Глава 8. Металлы и металлические изделия



Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы - кристаллические вещества, обладающие в обычных условиях высокой электро- и теплопроводностью, ковкостью и другими свойствами. Свойства металлов обусловлены строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться по всему объему.

Сплавы - это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. К сплавам относятся сталь и чугун (сплавы железа с углеродом), бронза (сплав меди и олова), латунь (сплав меди и цинка).

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные.

К черным металлам относится железо и сплавы на его основе, в некоторых содержится углерод, кремний, марганец, фосфор, сера. Черные металлы - чугун и сталь.

К цветным металлам относятся все остальные металлы и сплавы на их основе. В строительстве применяют сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана.

Металлы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие.

Металлы очень технологичны: во-первых, для получения металлических изделий используется множество индустриальных методов (прокат, волочение, штамповка и т.п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.

Недостатки металлов - невысокая теплопроводность требует обязательного устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий.

 

Строение и свойства железоуглеродных сплавов

Сплавы теоретически по своему строению бывают трех типов: твердый раствор, механическая смесь или химическое соединение.

Если атомы элементов, входящих в состав сплава, незначительно отличаются строением и размером электронной оболочки, то они могут образовывать общую кристаллическую решетку; такое строение называется твердым раствором. Если элементы сплава не могут образовать твердого раствора, то каждый из них кристаллизуется самостоятельно, при этом образуется механическая смесь. Иногда элементы сплава могут вступать в химическое взаимодействие, образуя новые вещества, в таком случае сплав называется химическим соединением.

Чистое железо - серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, почти не окисляющийся на воздухе. Прочность его значительно ниже прочности стали и чугуна. При производстве черных металлов в них в вида примесей попадают углерод, кремний и некоторые другие вещества. Наибольшее влияние на их свойства оказывает углерод, содержащийся в количестве 0,5…5%.

При большом содержании углерода железо образует с ним химическое соединение, называемое цементитом.

 

Углеродистые и легированные стали

Стали, применяемые в строительстве, носят название конструкционные. Из них изготовляют металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия.

Углеродистые стали - сплавы, содержащие железо, углерод и небольшие количества природных примесей (кремния, марганца, серы и фосфора). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25% углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6%) и высокоуглеродистые (свыше 0,65%). С повышением содержания углерода в стали уменьшается пластичность и повышается ее твердость; прочность стали также возрастает, но при содержании углерода более 1% вновь снижается. Вредными примесями считаются фосфор и сера, снижающие механические свойства стали.

Углеродистые стали по назначению бывают конструкционные и инструментальные. Углеродистая конструкционная сталь в зависимости от назначения подразделяется на три группы: А, Б и В.

Легированные стали помимо углерода и природных примесей содержат определенное количество добавок (марганца, хрома, никеля и др.), называемых легирующими элементами. К легирующим элементам относятся: марганец - Г, кремний - С, хром - X, никель Н, молибден - М и др.

Марганец повышает прочность стали, ее износостойкость и сопротивление ударным нагрузкам без снижения пластичности.

Кремний повышает упругие свойства стали.

Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость стали.

Молибден улучшает механические свойства стали при нормальной и повышенной температуре.

Легированные стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавеющие, жаростойкие и др.).

Конструкционные низколегированные стали содержат не более 0,6% углерода. Основные легирующие элементы низколегированных сталей: кремний, марганец, хром, никель. Другие легирующие элементы входят в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить свойства стали. Общее содержание легирующих элементов в стали не должно превышать 5%.

Низколегированные стали обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.

В строительстве легированные стали применяют для изготовления ответственных металлических конструкций (ферм, балок) марки 10ХСНД, 15ХСНД, арматуры для предварительно-напряженного бетона марки 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, ЗОХГСА, и 35ХГСА. Прочность при растяжении таких сталей в 2…3 раза выше, чем обыкновенных углеродистых сталей СтЗ и Ст5. Такие высокие прочностные показатели позволяют получать из легированных сталей легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это в свою очередь снижает расход металла и уменьшает массу здания.

 


Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!