Металлические материалы Содержание 1 2 3 4

Металлические материалы

Содержание 1. 2. 3. 4. 5. Основы производства Номенклатура Определение. Краткие исторические сведения Свойства металлов Примеры применения

1. Определение. Краткие исторические сведения Металлы – это вещества, характерными признаками которых при обычных условиях являются высокая прочность, пластичность, теплои электропроводность, особый блеск, называемый металлическим. Такие признаки металлов обуславливаются их электронными межатомными связями и кристаллическим строением. При очень высоких давлениях свойства металлов могут меняться.

• Великий русский учёный М. В. Ломоносов определил металлы как тела твердые, ковкие и блестящие. Только они могут деформироваться при значительных динамических воздействиях без нарушения целостности структуры. • Такие металлы как медь, золото, железо и их сплавы были известны людям еще до новой эры. Сначала люди научились использовать самородное золото, затем бронзу и другие сплавы на основе меди, позднее научились плавить золото, серебро, получать их искусственные сплавы. • Металлургия меди, олова, свинца была известна уже в IV в. до н. э. , в III в. до н. э. плавили бронзу, во II в. До н. э. - железо. Древнейшее сооружение из железа- колонна в Дели(Индия) относится к V в. н. э. Но на протяжении многих сотен лет в строительстве применялись лишь малогабаритные изделия из железа ( скобы, штыри, закрепы). • В Средние века использовались железные затяжки для придания необходимой прочности распору каменных сводов, как, например, при строительстве Успенского собора во Владимире (XII в. ).

• В конце XII в. Применяли различные изделия из чугуна. Но началом его внедрения в архитектурно- строительную практику считают использование пяти параллельно расположенных чугунных полуциркульных арок пролётом около 31 м при строительстве моста через р. Северн в Англии в XVIII в. А также все шире чугун применяется в гражданской и промышленной архитектуре XVIII-XIX вв. • Первыми металлическими изделиями археологи считаю топор, отлитый в открытую форму, ожерелье из прокованных полосок метеоритного железа, золотые украшения, изготовленные в Древнем Египте, а также кинжал из метеоритного железа с позолоченной рукояткой, обнаруженный на юге Месопотамии. • Бронза - уникальный сплав меди с оловом, который обладает не только прекрасными литейными свойствами, но и механической прочностью. Бронза пришла на смену металлическим изделиям, поэтому век стали называть бронзовым. • Древние греки четко различали железо и сталь, но особое предпочтение они отдавали золоту. Свое широкое применение золото получило своей пластичности, мягкости и легкоплавкости. . С этим металлом связаны атрибуты короны, трона, скипетра и т. д.

2. Основы производства Основным сырьевым компонентом для получения металлов являются рудные горные породы. В железных рудах количество металла достигает 70%. Наиболее часто для производства металла используют красный, магнитный бурый и шпатовый железняк. В руде кроме железа имеется так называемая пустая порода, состоящая из различных природных химических соединений и в данном случае вредных примесей серы и фосфора. Алюминиевые руды, преимущественно бокситы, содержат 50 -60% оксида алюминия(глинозема).

Технологии обработки • Способом проката получают значительную часть строительных материалов из стали, листы и проволоку из цветных металлов. • Литье – из расплавленного металла получают отливки, соответствующие по форме и размерам литейным формам. • Чеканка металлов производится благодаря их пластичности, гравировка – мягкости, художественное литье и получение зерни для филигранных работ – плавкости. • Обработка сырья предполагает дробление, промывку, обогащение железных руд. В процессе плавки получают металлы, после формования – металлические материалы.

• Ковка - пластическая обработка самородных материалов Первые инструменты для ковки : камни округлой формы, они выполняли роль молота и наковальни. • Получение цветного металла алюминию связано с выделением оксида алюминия из их руд щелочным, кислотным, электролитическим или комбинированным способами; первичный металл получают путем электролиза оксида алюминия • Шлифовка и прессование – рельефные облицоваочные материалы, элементы оборудования. • Способом формования под давлением изготавливают профильные материалы и трубы из цветных металлов. • Термической и химико – термической обработкой достигается направленное изменение структуры и механических свойств металла – твердости, прочности, ударной вязкости, сопротивления износу и др.

3. Номенклатура Металлы применяемые для производства строительных материалов, разделяют на две группы: черные и цветные. Черные металлы Это сплав железа с углеродом. Чтобы придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки. Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугун и сталь.

Чугун – это сплав железа с углеродом при содержании углерода более 2. 14%. В его структуре содержатся графитовые включения – размер и форма, которые определяют тип чугуна и его применение для изготовления различных изделий. Производство чугуна • Производят чугун в доменных печах – это огромные шахты высотой до 30 м и объемом 5000 м 3, топливом является кокс. Выплавляют Предельные чугуны, применяемые для производства стали, и литейные серые чугуны – Для производства строительных изделий.

Сталь – это сплав железа, чугуна и углерода. Содержание углерода составляет коло 2%. В зависимости от состава она можт быть прочной или твердой. Производство стали • Кислородно-конвертерный способ – сталь получают в стальных футерованных сосудах, продувая жидкий чугун кислородом, углекислым газом или водяным паром. Благодаря этому способу повышается производительность стали, процесс плавки длится всего 30 мин. • Мартеновский способ – сталь выплавляется из предельного чугуна и стального лома. Топливом является предварительно подогретая воздушно-газовая смесь. Окисленные нежелательные примеси переводятся в шлак. Плавка стали занимает 4 – 8 часов

• Электроплавильный способ – выплавляют в основном высококачественные специальные стали. Агрегаты объемом до 400 тонн перерабатывают твердую шихту, стальной лом, жидкие стали. К сожалению применение этого способа ограничено в связи с большим расходом электроэнергии.

Стальные профили. Профили применяют различного сечения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката.

Листовая сталь Листовую сталь выпускают толщиной до 6 мм; тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь – толщиной 0, 4 -0, 8 мм. Листовую сталь изготовляют с плоской, волнистой и рифленой поверхностью.

Цветные металлы являются важным ресурсом металлургической промышленности. В чистом виде их редко используют в строительстве. В основном применяют их сплавы, которые делятся на легкие и тяжелые. Легкие сплавы получают на основе алюминия и магния. Наиболее известными являются алюминиево - марганцовые, алюминиево – кремнизистые и сплавы дюралюминия. Применяют в основном в в несущих и ограждающих конструкциях зданий и сооружений. Основными металлами легких сплавов являются алюминий, магний, титан и берилий.

Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве применяют бронзу и латунь. Из этих сплавов изготовляют архитектурные детали и санитарно – техническую арматуру.

4. Свойства металлов Эксплуатационно- технические свойства § Прочность - способность металла сопротивляться растягивающим нагрузкам устанавливают испытаниями металлического образца круглого или прямоугольного сечения, подвергая его растяжению на разрывных машинах. § Пластичность - стальной образец, подвергаемый растягивающей нагрузке начинает растягиваться и тем больше, чем выше величина приложенной нагрузки. § Упругость - характеризует жесткость металла, т. е. его способность сопротивляться упругим деформациям при растяжении. Чем выше модуль упругости, тем меньше деформация металла. § Твердость - определяют вдавливанием в образец металлического закаленного шарика. Показателем твердости металла по Бринелю служит частное, полученное от деления величины нагрузки в кг, приложенной к шарику, на площадь поверхности лунки, образованной в металле от проникшего в него шарика при вдавливании. Глубина вдавливания шарика будет тем больше, чем мягче металл

Эстетические свойства Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причем в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Цвет стали можно изменить после механической и термической обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая пленка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Фактура лицевой поверхности металлов может быть рельефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.

5. Примеры применения • В современной архитектурно – строительной практике для зданий, сооружений: с жесткими металлическими связями, для древесных систем, большепролетные с растянутыми ограждающими поверхностями. • Стальные профили являются основным материалом для каркасов зданий с повышенной этажностью. Также их используют для пространственных стержневых систем жестко заделанных в основание радио- и телевизионных высотных башен. • Подвесные системы включают различные типы висячих мостов, подвесных большепролетных покрытий, консольно–подвесных конструкций, здания с подвешенными этажами. Металлические профили в жестком функциональном и опорном контурах, гибкие канаты (ванты) образуют соответствующие архитектурно-пространственные формы. • Для кровлей большой площади в архитектуре промышленных и общественных зданий часто применяют листы с определенным профилем. Разнообразие цветов и фактур листов позволяет архитекторам предусматривать их применение наряду с металлочерепицей. • Растянутые ограждающие поверхности получают из тонких стальных листов и тросов. К конструкциям с растянутыми поверхностями относят висячие покрытия криволинейные ограждающие поверхности над сооружениями: стадион на проспекте Мира, спортзал в Измайлове, велотрек в Крылатском.

• В интерьерах промышленных и общественных зданий используются профилированные и гладкие листы из стали и алюминиевых сплавов для стационарных и сборно-разборных перегородок, подвесных потолков, отделки стен. • Самое главное, что металлические материалы экологически чистые на протяжении всего срока эксплуатации.