18

Металлы и металлические изделия общие сведения о металлах и сплавах

Металлы — кристаллические вещества, характеризующиеся вы­сокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфиче­скими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться.

В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы, что связано с трудностью получения чистых веществ, а также с необходи­мостью придания металлам требуемых свойств.

Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свой­ствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с угле­родом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэ­тому далее он относится и к металлическим сплавам.

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

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элемен­тами. По химическому составу различают стали углеродистые и леги­рованные, а по назначению — конструкционные, инструментальные и специальные.

Чугун — сплав железа с углеродом (более 2,14 %), некоторым ко­личеством марганца (до 2 %), кремния (до 5 %), а иногда и других эле­ментов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана и др.

Широкое использование металлов в строительстве и других отраслях экономики объясняется сочетанием у них высоких фи­зико-механических свойств с технологичностью.

Металлы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие (у ка­менных материалов прочность на изгиб и растяжение в 10...15 раз ни­же прочности на сжатие). Так, прочность стали более чем в 10 раз превышает прочность бетона на сжатие и в 100...200 раз прочность на изгиб и растяжение; поэтому, несмотря на то что плотность стали (7850 кг/м³) в 3 раза выше плотности конструкционного бетона (2400 ± 50 кг/м³), металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче и компактнее бетонных. Этому спо­собствует также высокий модуль упругости стали (в 10 раз выше, чем у бетона и других каменных материалов). Еще более эффективны конструкции из легких сплавов (табл.).

Таблица. Физико-механические свойства металлов и их сплавов

Металл	Предел прочности при растя­жении, МПа	Плотность, кг/м
Чугун	100...600	7850
Углеродистая сталь	200.. .600	7850
Легированная сталь	500.. .1600	7850
Алюминиевые сплавы	100.. .300	2500.. .3000
Титановые сплавы	до 1500	4500.. .5000

Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.

Однако с точки зрения строителя металлы имеют и недостатки. Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защи­щать от действия огня. Это объясняется тем, что при нагревании прочность металлов резко снижается и металлоконструкции теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов. Металлы широко применяют в дру­гих отраслях промышленности, поэтому их использование в строи­тельстве должно быть обосновано экономически.