Тема 1 Металлы Классификация металлов Чёрные Сталь

Тема 1. Металлы

Классификация металлов Чёрные Сталь Чугун Цветные Алюминий Медь Цинк Свинец

Строение металлов Металлы состоят из кристаллических решеток, в узлах которых находятся положительно заряженные ионы и нейтральные атомы, между которыми передвигаются свободные электроны

Виды кристаллических решёток 1. Объёмно-центрированная кубическая решётка (Cr, Mo, W) 2. Гранецентрированная кубическая решётка (Al, Cu, Ni, Ag)

Аллотропия - переход металла при нагревании из одной кристаллической решётки в другую

Аллотропные превращения железа

Физические свойства металлов электропроводность металлический блеск металлический звон теплопроводность Ме температура плавления температура кипения плотность

Металлический блеск Для всех металлов характерен металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность, что связано с наличием свободных электронов.

Электропроводность Металлы обладают хорошей электрической проводимостью, это объясняется присутствием в них свободных электронов. Наибольшей электропроводностью обладает серебро и медь. За ними следуют золото, алюминий, железо.

Плотность v. Лёгкие ρ < 3000 кг/м 3 v. Тяжёлые ρ > 3000 кг/м 3 Самый легкий из металлов литий (плотность = 0, 53 г/см³ ), самый тяжелый – осмий (плотность = 22, 6 г/см³).

Ø Температура плавления: v. Свинец – 327°С v. Цинк - 420°С v. Медь - 1083°С Ø Коэффициент температурного расширения – 1, 1 – 11, 9∙ 10 -6 см Ø Теплопроводность – 70 Вт/м°С Наибольшая теплопроводность – у серебра и меди, наименьшая – у висмута и ртути.

Механические свойства Прочность σу – предел упругости εу – упругая деформация σт – предел текучести σв – временное сопротивление разрыву Rр – предел прочности

Твёрдость металла определяют на твёрдомерах Бриннеля (НВ) или Роквелла (НR) по величине вдавливания закалённого шарика или алмазной пирамидки в испытуемый металл. Твёрдость вычисляют в МПа с указанием метода испытаний.

Производство металлических изделий § Литьё – расплавленный металл разливают по формам.

§ Обработка давлением v. Прокат – обжатие металла между двумя вращающимися валками.

v. Ковка – деформация металла под действием повторяющихся ударов молота. Ковкой изготавливают мелкие стальные изделия (болты, скобы, анкера). v. Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Получают изделия очень точных размеров.

v. Прессование - выдавливание металла, находящегося в контейнере, через выходное отверстие матрицы. Изготавливают прутки, трубы, фасонные изделия. v. Холодное профилирование – процесс деформации листовой или круглой стали на прокатных станах. Изготавливают гнутые профили.

Коррозия металла 1. По типу коррозионного процесса – химическая и электрохимическая; 2. По типу среды – атмосферная, почвенная, морская. 3. По виду коррозионного разрушения – поверхностная сплошная, местная, трещины, межкристаллитная.

Электрохимическая коррозия Происходит в среде электролит (растворы кислот и щелочей) и сопровождается появлением электрического тока, а также при контакте двух разнородных металлов.

Химическая коррозия Возникает при действии на металл сухих газов и растворов масел, бензина, керосина и др. (образование окалины).

Способы защиты от коррозии 1. Металлическая защита: v Горячее покрытие – окунание в расплав олова (лужение), свинца или цинка. v Гальванический способ – электролитическое осаждение из раствора солей (никелирование, хромирование).

v. Термомеханический способ – совместный прокат защитного и защищаемого металла (цинкование стали).

2. Химическая защита – образование плотных оксидных плёнок (воронение стали). 3. Электрохимическая защита: v Протекторная – установка протектора из более активного металла на защищаемую металлоконструкцию;

v. Катодная – металлоконструкцию подсоединяют к отрицательному полюсу источнику тока, положительный полюс заземляют.

4. Неметаллическая защита: v Лакокрасочное покрытие; v Смазочные материалы; v Эмалирование; v Гуммирование – покрытие резиной или эбонитом.

Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2% (до 4, 3%).

Виды чугуна Белый (передельный) Углерод содержится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe 3 C. Отличается повышенной твёрдостью и хрупкостью. Применяется для производства стали. Серый (литейный) Углерод содержится в свободном состоянии в виде графита. Имеет большую пластичность.

Применение серого чугуна. • Для изготовления деталей, работающих при сжатии (башмаков, колонн), а также санитарно-технических (отопительных радиаторов, труб) и архитектурно-художественных изделий.

Сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода менее 2%.

Классификация стали • По области применения: – Конструкционная С = 0, 02 - 0, 85% – Инструментальная С = 0, 65 – 1, 4%

• По химическому составу v. Углеродистая: ØВысокоуглеродистая С > 0, 6 ØСреднеуглеродистая С = 0, 25 – 0, 6 ØНизкоуглеродистая С < 0, 25 v. Легированная – содержит легирующие добавки (Cr, W, Ni, Mg, Mn и т. д. ) ØВысоколегированная > 10% ØСреднелегированная 2, 5 - 10% ØНизколегированная < 2, 5%

Сортамент прокатной стали • Сортовой прокат – изделия простой геометрической формы

• Фасонный прокат – изделия сложной геометрической формы • Уголок • Швеллер

• Двутавр • Зетовый профиль

• Листовой прокат: • Тонкая листовая сталь 0, 5 – 4 мм • Толстая листовая сталь 4 – 160 мм

Рифлёная листовая сталь

• Трубы

• Мелкие стальные изделия • Болты, винты, гайки, шайбы, шурупы

Профнастил - это материал, используемый для наружной отделки и установки ограждений. Это идеальное покрытие для стен, потолков, кровли. Материал используется при строительстве стен и кровли цехов, складов, торговых павильонов, ангаров, коттеджей, садовых и дачных домиков.

• Для крыши и стен - может применяться и для обновления покрытий старых зданий. • Стальная основа и ребра жесткости обеспечивают крыше, стенам и несущим перекрытиям необходимую жесткость. Стены и кровля из профнастила не утяжеляют здания и обладают отличной герметичностью.

• Для производства профнастила используется высококачественная оцинкованная сталь с полимерным покрытием. Горячее оцинкование обеспечивает стойкую катодную защиту металла от коррозии.

Профнастил 1 – лист стальной 2 – цинковое покрытие 3 – покрытие антикоррозийное 4 – грунтовка 5 – полимерное покрытие 6 – защитный лак

Применение профнастила

Металлочерепица • применяется в коттеджном строительстве, при обустройстве кровли многоэтажных общественных зданий, промышленных и торговых объектов. Технологическое ограничение — угол уклона ската кровли должен быть не менее 14°.

Металлочерепица

Преимущества металочерепицы 1. Низкая цена материала и монтажных работ; 2. Небольшая масса. (4, 5 кг/м 2); 3. Полный набор комплектующих металлочерепицы; 4. Простота и быстрота монтажа; 5. Большой срок службы (до 50 лет); 6. Многообразие цветов полимерных покрытий.

Виды полимерных покрытий: • Полиэстер. В его основе полиэфирная краска, покрытие недорогое, толщиной 25 мкм, гибкое, может применяться при любых климатических условиях, обеспечивает глянцевую поверхность.

• Пластизол. Это покрытие имеет наибольшую толщину – 200 мкм и тисненую поверхность, его основа – поливинилхлорид. Такое покрытие придаёт повышенную устойчивость к механическим повреждениям и воздействию окружающей среды. В жарких регионах надо применять с осторожностью.

• Пурал. Современное финское покрытие толщиной 50 мкм, основа – полиуретан. Это покрытие хорошо выдерживает перепады температур (до 120°С), обладает высокой устойчивостью к коррозии и изменению цвета, но менее пластично, чем из пластизола.

• PVDF. Покрытие толщиной 27 мкм, основа – 80% поливинилфторида и 20% акрила, у него глянцевая поверхность, может быть цвета «металлик» . Это самое долговечное покрытие, устойчивое к механическим повреждениям, воздействию солнечных лучей, используется в морских регионах с повышенной «агрессивностью» внешней среды.

Металлочерепица

Металлический сайдинг — это современный строительный материал для обшивки фасадов и карнизов зданий. Основное его назначение — защита от дождя, ветра, воздействия других атмосферных явлений. Также сайдинг используют для реализации дизайнерских решений в экстерьере зданий.

Сайдинг имитирует дерево, но не требует покраски и не гниет со временем. Он имеет высокие показатели прочности и устойчивости и не поддается воздействию дождя и солей.

Применение сайдинга

Металлический сайдинг является хорошим материалом для создания вентилируемых фасадов, для утепления помещений и для облицовки.

Металлический сайдинг блок хаус

Сэндвич-панели - представляют собой самонесущую бескаркасную трехслойную конструкцию. Для наружного и внутреннего слоев применяется стальной оцинкованный лист с полимерным покрытием, которое исполняет как защитную, так и декоративную функцию. В виде наполнителя используются негорючая минераловатная плита на основе базальтового волокна или пенополистирол.

Стеновые панели

Кровельные панели

Сэндвич-панели пожаробезопасны и обладают превосходными звукоизолирующими свойствами, а так же являются современным конструктивным решением, которое можно использовать для строительства новых и реконструируемых зданий.

При производстве сэндвич-панелей используется предварительно окрашенная гальванизированная сталь, пригодная для проката, толщиной 0, 5 -0, 7 мм. Оборотная сторона стали с полимерным покрытием окрашена двойным слоем эпоксидной краски, обезжиренная, пригодная для сцепления с полиуретановыми клеями.

Арматура для железобетона • Стержневая горячекатанная сталь - диаметром 6 – 90 мм, классы А 240 -А 1200; • Проволочная холоднотянутая сталь – диаметром 3 – 8 мм, Rр = 1400 – 1900 МПа. Классы В-I, Вр-I, В-II, Вр-II

Стержневая сталь

Проволочная сталь

Пряди и канаты

Сетки

Каркасы

Закладные детали – предназначены для монтажа конструкций

Стальные двери

Кованые изделия

Цветные металлы • Алюминий – металл серебристобелого цвета: – ρ = 2, 7 – 2, 8 г/см 3; – tпл = 660°С; – Rр = 70 – 100 МПа

Сплавы на основе алюминия • Rр = 400 – 490 МПа • Литейные – Силумин Al + Si. O 2 (10 – 14%); • Обрабатываемые давлением – Альтмаг Al + Mg (2, 8%); – Дюралюминий Al + Mg (0, 8%) + Mn (0, 8%) + Si (0, 8%) + Cu (5, 5%)

Применение Al в строительстве • Прокат в виде профилей: уголки, швеллеры, двутавры, трубы круглого и прямоугольного сечения. • Применяются в качестве несущих конструкций.

Алюминиевый профиль

Алюминиевый профиль • подразделяется на две категории в зависимости от своего функционального назначения: 1. «теплые» алюминиевые профили; 2. «холодные» профили из алюминия.

• «Теплые» алюминиевые профили профильные конструкции, которые состоят из трех камер, а именно наружной и внутренней алюминиевых камер и разделяющей их полиамидной термовставки. Подобная трехкамерная конструкция профиля способствует наилучшей теплоизоляции, предотвращая появление «мостиков холода» .

• «Холодные» алюминиевые системы имеют однокамерную структуру. Предназначены для защиты помещения от сквозняков и атмосферных осадков. Могут применяться в остеклении неотапливаемых лоджий, в качестве вторых ниток входных тамбуров общественных зданий и магазинов, для создания внутренних перегородок и т. п.

Заполнение дверных и оконных проёмов

• алюминиевые окна и двери, окрашенные порошковой эмалью, обладают высокой термоизоляцией; • прочность алюминия в 3, 4, а жесткость в 23, 2 раза выше чем у ПВХ-материалов - для окон и дверей из алюминиевых профилей не требуется дополнительного усиления каркаса для повышения характеристик жесткости и прочности.

• температурный коэффициент расширения алюминия в 2, 6 раза ниже, чем у ПВХ-материалов, что не нарушает единство рамы и створки при изменениях температуры и обеспечивает лёгкость обращения с окном или дверью; • обладая долговременной стабильностью свойств, алюминий способен обеспечить надёжную и долговременную службу уплотнений; • алюминиевые конструкции не горят.

Перегородки

Композитные панели • состоят из двух алюминиевых листов с негорючей пластиковой или минеральной прослойкой различной толщины. Производятся в виде непрерывной ленты, позволяющей отрезать панели необходимого размера. Композитный материал обладает жесткостью, устойчивостью к ударам, механическим повреждениям, давлению и в то же время высокоэластичен и легко сгибается.

• Исключительно высококачественное покрытие с повышенной устойчивостью к погодным условиям и промышленным загрязнениям достигается применением полимерных покрытий на основе PVDF с последующей термической обработкой, предохраняющей материал от коррозии, кислотной среды и абразивного износа.

Применение композитных панелей

Композитные панели в интерьере

Алюминиевые композитные панели с NANO-PVDFпокрытием • Они обладают такими свойствами, как стойкость к загрязнению и самоочистка, устойчивость к кислотно-щелочным воздействиям и т. д. Подобные панели способна самоочищаться, что очень удобно для вентилируемых фасадов зданий и любых других внешних объектов.

Подобные панели способны самоочищаться, что очень удобно для вентилируемых фасадов зданий и любых других внешних объектов.

Подвесные потолки • Реечный потолок - представляет собой систему реечных панелей с шириной модуля от 100 мм до 200 мм. Стандартная длина реек равна 3 м и 4 м. Реечные потолки набирают всё большую популярность благодаря разнообразию вариантов исполнения интерьеров.

Реечный подвесной потолок состоит из: • облицовочных алюминиевых панелей, • несущих профилей - стрингеров, • межпанельных профилей (для потолка закрытого типа), • торцевых профилей, • регулировочных пружин и спиц, с помощью которых потолок крепиться к поверхности.

Алюминиевая панель

Схема крепления подвесного реечного потолка

Реечные подвесные потолки растрового типа представляет собой решетчатый потолок, который состоит из алюминиевого профиля ячеистой структуры, очень легкий и прочный одновременно. Не утяжеляя конструкцию, он характеризуется исключительно высокой прочностью.

Схема крепления потолка растрового типа

Потолки растрового типа

Реечные подвесные потолки растрового типа предназначены для установки в коммерческих помещениях, таких как гипермаркеты, торговые залы, вокзалы, конференц-залы и выставочные центры, аэропорты, офисы, холлы.

Кассетный потолок наиболее простой способ устройства потолочного пространства. Тонкостенные окрашенные алюминиевые панели являются современным материалом, который имеет большой срок службы, является оригинальным дизайнерским решением

Кассетный потолок

Акустические потолки

Горизонтальные алюминиевые жалюзи • изготавливаются из алюминиевой ленты шириной 25 мм и 16 мм. Горизонтальные жалюзи обладают прекрасными солнцезащитными свойствами. • Большая гамма расцветок позволяет удовлетворить любой вкус, а современный механизм управления позволяет эффективно управлять световым потоком.

Раздвижные перегородки "Отделять не разделяя" - это принцип, положенный в основу конструкций раздвижных перегородок. Идея использования дневного света в закрытых помещениях легко достигается за счет большой площади стекла и прочности нейтрального, как вода, алюминия.

Межкомнатные перегородки - это не объект, который просто заполняет пространство, а настоящий проект для дизайна интерьеров. Фактически межкомнатные перегородки позволяют освободить помещение от жестких стен, зонировать пространство по своему вкусу, впустить дневной свет в каждый уголок Вашего дома.

Металлизированные обои • На бумажную или флизелиноваую основу наносится тонкий слой фольги (0, 0165 мм) из алюминия, а сверху покрывается краской, которая не проводит ток, или искусственно оксидируется. Затем наносится определенный рисунок или фактура.

• • Достоинства металлизированных обоев: декоративны, обладают высокой степенью прочности, способны сохранять в первоначальном состоянии свой внешний вид, водонепроницаемы, не выгорают от воздействия солнечных лучей.

Сталь в интерьере

Металлическая плитка Hoba Steel • Плитка из нержавеющей стали HOBA STEEL используется во всем мире для отделки объектов самого разного назначения как в качестве декоративных, так и функциональных элементов.

Дизайн плитки

Кованые изделия • Изделия из металла во все времена украшают интерьеры.

Перила и лестницы - одни из важнейших деталей интерьера дома. Ажурное металлическое кружево станет той самой "изюминкой" внутреннего убранства, связывающей воедино различные по характеру зоны дома и их стилистические решения.

• Тончайшее кружевное полотно перил или строгий рисунок - все возможно воплотить в металле. Ажурный орнамент свяжет воедино этажи здания, придаст динамизм интерьеру, а кованые украшения в виде цветов и листьев волшебным образом изменят дом. Очень эффектно смотрятся винтовые перила, требующие очень точного соблюдения размеров при замере и изготовлении.

Мебель из металла • Стол из автокапота

Промышленный интерьер – металлическая квартира

Медь • Металл красноватого цвета: –ρ = 8, 9 г/см 3; –tпл = 1085°С; –Rр = 200 – 300 МПа

Сплавы на основе меди • Rр = 300 – 600 МПа • Латунь – сплав меди с цинком (до 40%); • Бронза – сплав меди с любым другим металлом, например оловом (10 -20%)

Применение медных сплавов • для запорной арматуры (краны, вентили), для отделочных и декоративных целей.

Запорная арматура

Устройство кровли

Отделка фасадов

Патинированная медь

Водосточная система

Медь в интерьере

Домашний кинотеатр

Ночной клуб

Свинец • Металл синевато-серого цвета – ρ = 11, 3 г/см 3; – tпл = 327°С; – Имеет низкую тепло- и электропроводность, – Применяется для защиты от радиоактивного излучения.

Применение свинца

Цинк • Металл синевато-белого цвета: – ρ = 7, 13 г/см 3; – tпл = 420°С; – Применяется для защиты стали от коррозии.

Титан-цинк - сплав меленого цинка, добытого электролитным способом с чистотой до 99, 995% и четко определенными долями меди и титана.

- Добавление сплавов титана и меди улучшает свойства цинка, используемого в строительстве: – Медь увеличивает предел прочности материала при растяжении металла – Титан увеличивает сопротивление ползучести материала – Сочетание обоих сплавов уменьшает коэффициент расширения.

Титан-цинк незаменим в строительстве при возведении нестандартных конструкций, (шпили, купола, мезонины, фронтоны). Эти архитектурные элементы невозможно сделать из оцинкованной стали или меди, которые менее пластичны, чем титан-цинк.

Устройство кровли

Контрольные вопросы 1. Какие виды металлов применяются в строительстве? 2. Какое строение имеют металлы? 3. Что такое аллотропия? 4. Назовите основные свойства металлов. 5. Для чего используют термическую обработку металла?

6. Каковы способы изготовления металла? 7. Назовите сортамент прокатной стали. 8. Какие изделия изготавливают из чугуна? 9. Назовите способы защиты металлов от коррозии. 10. Какие цветные металлы применяются в строительстве? 11. Какова область применения цветных металлов в строительстве?

Домашнее задание • Байер В. Е. Архитектурное материаловедение. – М. : «Архитектура – С» , 2006. – стр. 160 – 184.