Реферат: Металлические материалы
Тема 51. Металлы, применяемые в строительстве.
Строительные стали
Основы получения чугуна и стали. Кристаллизация и фазовый состав железоуглеродистых сплавов. Модифицирование структуры и свойства стали. Стальная арматура для железобетонных конструкций. Этим обуславливается их широкое применение в строительстве и других областях техники. В чистом виде металлы, вследствие недостаточной прочности, твердости и высокой пластичности применяются редко. Главным образом они используются в виде сплавов с другими металлами и неметаллами, например, углеродом. Наибольшее применение в строительстве имеют черные металлы. Стоимость их значительно ниже цветных. Однако последние обладают рядом ценных свойств - высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и декоративностью, расширяющими области их применения в строительстве, в первую очередь архитектурно-строительных деталей и конструкций из алюминия. Для производства цветных металлов используются бокситы; сульфидные и карбонатные руды меди, никеля, цинка и др. Атомы в них расположены закономерно в узлах кристаллической решетки и колеблются с частотой порядка 10Гц. С вязь в металлах и сплавах электростатическая, обусловленная силами притяжения и отталкивания между положительно заряженными ионами атомами в узлах кристаллической решетки и коллективизированными электронами проводимости, плотность которых составляет электронов в 1 см, что в десятки тысяч раз превышает содержание атомов и молекул в воздухе. От специфических свойств электронов проводимости зависят электромагнитные, оптические, тепловые и другие свойства металлов. Атомы в решетке стремятся занять положение, соответствующее минимуму ее Энергии, образуя плотнейшие упаковки - кубическую объемно- и гранецентрированную и гексагональную. Координационные числа плотность упаковки кристаллических решеток. Чем больше число, тем плотнее упаковка. Для объемноцентрированной кубической упаковки оно равно 8 К8 ; гранецентрированной - 12 К12 ; гексагональной - тоже 12 К Период решетки для большинства металлов находится в пределах 0,,7 нм. Многие металлы в зависимости от температуры претерпевают структурные изменения кристаллический решетки. Кривая охлаждения нагревания железа. В отличие от кристаллов правильной формы их называют кристаллитами или зернами. Кристаллиты различно ориентированы, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, то есть поликристаллические тела изотропны. Однако при одинаковой ориентации кристаллитов такой мнимой изотропности наблюдаться не будет. Кристаллическая решетка металлов и сплавов далека от идеального строения. В ней имеются дефекты - вакансии и дислокации. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верхней части печи по обобщенной схеме: Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в соприкосновении с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун. В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые. Существуют три основных способа производства стали: Кислород воздуха окисляет примеси, переводя их в шлак; углерод выгорает. При малом содержании в чугуне фосфора конвертеры футеруют кислыми огнеупорами, например динасом, при повышенном - основными, периклазовыми. Соответственно выплавляемую в них сталь по традиции называют бессемеровской и томасовской. Конвертерный способ отличается высокой производительностью, обусловившей его широкое распространение. К недостаткам его относятся повышенный угар металла, загрязнение шлаком и наличие пузырьков воздуха, ухудшающими качество стали. Применение вместо воздуха кислородного дутья в сочетании с углекислым газом и водяным паром значительно улучшает качество конвертерной стали. Выгорание примесей происходит за счет кислорода воздуха, поступающего в печь вместе с горючими газами и железной рудой в составе оксидов. Состав стали хорошо поддается регулированию, что позволяет получать в мартеновских печах высококачественные стали для ответственных конструкций. По способу ее Подведения электропечи подразделяются на дуговые и индукционные. Наибольшее применение в металлургии имеют дуговые печи. В электропечах выплавляют специальные виды сталей - средне- и высоколегированные, инструментальные, жаропрочные, магнитные и другие. Основными из них являются: Обычно пользуются диаграммой условных напряжений, хотя более объективной является кривая 2. Физический предел текучести соответствует напряжению, при котором образец деформируется без дальнейшего увеличения нагрузки. В зависимости от вида используемого наконечника и критерия оценки различают твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Чем тоньше и тверже металл и сплав, тем меньше должна быть нагрузка при испытании. Метод позволяет оценить сопротивление металла распространению, а не зарождению трещины или трещиноподобного дефекта любого происхождения, всегда имеющегося в металле. Вязкость разрушения оценивается параметром К, представляющим собой коэффициент интенсивности напряжений или локальное повышение растягивающих напряжений МПа в вершине трещины. На ударный изгиб испытывают образцы металла размерами 1х1х5,5 10 м с концентратором напряжения надрезом посредине. Испытание проводят на маятниковом копре. Сопротивление металла ударному изгибу называют ударной вязкостью и обозначают КСU, КСV и КСТ где КС - символ ударной вязкости, а U, V и Т - вид и размер концентратора напряжения. Применяют симметричные и несимметричные циклы нагружения. Предел выносливости резко снижается при наличии концентраторов напряжений. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей центров кристаллизации и продолжается при их росте. В зависимости от условий кристаллизации скорости охлаждения, вида и количества примесей образуются кристаллы разных размеров от 10 до 10 нм правильной и неправильной формы. Фазой называется физически и химически однородная часть системы металла или сплава , имеющая одинаковый состав, строение, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы разделяющей поверхностью. Поэтому жидкий металл представляет собой однофазную систему, а смесь двух различных кристаллов или одновременное существование жидкого расплава и кристаллов соответственно двух- и трехфазные системы. Вещества, образующие сплавы, называются компонентами. Различают твердые растворы замещения и внедрения. В первом случае атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в узлах его кристаллической решетки; во втором они располагаются в межузлиях пустотах кристаллической решетки растворителя, причем в тех из них, где имеется больше свободного пространства. В растворах замещения период решетки может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента; в растворах внедрения - всегда увеличиваться. Твердые растворы внедрения возникают только в случаях, когда диаметры атомов растворенного компонента невелики. Например, в железе, молибдене, хроме могут растворяться и образовывать твердые растворы внедрения углерод, азот, водород. Такие растворы имеют ограниченную концентрацию, так как число пор в решетке растворителя ограничено. Низкие отрицательные температуры понижают порог хладноломкости, ударную вязкость и вязкость разрушения. Вот почему незащищенные металлические конструкции обладают сравнительно небольшой огнестойкостью. В результате повышаются прокаливаемость стали; снижаются твердость, порог хладноломкости, отпускная хрупкость, склонность к термическому и деформационному старению, улучшаются пластические свойства стали. Ниже рассмотрены специфические особенности указанных способов. Являясь карбидообразующими элементами, они одновременно служат добавками-модификаторами, обеспечивающими зарождение и измельчение зерна стали при кристаллизации расплава. Принятые обозначения легирующих элементов: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий. Содержание углерода указывают двузначными цифрами, приводимыми в начале марки стали в сотых долях процента. Располагаясь по границам зерен, они затрудняют их рост, диффузию углерода и других легирующих элементов и повышают устойчивость аустенита к переохлаждению. Поэтому низколегированные стали имеют мелкозернистую структуру и более высокие качественные показатели. Различают следующие их виды: Отжиг включает процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений. Температурные интервалы различных видов отжига: Различают холодную и горячую теплую деформации. Холодную проводят при температуре ниже порога рекристаллизации, а горячую - выше. Он предотвращает коробление сварных изделий после резания, правки и т. Она вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали, снимает внутренние напряжения, повышает пластичность и ударную вязкость. Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах. Нормализация широко применяется для улучшения свойств низкоуглеродистых строительных сталей, заменяя отжиг. Для среднеуглеродистых и легированных сталей она сочетается с высоким отпуском при температурах ниже порога рекристаллизации. Поэтому кристаллическая решетка мартенсита сильно искажена и испытывает напряжения, обусловленные особенностями строения и увеличением удельного объема мартенсита по сравнению с аустенитом на Мартенсит хрупок, тверд и прочен. Однако достаточно полное мартенситное превращение возможно только для высокоуглеродистых и легированных сталей, обладающих повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита. В низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных строительных сталях она мала и поэтому при закалке, даже при быстром охлаждении водой мартенсит либо не образуется, либо образуется в меньшем количестве в сочетании с бейнитом. Такая структура получила название - бейнит. Он имеет повышенную прочность, твердость и выносливость по сравнению с продуктами распада аустенита в перлитовой области - сорбитом и прооститом, при сохранении высокой пластичности, вязкости и пониженном пороге хладоемкости. Упрочнение стали закалкой с прокатного нагрева обусловлено тем, что динамическая рекристаллизация при прокатном нагреве проходит неполно и бейнит унаследует высокую плотность дислокаций, образовавшихся в деформированном аустените. Сочетание пластической деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой и отпуском позволяет значительно увеличить ее прочность, пластичность и вязкость, устранить склонность к отпускной хрупкости, которая наблюдается при среднетемпературном отпуске легированной стали при Он заключается в нагреве закаленной стали, выдержке при заданной температуре и охлаждении с определенной скоростью. Цель отпуска - снижение уровня внутренних напряжений и повышение сопротивления разрушению. Различают три его вида: Повышаются прочность, порог хладноломкости, снижается пластичность и ударная вязкость. Известны два вида старения - термическое и деформационное механическое. Основной причиной этого вида старения является также скопление атомов С и N на дислокациях, затрудняющее их движение. С фактами возникновения отпускной хрупкости и старения стали строители сталкиваются при электротермическом способе натяжения арматуры в процессе изготовления преднапряженных железобетонных конструкций. Присутствие эвтектики в структуре чугуна обуславливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита и графита, либо в обоих видах одновременно. Цементит придает излому светлый цвет и характерный блеск; графит - серый цвет без блеска. Чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым, а в виде цементита и свободного графита - серым. В зависимости от формы графита и условий его образования различают: На фазовый состав и свойства чугуна решающее влияние оказывают содержание в нем углерода, кремния и других примесей, а также режим охлаждения и отжига. Влияние содержания углерода и кремния на структуру чугуна заштрихованная область - наиболее распространенные чугуны: Используется в качестве передельного на сталь или ковкий чугун. Отбеленный имеет в поверхностном слое структуру белого, а в сердцевине - серого чугуна, что придает изделиям из него повышенную износостойкость и выносливость. Примерный состав белого чугуна: Кремний способствует графитизации чугуна, марганец, наоборот, препятствует ей, но повышает склонность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью, ухудшающей механические и литейные свойства чугуна. Механические и пластические свойства чугуна определяются его структурой, главным образом графитной составляющей. Чем меньше графитных включений, чем они мельче, разветвленнее и больше изолированы друг от друга, тем прочнее и пластичнее чугун. Наибольшую прочность, твердость и износостойкость имеет серый чугун с перлитной структурой металлической основы примерного состава: Влияние металлической основы и формы графитных включений на механические и технологические свойства чугунов. Физико-механические свойства чугунов различной структуры. Структура металли- ческой основы. Временное сопротивление растяжению, МПа. Ферритная и ферритно- перлитная. Крупные и средних размеров пластинки. Серый чугун маркируют буквами С - серый и Ч - чугун. Такой чугун имеет высокую прочность, сравнимую с прочностью литой стали, хорошие литейные свойства и пластичность, обрабатываемость резанием и износостойкость. Марки высокопрочного чугуна обозначают буквами и цифрами. Отжиг проводят в две стадии с выдержкой на каждой из них до полного распада ледебурита I стадия , аустенита и цементита II стадия и образования феррита и графита. Последний выделяется при этом в виде хлопьев, придающих чугуну высокую пластичность. Если охлаждение ускорить, то образуется ковкий чугун с перлитной основой, снижающей пластичность и придающей излому светлый сталистый вид. Маркируют его также, как и высокопрочный чугун. Термин "ковкий чугун" является условным и характеризует пластические, а не технологические свойства чугуна, так как изделия из него, как и из других чугунов, получают литьем, а не ковкой. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки ; высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу полы промзданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах. Серебро, золото, медь, цинк, титан, магний, олово, свинец и другие используются главным образом как легирующие добавки и компоненты сплавов и имеют поэтому специальное и ограниченное применение в строительстве специальные виды стекла, уникальные объекты - мемориалы на Мамаевом кургане в Волгограде, на Поклонной горе, обелиск в честь покорения космоса в Москве и другие, в которых большое применение нашли титан, медь, и их сплавы; запорно-регулировочная арматура и устройства водопроводно-отопительных, электротехнических систем зданий и сооружений. Кристаллическая решетка его - гранецентрированный куб с периодом 0, нм. Реальные зерна алюминия, как и зерна железа, имеют блочное строение и аналогичные дефекты - вакансии, межузельные атомы, дислокации, мало- и большеугловые границы между зернами. Повышение прочности достигается легированием Мg, Мn, Сu, Si, Аl, Zn, а также пластическим деформированием нагартовкой , закалкой и старением. Все сплавы алюминия делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы в свою очередь подразделяются на термически упрочняемые и неупрочняемые. К термически упрочняемым относятся сплавы Аl-Мg-Si, Аl-Сu-Мg, Аl-Zn-Мg; термически неупрочняемым - технический алюминий и двухкомпонентные сплавы Аl-Мn и Аl-Мg магналии. Медь - основная легирующая добавка сплавов - дуралюминов, повышает прочность, но снижает пластичность и антикоррозионные свойства алюминия. Марганец и магний повышают прочность и антикоррозионные свойства; кремний - жидкотекучесть и легкоплавкость, но ухудшает пластичность. Цинк, особенно с магнием, увеличивает прочность, но уменьшает стойкость к коррозии под напряжением. Для улучшения свойств алюминиевых сплавов в них вводят небольшое количество хрома, ванадия, титана, циркония и других элементов. Сплавы обозначаются марками, которые имеют буквенное и цифровое обозначение, характеризующее состав и состояние сплава: М - отожженный мягкий ; Н - нагартованный; Н2 - полунагартованный; Т - закаленный и естественно состаренный; Т1 - закаленный и искусственно состаренный; Т4 - не полностью закаленный и искусственно состаренный. Нагартовка и полунагартовка характерны для термически неупрочняемых сплавов; закалка и старение - для термически упрочняемых. Отжиг происходит без фазовых превращений и применяется для снятия остаточных напряжении, гомогенизации, рекристаллизации и возврата. В последнем случае происходит восстановление начальных физических и механических свойств сплава, снижение прочности, повышение пластичности и ударной вязкости, необходимые для технологических целей. Однако с точки зрения коррозионного поведения высокопрочная, особенно преднапряженная арматура, потенциально более уязвима. Пассивное состояние арматуры в бетоне, термодинамически склонной к реакциям окисления, обеспечивается высокощелочным характером среды рН12 и достаточно толстым 0,, м и плотным защитным слоем бетона. В соответствии с оксидно-пленочной теорией пассивное состояние арматуры в окислительной среде возникает вследствие образования на поверхности металла тонкой оксидной пленки. Равновесный потенциал образования такой пленки положителен и составляет примерно 0,63 В, а железа в активном состоянии около - 0,4 В. Как только поляризация анодных участков металла достигает потенциала образования оксидной пленки, плотность тока растворения резко снижается и металл переходит в пассивное состояние. Этот характерный потенциал называется Фладе-потенциалом. Однако значение рН среды неоднозначно характеризует состояние арматуры в бетоне; оно во многом определяется присутствием активирующих ионов, которые смещают потенциал растворения металла в отрицательную сторону; металл при этом переходит в активное состояние. Объективно судить о электрохимическом состоянии арматуры в бетоне можно только по ее поляризуемости, то есть изменению электродного потенциала и плотности тока. В таких бетонах арматура требует защитного покрытия. Депассивация арматуры может возникать также в карбонизированном защитном слое бетона где расположена арматура , особенно в местах трещин, что необходимо учитывать при назначении толщины и плотности защитного слоя в зависимости от вида, назначения, условий эксплуатации и срока службы железобетонных конструкций. Локализованные коррозионные поражения поверхности металла действуют аналогично концентраторам напряжений. У пластичных мягких сталей около очагов этих поражений происходит перераспределение напряжений, вследствие чего механические свойства сталей практически не меняются. У высокопрочных малопластичных сталей гладкого и периодического профиля, например, В-II и Вр-II, испытывающих растягивающие напряжения близкие к пределу текучести и по этой причине хуже поддающихся анодной поляризации , местные коррозионные поражения вызывают большую концентрацию слабо релаксирующих напряжений и вероятность хрупкого разрушения стали. Основные виды прокатных профилей. Типы холодногнутых профилей из стальной ленты или полосы толщиной от 1 до 8 мм. Наиболее экономичным и в нем являются тонкостенные профили. Все виды конструкций разделены на 4 группы, требования к которым и соответственно маркам стали уменьшаются от первой к четвертой группе. И если в первых трех из них для основных ответственных конструкций рекомендуются в основном сложнолегированные стали, хорошо свариваемые и хладостойкие, то в четвертой группе для вспомогательных конструкций - рядовые стали ВСт3сп пс кп. Способность низколегированных сталей образовывать плотные защитные пленки ржавчины, состоящие из аморфного - FеООН, привело к созданию так называемых картенов. Их применяют для конструкций промышленных зданий, мостов, опор и других конструкций, эксплуатирующихся в атмосферных условиях. Картены не требуют покраски и не корродируют на протяжении всего срока службы конструкций. Защитные свойства пленки усиливаются при периодическом увлажнении - высушивании. При реконструкции городского моста в Питсбурге США в г. В отечественном строительстве алюминиевые конструкции впервые были применены в начале пятидесятых годов в оборудовании исследовательской станции "Северный полюс" и здания альпинистов на Кавказе. Производство алюминиевых строительных конструкций в них сосредоточено на крупных специализированных заводах мощностью тыс. Значительная часть экономического эффекта достигается за счет сокращения транспортных и эксплуатационных расходов в связи с повышенной коррозионной стойкостью и легкостью алюминиевых конструкций по сравнению с аналогичными конструкциями из стали и железобетона. Это связано с низким модулем упругости алюминия, вследствие чего приходится увеличивать размеры сечений элементов и самих конструкций, чтобы обеспечить их необходимую жесткость и устойчивость. При этом недоиспользуется прочность алюминия. Кроме того, алюминий имеет пониженную цикловую выносливость и температурную стойкость по сравнению со сталью. Алюминиевые гнутые профили из листового проката. Несмотря на это они имеют лучшие функциональные свойства, внешний вид и высокую долговечность, предопределяющие целесообразность их широкого применения во всех видах строительства. Последние относятся к неотапливаемым производственным зданиям и складам. Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Простота и скорость монтажа панелей заводской готовности противопоставляются отсутствию заводского передела в случае использования плоских или профилированных лент. Зато усложняется монтаж утеплителя. При сборном строительстве возникает проблема надежности стыков, особенно профилированных листов; при ленточном - монтажа и натяжения лент при больших пролетах. Стеновые и кровельные панели обычно состоят из двух тонких гладких или профилированных листов алюминия, между которыми находится утеплитель. По контуру панели в большинстве случаев устанавливаются ребра, создающие каркас. Один из листов алюминия обычно внутренний может быть заменен на клееную фанеру, асбоцементные или пластмассовые листы, ДСП и ДВП. В качестве утеплителя используются минераловатные плиты, пенопласт ПСБ, ПВХ, ПСБ-С и пенополиуретан, вспениваемый между обшивками в ходе технологического процесса. Утеплитель приклеивается к алюминиевым листам эпоксидным или каучуковым клеем и включается в работу панели. Размеры панели 6х1,5х 0,,15 м, 6,6х3х 0,,2 м и более. Толщина алюминиевых листов обшивки - ,5 мм. Рекомендуемые марки алюминиевых сплавов для их изготовления - АМг2М, АМг2Н2, АД31Т 1 , Для повышения атмосферостойкости и улучшения внешнего вида листы алюминия анодируют или окрашивают полимерными составами в разные цвета. Для повышения жесткости и качества панелей алюминиевым листам задается предварительное напряжение, осуществляемое механическим способом. Это позволяет включить обшивку в работу каркаса панели, увеличить расстояние между ребрами, устранить волнистость листов и обеспечить лучший клеевой контакт с утеплителем. Длина листов м и более, ширина - 0,,6 м, толщина - 0,,62 мм. Листы с поперечной профилировкой, типа "Фуррал", Snap-rib, Zip-rib для кровельных покрытий, применяются в строительной практике США, Англии, ФРГ, Швейцарии и других странах. Для этой кровли применяется мягкий алюминиевый сплав АМц. Листы транспортируются в рулонах. На строительстве их раскатывают и крепят к деревянной обрешетке. Крепление листов типа "Фуррал" к деревянной обрешетке. Утепление стенового ограждения из гофрированных листов плитным утеплителем. Особенно эффективны ограждения производственных зданий из гладких преднапряженных алюминиевых листов. Утеплитель типа поролона с фактурным слоем, выполняющим роль пароизоляции, наклеивается на листы в заводских условиях или наносится на поверхность листов в процессе их монтажа, как, например, в Италии и Японии, где для этого используется вспениваемый пенополиуретан или вспененный состав на основе битума толщиной мм. Конструкция трехслойной рулонной панели: При увеличении оборачиваемости сборно-разборных конструкций экономический эффект существенно возрастает. Они легче, не коробятся, не пылят, не требуют ремонта, поддаются любому формообразованию и цветному анодированию, выполняющему роль антикоррозионной защиты. Резервуары, построенные в разное время в разных странах, имеют объемы от м до м и находятся в хорошем состоянии. Дюралюминиевые трубы диаметром мм используют для устройства сборно-разборных лесов и подмостей. Применяют обычно трубы бесшовные и электросварные диаметром до мм. При прокладке в грунтах трубы защищают от коррозии битумно-резиновой мастикой и полимерными материалами. Главная Обратная связь Контакты Строительные калькуляторы online Рубрика Вопрос-Ответ Словарь строительных терминов. Атомно-кристаллическое строение металлов 3. Основы получения чугуна и стали 4. Механические свойства металлов 5. Кристаллизация и фазовый состав железоуглеродистых сплавов 6. Модифицирование структуры и свойства стали 7. Стальная арматура для железобетонных конструкций Удаление раздела Вы уверены, что хотите удалить раздел "Металлические материалы"?
С кем живет мария куликова после развода
Kia rio ремонт без проблем
Миллион терзаний цитаты о чацком
Видео решение задач 3 класс
Зарегистрировать ооо в екатеринбурге
Речной порт омск расписание
Борщ с мясом калорийность
Молодечно минск расписание автобусов
Тест по алгебре 8
Ольга характеристика имении значение
Губерман стихи смешные день рождения
Как сделать фундамент под стоящий дом видео
Острое отравление лечение
На сколько дороже квартира с ремонтом
Скачать майнкрафт сайт