Специальность 1 А РАЗДЕЛ № 9. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Специальность 1 А РАЗДЕЛ № 9. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Лекция № 15. Тема № 25, 26. Металлические материалы и изделия. Время: 2 ч. Вопросы: 1. Общие сведения о металлических строительных материалах. Строительные стали, их основные свойства, технические требования к качеству и области применения. 2. Арматурная сталь: общие сведения, классификация, технические требования к качеству и области применения. Защита металла от коррозии. 3. Общие сведения об алюминиевых сплавах, используемых в строительстве. 1/31/2018 Литература: 1. Учебник с. 232… 254. 1

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ - арматура для железобетона, разнообразные металлические конструкции, трубы и т. д. Ценные свойства: • высокая прочность; • хорошая обрабатываемость; • свариваемость и др. Недостатки: • подверженность коррозии; • деформируемость при высоких температурах; • значительная плотность; • высокая стоимость. Металлы черные 1/31/2018 цветные 2

Черные металлы - сплавы железа с углеродом (в небольшом количестве содержат кремний, марганец, фосфор, серу и др. химические элементы). От содержания углерода их подразделяют на стали и чугуны. Цветные металлы - медь, алюминий, магний, цинк и др. Различают металлы химически чистые, технические и их сплавы. Металлы различаются строением атомов, типами и параметрами кристаллических решеток. Особенность многих металлов - аллотропия или полиморфизм. Полиморфизм - способность изменять свою кристаллическую структуру в твердом состоянии при различной температуре. Аллотропия - вторичная кристаллизация, (первичной понимают кристаллизацию при затвердевании охлаждаемого расплавленного металла). 1/31/2018 3

Физические свойства металлов: • большая плотность; • высокая температура плавления; • хорошая теплопроводность; • значительный температурный коэффициент линейного расширения и др. Механические свойства металлов: • высокая прочность и твердость; • значительная ударная вязкость; • высокий модуль упругости; • способность к упругим и пластическим деформациям. Технологические свойства металлов: • способность подергаться механической и термической обработке: давлением (ковка, штампование, прокат, волочение), резанием и сваркою. 1/31/2018 4

Железоуглеродистые сплавы (ЖУС) Стали (до 2, 14% углерода) Чугуны (от 2, 14 до 6, 67 %) Чугун выплавляется в (доменных) печах, где происходит восстановление железа из его оксидов, содержащихся в руде, и освобождение его от пустой породы и примесей (восстановление железа происходит под воздействием окиси углерода, выделяющейся при сжигании топлива). При удаление излишнего углерода и части вредных примесей путем их окисления происходит передел чугуна на сталь (закись железа удаляется путем раскисления). 1/31/2018 5

Способы получения стали Мартеновский Конверторный Электроплавильный Составляющие ЖУС Цементит Феррит Перлит Железо образует четыре аллотропические модификации: -Fe; -Fe и -Fe. 1/31/2018 6

Цементит (карбид железа Fe 3 C) - химическое соединение с содержанием углерода 6, 67%. Свойства - высокая твердость (НВ 800) и хрупкость. Феррит - устойчивый твердый раствор углерода в -Fe. Предельное содержание углерода при t = 20 C ≤ 0, 006%, твердость по Бринеллю НВ 80 и предел прочности при растяжении 300 МПа. Пластичный (εt = 40%) и мягкий. Перлит - смесь феррита и цементита (содержание углерода около 0, 3%). Свойства - промежуточное положение между ферритом и цементитом: твердость НВ 150… 250, предел прочности при растяжении 800. . . 850 МПа, малопластичен: εt = 5… 15%. Аустенит - твёpдый раствор углерода в -Fe (содержаться в сплавах при повышенной температуре > 727 °С). Ледебурит - смесь аустенита и цементита (образуется в сплаве при содержании углерода 4, 3%). 1/31/2018 7

Влияние содержания углерода (С, %) на механические свойства стали: НВ, твердость по Бринеллю; u, МПа, предел прочности при растяжении; t, относительное удлинение при разрыве; Wdyn, удельная ударная вязкость. 1/31/2018 8

По содержанию в сплаве перлита можно установить процентное содержание углерода: C = 0, 83 p где p - относительное содержание в сплаве перлита. Содержание перлита в сплаве определяется по специальным образцам – шлифам. Микроструктура стали (X 100): а - перлит 100% (С=О, 83%); б перлит 50% + феррит 50% (С=0, 4%); в - феррит 95% + перлит 1/31/2018 9 5% (С =0, 04%).

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов: А - область аустенита; Ф - область феррита; П - область перлита; Ц - область цементита; Л - область ледебурита; Ж область жидкого состояния сплава; Э - эвтектоид; Э -эвтектика; З - линия начала кристаллизации сплава; Т -линия окончания 1/31/2018 10 кристаллизации сплава.

Виды термической обработки Закалка стали - производят для придания повышенной твердости и прочности путем нагрева выше температуры начала структурных превращений (750… 800 °С) - линия abcd (см. рис. ) и последующим быстрым и резким охлаждением. Отпуск стали - обычно сопровождает закалку и имеет целью устранить излишнюю хрупкость закаленных изделий (снятия напряжений, возникающих в металле вследствие резкого охлаждения при закалке): нагреве предварительно закаленного изделия ниже температуры начала структурных превращений (300… 600 °С) - линия ebf (см. рис. ) и постепенным охлаждением на воздухе до комнатной температуры. 1/31/2018 11

По химическому составу стали подразделяют на Углеродистые стали Легированные стали Углеродистые стали содержат незначительное количество только постоянных примесей (кремний, марганец, сера и др. ). Легированные стали содержат, кроме обычных примесей, специальные легирующие добавки (никеля, хрома, марганца, кремния и пр. ), необходимые для улучшения их физикомеханических свойств. По содержанию легирующих добавок стали подразделяют: низколегированные (до 2, 5%), среднелегированные (от 2, 5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). 1/31/2018 12

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы: А — поставляется по механическим свойствам; Б — поставляется по химическому составу; В — поставляется по механическим свойствам и химическому составу. Сталь группы А применяется в основном в качестве арматуры для железобетона. В группе А - три категории и семь марок (от Ст0 до Ст6), в группе Б - две категории и семь марок (от БСт0 до БСт6), в группе В - шесть категорий и пять марок (от ВСт1 до BCт5). 1/31/2018 13

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИЙ Способы производства металлических изделий и конструкций горячий (прокатка, ковка, штампование и т. д. ) холодный (вытяжка, гнутье и др. ) Стальной прокат: • фасонный (угловые, тавровые, двутавровые и швеллерные профили), • листовой (гладкий, рифленый, волнистый), • сортовой (круглого, квадратного, прямоугольного и полосового поперечного сечения), • трубы и различные металлические изделия (скобы, заклепки, болты, гайки, поковки, гвозди, канаты и т. д. ). 1/31/2018 14

Основной сортамент стальных прокатных профилей: • сортовой прокат: 1 - круглый; 2 - квадратный; 3 - прямоугольный; • фасонный прокат: 4 - уголковый равнобокий; 5 - уголковый; • неравнобокий: 6 - тавровый; 7 - двутавровый; 8 - швеллерный; 9 - шпунтовый; 10 – рельсовый. 1/31/2018 15

АРМАТУРНАЯ СТАЛЬ - сталь, применяемая для армирования железобетонных конструкций. по технологии изготовления стержневая (горячекатаная) проволочная (холоднотянутая) по профилю стержней гладкого 1/31/2018 периодического профиля 16

по назначению ненапрягаемая По способу обработки: • неупрочнённую; • термически упрочненную, • упрочнённую термомеханически; • упрочненную вытяжкой в холодном состоянии. 1/31/2018 17

Арматурная горячекатаная стержневая сталь периодического профиля: а - класса A-II; б - класса А-III; в ~ класса Ас-II; г - классов А-IV, А-V. 1/31/2018 18

ЛЕГКИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ - в основном используются сплавы алюминия. Положительные свойства Ал. С: • сравнительно небольшая плотность (2, 7… 2, 8 г/см 3); • значительные прочность (700… 2000 МПа) и коэффициент конструктивного качества; • высокая коррозионная стойкость (образование тонкой защитной оксидной пленки (Аl 2 О 3)); • большая пластичность (позволяющая получать любые профили простым прессованием, выдавливанием или гнутьем); • меньшая по сравнению со сталью хладноломкость (при эксплуатации в условиях пониженной температуры); • отсутствие искрообразования и немагнитность. 1/31/2018 19

Существенные недостатки Ал. С: • сравнительно низкий модуль упругости (в 2… 3 раза меньший, чем у стали); • высокая стоимость материала (в 7… 8 раз выше, чем у стали); • вдвое больший, чем у стали, температурный коэффициент линейного расширения; • необходимость специальных мер при сварке (защита свариваемых поверхностей от окисления путем сварки в атмосфере инертного газа); • возникновение электрохимической коррозии в местах контакта с другими металлами (сталь, медь). Области применения Ал. С: обрамления оконных и дверных блоков, элементы конструкций подвесных потолков, облицовки кровельных и стеновых панелей, несущие сварные и клепаные конструкции (фермы, колонны, сборно-разборные каркасы) и др. 1/31/2018 20

Основной сортамент профилей прессованных (а) и гнутых (б) из алюминиевых сплавов: 1 - угольник равнобокий; 2 - бульбоугольник; 3 - угольник неравнобокий разностенный; 4 - тавр; 5 - двутавр; 6 - зет фасонный; 7 - швеллер отбортованный; 8 - труба прямоугольная; 9 - профили для стен, перегородок и по-крытий; 10 - профили для облицовок трехслойных панелей; 11 - профили для подвесных 1/31/2018 21 потолков, нащельников, солнцезащитных устройств.