поле на напрежение на опън. Вероятността за отказ на умора тук е по-малка, отколкото при структурите от първата група.

K трета групавключват заварени конструкции, работещи под преобладаващия ефект на натиск на натиск (например колони, стелажи, опори за оборудване и други компресирани и огънати елементи), както и конструкции от втората група при липса на заварени съединения.

K четвърта групавключват се спомагателни конструкции и елементи (комуникации, елементи от фаянс, стълби, огради и др.), както и конструкции от трета група при липса на заварени съединения.

Ако за конструкции от трета и четвърта група е достатъчно да се ограничите до изискванията за якост при статични натоварвания, тогава за конструкции от първа и втора група е важно да се оцени устойчивостта на динамични напрежения и чупливо счупване.

В материали за заварени конструкции трябва да се оцени заваряемостта. Изискванията за конструктивни елементи, които нямат заварени съединения, могат да бъдат намалени, тъй като отсъствието на полета на заваръчни напрежения, по-ниската концентрация на напрежения и други фактори подобряват работата им.

Във всяка група конструкции, в зависимост от работната температура, на стоманите се налагат изисквания за ударна якост при различни температури.

Нормите съдържат списък на стоманите в зависимост от групата конструкции и климатичния район на строителство.

Окончателният избор на стомана във всяка група трябва да се основава на сравнение на технически и икономически показатели (потребление на стомана и цена на конструкциите), както и отчитане на реда на металните и технологичните възможности на производителя. В композитни конструкции (например композитни греди, ферми и др.) Е икономически изгодно да се използват две стомани: по-висока якост на силно натоварени елементи (ферменни ремъци, греди) и по-ниска якост на леко натоварени елементи (решетъчна решетка, стени на греда).

1.2.8. Алуминиеви сплави.Алуминият по свойствата си се различава значително от стоманата. Плътността му \u003d 2,7 t / m 3, т.е. почти 3 пъти по-малка от плътността на стоманата. Модул на надлъжна еластичност на алуминия E \u003d 71000 MPa, модул на срязване G \u003d27 000 МРа, което е около 3 пъти по-малко от модула на надлъжна еластичност и модула на срязване на стоманата.

Алуминият няма точка на добив. Правата линия на еластичните щамове директно преминава в кривата на еластично-пластичните щамове (фиг. 1.7). Алуминият е много пластичен: удължението при счупване достига 40 - 50%, но силата му е много ниска: \u003d 6 ... 7 kN / cm 2, а условната якост на добив \u003d 2 ... 3 kN / cm 2. Чистият алуминий бързо се покрива със силен оксиден филм, който предотвратява по-нататъшната корозия.

Поради много ниската якост, технически чистият алуминий рядко се използва в строителните конструкции. Значително увеличаване на здравината на алуминия се постига чрез легирането му с магнезий, манган, мед, силиций. цинк и някои други елементи.

Временната устойчивост на легиран алуминий (алуминиеви сплави), в зависимост от състава на легиращите добавки, е 2 -5 пъти по-висока от технически чиста; въпреки това, относителното удължение е съответно 2 до 3 пъти по-ниско. С повишаване на температурата силата на алуминия намалява, а при температури над 300 ° С е близо до нула (виж фиг. 1.7).

Характеристика на редица многокомпонентни сплави A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn е тяхната способност за допълнително увеличаване на силата в процеса на стареене след термична обработка; такива сплави се наричат \u200b\u200bтермично втвърдими.

Временната устойчивост на някои високоякостни сплави (системи Al - Mg - Zn) след термична обработка и изкуствено стареене надвишава 40 kN / cm 2, докато удължението е само 5-10%. Топлинната обработка на сплави с двоен състав (Al-Mg, Al-Mn) не води до втвърдяване; такива сплави се наричат \u200b\u200bтермично невтвърдяващи.

Увеличаването на условната якост на добива на продуктите от тези сплави с коефициент 1,5-2 може да бъде постигнато чрез студена деформация (затваряне), а удължението също е значително намалено. Трябва да се отбележи, че индексите на всички основни физични свойства на сплавите, независимо от състава на легиращите елементи и състоянието, практически не се различават от тези за чист алуминий.

Корозионната устойчивост на сплавите зависи от състава на легиращите добавки, състоянието на подаване и степента на агресивност на околната среда.

Полуфабрикатите от алуминиеви сплави се произвеждат в специализирани фабрики: ламарини и ленти - чрез валцуване на много валцови мелници; тръби и профили - чрез екструдиране върху хоризонтални хидравлични преси, което позволява да се получат профили с най-разнообразни форми на секцията, включително тези със затворени кухини.

На полуфабрикатите, изпратени от фабриката, са посочени класът на сплавта и състоянието на доставка: M - мека (отпалена); N - наем; Н2 - полугарантиран; Т - втвърден и естествено отлежал 3-6 дни при стайна температура; Т1 - закалена и изкуствено отлежала в продължение на няколко часа при повишени температури; Т4 - не е напълно втвърден и естествено състарен; Т5 - не е напълно втвърден и изкуствено състарен. Полуфабрикатите, доставени без преработка, нямат допълнително означение.

От голям брой алуминиеви марки, следните се препоръчват за използване в строителството:

Термично неукрепени сплави: AD1 и AMtsM; AMg2M и AMg2MN2 (листове); AMg2M (тръби);

Термично закалени сплави: AD31T1; AD31T4 и AD31T5 (профили);

1915 и 1915T; 1925 и 1925T; 1935, 1935T, AD31T (профили и тръби).

Всички горепосочени сплави, с изключение на сплав 1925T, която се използва само за нитове, се заваряват добре. За леените части се използва лята сплав от марката AL8.

Алуминиевите конструкции поради ниското си тегло, устойчивост на корозия, студоустойчивост, антимагнитни, липса на искри, дълготрайност и добър външен вид имат широки перспективи за използване в много области на строителството. Поради високата цена обаче използването на алуминиеви сплави в строителните конструкции е ограничено.