2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций

2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация

Материалами для металлических конструкций служат прокатная сталь, стальное литье и алюминиевые сплавы. Сталь - сплав железа с углеродом и незначительным количеством примеси и легирующих добавок. Стали, подразделяются на стали углеродистые и легированные.

Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делят на малоуглеродистые (0,09...0,23% углерода), среднеуглеродистые (0,24...0,5% углерода) и высокоуглеродистые (0,31.1,2% углерода). Наибольшее применение получила малоуглеродистая сталь.

Легированные стали делятся на 3 группы: низколегированные (до 2,5% добавок), среднелегированные (2,6...10%) и высоколегированные (более 10%). По способу выплавки стали, подразделяют на мартеновские и конверторные, при поставке их не различают по способу изготовления.

В зависимости от степени раскисления различают спокойную, полуспокойную и кипящую стали. Если сталь не раскислять, то происходит выделение газов из стали. Сталь производит впечатление кипящей жидкости. Такая сталь называется кипящей, она засорена газами и менее однородна. Если в сталь добавить раскислитель - кремнии (0,12...0,3%) или алюминий (до 0,1%), то эти элементы уменьшают вредное влияние кислорода.

Такой процесс называется раскислением стали, он сопровождается выделением тепла. Сталь, остывает спокойно, поэтому ее называют спокойной.

Если уменьшить раскислитель (0,05—0,15 кремний), то получается полуспокойная сталь. Спокойная сталь на 12% дороже кипящей, что определяет области ее применения. В зависимости от механических свойств ( ) все стали условно делят на три группы - с обычной, повышенной и высокой прочностью. К сталям с обычной прочностью относят малоуглеродистые стали, с повышенной прочностью – низколегированные, и высокой прочности - среднелегированные стали.

Поставка сталей обычной прочности производится по трем группам: по группе А - с гарантией по механическим свойствам, по группе Б - с гарантией по химическому составу, по группе В - с гарантией по механическим свойствам и химическому составу. В инженерных конструкциях применяется, как правило, сталь группы В.

Свойства сталей определяются их химическим составом. Углерод повышает предел текучести и прочности стали, но снижает пластичность и свариваемость. Легирующие добавки улучшают свойства сталей. Так, кремний раскисляет сталь, увеличивает ее прочность, но ухудшает свариваемость. Марганец увеличивает прочность, незначительно снижая ее пластичность. Медь увеличивает прочность и коррозийную стойкость, но способствует старению стали. Значительно повышает механические свойства никель, хром, ванадий, вольфрам и др., но эти добавки дефицитны и дороги.

Некоторые примеси вредны для сталей. Фосфор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, делает ее хрупкой при низкой температуре. Сера способствует образованию трещин при сварке. Кислород, водород и азот, попадая в расплавленный металл из воздуха, ухудшают структуру стали, увеличивая ее хрупкость.

Алюминиевые сплавы получают на основе алюминия, легируют сплавы марганцем, магнием, кремнем, цинком, медью, хромом.

Большое распространение в строительстве получил сплав алюминия н магния АМГ 6, который хорошо сваривается. Сплавы алюминия, магния и меди называют дюралюминами - они наиболее дешевы. По способу производства изделия из алюминиевых сплавов делятся на две группы: деформированные - для изготовления листов, профилей, труб и литейные - для фасонных отливок. Первая группа составляет 80%, вторая - 20% общего объема.

Соединение элементов из алюминиевых сплавов осуществляется на сварке, на стальных болтах и на клею. Сварка применяется в основном газовая и электродуговая в среде защитных газов. Клеевые соединения выполняются горячим или холодным способом. При горячем способе эпоксидную смолу подогревают, а затем наносят на очищенную и подогретую до 80...120⁰ С поверхность, которую потом выдерживают два часа под давлением 0,05...0,3 МПа при температуре 180⁰ С. При холодном способе склеивание выполняют при обычных температурах.

Маркировка сплавов ведется по легирующим элементам, например, АМг - алюминий - магний ; АМг6 - содержит 6% магния ; АМц - алюминий - марганец, АД - силумины, содержат магний и кремний ; АВ - авиали , содержат магний, кремний и медь; Д1, Д16 и т.д. - дюралюмины, содержат алюминий, магний, медь.

Упрочнение сплавов, кроме легирования, производится термообработкой (закалкой, старением) и нагартовкой (наклепом, вытяжкой). Наличие или отсутствие упрочнения вводится в обозначение сплава: отожженное состояние - М, закаленное и естественное старение - Т, закаленное е искусственное состаренное - II; нагартовка - Н, полунагартовка - П.