Описание на алуминий:Алуминият няма полиморфни трансформации и има лицево-центрирана кубична решетка с период a = 0,4041 nm. Алуминият и неговите сплави се поддават добре на гореща и студена деформация - валцуване, коване, пресоване, изтегляне, огъване, листово щампованеи други операции.

Всички алуминиеви сплави могат да бъдат съединени точкова заварка, а специалните сплави могат да се заваряват чрез топене и други видове заваряване. Деформируемите алуминиеви сплави се разделят на закалени и закалени чрез термична обработка.

Всички свойства на сплавите се определят не само от метода на получаване на полуфабрикат и топлинна обработка, но главно от химичния състав и особено от естеството на фазите, които укрепват всяка сплав. Свойства на стареене алуминиеви сплавизависят от видовете стареене: зона, фаза или коагулация.

На етапа на коагулационно стареене (Т2 и Т3), устойчивостта на корозия се увеличава значително и най-много оптимална комбинацияхарактеристики на якост, устойчивост на корозия под напрежение, корозия на ексфолиация, якост на счупване (K 1c) и пластичност (особено във вертикална посока).

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

M - Мек, закален

T - Закален и естествено състарен

T1 - Закален и изкуствено състарен

T2 - Закален и изкуствено състарен според режим, който осигурява по-високи стойности на якост на счупване и по-добра устойчивост на стрес корозия

TZ - Закален и изкуствено състарен в съответствие с режим, който осигурява най-висока устойчивост на корозия при напрежение и якост на счупване

N - студено обработен (оцветяване на листове от сплави като дуралуминий приблизително 5-7%)

P - Полузакалени

H1 - Силно студен цвят (студена обработка на листа приблизително 20%)

TPP - Закален и естествено състарен, повишена якост

GK - горещо валцувани (листове, плочи)

B - Технологична обшивка

A - Нормално покритие

НАГОРЕ - Удебелена облицовка (8% на страна)

D - Надлъжна посока (по протежение на влакното)

P - Напречно направление

B - Посока на надморска височина (дебелина)

X - Посока на акорда

R - Радиална посока

PD, DP, VD, VP, ХР, РХ - Посока на рязане на пробата, използвана за определяне на якостта на счупване и скоростта на нарастване на пукнатините 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 получаване на проби от алуминий: Руди.В момента алуминият се произвежда само от един вид руда - боксит. Често използваните боксити съдържат 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 по общи правила, като се обръща специално внимание на възможността за абсорбиране на влага от материала, както и на различното съотношение на големи и малки частици. Теглото на пробата зависи от размера на пробата, която се тества: от всеки 20 тона е необходимо да изберете най-малко 5 kg за общата проба.

При вземане на проби от боксит в конусовидни купчини малки парчета се отчупват от всички големи парчета с тегло >2 kg, разположени в кръг с радиус 1 m, и се вземат в лопата. Липсващият обем се запълва с малки частици материал, взет от страничната повърхност на изпитвания конус.

Избраният материал се събира в плътно затворени съдове.

Целият пробен материал се раздробява в трошачка до частици с размер 20 mm, излива се в конус, редуцира се и отново се раздробява 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° C. Размерът на частиците на пробата за анализ трябва да бъде по-малък от 0,09 mm, количеството на материала е 50 kg.

Приготвените бокситни проби са много склонни към разслояване. Ако проби, състоящи се от частици с размер<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 електролизата на стопен алуминий като електролити, се вземат със стоманена лъжичка от течната стопилка след отстраняване на твърдите отлагания от повърхността на ваната. Течна проба от стопилката се излива във форма и се получава малък слитък с размери 150x25x25 mm; след това цялата проба се раздробява до размер на частиците на лабораторната проба по-малък от 0,09 mm...

Топене на алуминий:В зависимост от мащаба на производството, естеството на леене и енергийните възможности, топенето на алуминиеви сплави може да се извършва в тигелни пещи, в съпротивителни 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 минимални разходи за леене.

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

Технологията за получаване на алуминиеви сплави се състои от същите технологични стъпки като технологията за получаване на сплави на базата на всякакви други метали.

1. При извършване на топене на пресни метали и сплави, алуминият първо се зарежда (цяло или на части), а след това сплавите се разтварят.

2. При извършване на топене с помощта на предварителна свинска сплав или свински силумин в заряда, първо всички свински сплави се зареждат и разтопяват, след което се добавя необходимото количество алуминий и сплави.

3. В случай, че шихтата е съставена от отпадъци и метали, те се зареждат в следната последователност: първичен алуминий, дефектни отливки (блокове), отпадъци (първо качество) и рафинирани претопени и сплави.

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

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

• системи с подоблицовъчни конструкции от алуминиеви сплави;
• системи с подоблицовъчна конструкция от поцинкована стомана с полимерно покритие;
• системи с подоблицовъчна конструкция от неръждаема стомана.

Несъмнено подложките от неръждаема стомана имат най-добри якостни и термични свойства.

Сравнителен анализ на физико-механичните свойства на материалите

*Свойствата на неръждаемата стомана и поцинкованата стомана се различават леко.

Топлинни и якостни характеристики на неръждаема стомана и алуминий

1. Като се има предвид 3 пъти по-ниската носеща способност и 5,5 пъти топлопроводимостта на алуминия, скобата от алуминиева сплав е по-силен „студен мост“ от скобата от неръждаема стомана. Показател за това е коефициентът на топлинна равномерност на ограждащата конструкция. По данни от изследвания коефициентът на топлинна равномерност на ограждащата конструкция при използване на неръждаема стоманена система е 0,86-0,92, а при алуминиевите системи е 0,6-0,7, което налага полагането на по-голяма дебелина на изолацията и съответно увеличаване на цената на фасадата.

За Москва необходимото съпротивление на топлопреминаване на стените, като се вземе предвид коефициентът на топлинна равномерност, е за неръждаема скоба - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, за алуминиева скоба - 3,13/0,7= 4,47 (m 2 .°C)/W, т.е. 1,07 (m 2 .°C)/W по-висока. Следователно, когато се използват алуминиеви скоби, дебелината на изолацията (с коефициент на топлопроводимост 0,045 W/(m°C) трябва да се вземе с почти 5 cm повече (1,07 * 0,045 = 0,048 m).

2. Поради по-голямата дебелина и топлопроводимост на алуминиевите скоби, според изчисленията, извършени в Научноизследователския институт по строителна физика, при температура на външния въздух от -27 °C температурата на анкера може да падне до -3,5 °C и още по-ниско, т.к при изчисленията площта на напречното сечение на алуминиевата скоба се приема за 1,8 cm 2, докато в действителност е 4-7 cm 2. При използване на конзола от неръждаема стомана температурата на анкера беше +8 °C. Тоест, когато се използват алуминиеви скоби, котвата работи в зона с променливи температури, където е възможна кондензация на влага върху котвата с последващо замръзване. Това постепенно ще разруши материала на конструктивния слой на стената около анкера и съответно ще намали неговата носеща способност, което е особено важно за стени от материал с ниска носимоспособност (пенобетон, куха тухла и др. .). В същото време топлоизолационните подложки под скобата, поради малката си дебелина (3-8 mm) 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 топлинно разширение на водачите. Температурната деформация на алуминиевата 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-метрови 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 на допълнителни елементи в подсистемата - подвижни плъзгачи (за U-образни скоби) или овални отвори с втулки за нитове - нетвърда фиксация (за L-образни скоби).

Това неминуемо води до по-сложна и скъпа подсистема или неправилен монтаж (тъй като често се случва монтажниците да не използват втулки или неправилно да фиксират монтажа с допълнителни елементи).

В резултат на тези мерки тегловното натоварване пада само върху носещите скоби (горна и долна), а останалите служат само за опора, което означава, че анкерите не се натоварват равномерно и това трябва да се има предвид при разработването проектна документация, която често просто не се прави. В стоманените системи целият товар се разпределя равномерно - всички възли са твърдо фиксирани - незначителните температурни разширения се компенсират от работата на всички елементи в етапа на еластична деформация.

Дизайнът на скобата позволява разстоянието между плочите в системите от неръждаема стомана да бъде от 4 mm, докато в алуминиевите системи е най-малко 7 mm, което също не отговаря на много клиенти и разваля външния вид на сградата. Освен това скобата трябва да осигурява свободно движение на облицовъчните плочи със степента на удължаване на водачите, в противен случай плочите ще бъдат унищожени (особено в кръстовището на водачите) или скобата ще се разгъне (и двете могат да доведат до падане на облицовъчни плочи). В стоманена система няма опасност краката на скобата да се разгъват, което може да се случи с времето в алуминиевите системи поради големи температурни деформации.

Пожароустойчивост на неръждаема стомана и алуминий

Точката на топене на неръждаемата стомана е 1800 °C, а на алуминия 630/670 °C (в зависимост от сплавта). Температурата по време на пожар на вътрешната повърхност на плочката (според резултатите от тестовете на Регионалния сертификационен център „OPYTNOE”) достига 750 °C. Така при използване на алуминиеви конструкции може да се получи разтопяване на долната конструкция и срутване на част от фасадата (в областта на отвора на прозореца), а при температура 800-900°C самият алуминий поддържа горенето. Неръждаемата стомана не се топи при пожар, така че е най-предпочитана за изискванията за пожарна безопасност. Например в Москва при строителството на високи сгради изобщо не е разрешено да се използват алуминиеви подконструкции.

Корозивни свойства

Днес единственият достоверен източник за устойчивостта на корозия на дадена подоблицовъчна конструкция и съответно дълготрайността е експертното мнение на ExpertKorr-MISiS.

Най-издръжливите конструкции са изработени от неръждаема стомана. Срокът на експлоатация на такива системи е най-малко 40 години в градска промишлена атмосфера със средна агресивност и най-малко 50 години в условно чиста атмосфера с ниска агресивност.

Алуминиевите сплави, благодарение на оксидния филм, имат висока устойчивост на корозия, но при условия на високи нива на хлориди и сяра в атмосферата може да възникне бързо развиваща се междукристална корозия, което води до значително намаляване на якостта на структурните елементи и тяхното разрушаване . По този начин експлоатационният живот на конструкцията от алуминиеви сплави в градска промишлена атмосфера със средна агресивност не надвишава 15 години. Въпреки това, според изискванията на Rosstroy, в случай на използване на алуминиеви сплави за производството на елементи на долната конструкция на NVF, всички елементи трябва задължително да имат анодно покритие. Наличието на анодно покритие увеличава експлоатационния живот на скелета от алуминиева сплав. Но при монтиране на подконструкция, различните й елементи се свързват с нитове, за които се пробиват отвори, което води до нарушаване на анодното покритие в зоната на закрепване, т.е. неизбежно се създават зони без анодно покритие. В допълнение, стоманената сърцевина на алуминиев нит, заедно с алуминиевата среда на елемента, образува галванична двойка, което също води до развитие на активни процеси на междукристална корозия в местата на закрепване на елементите на скелета. Заслужава да се отбележи, че често ниската цена на конкретна NVF система с подструктура от алуминиева сплав се дължи именно на липсата на защитно анодно покритие върху елементите на системата. Безскрупулните производители на такива подструктури спестяват от скъпи процеси на електрохимично анодиране на продуктите.

Поцинкованата стомана има недостатъчна устойчивост на корозия от гледна точка на здравината на конструкцията. Но след нанасяне на полимерно покритие, експлоатационният живот на подструктура от поцинкована стомана с полимерно покритие ще бъде 30 години в градска промишлена атмосфера със средна агресивност и 40 години в условно чиста атмосфера с ниска агресивност.

Сравнявайки горните показатели на алуминиевите и стоманените скелети, можем да заключим, че стоманените скелети значително превъзхождат алуминиевите във всички отношения.

Алуминият и неръждаемата стомана може да изглеждат подобни, но всъщност са доста различни. Запомнете тези 10 разлики и ги използвайте като ръководство, когато избирате типа метал за вашия проект.

1. Съотношение якост към тегло.Алуминият като цяло не е толкова здрав като стоманата, но е и много по-лек. Това е основната причина самолетите да се правят 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 е силно устойчив на окисление и корозия, главно поради специален филм върху металната повърхност (пасивиращ слой). Когато алуминият се окислява, повърхността му става бяла и понякога се появяват ями. В някои екстремни киселинни или алкални среди алуминият може да корозира с катастрофални темпове.
3. Топлопроводимост.Алуминият има много по-добра топлопроводимост от неръждаемата стомана. Това е една от основните причини да се използва за автомобилни радиатори и климатици.
4. Цена.Алуминият обикновено е по-евтин от неръждаемата стомана.
5. Технологичност.Алуминият е доста мек и по-лесен за рязане и деформиране. Неръждаемата стомана е по-здрав материал, но с нея се работи по-трудно, тъй като по-трудно се деформира.
6. Заваряване.Неръждаемата стомана е относително лесна за заваряване, докато алуминият може да бъде проблематичен.
7. Топлинни свойства.Неръждаемата стомана може да се използва при много по-високи температури от алуминия, който може да стане много мек само при 200 градуса.
8. Електрическа проводимост.Неръждаемата стомана е наистина лош проводник в сравнение с повечето метали. Алуминият, напротив, е много добър проводник на електричество. Поради тяхната висока проводимост, ниско тегло и устойчивост на корозия, въздушните електропроводи за високо напрежение обикновено са направени от алуминий.
9. Сила.Неръждаемата стомана е по-здрава от алуминия.
10. Ефект върху храната.Неръждаемата стомана реагира по-малко с храната. Алуминият може да реагира на храни, които могат да повлияят на цвета и миризмата на метала.

Все още не сте сигурни кой метал е подходящ за вашите нужди? Свържете се с нас по телефон, имейл или заповядайте 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 от желязо и въглерод, съдържаща легиращи добавки, които подобряват качеството на метала, и вредни примеси, които влизат в метала от рудата или се образуват по време на процеса на топене.

Стоманена конструкция.В твърдо състояние стоманата е поликристално тяло, състоящо се от множество различно ориентирани кристали (зърна). Във всеки кристал атомите (по-точно положително заредените йони) са подредени по подреден начин във възлите на пространствената решетка. Стоманата се характеризира с обемно-центрирана (bcc) и лицево-центрирана (fcc) кубична кристална решетка (фиг. 1.4). Всяко зърно като кристално образувание 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, химичен състав, термична обработка и режими на валцуване.

Точката на топене на чистото желязо е 1535 ° C при втвърдяване се образуват кристали от чисто желязо - ферит, така нареченото 8-желязо с центрирана решетка (фиг. 1.4, А);при температура от 1490 °C настъпва рекристализация и 5-желязото се трансформира в у-желязо с центрирана решетка (фиг. 1.4, б).При температура от 910°C и по-ниска кристалите на y-желязото отново се трансформират в центрирани в тялото и това състояние се поддържа до нормална температура. Последната модификация се нарича a-iron.

С въвеждането на въглерод точката на топене намалява и за стомана със съдържание на въглерод 0,2% е приблизително 1520°C. При охлаждане се образува твърд разтвор на въглерод в у-желязо, наречен аустенит, в който въглеродните атоми са разположени в центъра на fcc решетката. При температури под 910 °C аустенитът започва да се разлага. Полученото желязо с bcc решетка (ферит) не разтваря въглерода добре. Тъй като феритът се освобождава, аустенитът се обогатява с въглерод и при температура от 723 ° C се превръща в перлит - смес от ферит и железен карбид Fe 3 C, наречен цементит.

ориз. 1.4. Кубична кристална решетка:

А- телесноцентричен;

b- лицево-центриран

Така при нормални температури стоманата се състои от две основни фази: ферит и цементит, които образуват независими зърна и също са включени под формата на плочи в състава на перлита (фиг. 1.5). Светлите зърна са феритни, тъмните зърна са перлитни).

Феритът е много пластичен и има ниска якост, докато циментитът е твърд и чуплив. Перлитът има свойства, междинни между тези на ферита и цементита. В зависимост от съдържанието на въглерод преобладава един или друг структурен компонент. Размерът на феритните и перлитните зърна зависи от броя на центровете на кристализация и условията на охлаждане и значително влияе върху механичните свойства на стоманата (колкото по-фино е зърното, толкова по-високо е качеството на метала).

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

Под въздействието на термичната обработка се променя структурата, размерът на зърната и разтворимостта на легиращите елементи, което води до промяна в свойствата на стоманата.

Най-простият вид термична обработка е нормализирането. Състои се от повторно нагряване на валцувания продукт до температурата на образуване на аустенит и последващо охлаждане във въздуха. След нормализиране стоманената структура става по-подредена, което води до подобрени якостни и пластични свойства на валцованата стомана и нейната ударна якост, както и повишена равномерност.

При бързо охлаждане на стомана, нагрята до температура, надвишаваща температурата на фазова трансформация, стоманата се втвърдява.

Образуваните след закаляване структури придават на стоманата висока якост. Въпреки това пластичността му намалява и склонността му към крехко счупване се увеличава. За да се регулират механичните свойства на закалената стомана и да се образува 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.

При валцоване структурата на стоманата се променя в резултат на компресия. Зърната се раздробяват и ориентират различно по протежение и напречно на валцувания продукт, което води до известна анизотропия на свойствата. Температурата на валцуване и скоростта на охлаждане също имат значително влияние. При висока скорост на охлаждане е възможно образуването на втвърдяващи се структури, което води до повишаване на якостните свойства на стоманата. Колкото по-дебел е валцуваният продукт, толкова по-ниска е степента на компресия и скоростта на охлаждане. Следователно, с увеличаване на дебелината на валцуваните продукти якостни характеристикинамаляват.

По този начин, чрез промяна на химическия 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 стоманите.Според якостните свойства на стоманата 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 якостта на стоманата се постига чрез легиране и термична обработка.

Според химичния си състав стоманите се разделят на въглеродни и легирани. Въглеродните стомани с обикновено качество се състоят от желязо и въглерод с малко

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

Въглерод (C) 1, докато увеличава якостта на стоманата, намалява нейната пластичност и влошава заваряемостта, поради което за изграждане на метални конструкции се използват само нисковъглеродни стомани със съдържание на въглерод не повече от 0,22%.

В допълнение към желязото и въглерода, легираните стомани съдържат специални добавки, които подобряват тяхното качество. Тъй като повечето добавки в една или друга степен влошават заваряемостта на стоманата и също така увеличават нейната цена, в строителството се използват главно нисколегирани стомани с общо съдържание на легиращи добавки не повече от 5%.

Основните легиращи добавки са силиций (S), манган (G), мед (D), хром (X), никел (N), ванадий (F), молибден (M), алуминий (U), азот (A).

Силицият деоксидира стоманата, т.е. свързва излишния кислород и увеличава неговата якост, но намалява пластичността, влошава заваряемостта и устойчивостта на корозия с повишено съдържание. Вредното въздействие на силиция може да се компенсира с повишено съдържание на манган.

Манганът повишава силата, добър е дезоксидант и в комбинация със сярата намалява вредните й ефекти. При съдържание на манган над 1,5% стоманата става крехка.

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

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

Алуминият добре деоксидира стоманата, неутрализира вредните ефекти на фосфора и повишава якостта на удар.

Ванадият и молибденът повишават якостта без почти никакво намаляване на пластичността и предотвратяват омекването на топлинно обработената стомана по време на заваряване.

Азотът в несвързано състояние допринася за стареенето на стоманата и я прави крехка, така че не трябва да бъде повече от 0,009%. В състояние на химическа връзка с алуминий, ванадий, титан и други елементи, той образува нитриди и се превръща в легиращ елемент, спомагайки за получаване на фина зърнеста 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 крехкост). Въпреки това, в присъствието на алуминий, фосфорът може да служи като легиращ елемент, който повишава корозионната устойчивост на стоманата. Това е основата за производството на устойчиви на атмосферни влияния стомани.

Сярата, поради образуването на нискотопим железен сулфид, прави стоманата червено-крехка (склонна към напукване при температури от 800-1000 ° C). Това е особено важно за заварени конструкции. Вредните ефекти на сярата намаляват с повишено съдържание на манган. Съдържанието на сяра и фосфор в стоманата е ограничено и трябва да бъде не повече от 0,03 - 0,05% в зависимост от вида (класа) на стоманата.

Механичните свойства на стоманата се влияят неблагоприятно от насищането с газове, които могат да навлязат в метала в разтопено състояние от атмосферата. Кислородът действа като сярата, но в по-силна степен и увеличава крехкостта на стоманата. Нефиксираният азот също намалява качеството на стоманата. Въпреки че водородът се задържа в незначително количество (0,0007%), но, концентрирайки се близо до включвания в междукристални области и разположени главно по границите на зърната, той причинява високи напрежения в микрообемите, което води до намаляване на устойчивостта на стоманата към крехко счупване, a намаляване на якостта на опън и влошаване на пластичните свойства. Следователно разтопената стомана (например по време на заваряване) трябва да бъде защитена от излагане на атмосфера.

В зависимост от вида на доставката стоманите се разделят на горещо валцувани и термично обработени (нормализирани или термично подобрени). В горещо валцувано състояние стоманата не винаги има оптимален набор от свойства. По време на нормализирането структурата на стоманата се усъвършенства, нейната хомогенност се увеличава и вискозитетът се увеличава, но не се наблюдава значително увеличение на якостта. Термична обработка(закаляване във вода и отвръщане при висока температура) позволява получаването на стомани с висока якост, които са силно устойчиви на крехко счупване. Разходите за термична обработка на стомана могат да бъдат значително намалени, ако закаляването се извършва директно от нагряване на валцуване.

Стоманата, използвана в конструкционните метални конструкции, се произвежда главно по два начина: в пещи с мартенов огън и преобразуватели, продухвани с кислород. Свойствата на мартеновите и кислородно-конверторните стомани са почти еднакви, но методът на производство на кислороден конвертор е много по-евтин и постепенно измества метода на мартенова пещ. За най-критичните части, където се изисква особено висококачествен метал, се използват и стомани, произведени чрез електрошлаково претопяване (ESR). С развитието на електрометалургията е възможно по-широко използване в строителството на стомани, произведени в електрически пещи. Elektrostal се характеризира с ниско съдържание на вредни примеси и високо качество.

Според степента на дезоксидация стоманите биват кипящи, полуспокойни и спокойни.

Недеоксидираните стомани кипят, когато се изливат във форми поради отделянето на газове. Такава стомана се нарича кипяща стомана и се оказва по-замърсена с газове и по-малко хомогенна.

Механичните свойства варират леко по дължината на слитъка поради неравномерното разпределение на химичните елементи. Това се отнася особено за челната част, която се оказва най-рохкава (поради свиване и най-голямо насищане с газове) и в нея има най-голямо отделяне на вредни примеси и въглерод. Следователно, дефектната част, която е приблизително 5% от масата на слитъка, се отрязва от слитъка. Кипящите стомани, имащи доста добра граница на провлачване и якост на опън, са по-малко устойчиви на крехко счупване и стареене.

За да се подобри качеството на нисковъглеродната стомана, тя се деоксидира чрез добавяне на силиций от 0,12 до 0,3% или алуминий до 0,1%. Силицият (или алуминият), комбинирайки се с разтворен кислород, намалява вредното му въздействие. Когато се комбинират с кислород, дезоксидантите образуват силикати и алуминати във фино диспергирана фаза, които увеличават броя на местата на кристализация и допринасят за образуването на финозърнеста структура на стоманата, което води до повишаване на нейното качество и механични свойства. Дезоксидираните стомани не кипят при изливане във форми, поради което се наричат ​​спокойни стомани. Част от приблизително 15% се отрязва от главата на слитъка от мека стомана. Спокойната стомана е по-хомогенна, заварява се по-добре и по-добре издържа на динамични влияния и крехко счупване. Тихите стомани се използват при производството на критични конструкции, подложени на динамични влияния.

Въпреки това меките стомани са приблизително 12% по-скъпи от кипящите стомани, което ни принуждава да ограничим тяхното използване и да преминем, когато това е изгодно по технически и икономически причини, към производството на конструкции от полумека стомана.

Полуспокойната стомана е междинна по качество между кипяща и спокойна. Деоксидира се с по-малко количество силиций - 0,05 - 0,15% (рядко с алуминий). От главата на слитъка се отрязва по-малка част, равна на приблизително 8% от масата на слитъка. По отношение на разходите, полу-тихите стомани също заемат междинна позиция. Нисколегираните стомани се доставят главно в спокойна (рядко полу-тиха) модификация.

1.2.2. Оценка на стоманите.Основният стандарт, регулиращ характеристиките на стоманите за изграждане на метални конструкции, е ГОСТ 27772 - 88. Съгласно GOST профилните валцувани продукти са изработени от стомани 1 S235, S245, S255, S275, S285, S345, S345K, S375 за листови и универсални валцувани продукти и огънати профили, стомани S390, S390K, S440, S590 , S590K също се използват. Стоманите C345, C375, C390 и C440 могат да бъдат доставени с по-високо съдържание на мед (за повишаване на устойчивостта на корозия), а буквата „D“ се добавя към обозначението на стоманата.

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

Валцуваните продукти могат да се доставят както в горещо валцувани, така и в термично обработени състояния. Изборът на химичен състав и вид термична обработка се определя от растението. Основното нещо е да се осигурят необходимите свойства. По този начин валцуваните стоманени листове C345 могат да бъдат направени от стомана с химичен състав C245 с термично подобрение. В този случай буквата T се добавя към обозначението на стоманата, например C345T.

В зависимост от работната температура на конструкциите и степента на опасност от крехко счупване, изпитванията за якост на удар на стомани C345 и C375 се извършват при различни температури, така че те се доставят в четири категории, като към обозначението на стоманата се добавя номер на категорията , например C345-1; S345-2.

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

Наемите се доставят на партиди. Партидата се състои от валцовани продукти от един размер, един топилен коф и един режим на термична обработка. При проверка на качеството на метала се избират произволно две проби от партида.

От всяка проба се приготвя една проба за изпитване на опън и огъване и две проби за определяне на якостта на удар при всяка температура. Ако резултатите от теста не отговарят на изискванията на GOST, изпълнете

втори тестове върху двоен брой проби. Ако повторните тестове покажат незадоволителни резултати, партидата се отхвърля.

Заваряемостта на стоманата се оценява чрез въглероден еквивалент, %:

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

Ако C,<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 >При 0,55% рискът от пукнатини се увеличава драстично.

За проверка на непрекъснатостта на метала и предотвратяване на разслояване, при необходимост, по желание на клиента, се извършва ултразвуково изследване.

Отличителна черта на GOST 27772 - 88 е използването на методи за статистически контрол за някои стомани (S275, S285, S375), което гарантира предоставянето на стандартни стойности на якост на провлачване и якост на опън.

Строителните метални конструкции също се изработват от стомани, доставени в съответствие с GOST 380 - 88 „Въглеродна стомана с обикновено качество“, GOST 19281 -73 „Нисколегирана профилна и профилна стомана“, GOST 19282 - 73 „Нисколегирана дебелолистова и широколентова стомана универсална стомана” и други стандарти.

Няма фундаментални разлики между свойствата на стоманите, които имат еднакъв химичен състав, но се доставят по различни стандарти. Разликата е в методите и обозначенията за контрол. По този начин, съгласно GOST 380 - 88, с промени в обозначението на марката стомана, се посочва групата за доставка, методът на дезоксидация и категорията.

При доставка по група А заводът гарантира механични свойства, по група Б - химичен състав, по група С - механични свойства и химичен състав.

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

Категорията на стоманата показва вида на изпитванията за якост на удар: категория 2 - не се провеждат изпитвания за якост на удар, 3 - провеждат се при температура +20 °C, 4 - при температура -20 °C, 5 - при температура от -20 °C и след механично стареене, 6 - след механично стареене.

В строителството се използват предимно стомани марки VstZkp2, VstZpsb и VstZsp5, както и стомана с високо съдържание на манган VstZGps5.

Съгласно GOST 19281-73 и GOST 19282 - 73, обозначението на марката стомана показва съдържанието на основните елементи. Например химичният състав на стомана 09G2S се дешифрира, както следва: 09 - съдържание на въглерод в стотни от процента, G2 - манган в количество от 1 до 2%, C - силиций до 1 %.

В края на марката стомана се посочва категорията, т.е. вид изпитване на удар. За нисколегирани стомани са установени 15 категории, изпитванията се провеждат при температури до -70 ° C. Стоманите, доставени в съответствие с различни стандарти, са взаимозаменяеми (виж таблица 1.3).

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

При такива разнообразни фактори, влияещи върху качеството на стоманата, съвсем естествено е, че показателите за якост и други свойства имат известно разсейване и могат да се разглеждат като случайни променливи. Представа за променливостта на характеристиките се дава от статистически хистограми на разпределението, показващи относителната пропорция (честота) на определена характерна стойност.

1.2.4. Стомана с висока 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 топлинно укрепване
нисковъглеродна стомана (S345T).

В този случай пластичността на стоманата леко намалява и дължината на платото на провлачване намалява до 1 -1,5%.

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

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

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

Дребнозърнестата структура на нисколегираните стомани осигурява значително по-висока устойчивост на крехко счупване.

Високата стойност на ударна якост се поддържа при температури от -40 °C и по-ниски, което позволява използването на тези стомани за конструкции, експлоатирани в северните райони. Благодарение на по-високите якостни свойства, използването на високоякостни стомани води до спестяване на метал до 20-25%.

1.2.5. Стомана с висока якост(>40 kN/cm2). Валцована високоякостна стомана
(C440 -C590) обикновено се получават чрез легиране и топлинна обработка.

За легиране се използват нитридообразуващи елементи за насърчаване на образуването на финозърнеста структура.

Стоманите с висока якост може да нямат плато на провлачване (при o>>50 kN/cm2), а тяхната пластичност (относително удължение) е намалена до 14% и по-малко.

Коефициентът се увеличава до 0,8 - 0,9, което не позволява да се вземат предвид пластичните деформации при изчисляване на конструкциите от тези стомани.

Изборът на химичен състав и режим на топлинна обработка може значително да увеличи устойчивостта на крехко счупване и да осигури висока якост на удар при температури до -70 ° C. При производството на конструкции възникват определени трудности. Високата якост и ниската пластичност изискват по-мощно оборудване за рязане, изправяне, пробиване и други операции.

При заваряване на термично обработени стомани, поради неравномерно нагряване и бързо охлаждане, възникват различни структурни трансформации в различни зони на заваръчното съединение. В някои области се образуват втвърдяващи се 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 на топлинно въздействие може да достигне 5–30%, което трябва да се вземе предвид при проектирането на заварени конструкции от термично обработени стомани.

Въвеждането на някои карбидообразуващи елементи (молибден, ванадий) в състава на стоманата намалява ефекта на омекотяване.

Използването на високоякостни стомани води до спестяване на метал до 25-30% в сравнение с конструкциите от нисковъглеродни стомани и е особено препоръчително при конструкции с голям обхват и силно натоварени конструкции.

1.2.6 Стомани, устойчиви на атмосферни влияния.За повишаване устойчивостта на корозия на металите
ични конструкции, нисколегирани стомани, съдържащи малко количество
количество (части от процента) на елементи като хром, никел и мед.

В конструкции, изложени на атмосферни влияния, стоманите с добавка на фосфор (например стомана S345K) са много ефективни. На повърхността на такива стомани се образува тънък оксиден филм, който има достатъчна якост и предпазва метала от развитие на корозия. Въпреки това, заваряемостта на стоманата в присъствието на фосфор се влошава. В допълнение, при валцован метал с големи дебелини, металът има намалена устойчивост на студ, така че използването на стомана S345K се препоръчва за дебелини не повече от 10 mm.

В конструкции, които съчетават носещи и ограждащи функции (например мембранни покрития), широко се използват валцувани тънки листове. За да се увеличи издръжливостта на такива конструкции, препоръчително е да се използва неръждаема хромирана стомана OX18T1F2, която не съдържа никел. Механични свойства на стомана ОХ18Т1Ф2:

50 kN/cm 2 , = 36 kN/cm 2 , >33 %. За големи дебелини, валцувани продукти от хромирани стоманиима повишена крехкост, но свойствата на тънколистовите валцувани продукти (особено тези с дебелина до 2 mm) позволяват използването му в конструкции при проектни температури до -40 ° C.

1.2.7. Избор на стомани за изграждане на метални конструкции.Изборът на стомана се извършва на базата на вариантен дизайн и технико-икономически анализ, като се вземат предвид препоръките на стандартите. За да се опрости поръчката на метал, при избора на стомана трябва да се стремим към по-голяма унификация на дизайна, намаляване на броя на стоманите и профилите. Изборът на стомана зависи от следните параметри, които влияят на характеристиките на материала:

температура на околната среда, в която конструкцията е инсталирана и експлоатирана. Този фактор отчита повишения риск от крехко счупване при ниски температури;

естеството на натоварването, което определя характеристиките на материала и конструкциите при динамични, вибрационни и променливи натоварвания;

вида на напрегнатото състояние (едноосно натиск или опън, плоско или обемно напрегнато състояние) и нивото на възникващите напрежения (силно или слабо натоварени елементи);

методът на свързване на елементите, който определя нивото на собствените напрежения, степента на концентрация на напрежението и свойствата на материала в зоната на свързване;

дебелина на валцуваните продукти, използвани в елементите. Този фактор отчита промяната в свойствата на стоманата с увеличаване на дебелината.

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

ДО първа групаТе включват заварени конструкции, работещи в особено трудни условия или пряко изложени на динамични, вибрационни или движещи се натоварвания (например кранови греди, греди на работни платформи или елементи на надлези, които поемат директно натоварването от подвижен състав, опори на ферми и др.). Характеризира се напрегнатото състояние на такива конструкции високо нивои висока честота на зареждане.

Конструкциите от първата група работят в най-трудните условия, което допринася за възможността за тяхното крехко или уморно разрушаване, поради което към свойствата на стоманите за тези конструкции се поставят най-високи изисквания.

Co. втора групаТе включват заварени конструкции, работещи при статично натоварване под въздействието на едноосно и недвусмислено двуосно поле на напрежения на опън (например ферми, рамкови напречни греди, подови и покривни греди и други елементи на опън, огъване на опън и огъване), както и структури от първа група в отсъствие заварени съединения.

Общото за конструкциите от тази група е повишеният риск от крехко счупване, свързано с наличието на поле на напрежение на опън. Вероятността за повреда от умора тук е по-малка, отколкото при конструкциите от първата група.

ДО трета групаТе включват заварени конструкции, работещи под преобладаващо влияние на напрежения на натиск (например колони, стелажи, опори за оборудване и други компресирани и компресирани огъващи елементи), както и конструкции от втора група при липса на заварени съединения.

ДО четвърта групавключват спомагателни конструкции и елементи (скоби, фахверкови елементи, 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 ограничи до изискванията за якост при статични натоварвания, тогава за конструкции от първа и втора група е важно да се оцени устойчивостта на стоманата на динамични влияния и крехко счупване.

При материалите за заварени конструкции трябва да се оцени заваряемостта. Изискванията за структурни елементи, които нямат заварени съединения, могат да бъдат намалени, тъй като липсата на полета на напрежение при заваряване, по-ниската концентрация на напрежение и други фактори подобряват тяхната производителност.

В рамките на всяка група конструкции, в зависимост от работната температура, към стоманите се предявяват изисквания за ударна якост при различни температури.

Стандартите съдържат списък на стоманите в зависимост от групата конструкции и климатичния район на строителството.

Окончателният избор на стомана във всяка група трябва да се направи въз основа на сравнение на технически и икономически показатели (разход на стомана и цена на конструкциите), както и като се вземе предвид редът на метала и технологичните възможности на производителя. В композитни конструкции (например композитни греди, ферми и др.) Икономически е целесъобразно да се използват две стомани: по-висока якост за силно натоварени елементи (корпуси на ферми, греди) и по-ниска якост за леко натоварени елементи (решетка на ферми, стени на греди) ).

1.2.8. Алуминиеви сплави.Алуминият има значително различни свойства от стоманата. Плътността му = 2,7 t/m 3, т.е. почти 3 пъти по-малко от плътността на стоманата. Модул на надлъжна еластичност на алуминий Е=71 000 MPa, модул на срязване G= 27 000 MPa, което е приблизително 3 пъти по-малко от модула на надлъжната еластичност и модула на срязване на стоманата.

Алуминият няма плато на провлачване. Правата на еластичната деформация директно се трансформира в кривата на еластопластичната деформация (фиг. 1.7). Алуминият е много пластичен: удължението при скъсване достига 40 - 50%, но неговата якост е много ниска: = 6...7 kN/cm 2, а якостта на доказване = 2...3 kN/cm 2. Чистият алуминий бързо се покрива с издръжлив оксиден филм, който предотвратява по-нататъшна корозия.

Поради много ниската си якост, търговски чист алуминий строителни конструкцииизползва се доста рядко. Значително увеличаване на якостта на алуминия се постига чрез легирането му с магнезий, манган, мед и силиций. цинк и някои други елементи.

Якостта на опън на легирания алуминий (алуминиеви сплави), в зависимост от състава на легиращите добавки, е 2-5 пъти по-висока от тази на търговски чист алуминий; относителното удължение обаче е съответно 2 - 3 пъти по-ниско. С повишаване на температурата силата на алуминия намалява и при температури над 300 ° C е близо до нула (виж фиг. 1.7).

Характеристика на редица многокомпонентни сплави A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn е способността им да повишават допълнително якостта по време на процеса на стареене след топлинна обработка; такива сплави се наричат ​​термично закалени.

Якост на опън на някои високоякостни сплави (система Al - Mg - Zn) след топлинна обработка и изкуствено състаряваненадвишава 40 kN/cm2, относителното удължение е само 5-10%. Термичната обработка на сплави с двоен състав (Al-Mg, Al-Mn) не води до втвърдяване; такива сплави се наричат ​​термично невтвърдяващи се.

Увеличаването на номиналната граница на провлачване на продуктите, направени от тези сплави с 1,5 - 2 пъти, може да се постигне чрез студена деформация (студено закаляване), докато относителното удължение също е значително намалено. Трябва да се отбележи, че показателите на всички осн физични свойствасплавите, независимо от състава на легиращите елементи и състоянието, практически не се различават от показателите за чист алуминий.

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

Полуфабрикатите от алуминиеви сплави се произвеждат в специализирани предприятия: листове и ленти - чрез валцоване на многовалцови мелници; тръби и профили - чрез екструдиране на хоризонтални хидравлични преси, което дава възможност за получаване на профили с голямо разнообразие от форми на напречно сечение, включително такива със затворени кухини.

На полуфабрикатите, изпратени от фабриката, се посочват степента на сплавта и състоянието на доставка: M - мека (отгрята); N - трудолюбив; H2 - полузакален; Т - втвърдено и естествено отлежало 3 - 6 дни при стайна температура; T1 - закалено и изкуствено състарено за няколко часа при повишени температури; Т4 - не напълно втвърден и естествено състарен; Т5 - не напълно закален и изкуствено състарен. Полуфабрикатите, доставени без обработка, нямат допълнително обозначение.

от голям бройСледните класове алуминий се препоръчват за използване в строителството:

Термично невтвърдяващи се сплави: АД1 и АМцМ; AMg2M и AMg2MN2 (листове); АМг2М (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 сплавта 1925T, която се използва само за занитени конструкции, се заваряват добре. За отлети части се използва леярска сплав клас AL8.

Алуминиевите конструкции поради ниското си тегло, устойчивост на корозия, устойчивост на студ, антимагнитни свойства, неискрящи, издръжливи и добра гледкаимат широки перспективи за приложение в много области на строителството. Въпреки това, поради високата цена, използването на алуминиеви сплави в строителни конструкции е ограничено.