7.10. Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы и сплавы на их основе применяют в специаль­ных случаях, так как производятся они в значительно меньших коли­чествах, чем черные, а стоимость их существенно выше. Их использу­ют в основном, когда требуется высокая коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность, повышенные декоративные качества, а для сплавов на основе алюминия — малый вес конструкций. В строи­тельстве в основном применяют сплавы меди и алюминия; перспек­тивны также сплавы на основе титана.

1 Медь и сплавы на ее основе. Чистая медь — мягкий (НВ 400 МПа) пластичный металл красноватого цвета, плотностью 8960 кг/м , отли­чающийся высокой теплопроводностью [X = 400 Вт/(м ■ К)] и электро­проводностью. Прочность меди невысока: Л_р = 180...240 МПа; температура плавления — 1080 °С. У меди большой температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР= 17 • 10~⁶ К"¹ (т. е. в 1,7 раза выше, чем у железа). Медь — коррозионно-устойчивый металл: в сухом воздухе медь не окисляется, во влажном — покрывается ко­ричневой оксидной пленкой, защищающей от дальнейшего окисле­ния. При длительном (годы) нахождении меди во влажном воздухе на поверхности образуется устойчивый голубоватый слой основного карбоната меди, называемый патиной.

Ц Медь и ее сплавы относят к числу металлов, известных с глубокой древности, так как встречались в природе в виде самородков, а также достаточно просто выплавлялись из медных руд.

Около 50 % меди применяют в электротехнике. В строительстве медные листы толщиной 0,4...0,6 мм используют для устройства кра-

158

сивых и долговечных кровель, водосточных систем и водопооволнм* труб. Большая часть меди применяется в виде сплавов - лмтоей и бронз. ^лвунеи и

Латуни - сплавы меди с цинком (10...40 %); хорошо поддаются прокату, штамповке и вытягиванию. Прочность и твердость более* высокая, чему меди: R_p = 250...600 МПа; НВ = 500...700. В строитель­стве латунь используют для декоративных элементов (поручни на­кладки и т. п.) и для санитарно-технических устройств. В некоторых странах (например, Англии) латунные трубы, характеризующиеся высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, применя­ют в отопительных и водопроводных системах; такие системы отли­чаются очень высокой долговечностью.

Бронзы — сплавы меди с оловом (до 10 %), алюминием, свинцом и др. Их прочность почти такая же, как у меди, твердость же сущест­венно выше — НВ Щ 600... 1600. Бронзы обладают хорошими литей­ными свойствами и коррозионноустойчивы. Применяют для декоративных целей (арматура для дверей и окон и др.), в сантехнике и для специальных целей.

1 Алюминий и сплавы на его основе. Алюминий — легкий серебри­стый металл (плотность 2700 кг/м ) с низкой прочностью (R_p = = 80... 100 МПа) и низкой твердостью (НВ 200); характеризуется вы­сокой электро- и теплопроводностью [Я = 340 Вт/(м * К)]. У алюми­ния по сравнению со сталью в 2,5 раза более высокий коэффициент теплового расширения (ТКЛР = 24 • 10" К""¹). Несмотря на химиче­скую активность, алюминий стоек к атмосферной коррозии благода­ря защитным свойствам оксидной пленки, образующейся на его поверхности.

1 Алюминий в промышленных масштабах начали производить лишь в XX в. из-за технологических трудностей производства. В на­стоящее время около 25 % производимого алюминия используется в строительстве. В чистом виде алюминий практически не применяют. Для повышения прочности, твердости и технологических свойств в него вводят легирующие добавки (Mn, Си, Mg, Si, Fe и др.). Основные виды алюминиевых сплавов — литейные и деформируемые. I Литейные алюминиевые сплавы (силумины) — сплавы алюминия с кремнием, магнием и другими элементами — обладают высокими литейными качествами; повышенной по сравнению с алюминием прочностью (Д_р до 200 МПа) и твердостью (НВ = 500...700) при доста­точно высокой пластичности.

Деформируемые алюминиевые сплавы (дюралюмины) ^соста™^я около 80 % производства алюминиевых сплавов. Это большая ГРУ^ разнообразных по составу сплавов с высокими механическими

ствами (Л_р I 200...500 МПа) (табл. 7.4), но пониженной коррозион­ной стойкостью.

Таблица 7.4. Показатели механических свойств алюминиевых сплавов для строительных конструкций

Сплав	Марка сплава	Прочность при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %
Алюминиево-марганцевый	АМц-М	100... 170	16...22
	АМг-М	160...230	10..Л8
Алюминиево-магниевый	АМгб-М	320	15
	AMi-61-M	380...410	12
Дюралюминий (сплав алюминия с медью, магнием и марганцем)	дт-т	360...410	10..Л5
	Д16-Т	400...490	6...14

Дюралюмины легко перерабатываются прокаткой, штамповкой, прессованием и сваркой в листы, трубы и профили самой сложной формы. В строительстве эти сплавы широко применяют для изготов­ления оконных и дверных переплетов и коробок, в качестве кровель­ного материала, для наружной облицовки зданий, для трехслойных панелей с пенопластовым или минераловатным утеплителем, алюми­ниевой фольги строительного назначения и для легких сборно-раз­борных конструкций, используемых для каркасов павильонов различного назначения.

Основное достоинство алюминиевых сплавов — малый вес В (плотность алюминия почти в три раза ниже плотности стали) при достаточно высокой прочности в сочетании с коррозион­ной стойкостью.

Отрицательными свойствами алюминиевых сплавов являются почти в три раза более низкий, чем у стали, модуль упругости (Е = 0,7 • 10 МПа), низкая твердость и высокий коэффициент тем­пературного расширения.

Цинк — синевато-белый металл, плавится при сравнительно низ­кой температуре — 420 °С, а при 906 °С — кипит. В чистом виде цинк был получен в XVIII в. В настоящее время мировое производство цинка составляет около 7 млн т/год. Основная цель использования цинка — защита стали от коррозии.

ft_PH нормальной температуре чистый цинк - хрупкий металл плотностью 7130 кг/м . Прочность цинка при растяжении Я = 1200...250 МПа; твердость - НВ = 400...500. У цинка высокий ТКЛР -140 • 10 ' К , что в 4 раза выше, чем у стали.

В ряду активности металлов цинк стоит перед железом и его спла­вами. Но при этом окисление цинка при температурах до 200 °С проис­ходит замедленно, так как окислению препятствует образующаяся на его поверхности пленка гидрооксикарбоната. Эти два обстоятельства (активность цинка и его замедленная коррозия) используются для за­щиты стали от коррозии путем цинкования и получения из цинка и его сплавов коррозионно-устойчивых материалов и изделий.

Более половины производимого цинка применяют для цинкова­ния. Наибольшее распространение получил метод горячего цинкова­ния, предложенный в 1837 г. инженером Сорелем. Суть метода сводится к погружению стального изделия в расплав цинка. При этом на поверхности стали образуется слой сложных соединений цинка с железом толщиной 80... 100 мкм. Этот метод в основном используют для получения оцинкованных стальных листов. Применяют и другие методы цинкования: электролитический, распыление, окраска цин-косодержащими составами и др.

Цинк как самостоятельный материал в строительстве применяют в виде листового кровельного материала, известного под названием цинк-титан. Для устранения хрупкости к цинку в этом случае добав­ляют очень небольшое (менее 1 %) количество меди и титана. Цинк-титановые кровли имеют благородный светло-серый цвет; воз­можно анодирование поверхности листов для получения асфальтово­го цвета. Долговечность таких кровель -- не менее 100 лет.

При устройстве кровель из цинковых листов из-за высокого ко­эффициента термического расширения цинка необходимо преду­сматривать возможность подвижки элементов кровли друг относи­тельно друга. Примером кровель из цинковых листов могут служить кровли Дворца спорта в Лужниках, гостиницы «Балчуг» и Историче­ского музея в Москве.

Титан (титановые сплавы) приобретают в последнее время все боль-шую популярность; они сочетают в себе низкую плотность (4500 ^/м)» высокую прочность (Д_р = 700... 1200 МПа) и твердость (НВ > WW) и высокую коррозионную стойкость. Из-за очень высокой ^стои^ сти и дефицитности титан в строительстве применяют ^Т0ЛЪК0^ уникальных сооружений (например, памятник космонавт станции метро «ВДНХ» в Москве). |

П-2764