Металлические материалы

Металлы обладают комплексом ценных технических свойств:

пластичностью,

свариваемостью, выносливостью;

способностью упрочняться и улучшать другие свойства при термомеханических и химических воздействиях.

В чистом виде металлы применяются редко.

Металлы используются в виде сплавов с другими металлами и неметаллами, например, углеродом. Железо и его сплавы (сталь С 2,14%, чугун С > 2,14%) называют черными металлами, остальные (Ag, Мg, АL, Pb, Sn, Au и др.) и их сплавы - цветными.

Наибольшее применение в строительстве имеют черные металлы. Стоимость их значительно ниже цветных. Однако последние обладают рядом ценных свойств - высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и декоративностью.

Сырьем для получения черных металлов служат руды железа, представленные минералами класса оксидов - магнетитом (FеFе₂О₄), гематитом (Fе₂О₃), хромитом (FеСг₂О₄) и др. Для производства цветных металлов используются бокситы; сульфидные и карбонатные руды меди, никеля, цинка и др.

Основы получения чугуна

Сырье для чугуна - железная руда. Чугун получают в доменных печах (1900⁰С). Способ получения чугуна основан на восстановлении железа из его природных оксидов, коксом при высокой температуре. Кокс, сгорая, образует углекислый газ. При прохождении через раскаленный кокс он превращается в оксид углерода, который и восстанавливает железо в верхней части печи по обобщенной схеме: Fе₂О₃—Fе₃О₄-+FеО—->Fе. Опускаясь в нижнюю горячую часть печи, железо плавится в соприкосновении с коксом и частично растворяя его, превращается в чугун.

В готовом чугуне содержится около 93% железа, до 5% углерода и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов, перешедших в чугун из пустой породы. В зависимости от количества и формы связи углерода и примесей с железом, чугуны имеют разные свойства, в том числе цвет, подразделяясь по этому признаку на белые и серые.

Белый чугун имеет высокую твердость и прочность (ВВ 4000-5000 Мпа), плохо обрабатывается резанием, хрупок.

Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки); высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу

Серый чугун маркируют буквами С - серый и Ч - чугун. Цифры после них указывают среднее значение прочности на растяжение (кг/мм²). Марки высокопрочного чугуна обозначают буквами и цифрами. Последние означают временное сопротивление растяжению (кг/мм²) и относительное удлинение (%) (таблица 7.2). Ковкий чугун получают длительным нагревом (отжигом) отливок из белого чугуна. Маркируют его также, как и высокопрочный чугун (таблица 7.2).

В строительстве находят применение все виды рассмотренных чугунов с графитным включением. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки); высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, испол ьзуют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промзданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах).