Днес алуминият се използва в почти всички индустрии, от производството на хранителни прибори до създаването на фюзелажи на космически кораби. За определени производствени процеси са подходящи само определени класове алуминий, които имат определени физични и химични свойства.

Основните свойства на метала са висока топлопроводимост, ковкост и пластичност, устойчивост на корозия, ниско тегло и ниско омично съпротивление. Те са в пряка зависимост от процента на примесите, включени в състава му, както и от технологията на производство или обогатяване. В съответствие с това се разграничават основните класове алуминий.

Видове алуминий

Всички класове метали са описани и включени в единна системапризнати национални и международни стандарти: европейски EN, американски ASTM и международни ISO. В нашата страна класовете алуминий се определят от GOST 11069 и 4784. Всички документи се разглеждат отделно. В същото време самият метал е разделен на класове, а сплавите нямат конкретно определени знаци.

В съответствие с националните и международните стандарти трябва да се разграничат два вида микроструктура на нелегиран алуминий:

• висока чистота с процент над 99,95%;
• техническа чистота, съдържаща около 1% примеси и добавки.

Съединенията на желязото и силиция най-често се считат за примеси. Международният стандарт ISO има отделна серия за алуминий и неговите сплави.

Класове алуминий

Техническият тип материал е разделен на определени степени, които са присвоени на съответните стандарти, например AD0 съгласно GOST 4784-97. В същото време класификацията включва и високочестотен метал, за да не се създава объркване. Тази спецификация съдържа следните степени:

1. Основен (A5, A95, A7E).
2. Технически (AD1, AD000, ADS).
3. Деформируеми (AMg2, D1).
4. Леярна (VAL10M, AK12pch).
5. За деоксидиране на стомана (AV86, AV97F).

Освен това има и категории сплави - алуминиеви съединения, които се използват за създаване на сплави от злато, сребро, платина и други благородни метали.

Първичен алуминий

Първичен алуминий (клас А5) е типичен пример за тази група. Получава се чрез обогатяване на алуминиев оксид. В природата металът е чиста формане е намерен поради високата си химична активност. Комбинирайки се с други елементи, образува боксит, нефелин и алунит. Впоследствие от тези руди се получава алуминиев оксид, а от него чрез сложни химични и физични процеси се получава чист алуминий.

GOST 11069 установява изисквания за класове първичен алуминий, които трябва да бъдат маркирани чрез нанасяне на вертикални и хоризонтални ивици с незаличима боя с различни цветове. Намерих този материал широко приложениев напреднали индустрии, главно там, където се изискват високи технически характеристики от суровините.

Технически алуминий

Техническият алуминий е материал с процентно съдържание на чужди примеси под 1%. Много често се нарича още нелегиран. Техническите класове алуминий съгласно GOST 4784-97 се характеризират с много ниска якост, но висока устойчивост на корозия. Поради липсата на легиращи частици в състава, върху металната повърхност бързо се образува защитен оксиден филм, който е стабилен.

Класовете технически алуминий се отличават с добра топло- и електрическа проводимост. Тяхната молекулна решетка практически не съдържа примеси, които разсейват потока от електрони. Благодарение на тези свойства материалът се използва активно в производството на инструменти, в производството на отоплително и топлообменно оборудване и осветителни тела.

Кован алуминий

Деформируемият алуминий е материал, който се подлага на горещи и студено обработениналягане: валцуване, пресоване, изтегляне и други видове. В резултат на пластични деформации от него се получават полуготови продукти с различни надлъжни сечения: алуминиев прът, лист, лента, плоча, профили и др.

Дадени са основните марки деформируеми материали, използвани в местното производство нормативни документи: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026. Характерна особеностДеформируемата суровина е структура на твърд разтвор с високо съдържание на евтектика - течна фаза, която е в равновесие с две или повече твърди състояния на материята.

Обхватът на приложение на деформируемия алуминий, като този, където се използва алуминиев прът, е доста обширен. Използва се както в области, изискващи високо техническа характеристикаот материали - в корабо- и самолетостроенето, и на строителни обекти като сплав за заваряване.

Лят алуминий

Алуминиеви леярски класове се използват за производството на фасонни продукти. Тяхната основна характеристика е комбинацията от висока специфична якост и ниска плътност, което прави възможно отливането на продукти със сложна форма без напукване.

Според предназначението си леярските класове условно се разделят на групи:

1. Силно херметични материали (AL2, AL9, AL4M).
2. Материали с висока якост и топлоустойчивост (AL 19, AL5, AL33).
3. Вещества с висока антикорозионна устойчивост.

Често експлоатационни характеристикипродуктите от лят алуминий се увеличават различни видоветоплинна обработка.

Алуминий за дезоксидация

Качеството на произвежданите продукти също се влияе от физическите свойства на алуминия. И използването на нискокачествени материали не се ограничава до създаването на полуготови продукти. Много често се използва за деоксидиране на стомана - премахване на кислорода от разтопеното желязо, който се разтваря в него и по този начин подобрява механичните свойства на метала. За извършване на този процес най-често се използват марките AB86 и AB97F.

В момента най-често срещаните NVF системи на руския пазар могат да бъдат разделени на три големи групи:

• системи с подоблицовъчни конструкции от алуминиеви сплави;
• системи с подоблицовъчна конструкция от поцинкована стомана с полимерно покритие;
• системи с подоблицовъчна конструкция от неръждаема стомана.

Несъмнено подложките от неръждаема стомана имат най-добри якостни и термични свойства.

Сравнителен анализ на физико-механичните свойства на материалите

*Свойствата на неръждаемата стомана и поцинкованата стомана се различават леко.

Топлинни и якостни характеристики на неръждаема стомана и алуминий

1. Като се има предвид 3 пъти по-ниската носеща способност и 5,5 пъти топлопроводимостта на алуминия, скобата от алуминиева сплав е по-силен „студен мост“ от скобата от неръждаема стомана. Показател за това е коефициентът на топлинна равномерност на ограждащата конструкция. По данни от изследвания коефициентът на топлинна равномерност на ограждащата конструкция при използване на неръждаема стоманена система е 0,86-0,92, а при алуминиевите системи е 0,6-0,7, което налага полагането на по-голяма дебелина на изолацията и съответно увеличаване на цената на фасадата.

За Москва необходимото съпротивление на топлопреминаване на стените, като се вземе предвид коефициентът на топлинна равномерност, е за неръждаема скоба - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, за алуминиева скоба - 3,13/0,7= 4,47 (m 2 .°C)/W, т.е. 1,07 (m 2 .°C)/W по-висока. Следователно, когато се използват алуминиеви скоби, дебелината на изолацията (с коефициент на топлопроводимост 0,045 W/(m°C) трябва да се вземе с почти 5 cm повече (1,07 * 0,045 = 0,048 m).

2. Поради по-голямата дебелина и топлопроводимост на алуминиевите скоби, според изчисленията, извършени в Научноизследователския институт по строителна физика, при температура на външния въздух от -27 °C температурата на анкера може да падне до -3,5 °C и още по-ниско, т.к при изчисленията площта на напречното сечение на алуминиевата скоба се приема за 1,8 cm 2, докато в действителност е 4-7 cm 2. При използване на конзола от неръждаема стомана температурата на анкера беше +8 °C. Тоест, когато се използват алуминиеви скоби, котвата работи в зона с променливи температури, където е възможна кондензация на влага върху котвата с последващо замръзване. Това постепенно ще разруши материала на конструктивния слой на стената около анкера и съответно ще намали неговата носеща способност, което е особено важно за стени от материал с ниска носимоспособност (пенобетон, куха тухла и др. .). В същото време топлоизолационните подложки под скобата, поради малката си дебелина (3-8 mm) и високата (спрямо изолацията) топлопроводимост, намаляват топлинните загуби само с 1-2%, т.е. практически не нарушават "студения мост" и имат малък ефект върху температурата на котвата.

3. Ниско топлинно разширение на водачите. Температурната деформация на алуминиевата сплав е 2,5 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана. Неръждаемата стомана има по-нисък коефициент на топлинно разширение (10 10 -6 °C -1) в сравнение с алуминия (25 10 -6 °C -1). Съответно, удължението на 3-метрови водачи с температурна разлика от -15 °C до +50 °C ще бъде 2 mm за стомана и 5 mm за алуминий. Следователно, за да се компенсира топлинното разширение на алуминиевия водач, са необходими редица мерки:

а именно въвеждането на допълнителни елементи в подсистемата - подвижни плъзгачи (за U-образни скоби) или овални отвори с втулки за нитове - нетвърда фиксация (за L-образни скоби).

Това неминуемо води до по-сложна и скъпа подсистема или неправилен монтаж (тъй като често се случва монтажниците да не използват втулки или неправилно да фиксират монтажа с допълнителни елементи).

В резултат на тези мерки тежестта пада само върху носещите скоби (горна и долна), а останалите служат само за опора, което означава, че анкерите не се натоварват равномерно и това трябва да се има предвид при проектирането проектна документация, което често просто не се прави. В стоманените системи целият товар се разпределя равномерно - всички възли са твърдо фиксирани - малките топлинни разширения се компенсират от работата на всички елементи в етапа на еластична деформация.

Конструкцията на скобата позволява разстоянието между плочите в системите от неръждаема стомана да бъде от 4 mm, докато в алуминиевите системи - най-малко 7 mm, което също не устройва много клиенти и разваля външен видсграда. Освен това скобата трябва да осигурява свободно движение на облицовъчните плочи със степента на удължаване на водачите, в противен случай плочите ще бъдат унищожени (особено в кръстовището на водачите) или скобата ще се разгъне (и двете могат да доведат до падане на облицовъчни плочи). В стоманена система няма опасност краката на скобата да се разгъват, което може да се случи с времето в алуминиевите системи поради големи температурни деформации.

Пожароустойчивост на неръждаема стомана и алуминий

Точката на топене на неръждаемата стомана е 1800 °C, а на алуминия 630/670 °C (в зависимост от сплавта). Температурата по време на пожар на вътрешната повърхност на плочката (според резултатите от тестовете на Регионалния сертификационен център „OPYTNOE”) достига 750 °C. Така при използване на алуминиеви конструкции може да се получи разтопяване на долната конструкция и пропадане на част от фасадата (в областта на отвора на прозореца), а при температура 800-900°C самият алуминий поддържа горенето. Неръждаемата стомана не се топи при пожар, така че е най-предпочитана за изискванията за пожарна безопасност. Например в Москва при строителството на високи сгради изобщо не е разрешено да се използват алуминиеви подконструкции.

Корозивни свойства

Днес единственият достоверен източник за устойчивостта на корозия на дадена подоблицовъчна конструкция и съответно дълготрайността е експертното мнение на ExpertKorr-MISiS.

Най-издръжливите конструкции са изработени от неръждаема стомана. Срокът на експлоатация на такива системи е най-малко 40 години в градска промишлена атмосфера със средна агресивност и най-малко 50 години в условно чиста атмосфера с ниска агресивност.

Алуминиевите сплави, благодарение на оксидния филм, имат висока устойчивост на корозия, но при условия на високи нива на хлориди и сяра в атмосферата може да възникне бързо развиваща се междукристална корозия, което води до значително намаляване на якостта на структурните елементи и тяхното разрушаване . По този начин експлоатационният живот на конструкцията от алуминиеви сплави в градска промишлена атмосфера със средна агресивност не надвишава 15 години. Въпреки това, според изискванията на Rosstroy, в случай на използване на алуминиеви сплави за производството на елементи на долната конструкция на NVF, всички елементи трябва задължително да имат анодно покритие. Наличието на анодно покритие увеличава експлоатационния живот на скелета от алуминиева сплав. Но при монтиране на подконструкция, различните й елементи се свързват с нитове, за които се пробиват отвори, което води до нарушаване на анодното покритие в зоната на закрепване, т.е. неизбежно се създават зони без анодно покритие. В допълнение, стоманената сърцевина на алуминиев нит, заедно с алуминиевата среда на елемента, образуват галванична двойка, което също води до развитие на активни процеси на междукристална корозия в местата на закрепване на елементите на скелета. Заслужава да се отбележи, че често ниската цена на конкретна NVF система с подструктура от алуминиева сплав се дължи именно на липсата на защитно анодно покритие върху елементите на системата. Безскрупулните производители на такива подструктури спестяват от скъпи процеси на електрохимично анодиране на продуктите.

Поцинкованата стомана има недостатъчна устойчивост на корозия от гледна точка на здравината на конструкцията. Но след нанасяне на полимерно покритие, експлоатационният живот на подструктура от поцинкована стомана с полимерно покритие ще бъде 30 години в градска промишлена атмосфера със средна агресивност и 40 години в условно чиста атмосфера с ниска агресивност.

Сравнявайки горните показатели на алуминиевите и стоманените скелети, можем да заключим, че стоманените скелети значително превъзхождат алуминиевите във всички отношения.

1.2.1. основни характеристикистоманиСтоманата е сплав от желязо и въглерод, съдържаща легиращи добавки, които подобряват качеството на метала, и вредни примеси, които влизат в метала от рудата или се образуват по време на процеса на топене.

Стоманена структура.В твърдо състояние стоманата е поликристално тяло, състоящо се от множество различно ориентирани кристали (зърна). Във всеки кристал атомите (по-точно положително заредените йони) са подредени по подреден начин във възлите на пространствената решетка. Стоманата се характеризира с обемно-центрирана (bcc) и лицево-центрирана (fcc) кубична кристална решетка (фиг. 1.4). Всяко зърно като кристално образувание е рязко анизотропно и има различни свойства в различни посоки. При голям брой различно ориентирани зърна тези разлики се изглаждат, статистически средно във всички посоки свойствата стават еднакви и стоманата се държи като квазиизотропно тяло.

Структурата на стоманата зависи от условията на кристализация, химичен състав, термична обработка и режими на валцуване.

Точката на топене на чистото желязо е 1535 ° C; при втвърдяване се образуват кристали от чисто желязо - ферит, така нареченото 8-желязо с центрирана решетка (фиг. 1.4, А);при температура от 1490 °C настъпва рекристализация и 5-желязото се трансформира в у-желязо с центрирана решетка (фиг. 1.4, б).При температура от 910°C и по-ниска кристалите на y-желязото отново се трансформират в центрирани в тялото и това състояние се поддържа до нормална температура. Последната модификация се нарича a-iron.

С въвеждането на въглерод точката на топене намалява и за стомана със съдържание на въглерод 0,2% е приблизително 1520°C. При охлаждане се образува твърд разтвор на въглерод в у-желязо, наречен аустенит, в който въглеродните атоми са разположени в центъра на fcc решетката. При температури под 910 °C аустенитът започва да се разлага. Полученото желязо с bcc решетка (ферит) не разтваря въглерода добре. Тъй като феритът се освобождава, аустенитът се обогатява с въглерод и при температура от 723 ° C се превръща в перлит - смес от ферит и железен карбид Fe 3 C, наречен цементит.

Ориз. 1.4. Кубична кристална решетка:

А- телесноцентричен;

b- лицево-центриран

По този начин при нормални температури стоманата се състои от две основни фази: ферит и цементит, които образуват независими зърна и също са част от перлита под формата на плочи (фиг. 1.5). Светлите зърна са феритни, тъмните са перлитни).

Феритът е много пластичен и има ниска якост, докато циментитът е твърд и чуплив. Перлитът има свойства, междинни между тези на ферита и цементита. В зависимост от съдържанието на въглерод преобладава един или друг структурен компонент. Размерът на феритните и перлитните зърна зависи от броя на центровете на кристализация и условията на охлаждане и значително влияе върху механичните свойства на стоманата (колкото по-фино е зърното, толкова по-високо е качеството на метала).

Легиращите добавки, влизащи в твърд разтвор с ферит, го укрепват. В допълнение, някои от тях, образувайки карбиди и нитриди, увеличават броя на местата на кристализация и допринасят за образуването на финозърнеста структура.

Под въздействието на термичната обработка се променя структурата, размерът на зърната и разтворимостта на легиращите елементи, което води до промяна в свойствата на стоманата.

Най-простият вид термична обработка е нормализирането. Състои се от повторно нагряване на валцувания продукт до температурата на образуване на аустенит и последващо охлаждане във въздуха. След нормализиране стоманената структура става по-подредена, което води до подобрени якостни и пластични свойства на валцованата стомана и нейната ударна якост, както и повишена равномерност.

При бързо охлаждане на стомана, нагрята до температура, надвишаваща температурата на фазова трансформация, стоманата се втвърдява.

Образуваните след закаляване структури придават на стоманата висока якост. Въпреки това пластичността му намалява и склонността му към крехко счупване се увеличава. За да се регулират механичните свойства на закалената стомана и образуването на желаната структура, тя се темперира, т.е. нагряване до температура, при която настъпва желаната структурна трансформация, задържане при тази температура за необходимото време и след това бавно охлаждане 1.

При валцоване структурата на стоманата се променя в резултат на компресия. Зърната се раздробяват и ориентират различно по протежение и напречно на валцувания продукт, което води до известна анизотропия на свойствата. Температурата на валцуване и скоростта на охлаждане също имат значително влияние. При висока скорост на охлаждане е възможно образуването на втвърдяващи се структури, което води до повишаване на якостните свойства на стоманата. Колкото по-дебел е валцуваният продукт, толкова по-ниска е степента на компресия и скоростта на охлаждане. Следователно, с увеличаване на дебелината на валцуваните продукти, якостните характеристики намаляват.

По този начин, чрез промяна на химическия състав, режимите на валцуване и термична обработка, е възможно да се промени структурата и да се получи стомана с определена якост и други свойства.

Класификация на стоманите.Според якостните свойства на стоманата условно се разделят на три групи: обикновени (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN/cm 2).

Увеличаването на якостта на стоманата се постига чрез легиране и термична обработка.

Според химичния си състав стоманите се делят на въглеродни и легирани. Въглеродните стомани с обикновено качество се състоят от желязо и въглерод с малко

добавянето на силиций (или алуминий) и манган. Други добавки не са специално въведени и могат да влязат в стоманата от руда (мед, хром и др.).

Въглерод (C) 1, докато увеличава якостта на стоманата, намалява нейната пластичност и влошава заваряемостта, поради което за изграждане на метални конструкции се използват само нисковъглеродни стомани със съдържание на въглерод не повече от 0,22%.

В допълнение към желязото и въглерода, легираните стомани съдържат специални добавки, които подобряват тяхното качество. Тъй като повечето добавки в една или друга степен влошават заваряемостта на стоманата и също така увеличават нейната цена, в строителството се използват главно нисколегирани стомани с общо съдържание на легиращи добавки не повече от 5%.

Основните легиращи добавки са силиций (S), манган (G), мед (D), хром (X), никел (N), ванадий (F), молибден (M), алуминий (U), азот (A).

Силицият деоксидира стоманата, т.е. свързва излишния кислород и увеличава неговата якост, но намалява пластичността, влошава заваряемостта и устойчивостта на корозия с повишено съдържание. Вредното въздействие на силиция може да се компенсира с повишено съдържание на манган.

Манганът повишава силата, добър е дезоксидант и в комбинация със сярата намалява вредните й ефекти. При съдържание на манган над 1,5% стоманата става крехка.

Медта леко повишава якостта на стоманата и повишава нейната устойчивост на корозия. Прекомерното съдържание на мед (повече от 0,7%) допринася за стареенето на стоманата и увеличава нейната крехкост.

Хромът и никелът повишават здравината на стоманата, без да намаляват пластичността, и подобряват нейната устойчивост на корозия.

Алуминият деоксидира добре стоманата, неутрализира вредните ефекти на фосфора и повишава якостта на удар.

Ванадият и молибденът повишават якостта без почти никакво намаляване на пластичността и предотвратяват омекването на топлинно обработената стомана по време на заваряване.

Азотът в несвързано състояние допринася за стареенето на стоманата и я прави крехка, така че не трябва да бъде повече от 0,009%. В състояние на химическа връзка с алуминий, ванадий, титан и други елементи, той образува нитриди и се превръща в легиращ елемент, спомагайки за получаване на фина зърнеста структура и подобряване на механичните свойства.

Фосфорът е вреден примес, тъй като, образувайки твърд разтвор с ферит, той повишава крехкостта на стоманата, особено при ниски температури (студена крехкост). Въпреки това, в присъствието на алуминий, фосфорът може да служи като легиращ елемент, който повишава корозионната устойчивост на стоманата. Това е основата за производството на устойчиви на атмосферни влияния стомани.

Сярата, поради образуването на нискотопим железен сулфид, прави стоманата червено-крехка (склонна към напукване при температури от 800-1000 ° C). Това е особено важно за заварени конструкции. Вредните ефекти на сярата намаляват с повишено съдържание на манган. Съдържанието на сяра и фосфор в стоманата е ограничено и трябва да бъде не повече от 0,03 - 0,05% в зависимост от вида (класа) на стоманата.

Механичните свойства на стоманата се влияят неблагоприятно от насищането с газове, които могат да навлязат в метала в разтопено състояние от атмосферата. Кислородът действа като сярата, но в по-силна степен и увеличава крехкостта на стоманата. Нефиксираният азот също намалява качеството на стоманата. Въпреки че водородът се задържа в незначително количество (0,0007%), но, концентрирайки се близо до включвания в междукристални области и разположени главно по границите на зърната, той причинява високи напрежения в микрообемите, което води до намаляване на устойчивостта на стоманата към крехко счупване, a намаляване на якостта на опън и влошаване на пластичните свойства.свойства. Следователно разтопената стомана (например по време на заваряване) трябва да бъде защитена от излагане на атмосфера.

В зависимост от вида на доставката стоманите се разделят на горещо валцувани и термично обработени (нормализирани или термично подобрени). В горещо валцувано състояние стоманата не винаги има оптимален набор от свойства. По време на нормализирането структурата на стоманата се усъвършенства, нейната хомогенност се увеличава и вискозитетът се увеличава, но не се наблюдава значително увеличение на якостта. Термичната обработка (закаляване във вода и отвръщане при висока температура) позволява да се получат стомани с висока якост, които са силно устойчиви на крехко счупване. Разходите за термична обработка на стомана могат да бъдат значително намалени, ако закаляването се извършва директно от нагряване на валцоване.

Стоманата, използвана в конструкционните метални конструкции, се произвежда главно по два начина: в пещи с мартенов огън и кислородни конвертори. Свойствата на мартеновите и кислородно-конверторните стомани са почти еднакви, но методът на производство на кислороден конвертор е много по-евтин и постепенно измества метода на мартенова пещ. За най-критичните части, където е специално високо качествометал, също се използват стомани, произведени чрез електрошлаково претопяване (ESR). С развитието на електрометалургията е възможно по-широко използване в строителството на стомани, произведени в електрически пещи. Elektrostal се характеризира с ниско съдържание на вредни примеси и високо качество.

Според степента на дезоксидация стоманите биват кипящи, полуспокойни и спокойни.

Недеоксидираните стомани кипят, когато се изливат във форми поради отделянето на газове. Такава стомана се нарича кипяща стомана и се оказва по-замърсена с газове и по-малко хомогенна.

Механични свойстваварират леко по дължината на слитъка поради неравномерно разпределение химически елементи. Това се отнася особено за челната част, която се оказва най-рохкава (поради свиване и най-голямо насищане с газове) и в нея има най-голямо отделяне на вредни примеси и въглерод. Следователно, дефектната част, която е приблизително 5% от масата на слитъка, се отрязва от слитъка. Кипящите стомани, които имат доста добра граница на провлачване и якост на опън, са по-малко устойчиви на крехко счупване и стареене.

За да се подобри качеството на нисковъглеродната стомана, тя се деоксидира чрез добавяне на силиций от 0,12 до 0,3% или алуминий до 0,1%. Силицият (или алуминият), комбинирайки се с разтворения кислород, намалява вредното му въздействие. Когато се комбинират с кислород, дезоксидантите образуват силикати и алуминати във фино диспергирана фаза, които увеличават броя на местата на кристализация и допринасят за образуването на финозърнеста структура на стоманата, което води до повишаване на нейното качество и механични свойства. Деоксидираните стомани не кипят, когато се изливат във форми, поради което се наричат ​​спокойни стомани. Част от приблизително 15% се отрязва от главата на слитъка от мека стомана. Спокойната стомана е по-хомогенна, заварява се по-добре и по-добре издържа на динамични влияния и крехко счупване. Тихите стомани се използват при производството на критични конструкции, подложени на динамични влияния.

Въпреки това меките стомани са приблизително 12% по-скъпи от кипящите стомани, което ни принуждава да ограничим тяхното използване и да преминем, когато това е изгодно по технически и икономически причини, към производството на конструкции от полумека стомана.

Полуспокойната стомана е междинна по качество между кипяща и спокойна. Деоксидира се с по-малко количество силиций - 0,05 - 0,15% (рядко с алуминий). От главата на слитъка се отрязва по-малка част, равна на приблизително 8% от масата на слитъка. По отношение на разходите, полу-тихите стомани също заемат междинна позиция. Нисколегираните стомани се доставят главно в спокойна (рядко полу-тиха) модификация.

1.2.2. Оценка на стоманите.Основният стандарт, регулиращ характеристиките на стоманите за изграждане на метални конструкции, е ГОСТ 27772 - 88. Съгласно GOST профилните валцувани продукти се произвеждат от стомани 1 S235, S245, S255, S275, S285, S345, S345K, S375; за листови и универсални валцувани продукти и огънати профили - стомани S390, S390K, S440, S590 , S590K също се използват. Стоманите C345, C375, C390 и C440 могат да бъдат доставени с по-високо съдържание на мед (за повишаване на устойчивостта на корозия), а буквата „D“ се добавя към обозначението на стоманата.

Химичният състав на стоманите и механичните свойства са представени в табл. 1.2 и 1.3.

Валцуваните продукти могат да се доставят както в горещо валцувани, така и в термично обработени състояния. Изборът на химичен състав и вид термична обработка се определя от растението. Основното нещо е да се осигурят необходимите свойства. По този начин валцованите стоманени листове C345 могат да бъдат направени от стомана с химичен състав C245 с термично подобрение. В този случай буквата T се добавя към обозначението на стоманата, например C345T.

В зависимост от работната температура на конструкциите и степента на опасност от крехко счупване, изпитванията за якост на удар на стомани C345 и C375 се извършват при различни температури, така че те се доставят в четири категории, като към обозначението на стоманата се добавя номер на категорията , например C345-1; S345-2.

Стандартизирани характеристики за всяка категория са дадени в табл. 1.4.

Наемите се доставят на партиди. Партидата се състои от валцовани продукти от един размер, един топилен коф и един режим на термична обработка. При проверка на качеството на метала се избират произволно две проби от партида.

От всяка проба се приготвя една проба за изпитване на опън и огъване и две проби за определяне на якостта на удар при всяка температура. Ако резултатите от теста не отговарят на изискванията на GOST, изпълнете

втори тестове върху двоен брой проби. Ако повторните тестове покажат незадоволителни резултати, партидата се отхвърля.

Заваряемостта на стоманата се оценява чрез въглероден еквивалент, %:

където C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - масова част на въглерод, манган, силиций, хром, никел, мед, ванадий и фосфор, %.

ако с,<0,4%, то сварка стали не вызывает затруднений, при 0,4 %< С,< 0,55 % сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению возник­новения трещины. При С э >При 0,55% рискът от пукнатини се увеличава драстично.

За проверка на непрекъснатостта на метала и предотвратяване на разслояване, при необходимост, по желание на клиента, се извършва ултразвуково изследване.

Отличителна черта GOST 27772 - 88 е използването на методи за статистически контрол за някои стомани (S275, S285, S375), което гарантира предоставянето на стандартни стойности на якост на провлачване и якост на опън.

Строителните метални конструкции също се изработват от стомани, доставени в съответствие с GOST 380 - 88 „Въглеродна стомана с обикновено качество“, GOST 19281 -73 „Нисколегирана профилна и профилна стомана“, GOST 19282 - 73 „Нисколегирана дебелолистова и широколентова стомана универсална стомана” и други стандарти.

Няма фундаментални разлики между свойствата на стоманите, които имат еднакъв химичен състав, но се доставят по различни стандарти. Разликата е в методите и обозначенията за контрол. По този начин, съгласно GOST 380 - 88, с промени в обозначението на марката стомана, групата за доставка, методът и категорията на дезоксидация са посочени.

При доставка по група А заводът гарантира механични свойства, по група Б - химичен състав, по група С - механични свойства и химичен състав.

Степента на дезоксидация се обозначава с буквите KP (кипене), SP (спокойно) и PS (полу-тихо).

Категорията на стоманата показва вида на изпитванията за якост на удар: категория 2 - не се провеждат изпитвания за якост на удар, 3 - провеждат се при температура +20 °C, 4 - при температура -20 °C, 5 - при температура от -20 °C и след механично стареене, 6 - след механично стареене.

В строителството се използват предимно стоманени марки VstZkp2, VstZpsb и VstZsp5, както и стомана с високо съдържание на манган VstZGps5.

Съгласно GOST 19281-73 и GOST 19282 - 73, обозначението на марката стомана показва съдържанието на основните елементи. Например химическият състав на стомана 09G2S се дешифрира, както следва: 09 - съдържание на въглерод в стотни от процента, G2 - манган в количество от 1 до 2%, C - силиций до 1 %.

В края на марката стомана се посочва категорията, т.е. вид изпитване на удар. За нисколегирани стомани са установени 15 категории, изпитванията се провеждат при температури до -70 ° C. Стоманите, доставени в съответствие с различни стандарти, са взаимозаменяеми (виж таблица 1.3).

Свойствата на стоманата зависят от химичния състав на суровината, метода на топене и обема на топилните агрегати, силата на натиск и температурата по време на валцуване, условията на охлаждане на крайния продукт и др.

При такива разнообразни фактори, влияещи върху качеството на стоманата, съвсем естествено е, че показателите за якост и други свойства имат известно разсейване и могат да се разглеждат като случайни променливи. Представа за променливостта на характеристиките се дава от статистически хистограми на разпределението, показващи относителната пропорция (честота) на определена характерна стойност.

1.2.4. Стомана с висока якост(29 kN/cm 2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
добавки, главно манган и силиций, по-рядко никел и хром, или топлинно укрепване
нисковъглеродна стомана (S345T).

В този случай пластичността на стоманата леко намалява и дължината на платото на провлачване намалява до 1 -1,5%.

Стоманите с висока якост са малко по-малко заваряеми (особено стоманите с високо съдържание на силиций) и понякога изискват използването на специални технологични мерки за предотвратяване на образуването на горещи пукнатини.

По устойчивост на корозия повечето стомани от тази група са близки до нисковъглеродните.

Стоманите с по-високо съдържание на мед (S345D, S375D, S390D) имат по-висока устойчивост на корозия.

Дребнозърнестата структура на нисколегираните стомани осигурява значително по-висока устойчивост на крехко счупване.

Високата стойност на ударна якост се поддържа при температури от -40 °C и по-ниски, което позволява използването на тези стомани за конструкции, експлоатирани в северните райони. Благодарение на по-високите якостни свойства, използването на високоякостни стомани води до спестяване на метал до 20-25%.

1.2.5. Стомана с висока якост(>40 kN/cm2). Валцована високоякостна стомана
(C440 -C590) обикновено се получават чрез легиране и топлинна обработка.

За легиране се използват нитридообразуващи елементи за насърчаване на образуването на финозърнеста структура.

Стоманите с висока якост може да нямат плато на провлачване (при o > 50 kN/cm 2), а тяхната пластичност (относително удължение) е намалена до 14% и по-малко.

Коефициентът се увеличава до 0,8 - 0,9, което не позволява да се вземат предвид пластичните деформации при изчисляване на конструкциите от тези стомани.

Изборът на химичен състав и режим на топлинна обработка може значително да увеличи устойчивостта на крехко счупване и да осигури висока якост на удар при температури до -70 ° C. При производството на конструкции възникват определени трудности. Високата якост и ниската пластичност изискват по-мощно оборудване за рязане, изправяне, пробиване и други операции.

При заваряване на термично обработени стомани, поради неравномерно нагряване и бързо охлаждане, възникват различни структурни трансформации в различни зони на заваръчното съединение. В някои области се образуват втвърдяващи се структури, които имат повишена якост и крехкост (твърди слоеве), в други металът е подложен на високо темпериране и има намалена якост и висока пластичност (меки слоеве).

Омекотяването на стоманата в зоната на топлинно въздействие може да достигне 5–30%, което трябва да се вземе предвид при проектирането на заварени конструкции от термично обработени стомани.

Въвеждането на някои карбидообразуващи елементи (молибден, ванадий) в състава на стоманата намалява ефекта на омекотяване.

Използването на високоякостни стомани води до спестяване на метал до 25-30% в сравнение с конструкциите от нисковъглеродни стомани и е особено препоръчително при конструкции с голям обхват и силно натоварени конструкции.

1.2.6 Стомани, устойчиви на атмосферни влияния.За повишаване устойчивостта на корозия на металите
ични конструкции, нисколегирани стомани, съдържащи малко количество
количество (части от процента) на елементи като хром, никел и мед.

В конструкции, изложени на атмосферни влияния, стоманите с добавка на фосфор (например стомана S345K) са много ефективни. На повърхността на такива стомани се образува тънък оксиден филм, който има достатъчна якост и предпазва метала от развитие на корозия. Въпреки това, заваряемостта на стоманата в присъствието на фосфор се влошава. В допълнение, при валцовани метали с големи дебелини, металът има намалена устойчивост на студ, така че използването на стомана S345K се препоръчва за дебелини не повече от 10 mm.

В конструкции, които съчетават носещи и ограждащи функции (например мембранни покрития), широко се използват валцувани тънки листове. За да се увеличи издръжливостта на такива конструкции, препоръчително е да се използва неръждаема хромирана стомана OX18T1F2, която не съдържа никел. Механични свойства на стомана ОХ18Т1Ф2:

50 kN/cm 2 , = 36 kN/cm 2 , >33 %. При големи дебелини валцуваните продукти, изработени от хромирани стомани, имат повишена крехкост, но свойствата на тънколистовите валцувани продукти (особено с дебелина до 2 mm) им позволяват да се използват в конструкции при проектни температури до -40 ° C.

1.2.7. Избор на стомани за изграждане на метални конструкции.Изборът на стомана се извършва на базата на вариантен дизайн и технико-икономически анализ, като се вземат предвид препоръките на стандартите. За да се опрости поръчката на метал, при избора на стомана трябва да се стремим към по-голяма унификация на дизайна, намаляване на броя на стоманите и профилите. Изборът на стомана зависи от следните параметри, които влияят на характеристиките на материала:

температура на околната среда, в която конструкцията е инсталирана и експлоатирана. Този фактор отчита повишения риск от крехко счупване при ниски температури;

естеството на натоварването, което определя характеристиките на материала и конструкциите при динамични, вибрационни и променливи натоварвания;

вида на напрегнатото състояние (едноосно натиск или опън, плоско или обемно напрегнато състояние) и нивото на възникващите напрежения (силно или слабо натоварени елементи);

методът на свързване на елементите, който определя нивото на собствените напрежения, степента на концентрация на напрежението и свойствата на материала в зоната на свързване;

дебелина на валцуваните продукти, използвани в елементите. Този фактор отчита промяната в свойствата на стоманата с увеличаване на дебелината.

В зависимост от условията на работа на материала, всички видове конструкции са разделени на четири групи.

ДА СЕ първа групаТе включват заварени конструкции, работещи в особено трудни условия или пряко изложени на динамични, вибрационни или движещи се натоварвания (например кранови греди, греди на работни платформи или елементи на надлези, които поемат директно натоварването от подвижен състав, опори на ферми и др.). Характеризира се напрегнатото състояние на такива конструкции високо нивои висока честота на зареждане.

Конструкциите от първата група работят в най-трудните условия, което допринася за възможността за тяхната крехкост или умора, поради което към свойствата на стоманите за тези конструкции се поставят най-високи изисквания.

Co. втора групавключват заварени конструкции, работещи при статично натоварване под въздействието на едноосно и недвусмислено двуосно поле на напрежения на опън (например ферми, рамкови напречни греди, подови и покривни греди и други елементи на опън, огъване на опън и огъване), както и конструкции на първата група при липса на заварени съединения .

Общото за конструкциите от тази група е повишеният риск от крехко счупване, свързано с наличието на поле на напрежение на опън. Вероятността за повреда от умора тук е по-малка, отколкото при конструкциите от първата група.

ДА СЕ трета групаТе включват заварени конструкции, работещи под преобладаващо влияние на напрежения на натиск (например колони, стелажи, опори за оборудване и други компресирани и компресирани огъващи елементи), както и конструкции от втора група при липса на заварени съединения.

ДА СЕ четвърта групавключват спомагателни конструкции и елементи (скоби, фахверкови елементи, стълби, огради и др.), както и конструкции от трета група при липса на заварени съединения.

Ако за конструкции от трета и четвърта група е достатъчно да се ограничи до изискванията за якост при статични натоварвания, тогава за конструкции от първа и втора група е важно да се оцени устойчивостта на стоманата на динамични влияния и крехко счупване.

При материалите за заварени конструкции трябва да се оцени заваряемостта. Изискванията за структурни елементи, които нямат заварени съединения, могат да бъдат намалени, тъй като липсата на полета на напрежение при заваряване, по-ниската концентрация на напрежение и други фактори подобряват тяхната производителност.

В рамките на всяка група конструкции, в зависимост от работната температура, към стоманите се предявяват изисквания за ударна якост при различни температури.

Стандартите съдържат списък на стоманите в зависимост от групата конструкции и климатичния район на строителството.

Окончателният избор на стомана във всяка група трябва да се направи въз основа на сравнение на технически и икономически показатели (разход на стомана и цена на конструкциите), както и като се вземе предвид редът на метала и технологичните възможности на производителя. В композитни конструкции (например композитни греди, ферми и др.) Икономически е целесъобразно да се използват две стомани: по-висока якост за силно натоварени елементи (корпуси на ферми, греди) и по-ниска якост за леко натоварени елементи (решетка на ферми, стени на греди) ).

1.2.8. Алуминиеви сплави.Алуминият има значително различни свойства от стоманата. Плътността му = 2,7 t/m 3, т.е. почти 3 пъти по-малко от плътността на стоманата. Модул на надлъжна еластичност на алуминий Е=71 000 MPa, модул на срязване G= 27 000 MPa, което е приблизително 3 пъти по-малко от модула на надлъжната еластичност и модула на срязване на стоманата.

Алуминият няма плато на провлачване. Правата на еластичната деформация директно се трансформира в кривата на еластопластичната деформация (фиг. 1.7). Алуминият е много пластичен: удължението при скъсване достига 40 - 50%, но неговата якост е много ниска: = 6...7 kN/cm 2, а якостта на доказване = 2...3 kN/cm 2. Чистият алуминий бързо се покрива с издръжлив оксиден филм, който предотвратява по-нататъшното развитие на корозия.

Поради много ниската си якост, търговски чист алуминий строителни конструкцииизползва се доста рядко. Значително увеличаване на якостта на алуминия се постига чрез легирането му с магнезий, манган, мед и силиций. цинк и някои други елементи.

Якостта на опън на легирания алуминий (алуминиеви сплави), в зависимост от състава на легиращите добавки, е 2-5 пъти по-висока от тази на търговски чист алуминий; относителното удължение обаче е съответно 2 - 3 пъти по-ниско. С повишаване на температурата силата на алуминия намалява и при температури над 300 ° C е близо до нула (виж фиг. 1.7).

Характеристика на редица многокомпонентни сплави A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn е способността им да повишават допълнително якостта по време на процеса на стареене след топлинна обработка; такива сплави се наричат ​​термично закалени.

Якостта на опън на някои високоякостни сплави (система Al - Mg - Zn) след термична обработка и изкуствено стареене надвишава 40 kN/cm 2, докато относителното удължение е само 5-10%. Термичната обработка на сплави с двоен състав (Al-Mg, Al-Mn) не води до втвърдяване; такива сплави се наричат ​​термично невтвърдяващи се.

Увеличаването на номиналната граница на провлачване на продуктите, направени от тези сплави с 1,5 - 2 пъти, може да се постигне чрез студена деформация (студено закаляване), докато относителното удължение също е значително намалено. Трябва да се отбележи, че показателите на всички осн физични свойствасплавите, независимо от състава на легиращите елементи и състоянието, практически не се различават от показателите за чист алуминий.

Корозионната устойчивост на сплавите зависи от състава на легиращите добавки, състоянието на доставка и степента на агресивност на външната среда.

Полуфабрикатите от алуминиеви сплави се произвеждат в специализирани фабрики: листове и ленти - чрез валцуване на многовалцови мелници; тръби и профили - чрез екструдиране на хоризонтални хидравлични преси, което дава възможност за получаване на профили с голямо разнообразие от форми на напречно сечение, включително такива със затворени кухини.

На полуфабрикатите, изпратени от фабриката, се посочват степента на сплавта и състоянието на доставка: M - мека (отгрята); N - трудолюбив; H2 - полузакален; Т - втвърдено и естествено отлежало 3 - 6 дни при стайна температура; T1 - закалено и изкуствено състарено за няколко часа при повишени температури; Т4 - не напълно втвърден и естествено състарен; Т5 - не напълно закален и изкуствено състарен. Полуфабрикатите, доставени без обработка, нямат допълнително обозначение.

От големия брой алуминиеви класове, следните се препоръчват за използване в строителството:

Термично невтвърдяващи се сплави: АД1 и АМцМ; AMg2M и AMg2MN2 (листове); АМг2М (тръби);

Термично закалени сплави: AD31T1; AD31T4 и AD31T5 (профили);

1915 и 1915T; 1925 и 1925T; 1935, 1935T, AD31T (профили и тръби).

Всички горепосочени сплави, с изключение на сплавта 1925T, която се използва само за занитени конструкции, се заваряват добре. За отлети части се използва леярска сплав клас AL8.

Алуминиевите конструкции поради ниското си тегло, устойчивост на корозия, устойчивост на студ, антимагнитни свойства, неискрящи, издръжливи и добър изгледимат широки перспективи за приложение в много области на строителството. Въпреки това, поради високата цена, използването на алуминиеви сплави в строителните конструкции е ограничено.