ТЕМА МЕТАЛЛЫ Цель Изучить сортамент прокатной стали

ТЕМА: МЕТАЛЛЫ

Цель. Изучить сортамент прокатной стали и стальные конструкции, свойства, применение.

Главные вопросы. Свойства сталей. Способы изготовления стальных изделий. Термическая обработка стали. Сортамент прокатной стали. Стальные конструкции. Стальная арматура. Цветные металлы. Защита металлов от коррозии и огня.

Свойства сталей. Сталь наряду с бетоном – главнейший конструкционный материал. Широкому использованию в строительстве сталь обязана высоким физическим, механическим, химическим и технологическим свойствам. 4

Физические свойства : *Плотность стали высокая ρср=7850 кг/ м 3. *Теплопроводность высокая λ =70 вт/м× 0 С. *Температура плавления- зависит от хим. cостава tпл. =1500… 1300 0 С. *Низкая температуроустойчивость т. е. не огнестойкий материал(2000 С), необходимо защищать от действия огня. *П 0 = 0 W=0 отсутствует. гигроскопичность

*Химические свойства: основным химическим свойством является коррозионная стойкость- способность сталей, сопротивляться разрушающему действию окружающей среды. *Технологические свойства: показывают способность сталей к обработке давлением( резанием, литьем, сваркой и др. ). Основное технологическое испытание стали – испытание образцов на холодный загиб.

Схема испытания на загиб. Схема на загиб стр. 122 а)- исходное положение; б)- загиб на 180 с оправкой; в) –загиб на 180 без оправки.

Гибочный станоk.

Механические свойства. Твердость. Ударная вязкость. Усталость. Предел прочности на растяжение. Предел текучести. Относительное удлинение.

Усталость- изменение физико – Усталость механических свойств материала под действием периодически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. При действии таких нагрузок в изделиях образуются и развиваются трещины, которые приводят к полному разрушению изделий.

!!! Подобное разрушение опасно тем, что может происходить под действием напряжений, намного меньших предела прочности. Испытание металла на усталость заключается в определении способности образца изгибаться под различными углами без образования трещин. Проволоку испытывают (многократный перегиб) и фиксируют число перегибов до ее излома.

!!!Прочностные и деформативные свойства стали определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма: «напряжение – деформация» . Сталь ведет себя, как упруго – пластичный материал.

Образцы для испытания на растяжение.

R - пропорциональности Р R - текучести R–прочности на растяжении Диаграмма «напряжение – деформация» . Р, МПа Р Р Rр. = Р/F 3 2 1 удлинение l, мм

1. В начале испытаний деформации у стали пропорциональны напряжениям т. е. удлинение l прямо пропорционально приложенной нагрузке Р 1. Максимальное напряжение, (т. 1) при котором сохраняется эта зависимость, называется предел пропорциональности. Деформации образца, в котором напряжения не превышают R- пропорциональности, являются упругими , т. е. если снять нагрузку, то восстанавливается первоначальная длина образца.

2. При незначительном повышении нагрузки до Р образец начинает вытягиваться (сталь «течет» ). Напряжение, при котором появляется текучесть стали (точка 2 ) называют пределом текучести. Образец приобретает остаточные деформации т. е. деформации, остающиеся в образце после снятия нагрузки.

3. При дальнейшем увеличении нагрузки до Р наступает разрыв образца. Максимальное напряжение при котором наступает разрыв образца называется пределом прочности Rр. Вычисляется по формуле: Rр. =Р/F. !!! Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей, применяемых в строительстве.

Испытание металла на растяжение. Испытание проводят на разрывной машине.

Способы изготовления стальных изделий. Стальные слитки- полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: * прокатка – (70%); * волочение; * ковка, штамповка; Д/З. * прессование; * холодное профилирование.

Прокатывают металл через вращающиеся прокатные валки. В зависимости от профиля валков слиток приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в холодном или горячем состоянии.

Термическая обработка стали. Изменить физико- механические свойства стали можно не только меняя ее состав, но и путем направленной термической обработки. При этом у стали меняется структура. Виды термической обработки стали: *закалка; *отпуск; *отжиг и др. *Закалка – нагрев стали до t=800 -900 0 С (t - зависит от состава стали) и быстром охлаждении в воде или в масле. При закалке: - увеличивается твердость, прочность; - снижается пластичность, ударная вязкость.

*Отпуск – медленный нагрев стали до t=250350 0 С, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение на воздухе. Этот процесс как бы обратный закалке. При отпуске: повышается пластичность стали с сохранением высокой прочности *Отжиг – нагрев стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение изделий вместе с печью. При отжиге: снижается твердость, повышается ее вязкость.

Стальные конструкции. Большое кол-во стали используют для изготовления строительных стальных конструкций – крупноразмерных элементов зданий и сооружений. Стальные конструкции используют в качестве несущих конструкций, чаще всего воспринимающих изгибающие и растягивающие усилия, реже сжимающие. Стальные конструкции: надежны в эксплуатации, обладают небольшой массой и габаритами.

Стальные конструкцииизготовляют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню- сортаменту): трубчатых и гнутых профилей, полосовой и листовой стали; соединяемого сваркой, заклепками, болтами.

Схемы каркасов. Конструкции из чугуна зрительного зала Александринского театра в г. СПб. 1827 -1832 гг. Архит. К. Росси.

Схема купола церкви Екатерининского дворца в Царском Селе. 1863 -1865 гг. Инж. Г. Паукер

Схемы каркасов высотных зданий в США.

Сортамент прокатной стали. Каждый профиль прокатных элементов выпускают нескольких типоразмеров, регламентированных стандартами. Прокатная сталь: * круглая, * квадратная, * овальная, * ромбовидная, * полосовая, * листовая и др. др

Прокатная угловая сталь. 1. Балки двутавровые – изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер указывает на высоту балки в см. ), длиной от 4 до 13 м. 2. Швеллеры – 22 типоразмеров от № 5 до № 40, длиной от 4 до 13 м. 3. Равнополочный уголок - выпускают 84 типоразмеров с шириной полок 25 -250 мм. , толщиной полок 3 -30 мм. 4. Неравнополочный уголок – 50 типоразмеров с шириной полок 25 -250 мм. , толщиной полок от 3 -20 мм.

Стальной прокат Периодич. профиль. Листовой рифленый. Рельс ЖД. Рельс крановый Шпунтовая свая

Полосовая сталь.

Листовая сталь.

Тонkолистовая, низkоуглеродистая сталь.

Kровельная сталь.

Гнутые профили более рациональные металл. изделия, чем стальной прокат, т. к. они имеют: *более тонкие стенки, *меньше массу, *меньший расход металла при той же несущей способности. Гнутые профили выпускают в виде: квадратных, прямоугольных, труб, швеллеров и С-образных профилей.

Холодногнутые трубчатые профили: 1. 2. Стальной профилированный настил: выпускают для устройства перекрытий в промышленных зданиях из листовой стали.

Стальные трубы –цельнотянутые и сварные для магистральных газо- и нефтепроводов, водоснабжения, отопления и др. целей. Диаметром 50… 1620 мм. Мелкие стальные изделия: болты, гайки, шайбы, шурупы, винты, гвозди, петли, замки и т. д. !!!Стальные прокатные и гнутые профили !!! используют как самостоятельно, так и для получения составных металлических конструкций большой несущей способности: колонн, балок, ферм.

Стальные конструкции. Колонны – (сплошные и решетчатые). Воспринимают сжимающие нагрузки. Прогоны (балки)- обычно двутаврового сечения. Фермы – плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина ферм 18, 24, 30, 36 м. и более. )

Стальная арматура – важнейшая составная часть железобетона, воспринимающая растягивающие и изгибающие напряжения. классификация по способу изготовления: Горячекатаная *стержневая арматура Холодновытянутая *проволочная арматура

По характеру поверхности *гладкая арматура *периодического профиля По условиям применения *Ненапрягаемая для обычных ЖБК *Напрягаемая для напряженных ЖБК

Стержневая арматура. Классифицируют на шесть классов: *горячекатаная – А-I, А-III… А -VI; *упрочненная вытяжкой «в» - Ав-I, Ав-II …Ав-VI; *термически упрочненная «т» - Ат-I, Ат-II…Ат-VI.

Классы арматуры: А-I –гладкие стержни из углеродистой Ст3, А-II –стержни периодического профиля из углер. Ст5, А-III –легированная сталь периодического профиля 15 ГС, А-IV –высоко легированные стали периодического профиля, А-VI –специальные арматурные стали.

Изделия: стержневые каркасы – плоские , пространственные

Проволочная арматура. Изготовляют двух классов: *В- I –из низкоуглеродистой стали для армирования ненапрягаемых ЖБИ, ЖБК. *В-II –из высокоуглеродистой или легированной стали для предварительно напряженного армирования. Если на проволоке делают рифления для лучшего сцепления с бетоном, то в обозначении добавляют букву «р» Вр-I, или Вр-II.

Изделия: * арматурные сетки и каркасы, * нераскручивающиеся пряди (трех-, семи-, двенадцатипроволочные). Марок: П-3, П-7, П-12. * стальные канаты. Применяют для напряженной арматуры.

Стальная арматура а) класса А-II, б) класса А-III, в) проволока периодического профиля, г) семипроволочная арматурная прядь.

Закладные детали. Предназначены для соединения Ж/Б элементов между собой. Изготовляют из стали Ст3 в виде пластин с приваренными к ним анкерами из стержневой стали Ст5 периодического профиля. Пластины располагаются на поверхности Ж/Б элемента, а анкеры – в его теле.

Соединения стальных конструкций неразъемные * сварные * заклепочные разъемные * болтовые соединения

Композитная черепица (металлочерепица) ГОСТ 24045 -94

Состав: Изготовлена из стали, покрыта алюмоцинковым слоем, защитным покрытием и посыпкой из базальта. Свойства: 1. Долговечность , 2. Звукоизоляционные свойства, 3. Надежность, 4. Безопасность, 5. Прочность, 6. Высокие декоративные свойства Применение: Применяется для покрытия кровли.

Цветные металлы и сплавы. В чистом виде цветные металлы редко используют в строительстве. По плотности ЦМ. делятся ЦМ легкие алюминий, алюминий титан, магний. тяжелые олово, медь цинк, свинец.

Медь и сплавы на их основе. Медь мягкий (НВ 350), пластичный металл, красноватого цвета. ρ = 8960 кг/ м 3 λ = 390 Вт/м 0 С применяют в tпл. = 1080 0 С виде сплавов: Rр = 180 -240 МПа * латуни электропроводность * бронзы

* Латуни – сплавы меди с цинком Сu + Zn пластичность, Rр = 250 – 600 МПа, твердость(НВ 500 -700). Применение: *для сан. технических устроиств, *для декоративных элементов. * Бронзы – сплавы меди с оловом Сu + Sn до 10% твердость(НВ 600 – 1600), пластичность, коррозионная стойкость, Rр = как у меди. Применение: для декоративных целей.

12 век. Бронзовые ворота Софийского Собора. Великий Новгород

Алюминий и сплавы на их основе. Алюминий – мягкий , серебристый металл. виды алюминиевых ρ = 2700 кг/ м 3 λ = 340 Вт/м 0 С сплавов: Rр =80 -100 МПа, *литейные твердость(НВ 200), *деформируемые электропроводность, атмосферостойкость.

Деформируемые алюминиевые сплавы. 1. Алюминиево-марганцевый Аl + Мn 2. Алюминиево-магниевый Аl + Мg 3. Дюралюминий - сплав Аl + Сu + Мg + Мn достоинство недостатки прочность твердость малый вес КЛТР коррозион. стойк. Е

Титановые сплавы. Приобретают популярность. ρ = 4500 кг/ м 3, Rр = 700 – 1200 МПа, твердость(НВ > 1000), коррозионная стойкость. Из- за высокой стоимости, дефицитности титан в строительстве применяют только для уникальных сооружений.

Защита металлов от коррозии и огня. Коррозия – разрушение металлов от воздействия окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется 10 -12% ежегодного производства черных металлов. Виды коррозии электрохимическая встречается редко.

Электрохимическая коррозия. В зависимости от характера окружающей среды бывает: Атмосферная. Подводная. Почвенная. Коррозия вызванная блуждающими токами.

Электрохимическая коррозия. В зависимости от характера окружающей среды бывает: *Атмосферная- находящие в *Атмосферная атмосфере газы. *Подводная- при погружении *Подводная строительных конструкций в воду (фермы, пролетные строения мостов и др. )

*Почвенная- при взаимодействии *Почвенная металлических конструкций с почвой. *Вызванная блуждающими токамикоррозия металлических труб, металлического каркаса подземных сооружений от воздействия блуждающих токов, возникающих при близком расположении подземных кабелей, рельсов трамвайных либо железнодорожных путей.

Защита металлов от коррозии. методы защиты: *Лакокрасочные покрытия (пленкообразующие материалы) – нитроэмали, каменноугольные, нефтяные, синтетические лаки, краски на основе растительных масел. защита от влажной среды.

*Неметаллические покрытия – эмалирование, покрытие жидким стеклом, листовым пластиком и плитками, напыление пластмасс и др. защита от агрессивных сред. *Легирование - ввод в состав металла легирующих элементов (медь), повышающих сопротивление коррозии.

*Металлические покрытия – способы нанесения: химический – создание защитной пленки; горячий – погружение изделия в ванну с расплавленным защитным металлом(цинк, олово); металлизация – нанесение тончайшего слоя расплавленного металла на поверхность защищаемого от коррозии металлического изделия.

Защита от огня. Используют: *вспучивающиеся покрытия, *краски на основе полимерных связующих, связующих которые при взаимодействии огня образуют закоксовавшийся вспененный расплав, препятствующий нагреву металла.

Для повышения предела огнестойкости металлических конструкций применяют: *асбестоцементные, покрытия *асбестоперлитовые, наносимые *асбестоперлитовые *асбестовермикулитовые. пневмонапылением из несгораемых огнезащитных *штукатурка материалов (кирпича, раствора, *облицовка гипсовых плит и др. ).

Новый вид огнезащиты: *фосфатное покрытие толщиной 20 -30 мм. представляющее собой стойкую 0 С монолитную при t = 1000 легкую массу.

Контрольные вопросы. 1. Стальная арматура – определение. 2. Классификация Ст. арматуры. 3. Стержневая арматура. 4. Проволочная арматура. 5. Закладные детали. 6. Соединения Ст. конструкций. 7. Цветные металлы. 8. Защита металлов от коррозии. 9. Защита металлов от огня.

Д/З. Подготовиться к самостоятельной работе по теме: «Металлы. »

Благодарю за внимание.