![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
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; за- порно-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'1 и температурой плавления 658°С. Кристаллическая решетка его - гранецентрированный куб с периодом 0, 40412 нм. Реальные зерна алюминия, как и зерна железа, имеют блочное строение и аналогичные дефекты - вакансии, межузельные атомы, дислокации,, мало- и большеугловые границы между зернами, Механические свойства отожженного алюминия высокой чистоты: ан = 50 МПа, = 15 МПа; 5= 50%, а технического алюминия (АДМ): од = 80 МПа, = 30 МПа; 5= 35%. Технический алюминий вследствие малой прочности в строительных конструкциях применяется редко. Повышение прочности достигается легированием Mg, 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 на термически упрочняемые и неупрочняемые. К термически упрочняемым относятся сплавы Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; термически неупрочняемым - технический алюминий и двухкомпонентные сплавы Al-Мп и Al-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 - нагарто- ванный; 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 А1), 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 напряжении, 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. Медь в чистом виде имеет небольшую прочность и высокую пластичность: сгд = 200-250 МПа, 8- 30-35% (после прокатки и отжига). 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 (or-фаза). При содержании цинка до 45% возникает вторая - /7-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: а - латуни (Л96) (томпак), Л80 (полутомпак) и Л70 - стд = 240-320 МПа, 8= 50-52%; а+ р' - латуни - од = 360-390 МПа, 5 = 44-49% (томпак в пер. с фр. - медь). Для улучшения свойств латуни подвергают холодному и горячему деформированию, рекристаллизационному отжигу при 500-700°С (а - латуни) и легированию добавками Sn, Si, Мп, Al, Fe, Pb, повышающими прочность, коррозионную стойкость и антифрикционные свойства. Специальные латуни маркируют: ЛА77-2 (латунь, содержащая 77% Си, 2% А1 и 21% Zn). ЛАЖ60-1-1 (латунь, содержащая 60% Си, 1% А1, 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 (а-фаза). При бо'льшем 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. Бронзы, обрабатываемые давлением, имеют од = 350-400 МПа, 8 = 40-70% (после отжига) и а, и = 550-800 МПа, 8 = 4-12% (после холодной деформации); бронзы для фасонного литья - ой = 150-180 МПа, £ =6-8%. 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. Ьериллиевые бронзы содержат 2-2, 5% Be и обладают наилучшими свойствами из всех известных бронз. После закалки при 760-780°С и старении при 300-350°С механические свойства ее составляют: од = 1300-1350 МПа, 8= 1, 5%, НВ 4000. Свинцовые бронзы содержат до 30% РЬ и не образуют твердых растворов свинца в меди. Они склонны, как и оловянистые бронзы, к ликвации, имеют невысокую прочность (оя = 60 МПа), пластичность (8= 4%) и хорошие антифрикционные свойства. Маркируют все бронзы аналогично латуням. Например, БрОЦСНЗ-7-5-1 - оловяпистая бронза, содержит 3% Sn, 7% Zn, 5% Pb, 1% Ni и 84% Си; БрАЖН 10-4-4 - алюминиевая бронза, содержит 10% А1, 4% Fe, 4% Ni и 82% Си. Титан- металл серебристо-белого цвета, плавится при 1665±5°С. Существует в двух модификациях: а-титан до 882°С (плотность 4505 кг/м3) кристаллизующийся в гексагональной решетке и /? -титан при температуре 900°С и более (плотность 4320 кг/м3), кристаллизующийся в объемно-центрированной кубической решетке с периодом 0, 33132 нм. На поверхности титана легко образуется прочная оксидная пленка, защищающая его от коррозии во всех средах, кавитационной коррозии и коррозии под напряжением. Технический титан марок ВТ 1-00, ВТ 1-0 и ВТ1-1 имеет невысокую прочность, пластичен (сгд = 300-350 МПа, S = 20-30%), 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 Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zn, Si. Различают а-сплавы и а+/? -сплавы титана. Первые представляют собой твердый раствор легирующих элементов (А1 - основной, Sn, Zn и Mo, Fe, Cr) в а-титане. Они не упрочняются термообработкой и подвергаются только рекристаллизационному отжигу при 780-850°С. а+/? -сплавы состоят из а- и /? твердых растворов и содержат кроме А1 2-4% Cr, Mo, Fe (стабилизаторов [3-титана), а+Д-сплавы упрочняются закалкой и старением. При закалке происходит мартенситное превращение и образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в а-титане. При старении происходит распад мар- тенситных фаз и остаточной (5 -фазы, сопровождающийся упрочнением сплава. Наиболее распространенные а-сплавы, ВТ5, ВТ5-1, ОТ4 имеют следующие показатели: аи = 700-950 МПа, 5= 12-25%, KCU = 0, 4-0, 9 мДж/м2; а+^еплавы ВТ6, ВТ8, ВТ14 - ан = 950-1400 МПа, б= 8-15%, KCU^ 0, 3-0, 8 МДж/м2. Они хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, свариваются и противостоят коррозии. Вопросы для самоконтроля 1. Какими характерными свойствами обладают металлы, как материал для строительных конструкций и оборудования? 2. Какие дефекты строения характерны для металлов и как они влияют на их физико-механические свойства? 3. Какими показателями характеризуются свойства металла и как они определяются? 4. Какие основные фазы различают в структуре железо-углеродистых сплавов, условия их существования и превращения? 5. Что такое сталь и чугун? Основные их виды. 6. Каково назначение легирующих элементов, вводимых в железоуглеродистые сплавы? Их виды, содержание. 7. Какие из цветных металлов имеют наибольшее применение в строительстве и каковы их свойства? Дополнительная литература 1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1984. 2. Артемьев И.Н. Алюминий в строительстве. - Л.: Стройиздат, 1985. 3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1983. 4. Материаловедение / Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986. Глава VIII. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА § 1. Общие сведения Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пла- стично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зерна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используют для изготовления: бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожженных искусственных материалов; строительных растворов - кладочных, штукатурных и специальных. Неорганические вяжущие вещества делят на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу они делятся нй четыре группы: гипсовые вяэ/сущие, основой которых является сернокислый кальций, магнезиальное вяжущее, содержащее каустический магнезит MgO; жидкое стекло - силикат натрия или калия (в виде водного раствора); известковые вяэюущие, состоящие главным образом из оксида кальция СаО. Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде. По своему химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех видов: CaO-SiCh-AhCh-FeiCb. Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих: силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности - главные вяжущие современного строительства; алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты; главным из них является глиноземистый цемент и его разновидности; гидравлическая известь и романцемент. В отдельную группу выделяют вяжущие автоклавного твердения - это вещества, способные при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара, затвердевать с образованием плотного, прочного камня. В эту группу входят: известково- кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие, нефеленовый цемент и др., хотя по существу они тоже относятся к гидравлическим вяжущим.
|