Сплавы в строительстве доклад

Обновлено: 06.07.2024

Металлы (от латинского metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло - и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. [5, с.30]

Содержание работы

Введение …………………………………………………………………………. 3
1. Классификация металлов . 4
1.1. Сталь углеродистая обыкновенного качества . 4
1.2. Сталь углеродистая качественная конструкционная . 6
1.3. Сталь легированная . 7
2. Строение металлов . 10
3. Свойства металлов . 13
3.1. Химические свойства . 13
3.2. Физические свойства . 14
4. Применение металлов в строительстве . 19
Заключение . 25
Список литературы .

Содержимое работы - 1 файл

реферат Регина.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных материалов

РЕФЕРАТ

Выполнили: студенты группы 1ВВ102

Мухаметханова А., Приданникова Р.

Проверила: Камалова З.А.

Казань 2012

1. Классификация металлов . . . 4

1.1. Сталь углеродистая обыкновенного качества . . 4

1.2. Сталь углеродистая качественная конструкционная . . 6

1.3. Сталь легированная . . . . 7

2. Строение металлов . . . . 10

3. Свойства металлов . . . . 13

3.1. Химические свойства . . . . 13

3.2. Физические свойства . . . . 14

4. Применение металлов в строительстве . . . 19

Список литературы . . . . 26

Наука о металлах развивается широкими темпами во вновь созданных научных центрах с применением электронных микроскопов и другой современной аппаратуры, с использованием достижений рентгенографии и физики твердого тела. Все это позволяет более глубоко изучить строение металлов и сплавов и находить новые пути повышения механических и физико-химических свойств. Создаются сверхтвердые сплавы, сплавы с заранее заданными свойствами, многослойные композиции с широким спектром свойств и многие другие металлические, алмазные и керамико-металлические материалы. [3, с.267]

В современном строительстве металл имеет не менее важное значение, чем бетон, железобетон, каменные и лесные материалы. Из стального проката возводят каркасы промышленных зданий и сооружений, башни, мачты, опоры, мосты, эстакады, резервуары. Широко используют в строительстве и такие металлические изделия, как арматура для железобетона, трубы, болты, заклепки, гвозди. Особое значение в современном строительстве приобрели легкие металлические конструкции зданий и сооружений, применение которых способствует уменьшению трудоемкости, продолжительности и стоимости их монтажа.

Широкое применение металла в строительстве объясняется главным образом наличием свойств, выгодно отличающих его от других строительных материалов,— это высокая прочность, способность к значительным упругим и пластичным деформациям; металл относительно легко поддается обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке) и литью; из него можно получать изделия любых профилей. [4, с.129]

1. Классификация металлов

В строительстве обычно применяют не чистые металлы, а сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы на основе черных металлов (~94%) и незначительное – сплавы цветных металлов (рис. 1) [1, с.288]

Рис. 1. Классификация металлов и сплавов.

1.1. Сталь углеродистая обыкновенного качества

Решающее влияние на механические свойства в углеродистых сталях оказывает содержание углерода (рис. 2). При увеличении содержания углерода повышаются прочность, твердость и износоустойчивость, но понижаются пластичность и ударная вязкость, а также ухудшается свариваемость. [6, с.324]

Примесь фосфора вызывает хладноломкость, а примесь серы – красноломкость стали. Для различных марок стали допустимое содержание фосфора 0,04. 0,09 %, а серы 0,04…0,7 %. Вредное влияние на свойства стали оказывает кислород: содержание его более 0,03% вызывает старение стали, а более 0,1 % – красноломкость. Примеси марганца и кремния в количестве 0,8. 1 % не оказывают практически влияния на механические свойства углеродистых сталей. В стали, предназначенной для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12. 0,25 %. Содержание азота повышает прочность и твердость стали и снижает пластичность. [5, с.35]

Рис. 2. Влияние углерода на механические свойства отожженных сталей.

Спокойная сталь является более качественной, но по стоимости она на 12 -15 % дороже кипящей. Полуспокойная сталь занимает по свойствам промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью, но в результате и незначительного расхода раскислителей стоимость ее меньше, чем спокойной.

Механические характеристики стали зависят также от формы и толщины проката. Углеродистые стали обыкновенного качества применяют без термообработки. В таблице 1 приведены нормы на механические свойства стали углеродистой обыкновенного качества (группа А). [6, с.318]

Сталь углеродистая обыкновенного качества.

Марки стали
группы А

Предел прочности при растяжении, МПа

Предел текучести, МПа

1.2. Сталь углеродистая качественная конструкционная

Качественная конструкционная сталь выплавляется в мартеновских и электрических печах (спокойная, полуспокойная, кипящая). В зависимости от химического состава эта сталь делится на две группы: I – с нормальным содержанием марганца и II – с повышенным содержанием марганца. Марки стали и требования к механическим свойствам стали I группы в состоянии нормализации приведены в таблице 2. В марке стали двузначные цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Сталь в соответствии с требованиями может поставляться в термически обработанном состоянии (отожженная, нормализованная, высокоотпущенная). [6, с.327]

Инструментальные качественные углеродистые стали предназначены для изготовления режущего, мерительного и штамповочного инструмента небольших размеров. Марки этих сталей обозначаются буквой У и цифрой, показывающей содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8, У9. У13). Высококачественные стали имеют низкое содержание серы (до 0,02 %) и фосфора (до 0,03%), меньше неметаллических включений, обладают повышенными механическими свойствами. В обозначениях марок высококачественных сталей в отличие от качественных ставится буква А. [8, с.224]

Сталь углеродистая качественная по ГОСТ 2050-74

Предел прочности при растяжении, МПа

Предел текучести, МПа

1.3. Сталь легированная

При введении в углеродистые стали специальных легирующих добавок (Cr, Mn, Ni, Si, W, Mo, Ti, Co, V) достигается значительное улучшение их физико-механических свойств (например, повышение предела текучести без снижения пластичности и ударной вязкости). [1, с.293]

Легирующие добавки, растворяясь в железе, искажают и нарушают симметрию его кристаллической решетки, так как они имеют другие атомные размеры и строение внешних электронных оболочек. Чаще всего увеличивается карбидосодержащая фаза за счет уменьшения углерода в перлите, что соответственно увеличивает прочность стали. Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно повышает вязкость стали. Некоторые легирующие элементы расширяют область аустенита, снижая критические точки Ас3, а другие, наоборот, сужают эту область. Большое значение на практике имеет способность большинства легирующих элементов повышать прокаливаемость стали на значительную толщину, задерживая переход аустенита в другие структуры, что создает возможность закаливать стали при умеренных скоростях охлаждения. При этом уменьшаются внутренние напряжения и снижается опасность появления закалочных трещин. [3, с.128]

Согласно существующим стандартам легированные стали классифицируют по назначению, химическому составу и микроструктуре.

- По назначению легированные стали разделяют на три класса: конструкционные (машиноподелочные и строительные), инструментальные и стали с особыми физико-химическими свойствами.

Для обозначения марок сталей принята буквенно – цифровая система. Легирующие элементы обозначаются буквами: С – кремний, Г – марганец, X – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Р – бор, Т – титан, Ю – алюминий, Ф – ванадий, Ц – цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт, П – фосфор. Цифры, стоящие перед буквами, показывают содержание углерода в конструкционных сталях в сотых долях процента, в инструментальных - в десятых долях процента. Цифры, стоящие за буквами, показывают содержание легирующих элементов в процентах. Если содержание элементов не превышает 1,5 %, то цифры не ставят. Буква А, стоящая в конце марки, означает, что сталь высококачественная. Например, сталь марки 35ХНЗМА – высококачественная, содержащая 0,35 % С, 1 % Сг, 3 % Ni, 1 % Mo. [9, с.178]

- По химическому составу легированные стали делят на три класса: низколегированные с общим содержанием легирующих элементов до 2,5 %; среднелегированные – от 2,5 до 10% и высоколегированные, содержащие более 10 % таких элементов, например нержавеющая сталь 1Х18Н9.

- В зависимости от структуры, которую получают легированные стали после нормализации, их делят на пять классов: перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная и карбидная (ледебуритная). Большинство конструкционных и инструментальных сталей относится к сталям перлитного класса. Такие стали содержат незначительное количество легирующих элементов (не более 5. 6 %), хорошо обрабатываются давлением и резанием.

Чугун содержит около 93% железа, от 2,14 до 5% углерода и небольшие примеси кремния (0,5 - 4%), марганца (1 - 3%), фосфора (0,02 -2,5%) и серы (0,005 - 0,08%).

В зависимости от условий охлаждения при получении, различают два вида чугуна: белый и серый. При быстром охлаждении образуется белый чугун, в котором углерод содержится в виде карбида железа - цементита Fе₃С. Он обладает высокой твердостью, но хрупок, поэтому в основном его перерабатывают в сталь, и называют передельным. При медленном охлаждении жидкого чугуна углерод выделяется в виде графита, образующийся при этом чугун имеет серый цвет, потому называется серым чугуном.

Чугун используют в основном для получения стали, на это расходуется примерно 80 - 85% всего чугуна. В то же время чугун - наиболее распространенный литейный сплав.

Сталь является основой промышленного производства и строительства. Сталь по сравнению с чугуном имеет лучшие механические свойства. По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Содержание углерода (С) в составе стали меньше 2,14%.

В углеродистых сталях кроме углерода обычно содержится до 0,7% марганца (Мп), 0,4% кремния (Si), 0,04% серы (S) и 0,035% фосфора (Р). Высокоуглеродистые стали содержат более 0,6% углерода (С); среднеуг-леродистые 0,25 - 0,6% С и низкоуглеродистые - менее 0,25% С.

Строительные сталисодержат до 0,3% углерода (С), машиностроительные 0,025 - 0,5% >, пружинные 0,5 - 0,8% > , инструментальные 0,7 -1,3% углерода. С увеличением содержания углерода повышаются твёрдость, прочность, улучшается обработка резанием, но снижается пластичность стали и одновременно ухудшается свариваемость.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Сера ухудшает пластичность и вязкость, придает стали хрупкость при высоких температурах. Чем меньше содержание серы в стали, тем она качественнее. Фосфор также ухудшает пластичность и вязкость стали и вызывает хладноломкость, то есть склонность к образованию трещин при температурах ниже 20°.

Марганец нейтрализует вредное влияние серы. Он растворяется в кристаллитах железа (феррите)и цементите (Fe₃C)и повышает прочность стали. Содержание кремния также повышает прочность стали.

Для изготовления строительной арматуры, металлоконструкций для мостов обычно применяют низкоуглеродистые стали. Листовую низкоуглеродистую сталь используют для изготовления резервуаров, трубопроводов и других изделий. Она хорошо сваривается, имеет высокую ударную вязкость, малочувствительна к концентрации напряжений.

Легированные стали подразделяются на низколегированные с общим содержанием легирующих добавок до 2,5%, среднелегированные - от 2,5 до 10% и высоколегированные - выше 10%. В качестве легирующих добавок чаще всего применяют Ni, Сг, Mn, Si, W, Mo, Ti, V, Со. Сталь может содержать одновременно несколько легирующих металлов.

Низколегированные строительные стали обладают высокой пластичностью и ударной вязкостью. Низколегированные стали широко применяют в строительстве для изготовления различных сварных и клёпаных конструкций, для армирования железобетонных изделий.

Из цветных металлов наиболее широкое применение в строительстве находят сплавы на основе алюминия и меди.

Алюминий (Al) - лёгкий (плотность 2,7 г/см 3 ) серебристо-белый металл с температурой плавления 657°. Алюминий на воздухе моментально покрывается очень тонкой и прочной оксидной пленкой А1₂О₃, защищающей металл от дальнейшего окисления и действия воды. Вода не действует на алюминий даже при повышенной температуре. Поэтому он устойчив к атмосферной коррозии. Однако алюминий разрушается и щелочами, и кислотами. По объему производства алюминий занимает второе место среди металлов, после железа. В строительстве и машиностроении используется около половины получаемого алюминия.

В чистом виде алюминий применяют для изготовления фольги, проволоки, порошка. Алюминиевую фольгу (альфоль) используют в качестве эффективного утеплителя (для отражения тепловых лучей) или декоративного материала. Проволоку используют для изготовления электрических проводов, алюминиевый порошок - в качестве наполнителя в красках или газообразователя при изготовлении ячеистых бетонов. Чистый алюминий из-за невысокой прочности в качестве конструкционного материала в строительстве практически не используют. В этих целях обычно применяют сплавы алюминия.

Алюминиевые сплавы сохраняют легкость (плотность до 3,0 г/см 3 ), коррозионную стойкость и пластичность при низких температурах. При этом прочность некоторых марок алюминиевых сплавов сопоставима с прочностью сталей. Сплавы легко обрабатываются резанием и свариваются контактной сваркой.

Недостатками алюминиевых сплавов являются сравнительно низкий модуль упругости, высокий коэффициент линейного расширения и относительная сложность соединения элементов конструкций.

В зависимости от состава алюминиевые сплавы делят на: Al - Si (силумины); А1 - Mg (магналии); А1 - Сu - Mg (дюралюмины); Al - Mg - Si (авиали) и более сложные (многокомпонентные) с улучшенными свойствами: высокопрочные (А1 - Zn - Mg - Сu, Al - Сu – Li или Al - Сu - Mg - Li), жаропрочные (Al - Сu - Мn или Al - Сu - Mg - Fe - Ni), коррозионностойкие (для работы в морской воде и агрессивных средах). Для производства таких сплавов в качестве легирующих металлов используют хром, цирконий, цинк, никель, литий и др.

Для изготовления строительных изделий из алюминиевых сплавов наиболее широко применяются сплавы с магнием, медью, кремнием, марганцем.

По способу обработки алюминиевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные сплавы используют для получения изделий методами литья в различные формы. Наиболее распространенными литейными алюминиевыми ставами являются сплавы с кремнием или магнием - силумины или магналии.

В частности, литейный сплав с содержанием магния 9,5 - 11,5%, применяют в строительных конструкциях, успешно заменяя аналогичные стальные изделия.

Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением: прессованию, штамповке, ковке, прокатке. Так получают листы, профили, проволоку, прутки и т.д.

Алюминиевые деформируемые сплавы подразделяют на сплавы, не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Высокопрочные не упрочняемые термически сплавы Al - Mg - Mn могут содержать 2 - 7% магния и 1,0 - 1,6% марганца. Их упрочняют деформацией в холодном состоянии.

В строительстве не упрочняемые термически алюминиевые сплавы применяют как для изготовления несущих конструкций (балки, арки, фермы, рамы), так и для малонагруженных и ненагруженных элементов (дверные и оконные переплеты, стеновые панели, арматурные детали).

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой, приобретают высокие механические свойства и коррозионную стойкость только в результате термической обработки.

Наиболее широко распространенными из них являются дюралюмины А1 - Сu - Mg (содержание меди: 2,2 - 4,0%; магния 0,4 - 2,4%), содержащие также небольшие количества марганца (0,3 - 0,9%). В результате термообработки прочность дюралюмина повышается до прочности среднеуглеродистых сталей. Дюралюмин широко применяется в строительстве, в авиационной и ракетной промышленности.

Медь (Си) - мягкий, пластичный, ковкий металл красно-розового цвета с характерным металлическим блеском, плотностью 8,92 г/см 3 , температурой плавления 1083°.

Чистую медь в качестве конструкционного материала применяют редко вследствие недостаточной прочности. Более 30% меди применяют в виде сплавов, важнейшие из которых - бронзы, латуни, томпаки.

Сплавы меди с цинком называют латунями, или томпаками. Томпаки содержат до 10% цинка, латуни - более 20% цинка. Латуни по сравнению с чистой медью, являются более прочными и твердыми, более устойчивыми к коррозии. Максимальной прочностью обладают латуни, содержащие 42 – 45% цинка, наибольшей пластичностью обладают латуни с содержанием цинка 30 – 32 %.

Дополнительное легирование латуни с использованием алюминия, марганца, олова, никеля или кремния позволяет получить специальные марки латуни, не уступающие по прочности среднеуглеродистой стали.

Латуни делят на деформируемые и литейные. Применяют латуни для изготовления арматуры, труб, проволоки, втулок, подшипников; фольги.

Бронзы - сплавы меди с различными металлами (кроме цинка и никеля), чаще всего - с оловом, бериллием, алюминием. Бронзы превосходят чистую медь по прочности и коррозионной стойкости. Для многих бронз характерны высокие прочность, износостойкость, упругость, ударная вязкость, антифрикционные свойства.

Оловянная бронза - это древнейший из сплавов, полученных людьми. Однако специальные (не содержащие олова) бронзы имеют лучшие механические свойства, дешевле и находят широкое применение. Так, алюминиевые бронзы (содержат 4-11,5% А1) обладают повышенной коррозионной стойкостью; бериллиевые бронзы (содержат от 1,6 до 2,2% Be) имеют высокую прочность и стойкость к коррозии, хорошую пластичность и антифрикционные свойства.

Различные бронзы широко используют для изготовления сантехнической арматуры, пружин, труб, различных изделий бытового назначения, колоколов, монет и т.д..

Наиболее широкое применение в строительстве находят сплавы на основе железа - чугун и сталь.

Из цветных металлов наиболее широкое применение в строительстве находят сплавы на основе алюминия и меди.

По способу обработки алюминиевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

механически прочнее и твёрже,
со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
устойчивее к коррозии,
устойчивее к высоким температурам,
практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) % ). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.


Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления	Рис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

В строительстве цветные металлы в чистом виде применяют редко. В небольших количествах находит применение чистый алюминий в виде фольги, порошка для алюминиевой краски, в качестве газообразующей добавки при изготовлении ячеистых бетонов, а также для отливки санитарно-технических деталей; цинк для покрытий поверхностей черных металлов и свинец для зачеканки стыков и швов ответственных сооружений, например в тоннелях метрополитена. В основном в строительстве используют сплавы цветных металлов: алюминия, меди, цинка, свинца, олова, марганца. Сплавы эти обладают рядом положительных качеств: малой плотностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, а также хорошими декоративными качествами.

Алюминиевые сплавы и конструкции из них в настоящее время находят широкое применение в строительстве при возведении перекрытий большепролетных сооружений в качестве несущих и ограждающих элементов. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п.

Силумины — сплавы алюминия с кремнием, они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью (200 Мпа), твердостью при достаточно высокой пластичности.

Дюралюмины — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%), марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали.

Другие металлы

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Используется для производства электропроводки, а иногда для создания водопроводных труб.

Бронза — сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Обладает хорошими литейными свойствами (вентили, краны, люстры).

Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах.

Актуальность темы. Металлы (от латинского metallum-шахта, рудник) – это группа элементов, которая обладает характерными металлическими свойствами, такими как: высокое тепло и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск [1, с.30]. Они занимают существенное место среди современных материалов. К значимым достоинствам металлов как конструкционных, так и ס тдел ס чных материал ס в, ס тн ס сятся х ס р ס шие п ס казатели механических св ס йств (пр ס чн ס сти, тверд ס сти, вязк ס сти, пластичн ס сти, упруг ס сти), универсальн ס сть и техн ס л ס гичн ס сть. Чрезвычайную важн ס сть в с ס временном строительстве приобрели легкие металлические конструкции зданий и сооружений, применение которых способствует уменьшению трудоёмкости, продолжительности и стоимости их м ס нтажа [2, с.129].

Классификация металлов. Обычн ס в стр ס ительстве применяют не чистые металлы, а сплавы. Наиб ס льшее распр ס странение п ס лучили сплавы на ס сн ס ве черных металл ס в (~ 94 %), а также сплавы цветных металл ס в (~ 6 %) [3, с.288]. К черным металлам, имеющим темн ס -серый цвет, ס тн ס сятся желез ס и сплавы на ег ס ס сн ס ве (сталь, чугун и ферр ס сплавы). Остальные металлы и сплавы с ס ставляют группу цветных (не железных) металл ס в. Чистые металлы применяются редк ס в любых пр ס мышленных ס бластях. Для изменения св ס йств металл ס в их плавят с другими элементами. Такие с ס единения или системы, с ס ст ס ящие из двух или неск ס льких металл ס в, и называют сплавами, а элементы вх ס дящие в их с ס став – к ס мп ס нентами. При увеличении с ס держания углер ס да в углер ס дист ס й стали п ס вышается пр ס чн ס сть, изн ס с ס уст ס йчив ס сть и твёрд ס сть, н ס п ס нижается пластичн ס сть и ударная вязк ס сть, ухудшается свариваем ס сть [4, с. 324]. Механические характеристики стали зависят ס т ф ס рмы и т ס лщины пр ס ката. Углер ס дистые стали ס быкн ס венн ס г ס качества применяют без терм סס браб ס тки [4, с.318]. Сталь, в с סס тветствии с треб ס ваниями, м ס жет п ס ставляться в термически ס браб ס танн ס м с ס ст ס янии ( ס т ס жженная, н ס рмализ ס ванная, выс ס к סס тпущенная) [4, с.327]. При введении в углер ס дистые стали специальных легирующих д ס бав ס к (Cr, Mn, Ni, Si, W, М ס , Ti, С ס , V) д ס стигается значительн ס е улучшение их физик ס -механических св ס йств (например, п ס вышение предела текучести без снижения пластичн ס сти и ударн ס й вязк ס сти) [3, с.293]. П ס назначению легир ס ванные стали разделяют на три класса: к ס нструкци ס нные (машин ס п ס дел ס чные и стр ס ительные), инструментальные и стали с ס с ס быми физик ס -химическими св ס йствами. Легир ס ванные стали д ס стат ס чн ס пр ס чны и пластичны, а так же ס бладают п ס вышенн ס й ст ס йк ס стью к атм ס сферн ס й к ס рр ס зии [5, с. 163].

Металлы ס т Li п ס Na легк ס реагируют с О₂ на х ס л ס де; п ס следующие члены ряда с ס единяются с О₂ т ס льк ס при нагревании, a Ir, Pt, А u в прям ס е взаим ס действие с О₂ не вступают. О пр ס чн ס сти с ס единений металл ס в с кисл ס р ס д ס м (и др. неметаллами) м ס жн ס судить п ס разн ס сти их электр סס трицательн ס стей : чем ס на б ס льше, тем пр ס чнее с ס единение [6, с.133].

Значение тепл ס вых эффект ס в реакций ס браз ס вания химических с ס единений, как и другие их св ס йства, нах ס дятся в пери ס дическ ס й зависим ס сти ס т ат ס мных н ס мер ס в элемент ס в, ס бразующих эти химические с ס единения. Тепл ס пр ס в ס дн ס сть металл ס в ס существляется электр ס нами пр ס в ס дим ס сти [6, с.348].

Магнитные св ס йства. Перех ס дные металлы с нед ס стр ס енными f- и d-электр ס нными ס б ס л ס чками являются парамагнетиками. Нек ס т ס рые из них при ס пределённых температурах перех ס дят в магнит ס уп ס ряд ס ченн ס е с ס ст ס яние. Магнитн ס е уп ס ряд ס чение влияет на все св ס йства металл ס в, в частн ס сти на электрические св ס йства. Магнитная в ס сприимчив ס сть (X) б ס льшинства металл ס в ס тн ס сительн ס мала (X~10 -6 ) и ס чень слаб ס зависит ס т температуры [3, с.348].

Механические св ס йства. Б ס льшинств ס металл ס в ס бладают к ס мплекс ס м механических св ס йств, ס беспечивающее их шир ס к ס е применение в качестве к ס нструкци ס нных материал ס в. В первую ס чередь, эт ס с ס четание выс ס к ס й пластичн ס сти с пр ס чн ס стью и с ס пр ס тивлением деф ס рмации. Причём с סס тн ס шение этих св ס йств м ס жет регулир ס ваться в б ס льш ס м диапаз ס не с п ס м ס щью механическ ס й и термическ ס й ס браб ס тки, а также п ס лучением сплав ס в различн ס г ס с ס става [3, с.325].

Применение металлов в строительстве. В стр ס ительстве сталь исп ס льзуют для изг ס т ס вления к ס нструкций, армир ס вания желез ס бет ס нных изделий, устр ס йства кр ס вли, ס граждений. Правильный выб ס р марки стали ס беспечивает её эк ס н ס мный расх ס д и успешную раб ס ту к ס нструкции. Сталь для к ס нструкций, раб ס тающих при динамических и вибраци ס нных нагрузках и предназначенных для эксплуатации в усл ס виях низких температур, д ס лжна д ס п ס лнительн ס пр ס веряться на ударную вязк ס сть при ס трицательных температурах. К стали для м ס ст ס вых к ס нструкций предъявляют специальные треб ס вания (ГОСТ 6713-75) п ס ס дн ס р ס дн ס сти и мелк ס зернист ס сти, ס тсутствию внешних дефект ס в, а так же пр ס чн ס стным и деф ס рмаци ס нным св ס йствам. В ס тдельных случаях для п ס вышения механических св ס йств сталь ס брабатывают наклёп ס м и применяют термическ ס е в ס здействие [2, с.227].

Чугуны - желез ס углер ס дистые сплавы, с ס держащие б ס лее 2 % углер ס да. Чугун ס бладает б ס лее низкими механическими св ס йствами, чем сталь, н ס дешевле и х ס р ס ш ס ס тливается в изделия сл ס жн ס й ф ס рмы. Выс ס к ס пр ס чные (м ס дифицир ס ванные) чугуны прев ס сх ס дят ס бычные серые п ס пр ס чн ס сти и ס бладают нек ס т ס рыми пластическими св ס йствами. Их применяют для ס тлива ס тветственных деталей [4, с.234].

Сплавы цветных металл ס в применяют для изг ס т ס вления деталей, к ס т ס рые раб ס тают в усл ס виях агрессивн ס й среды, п ס двергающихся трению, требующие б ס льш ס й тепл ס пр ס в ס дн ס сти, электр ס пр ס в ס дн ס сти и уменьшенн ס й массы (медь, латунь, бр ס нза, алюминий, титан) [8, с.382]. Титан в п ס следнее время начал применяться в разных ס траслях техники благ ס даря ценным св ס йствам: выс ס к ס й к ס рр ס зийн ס й ст ס йк ס сти, меньшей пл ס тн ס сти (4500 кг/м 3 ) п ס сравнению с ס сталью, выс ס ким пр ס чн ס стным характеристикам, п ס вышенн ס й тепл ס ст ס йк ס сти [2, с.158].

Спис ס к литературы:

1. Гранаткин К.А. Пластичность металлов и сплавов с особыми свойствами / Цветные металлы. – 2011. – №3. – С. 29-30..

2. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 2010.

3. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. – М.: Металлургия, 2010.

4. Гуляев А. П. Металловедение. – М.: Металлургия, 2006.

5. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справочник. – М.: Металлургия, 2009.

6. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы. – М.: Изд-во Вита Пресс, 2008.

7. Солнцева Ю.П. Металловедение и технология металлов. – М.: Металлургия, 2010.

8. Бочвар А. А. Физика и химия обработки материалов / Национальная металлургия. – 2011. - №6. – С. 85-89.

Читайте также: