Основні розміри сталевих труб

Труби	Зовнішній діаметр, мм	Товшина стінки, мм	Довжина, м
Безшовні гарячсформовоні	25...820	2,5...75	4...12,5
Безшовні холодноформовані особливо тонкостінні	2...250	0,3...9	4...12,5
Безшовні тонкостінні	5...250	0,6...20	4...12,5
Товстостінні та особливо товстостінні	6...250	1,6...24	4...12,5
Прямошовні електрозварні	8...1620	0,8...20	5...12,0
Електрозварні зі спіральним швом	159...1420	3.5...14	10...18,0

Поряд з круглими зварними трубами для сталевих конструкцій використовують квадратні та прямокутні гнутозварні труби.

Метал, призначений для зведення будівельних конструкцій, зберігають у штабелях відповідно з його профілем, розміром та маркою. Вкладають його на металеві або дерев'яні підкладки шириною не менше 15 см. Щоб запобігти виникненню електрохімічної корозії металу, дерев'яні підкладки просочують спеціальною сумішшю та фарбують лакофарбовими матеріалами. Ширину штабеля при вкладанні кутикової сталі, швелерів та двотаврових балок беруть 2,0...2,5 м, висота в усіх випадках не повинна перевищувати 1,5 м. Для зберігання труб, круглої та квадратної сталі встановлюють металеві стелажі, які запобігають розриванню штабеля.

Кольорові метали та сплави й матеріали на їхній основі.

Кольорові метали, на відміну від чорних, мають вищу пластичність при нормальних температурах, більшу стійкість проти корозії, більш тепло- і елек­тропровідні, мають нижчу температуру плавлення. Вартість кольорових металів і їхніх сплавів у порівнянні з чорними значно вище У будівництві кольорові мета­ли використовують у вигляді сплавів.

Алюміній і його сплави. З усіх кольорових металів у будівництві найбільш поширеним є алюміній. Його масова частка у земній корі становить 8,8%, густи­на - 2,7 г/см³ температура плавлення - 660°С. Алюмінієвими рудами є боксити, нефеліни, апатити й алуніти.

Для виробництва алюмінієвих сплавів, фольги, кабельних та струмопровід-них виробів використовують алюміній технічної чистоти, який містить 0,15...1% домішок.

Сплави з алюмінію поділяють на дві групи: сплави, що деформуються, з яких прокатуванням, пресуванням, волочінням, куванням і штампуванням отримують різноманітні вироби, і ливарні, призначені для виготовлення відливок. Найтиповіші алюмінієві сплави, що деформуються (типу дюралюмінію), містять 2,2...5,2% Сu, до 1,75% Мg, до 1% Sі, до 1% Fе та до 1% Мn.

Ливарні алюмінієві сплави містять підвищену кількість силіцію, міді, магнію, цинку. Серед ливарних алюмінієвих сплавів найпоширеніші силуміни - сплави алюмінію з кремнієм (в кількості 4... 13%). Ці сплави мають високі ливарні якос­ті, малу усадку і пористість, тверді й міцні. Ливарні сплави АЛ8, АЛ13 застосову­ють для виготовлення виробів та деталей, які несуть високі та середні статичні й ударні навантаження та працюють в умовах контакту з корозійноактивними се­редовищами.

Для будівельних конструкцій використовують сплави з магнієм (магналії), які відрізняються здатністю до зварювання та високою корозійною стійкістю; сплави з магнієм та силіцієм (авіалії); сплави з міддю та магнієм (дюралюміни), що мають високу міцність, але меншу корозійну стійкість порівняно з магналіями.

Сплави алюмінію використовують для виготовлення зварних деталей, тру­бопроводів, бункерів та інших деталей і виробів.

Вироби та конструкції з алюмінієвих сплавів є антимагнітними, вогне- та сейсмостійкими, при ударі не дають іскор. Вони економічні, мають добрий зов­нішній вигляд, не потребують додаткової обробки лицьової поверхні, легко об­робляються різанням.

Останнім часом алюміній набуває широкого використання у будівництві для виготовлення конструкцій, в тому числі панелей зовнішніх стін та покриттів безперервного типу, підвісних стель, збірно-розбірних та листових конструкцій. В несучих конструкціях використання алюмінію є невигідним, за винятком багатопрогонних покриттів та експлуатації в умовах дії агресивного середовища.

Вироби з алюмінієвих сплавів у вигляді листового прокату, гнутих і пресо­ваних профілів широко застосовують для виготовлення огороджувальних кон­струкцій та вікон і дверей. Пресування дає змогу отримати алюмінієві профілі, не тільки схожі із сталевими, а й ряд інших, у тому числі досить складної форми.

Висока стійкість алюмінієвих сплавів до корозії дає змогу використовувати елементи мінімальної товщини у агресивних середовищах, враховуючи тільки ви­моги за міцністю (згідно з проектом), а не вимоги захисту проти корозії. Висока холодостійкість алюмінієвих сплавів дозволяє застосовувати їх для будівництва в північних районах.

Як недоліки алюмінієвих сплавів слід зазначити низький модуль пружності , високий коефіцієнт лінійного розширення та відносну складність з'єднання конструкцій.

Мідь - це метал густиною 8,94 г/м³, температура плавлення становить 1083°С , пластичність -45%. Як конструктивний метал чисту мідь в машинобудуванні використовують рідко. Частіше її застосовують для утворення сплавів (латуні, бронзи, мельхіору, нікеліну тощо).

Латунями називають сплави міді з цинком. Цинк з міддю у кількості до 39% утворює твердий розчин. При більшому вмісті цинку в сплавах утворю­ється друга фаза.. Наявність у структурі міцнішої і твердішої другої фази сприяє підвищенню міц­ності латуні, проте знижує її пластичність. Однофазні латуні використовують для обробки тиском, а двофазні - різанням або для лиття. Добре піддається прокату, штампуванню і витягуванню. У порівнянні з чистою міддю має більш високу твердість і міцність на розтягання 250...600 МПа. У будівництві застосовується в основному для декоративних цілей(поручні, накладки і т.д.) і для санітарно - технічних пристроїв.

Бронзи - це сплави міді з такими легуючими елементами як олово, алюмі­ній, берилій, силіцій. За технологічними властивостями бронзи поділяють на деформівні та ливарні.

За хімічним складом бронзи поділяють на олов'яні та безолов'яні. Бронзи, як і латуні, бувають простими і складними.

Серед бронз особливе місце займають берилієві. Вони мають порівняно високу міц­ність, твердість, високу пружність і добру корозійну стій­кість. Це дає змогу застосовувати їх для виготовлення таких виробів, як пружи­ни, мембрани, слюсарний інструмент тощо.

Магній і його сплави. Магній - метал з мінімальною серед конструкційних металів густиною 1,74 г/см³. У зв'язку з малою міцністю і малою корозійною стійкістю технічно чистий магній як конструкційний матеріал не використовують. Алюміній і цинк поліпшують механічні властивості, манган підвищує корозійну стійкість, інші домішки підвищують пластичність і теплостійкість сплаву.

Титан і його сплави. Титан належить до легких металів, його густина 4,5 г/см³. Він має високу корозійну стійкість. Незважаючи на відносно високу температуру плавлення титану (1668°С), титанові сплави тривалий час можуть експлуатуватися лише при температурі до 550°С. Пояснюється це тим, що при підвищенні температури титан активно пог­линає гази, в тому числі водень, починаючи з Т=50...70°С; кисень з Т=400...500°С та азот і вуглекислий газ з Т= 600...700°С.

У зв'язку з високою хімічною активністю сплави титану зварюють в інер­тному середовищі (в аргоні). Таке саме середовище (або вакуум) потрібне при плавленні та утворенні виливків з титанових сплавів.

Нікель і його сплави. Нікель - це метал білого кольору густиною 8,9 г/см³, температура плавлення становить 1455°С. Це один із найважливіших промисло­вих металів. Чистий нікель має високу міцність, пластичність, є хімічно стійким.

Сплави на основі нікелю мають підвищену міцність, жаро- та корозійну стійкість, особливі електричні та магнітні властивості.

Корозійностійкі сплави нікелю широко використовують у хімічному апарато­будуванні, різноманітних галузях техніки, а також у побуті.

Жаростійкі сплави нікелю призначені для експлуатації при температурі до 900°С. Другим основним компонентом в сплавах є хром, тому їх називають ніх-ромами, використовують для виготовлення камер згоряння, деталей газових тур­бін, газопроводів, хімічної апаратури.

Жароміцні сплави нікелю. Застосовують їх для виготовлення деталей з робочою темпе­ратурою 750...1000°С.

Сплави з особливими фізичними властивостями — це сплави з заданим темпе­ратурним коефіцієнтом лінійного розширення (інвари) і температурним коефіці­єнтом модуля пружності (елінвари), магнітом'які сплави типу пермалою, з висо­ким електроопором.

Сплави на основі олова і свинцю. Олово і свинець (істинна густина 7,3 і 11,3 г/см³ відповідно) мають низькі температури плавлення (232 і 327,4°С), малу міцність (q_В=20 і 18 МПа), але високу пластичність (g = 40...50%).

Технічне олово застосовують для лудіння металів і виготовлення фольги; свинець - для футерування електролітних ванн і сірчанокислотних камер, виго­товлення фольги і кабельних оболонок.

Сплави олова і свинцю з іншими елементами використовують як антифрик­ційні матеріали і легкоплавкі припої.

Тугоплавкі метали та їхні сплави використовують в авіаційній, космічній і ядерній техніці, приладобудівній та хімічній промисловості. Значна кількість цих металів витрачається для легування залізовуглецевих сплавів - сталей і чавунів та деяких кольорових металів.

Сплави хрому мають високу міцність і жаростійкість, тому їх використовують в основному для виготовлення деталей, які працюють тривалий час при високій температурі (1050...1100°С) і значному навантаженні, здатні чинити опір повзучості і дії агресивного газового середовища. Це лопасті газових турбін, фасонні виливки для тривалої роботи в газових продуктах згорян­ня, агресивних кислих рідких середовищах.

Сплави ванадію використовують для виготовлення оболонок елементів ядерних реакторів з натрієвим теплоносієм, труб для атомних реакторів. Вони мають достатню теплопровідність і корозійну стійкість, добре деформуються, піддаються контактному і дуговому зварюванню. Сплави ванадію можна використовувати не тільки при високих (до 1200°С), а й при кріогенних температурах (нижче мінус 196°С).

Сплави ніобію використовують як конструкційний матері­ал з робочою температурою 1100...1250°С у термоядерній, космічній і електрова­куумній техніці. В хімічній промисловості з них виготовляють змійовики, дисти­лятори, трубопроводи, клапани та інші деталі апаратів. Сплави задовільно оброб­ляються різальними інструментами, зварюються.

Сплави танталу мають винятково високу стійкість у сильних кислотах, розплавах лужних металів, їх поставляють у вигляді листів, тонкостінних труб, дроту, а також заготовок, одержаних методом порошкової ме­талургії або електронно-променевою плавкою. Використовують їх для виготов­лення відповідних деталей ракетних двигунів на твердому і рідкому паливі, цис­терн для гарячих газів і рідин, в хімічному обладнанні, електровакуумній промис­ловості, електроніці. Робоча температура цих сплавів становить 1300...1650°С і вище.

Сплави молібдену застосовують для виготовлен­ня прес-форм, електродів ерозійно-іскрових апаратів, в електронній і електрова­куумній промисловості - контурів ядерних реакторів. Деталі з цих сплавів можуть працювати тривалий час при температурі 1200...1350°С і короткочасно - до 1600°С.

Сплави вольфраму використовують для виготовлення ек­ранів печей, високотемпературних термопар, електричних контактів, електродів для зварювання металів у газових середовищах. Робоча температура сплавів воль­фраму становить 2200°С, а короткочасне використання можливе при температурі до 2750°С.

Спечені порошкові матеріали поділяють на конструкційні, інструментальні та електротехнічні.

Конструкційні порошкові матеріали - це насамперед антифрикційні та фрикційні матеріали, пористі матеріали для фільтрів.

Антифрикційні матеріали - композиції, які отримують пресуванням та спі­канням порошків заліза або бронзи з 2...5% графіту. Умови пресування та спікан­ня вибирають такими, щоб пористість матеріалів становила близько 15...30%. Після спікання матеріали просочують мінеральним маслом.

Своєрідна структура (графіт і заповнені маслом пори) забезпечують цим ма­теріалам малий коефіцієнт тертя, високу стійкість до спрацювання і здатність працювати в багатьох випадках без додаткового змащування. Застосовують їх для виготовлення підшипників ковзання різного устаткування і приладів.

Фрикційні матеріали мають високий коефіцієнт тертя, тому їх застосовують для виготовлення деталей гальмівних пристроїв, дисків зчеплення тощо. Виготов­ляють ці матеріали на залізній і мідній основах з домішками свинцю, графіту, аз­бесту, кремнезему та ін. Матеріали на залізній основі призначені для роботи в умовах сухого тертя, а на мідній - у масляному середовищі.

Інструментальні порошкові матеріали - це тверді сплави. Ці матеріали відрізняються твердістю, стійкістю до спрацювання, міцністю, теплостійкістю, що досягає 900...1000°С. За своїми різальними властивостями інструменти, осна­щені твердими сплавами, значно перевершують інструменти навіть із легованих інструментальних сталей.

Проблеми довговічності та захист металевих виробів від корозії

Руйнування металів і сплавів внаслідок хімічного та електрохімічного впли­ву зовнішнього середовища називається корозією. Стійкими до корозії є деякі рідкісні метали, наприклад, золото, платина.

Розрізняють хімічну та елетрохімічну корозію. При хімічній корозії процес руйнування металу не супроводжується виникненням електричного струму. Залі­зо та його сплави розчинюються в сульфатній, хлоридній (хлористоводневій) та нітратній кислотах. Міцна нітратна кислота та луги низьких концентрацій паси­вують сплави заліза (тобто утворюють захисну плівку), а висококонцентровані розчини лугів, особливо при підвищенні температури, руйнують їх.

За характером середовища корозія може бути: газовою, атмосферною, рід­кою, а за характером руйнування - рівномірною та нерівномірною. Електрохімічна корозія пов'язана з виникненням пари гальванічних елементів. Розрізняють макро- та мікрокорозію. Макрокорозія пов'язана з розчиненням металу у зв'язку з більшою пружністю розчинення (ніж у другого металу, що входить до складу ут­вореного гальванічного елемента). Мікрокорозія виникає внаслідок неодноріднос­ті складу металу або напружень, що мають місце при різних видах обробки мета­лів. Наприклад, корозії зазнаватимуть метали однакового складу, якщо один з них наклепаний, причому він руйнується насамперед.

Отже, внаслідок структурної неоднорідності, металева деталь, занурена у розчин, являє собою гальванічну пару, в якій одна з структурних складових під­дається розчиненню. Щоб запобігти корозії, слід застосовувати метали однорід­ної структури, уникати нерівномірного надклепування та контактів з металевими сплавами, що мають різні пружності розчинення, ізолювати металеві деталі від впливу блукаючих струмів, що сприяють електрокорозії.

В результаті дії корозійних процесів може мати місце рівномірне чи нерів­номірне руйнування металу, а також міжкристалітна корозія, коли метал під впливом зовнішнього середовища руйнується по межах зерен, внаслідок чого набуває підвищеної крихкості.

Міжкристалітної корозії зазнають сплави алюмінію та нержавіючі сталі аустенітного класу, якщо вони містять підвищену кількість вуглецю, а також коли немає відповідної термічної обробки. Для захисту сталі від цього типу корозії використовують її легування, наприклад, титаном, у кількості не більше 0,8%.

При одночасному впливі змінних навантажень і корозійного середовища знижується границя витривалості металу, має місце корозійна втома.

Як основні засоби попередження корозії металів слід розглядати: застосуван­ня стійких сплавів, захисних покриттів та електрохімічних методів, в тому числі катодного захисту.

Захисні покриття можуть бути металеві, лакові, фарбові, неорганічні (оксидні, фосфатні, сульфатні, цементні). Також використовують органічні і неорганічні накладки (гума, пластмаси, скло).

Захисні покриття наносять термомеханічними, термохімічними, хімічними, гальванічними, дифузійними способами, а також методом металізації.

Контрольні запитання

1. Що таке метали?

2. Розкажіть про основні властивості металів.

3. Які метали відносяться до чорних?

4. Які метали відносяться до кольорових? Розкажіть про матеріали на їхній основі.

5. Які основи виробництва чавуну? Класифікація чавунів.

6. Які основи виробництва сталі? Класифікація вуглецевих сталей.

7. Які вам відомі вироби із сталі?

8. Що означає марка легованої сталі?

9. Що називається корозією металів?

10. Які основні засоби попередження корозії металів ?