строительным материалам II Тема Цветные металлы и сплавы

строительным материалам II Тема: «Цветные металлы и сплавы в строительных конструкциях»

План лекции Сортамент профилей первичных элементов Назначение и принципы изготовления видов алюминиевых конструкций Эффективность применения алюминиевых конструкций

Наиболее распространенными из цветных металлов являются медь, алюминий, олово, титан, а также тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

Общие свойства металлов: - высокая теплопроводность и электропроводность - повышенная способность к пластической деформации - хорошая отражательная способность (металлический блеск) - положительный ТКС - термоэлектронная эмиссия при нагреве.

Температура плавления железа 1539 С, плотность 7. 68 Т/м 3. Две основные модификации - - железо и - железо. Первая имеет объемноцентрированную решетку и существует в интервале температур до 910 С и после 1392 С. До температуры 768 С эта модификация ферромагнитна. В промежуточном диапазоне существует -железо, у которого решетка гранецентрированная. Эта структура парамагнитна.

По механическим характеристикам, как конструкционные материалы, цветные металлы, как правило, уступают сталям. Кроме того, они более редки и дороги. Поэтому применяются они там, где нужны особые характеристики. Например вес конструкций, коррозионная стойкость, электропроводность, пластичность и т. п. .

Алюминий - материал будущего. Алюминий(лат. Aluminium, от alumen - квасцы) - химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26, 98154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, tпл = 660 (С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 4 -е место среди элементов и 1 -е среди металлов (8, 8% от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов Алюминия (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др. ). Получают электролизом глинозема Al 2 О 3 в расплаве криолита Na 3 Al. F 6 при 950 (С. Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от -269 (С до точки плавления (660 (С). Алюминий не имеет аллотропических изменений, элементарная ячейка состоит из 4 атомов, атомный диаметр 2, 86(10 -10 м.

Механические свойства алюминия при комнатной температуре: Чистота, % Предел текучести (0, 2, Мпа Предел прочности, (в, МПа Относительное удлинение (, % (на базе 50 мм) 99, 99 10 45 50 99, 8 20 60 45 99, 6 30 70 43

Механические свойства свариваемых алюминиевых сплавов Марка сплава Склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением. АМг 6 М не склонен АМг 6 Н (20% нагартовки) мало склонен АМг 6 Н (40% нагартовки) склонен 1915 склонен Д 20, 1201 мало склонен 1205 не склонен АК 8 мало склонен ВАД 1 не склонен

Можно выделить две основные группы сплавов алюминия: «дуралюмин» , представляющий собой сплав алюминия, меди и магния и «силумин» , представляющий собой сплав алюминия с кремнием, с добавкой магния и марганца. Первые являются деформируемыми прочными сплавами, пригодными для штамповки и используемыми для изготовления листов, профилей и т. п. Один из популярных сплавов Д 16 имеет временную прочность 540 МПа, удлинение до разрыва 11%. Силумины пригодны только для литья, т. к. они достаточно текучи, обладают малой усадкой и не образуют горячих трещин. Прочность их невелика в~200 МПа, удлинение до разрыва 2 -4%. Вторые по значению - сплавы меди, а именно латуни и бронзы. Латунь является сплавом меди с цинком. Обычно для деформируемых латуней в марке, после буквы Л следует цифра, означающая процент меди. Например латунь Л 63 содержит 63% меди. Если еще есть буквы и цифры - это означает наличие и содержание легирующих элементов. Из деформируемых латуней делают листы, ленты, трубы, проволоку. Один из сплавов ЛЖМц59 -1 -1 имеет временную прочность до 700 МПа, удлинение до разрыва 50%.

Физические характеристики сплавов Сплав АД 1 - это алюминий технической чистоты, содержащий до 0, 7% примесей, главные из которых - Fe и Si. Примеси Fe и Si. , а так же некоторых других металлов несколько повышают прочностные характеристики, но значительно снижают показатели пластичности и электропроводность сплава. Технический А l имеет высокую химическую стойкость в ряде сред, превосходя другие металлы. Высокая химическая стойкость алюминия объясняется на его поверхности тонкой, но достаточно плотной окисной пленки. Коррозионная стойкость алюминия тем выше, чем меньше содержание примесей (особенно Fe и Si. ). Практически не снижают коррозионной стойкости лишь магний и марганец. Полуфабрикаты из сплава АД 1 поставляются в отожженном и горячепрессованном состоянии. Однако независимо от состояния поставки заключительной операцией обработки прессованных профилей является правка растяжением, а также на роликоправильных машинах. При правке несколько повышаются прочностные свойства и интенсивно снижаются показатели пластичности. Сплав АМг 3, Амг 2 - относятся к системе А l - Mg - Mn - Si. Он обладает высокой коррозийной стойкостью, хорошо сваривается точечной, роликовой, газовой сваркой. Сплав хорошо деформируется в холодном и горячем состояниях. Интервал горячей деформации находится в пределах 340 -430 ° C, охлаждение после горячей деформации на воздухе. Термической обработкой сплав не упрочняется: профили из него поставляются в горячепрессованном или отожженном состояниях. При производстве профилей применяют два вида отжига: низкий при температуре 270 -300 ° C и высокий (полный) при 360 -420 ° C. Охлаждение после отжига на воздухе.

Физические характеристики сплавов Сплав Д 1 - относится к системе Al - Cu - Mg - Mn. Он упрочняется термической обработкой. Сплав хорошо обрабатывается в холодном и горячем состояниях. Температурный интервал горячей деформации 310 -470 ° C. Охлаждение после горячей деформации на воздухе. Прессованные профили имеют пониженную коррозионную стойкость. Сплав хорошо сваривается точечной сваркой. Профили из сплава Д 1 могут поставляться в закаленном и естественно состаренном, а так же в отожженном состояниях. Сплав АК 4 -1 - сплав АК 4 -1 относится к системе Al - Cu - Mg - Ni - Fe. Он является одним из жаропрочных сплавов и вследствии этого в последнее время находит довольно широкое применение в конструкциях работающих при повышенных температурах. Сплав удовлетворительно деформируется в горячем состоянии, температурный интервал деформации 350 -470 ° C. Сплав интенсивно упрочняется термической обработкой. Путем закалки и искусственного старения горячепрессованных профилей. Предел прочности может быть доведен до 43 -45 кг/мм 2 и предел текучести до 30 -38 кг/мм 2. Общая коррозионная стойкость сплава невысока. Поэтому профили из него желательно подвергать анодированию или окраске. Сплав удовлетворительно сваривается. Сплавы 1915 и 1925 - является среднелегированным термически упрочняемым, свариваемым сплавам системы Al - Zn - Mg и при определенных условиях может успешно применяться в конструкциях вместо свариваемого сплава АМг 6, который уступает сплаву 1915 по прочностным характеристикам, особенно по пределу текучести. Сплав обладает хорошей устойчивостью против коррозии.

Прочностные характеристики сплавов Сплавы низкой прочности (технический алюминий, Амц, Амг 1, Амг 2, Амг 3, Амг 4) не упрочняются термической обработкой и полуфабрикаты из них применяются в отожженном состоянии или после упрочнения в результате холодной деформации. Некоторые сплавы системы Al - Mg - Si , например АД 31, АД 33, так-же относятся к сплавам низкой прочности. Однако эти сплавы упрочняются термической обработкой и профили из них применяются после закалки и искусственного и естественного старения. Эти сплавы обладают хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Сплавы средней прочности можно разделить на две группы: термически неупрочняемые - Амг 5, АМг 61 и термически упрочняемые - АВ, Д 1, 1925, В 92, Ак 4, АК 4 -1, Д 19. Полуфабрикаты из сплавов первой группы применяются только в отожженном состоянии и обладают хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Полуфабрикаты из сплавов второй подгруппы применяются после закалки и последующего естественного или искусственного старения. Сплав АВ, 1915, В 92 относятся к высококоррозионным свариваемым сплавам, сплав АК, 1925 и Д 1 - низкие коррозионную стойкость, и свариваемость.

Применение алюминиевых сплавов 1 Применение алюминиевых сплавов в строительстве. Наиболее ценные для строительных конструкций качествами Al являются технологичность, коррозионная стойкость и архитектурная выразительность. Для строительных конструкций применяют преимущественно алюминиевые сплавы марок АМг, АМц состояниях М (отожженный), Н 2 (полунагартованный) Н (нагартованный - применяется только для заклепок из алюминиевого сплава АД 1 и АМг 2). Применяются следующие марки и состояния Al сплавов деформируемый Al - АД, М, АМц. М, АМг 2 Н 2 (термически неупрочняемый); АД 31 Т, АД 31 Т 5, АД 31 Т 1, 1915 Т, 1925 Т (термически упрочняемый) и литейный алюминий АК 8. Т 1 (закаленный и естественно состаренный), Т 5 (неполностью закаленный и искусственно состаренный), Т 1 (закаленный и искусственно состаренный), а так же без термической обработки. Для заклепок, поставленных в холодном состоянии применяют алюминий марок АД 1 Н, АМг 2 Н, АМг 5 п. М, АВТ, для болтов АМг 5 п, АВТ 1, для сварных соединений - проволоку св. Al, св АМг 3, 1557. АМц, АМг 2, АД 31, АД 1 в ограждающих конструкциях и в умеренно нагруженных элементах несущих конструкций; 1915 и 1925 в сварных и клепанных несущих конструкциях. Алюминиевые полуфабрикаты. В строительстве применяют профильные и листовые полуфабрикаты. Профильные полуфабрикаты включают прессованные и холодногнутые профили, листы и ленты (в рулонах), профилированные листы (гофрированные), тисненные листы. От 60 дл 80% алюминия применяемого в строительстве составляют профильные полуфабрикаты. Для изготовления несущих конструкций применяют профили из алюминиевых марок АД 31, 1915 и 1925 и листы из Al марок АМц и АМг 2. Марки 1915 и 1925 разработаны специально для несущих строительных конструкций - первая для сварных, вторая для соединяемых на заклепках и болтах. Применение алюминиевых сплавов в судостроении Алюминиевые сплавы находят широкое применение в судостроении для строительства корпусов судов и их надстроек, а так-же для изготовления различного судового оборудования, трубопроводов, мебели и других устройств.

Использование алюминия в строительстве: Алюминий в большом объёме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. При частом намокании, если поверхность алюминиевых изделий не была дополнительно обработана, он может темнеть, вплоть до почернения в промышленных городах с большим содержанием окислителей в воздухе. Для избежания этого выпускаются специальные сплавы для получения блестящих поверхностей путём блестящего анодирования - нанесения на поверхность металлаоксидной плёнки. При этом поверхности можно придавать множество цветов и оттенков. Например, сплавы алюминия с кремнием позволяют получить гамму оттенков от серого до чёрного. Золотой цвет имеют сплавы алюминия с хромом.

По масштабам применения в народном хозяйстве алюминий занимает среди металлов второе место после железа. Алюминиевые сплавы различают двух видов: литейные, которые применяются в виде отливок, в основном, в машиностроении, и так называемые деформируемые, из которых путем пластических деформаций изготовляются различные профили и листы, применяемые в строительстве и в других отраслях народного хозяйства. Алюминиевые сплавы представляют собой двойные, тройные и более сложные системы с различной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

Выпуск алюминия. Промышленный алюминий выпускается в виде двух видов сплавов - литейных, детали из которых изготавливаются литьём, и деформационные - сплавы, выпускаемые в виде деформируемых полуфабрикатов - листов, фольги, плит, профилей, проволоки. Отливки из алюминиевых сплавов получают всеми возможными способами литья. Наиболее распространено литьё под давлением, в кокиль и в песчано - глинистые формы. При изготовлении небольших партий применяется литьё в гипсовые комбинированные формы и литьё по выплавляемым моделям. Из литейных сплавов изготавливают литые роторы электромоторов, литые детали летательных аппаратов и др. Деформируемые сплавы используются в автомобильном производстве для внутренней отделки, бамперов, панелей кузовов и деталей интерьера; в строительстве как отделочный материал; в летательных аппаратах и др.

Можно выделить две основные группы сплавов алюминия: «дуралюмин» , представляющий собой сплав алюминия, меди и магния и «силумин» , представляющий собой сплав алюминия с кремнием, с добавкой магния и марганца. Первые являются деформируемыми прочными сплавами, пригодными для штамповки и используемыми для изготовления листов, профилей и т. п. Один из популярных сплавов Д 16 имеет временную прочность 540 МПа, удлинение до разрыва 11%. Силумины пригодны только для литья, т. к. они достаточно текучи, обладают малой усадкой и не образуют горячих трещин. Прочность их невелика в~200 МПа, удлинение до разрыва 2 -4%. Вторые по значению - сплавы меди, а именно латуни и бронзы. Латунь является сплавом меди с цинком. Обычно для деформируемых латуней в марке, после буквы Л следует цифра, означающая процент меди. Например латунь Л 63 содержит 63% меди. Если еще есть буквы и цифры - это означает наличие и содержание легирующих элементов. Из деформируемых латуней делают листы, ленты, трубы, проволоку. Один из сплавов ЛЖМц59 -1 -1 имеет временную прочность до 700 МПа, удлинение до разрыва 50%.

Механическая и термическая обработка алюминиевых сплавов Полунагартованные. Нагартованные. Отожженные. Закаленные и естественно состаренные. Закаленные и искусственно состаренные.

Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы А л ю м и н и е в о - м а р г а н ц е в ы й с п л а в - Содержит 1 -1, 6%. марганца. Сплав имеет низкий предел прочности - 11 -17 кг/мм 2. Сваривается. Как правило, используется для ограждающих конструкций. А л ю м и н и е в о - м а г н и е в ы й сплав - Наибольшее распространение из алюминиево-магниевых сплавов получил в строительстве сплав АМг-6 Т, который содержит около 6% магния и до 0, 2% титана (что в марке сплава обозначено буквой Т). Предел прочности АМг-6 Т -32 кг/мм 2 и относительное удлинение- 15%.

Термически обрабатываемые алюминиевые сплавы Д у р а л ю м и н ы из всех алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили дуралюмины благодаря их высокой прочности. А л ю м и н и е в о-к р е м н и е в ы й с п л а в - В состав сплава входят кремний, магний, марганец и медь - всего от 2 до 3%. В ы с о к о п р о ч н ы е с п л а в ы - в состав этих сплавов входят медь, цинк и другие легирующие элементы.

Области применения алюминиевых сплавов в строительстве. примеры спроектированных и осуществленных конструкций Кровельные настилы Оконные и фонарные переплеты Стеновые панели Применение алюминиевых сплавов для строительства объектов химической и нефтяной промышленности

Использование алюминиевых сплавов в сооружениях, в которых существенное значение имеет собственный вес конструкций Подъемно-транспортные и землеройные машины Мосты Конструкция большепролетных покрытий. Мачты

Комплексное использование свойств алюминиевых сплавов Сборно - разборные сооружения и оборудование Гидротехнические сооружения

По механическим характеристикам, как конструкционные материалы, цветные металлы, как правило, уступают сталям. Кроме того, они более редки и дороги. Поэтому применяются они там, где нужны особые характеристики. Например вес конструкций, коррозионная стойкость, электропроводность, пластичность и т. п. .

Первичные элементы

Бронзы являются сплавами со многими другими компонентами. Обычно это олово, алюминий, кремний, цинк. Они коррозионно стойки, прочны, имеют высокие технологические характеристики. Ряд бронз обладает высокой упругостью и используется для изготовления пружин. Свинцовые бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами и используются в подшипниках.

Список литературы Основная литература: Микульский В. Г. , Горчаков Г. И. , Козлов В. В. Строительные материалы. -М: АСВ, 2004. Горчаков Г. И. Баженов Ю. М. Строительные материалы. -М: Стройиздат, 1986. Скрамтаев Б. Г. , Буров В. Д. и др. Примеры и задачи по строительным материалам. -М: Высшая школа, 1978. Попов Л. Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. -М. : Стройиздат, 1986. Дополнительная литература: Рыбьев И. Г. Строительное материаловедение – М. : Высшая школа, 2002. Баженов Ю. М. , Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. Учеб. пособие для вузов- М. : Высшая школа, 1994. Передельский Л. В. , Приходченко О. В. Строительная экология. Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Феникc, 2003. Козлов В. В. Сухие строительные смеси. - М. : АСВ, 2000. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А. В. Ферронской. – М. : Издательство АСВ, 2004.