10 Цветные металлы

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве имеет алюминий, обладающий высокой удельной прочностью, пла­стичностью, коррозионной стойкостью и экономической эффектив­ностью. Серебро, золото, медь, цинк, титан, магний, олово, свинец и другие используются главным образом как легирующие добавки и компоненты сплавов и имеют поэтому специальное и ограниченное применение в строительстве (специальные виды стекла, уникальные объекты - мемориалы на Мамаевом кургане в Волгограде, на По­клонной горе, обелиск в честь покорения космоса в Москве и другие, в которых большое применение нашли титан, медь, и их сплавы; запорно-регулировочная арматура и устройства водопроводно-отопительных, электротехнических систем зданий и сооружений).

В чистом виде цветные металлы, как и железо, вследствие их ма­лой прочности и твердости, применяются редко.

Алюминий- металл серебристо-белого цвета, плотностью 2700 кг/м^ и температурой плавления 658°С. Технический алюминий вследствие малой прочно­сти в строительных конструкциях применяется редко. Повышение прочности достигается легированиемMg,Mn, Си,Si,Al,Zn, а также пластическим деформированием (нагартовкой), закалкой и старени­ем. Все сплавы алюминия делятся на деформируемые и ли­тейные. Деформируемые сплавы в свою очередь подразделяются натермически упрочняемыеинеупрочняемые.К термически упроч­няемым относятся сплавыAl-Mg-Si,Al-Cu-Mg,Al-Zn-Mg; термиче­ски неупрочняемым - технический алюминий и двухкомпонентные сплавы А1-Мп иAl-Mg(магналии). Медь - основная легирующая до­бавка сплавов - дуралюминов, повышает прочность, но снижает пла­стичность и антикоррозионные свойства алюминия. Марганец и маг­ний повышают прочность и антикоррозионные свойства; кремний - жидкотекучесть и легкоплавкость, но ухудшает пластичность. Цинк, особенно с магнием, увеличивает прочность, но уменьшает стойкость к коррозии под напряжением. Для улучшения свойств алюминиевых сплавов в них вводят небольшое количество хрома, ванадия, титана, циркония и других элементов. Железо (0,3-0,7%) является нежела­тельной, но неизбежной примесью. Соотношение компонентов в сплавах подбирается исходя из условий достижения ими после тер­мической обработки и старения высокой прочности, обрабатываемо­сти и коррозионной стойкости. Сплавы обозначаются марками, кото­рые имеют буквенное и цифровое обозначение, характеризующее состав и состояние сплава: М - отожженный (мягкий); Н - нагартованный; Н2 - полунагартованный; Т - закаленный и естественно со­старенный; Т1 - закаленный и искусственно состаренный; Т4 - не полностью закаленный и искусственно состаренный. Нагартовка и полунагартовка характерны для термически неупрочняемых сплавов; закалка и старение для термически упрочняемых.

Марки технического алюминия: АД, АД1 (А - алюминий, Д - сплав типа дуралюмина, 1 - характеризует степень чистоты алюминия - 99,3%; в марке АД - 98,8 Al); высокопрочного - В95, В96, ковочно­го - АК6, АК8 (цифры обозначают суммарное содержание основных и дополнительных легирующих элементов в сплаве (%).

Марки термически неупрочняемых алюминиевых сплавов: АД1М, АМцМ, АМг2М, АМг2Н2 (М - мягкий, Мц - марганец, Мг2 - магний при содержании в сплаве 2%).

Цифровое обозначение марок алюминиевых сплавов: 1915, 1915Т, 1925, 1935Т (первая цифра обозначает основу сплава - алюминий;

вторая - композицию компонентов; 0 - технически чистый алюминий, 1 - Al-Cu-Mg, 3 -Al-Mg-Si, 4 -Al-Mn, 5-Al-Mg, 9 -Al-Mg-Zn; две последние - порядковый номер сплава в своей группе.

Основными видами термической обработки алюминиевых сплавов является отжиг, закалка и старение (отпуск). Отжиг происходит без фазовых превращений и применяется для снятия остаточных напря­жений, гомогенизации, рекристаллизации и возврата. В последнем случае происходит восстановление начальных физических и механи­ческих свойств сплава, снижение прочности, повышение пластично­сти и ударной вязкости, необходимые для технологических целей.

Медьв чистом виде имеет небольшую прочность и высокую пластичность. Температура ее плавления 1083°С. Она плохо обрабатывается резанием, но хорошо деформируется в холодном и горячем состояни­ях. Широко распространены сплавы меди - латуни и бронзы.

Латунь- сплав меди с цинком. Предельная растворимость цин­ка в меди - 39%. Такой сплав представляет собой твердый раствор цинка в меди. При содержании цинка до 45% возникает вто­рая фаза. Двухфазные латуни более прочны и тверды, чем одно­фазные, но малопластичны. Марки латуней обозначают буквой Л и цифрами, указывающими содержание меди в процентах. Механиче­ские свойства одно- и двухфазных латуней: (Л96) (том­пак), Л80 (полутомпак) (томпак в пер. с фр. - медь). Для улучшения свойств латуни подвергают холодному и горячему деформированию, рекристаллизационному отжигу при 500-700°С и легированию добавкамиSn,Si,Mn,Al,Fe,Pb, повышаю­щими прочность, коррозионную стойкость и антифрикционные свой­ства. Специальные латуни маркируют: ЛА77-2 (латунь, содержащая 77% Си, 2% Al и 21% Zn). ЛАЖ60-1-1 (латунь, содержащая 60% Си, 1% Al, 1% Fe и 38% Zn). Они представляют собой однородные твер­дые растворы и поэтому весьма пластичны.

Бронзы - это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом, бериллием и другими элементами.

Оловянистые бронзы представляют твердый раствор 4-5% олова в меди. При большем содержании олова пластичность и литейные свойства бронзы резко снижаются. Перед обработкой давлением их подвергают рекристаллизационному отжигу при 600-650°С. Для улучшения литейных свойств и повышения прочности в бронзу вводят до 1% фосфора. Алюминиевые и кремнистые бронзы имеют механи­ческие свойства, аналогичные оловянистым бронзам, но более деше­вые и стойкие в агрессивных средах. В промышленности используют только однофазные бронзы, обладающие высокими пластичными и литейными свойствами.

Бериллиевые бронзы содержат 2-2,5% Beи обладают наилучшими свойствами из всех известных бронз.

Свинцовые бронзы содержат до 30% Pbи не образуют твердых растворов свинца в меди. Они склонны, как и оловянистые бронзы, к ликвации (неоднородность), имеют невысокую прочность, пластичность и хорошие антифрикционные свойства. Мар­кируют все бронзы аналогично латуням. Например, БрОЦСНЗ-7-5-1 -оловянистая бронза, содержит 3%Sn, 7%Zn, 5%Pb, 1%Niи 84% Си, БрАЖН 10-4-4 - алюминиевая бронза, содержит 10% А1, 4%Fe, 4%Niи 82% Си.

Титан- металл серебристо-белого цвета, плавится при 1665±5°С. Существует в двух модификациях: α-титан до 882°С (плотность 4505 кг/м³) кристаллизующийся в гексагональной решетке и β-титан при температуре 900°С и более (плотность 4320 кг/м³), кри­сталлизующийся в объемно-центрированной кубической. На поверхности титана легко образуется проч­ная оксидная пленка, защищающая его от коррозии во всех средах и коррозии под напряжением.

Технический титан марок ВТ 1-00, ВТ 1-0 и ВТ 1-1 имеет невысо­кую прочность, пластичен, хорошо обрабатывается давлением и сваривается. Примеси N, С, О и Н ухуд­шают антикоррозионные свойства, пластичность и свариваемость титана; охрупчивают (особенно водород) и повышают его прочность и твердость. Для улучшения механических и технологических свойств титана его легируют добавками Аl, Мо, V, Мn, Сг, Sn, Fe, Zn,Si. Различают α-сплавы и α+β-сплавы титана. Они хорошо деформируются в горя­чем и холодном состоянии, свариваются и противостоят коррозии.

11 Стальные строительные конструкции.

Рациональные марки сталей для строительных конструкций выби­рают исходя из их вида, назначения, ответственности, режима и усло­вий работы и эксплуатации. Все виды стальных строительных конст­рукций разделены на 4 группы.

К первой группе отнесены сварные конструкции, рабо­тающие в особо тяжелых условиях динамического нагружения (под­крановые балки, эстакады и др.). Для этих конструкций применяют высокопрочные низколегированные стали типа 18Г2АФпс, 12ГН2МФАЮ, а также ВСтЗГпс5, 09ГС12.

Ко второй группе отнесены сварные конструкции, рабо­тающие в условиях статической нагрузки (фермы, ригели, рамы, балки перекрытий и покрытий и др.). Для этих конструкций рекомен­дуются низкоуглеродистые и низколегированные стали повышенной и высокой прочности - ВСтЗсп5, 09Г2С, 10ХСНД и др.

К третьей группе отнесены сварные конструкции, работающие преимущественно на сжатие (колонны, стойки, опоры под оборудование и др).. Для них могут использоваться наряду с вышеука­занными для второй группы низкоуглеродистые стали - ЗСтЗкп2.

В четвертую группу включены вспомогательные конст­рукции и элементы (связи, фахверк, лестницы, ограждения и др.). Для них рекомендуются обычные низкоуглеродистые кипящие, полуспо­койные и спокойные стали группы Вст3кп (пс, сп) 2(5).