1.14 Алюминиевые сплавы
Алюминий по своим свойствам существенно отличается от стали. Его плотность r = 2,7 т/м3, т.е. почти в 3 раза меньше плотности стали. Модуль продольной упругости алюминия E=71 000 МПа, модуль сдвига G= 27000 МПа, что примерно в 3 раза меньше, чем модуль продольной упругости и модуль сдвига стали.
Алюминий не имеет площадки текучести. Прямая упругих деформаций непосредственно переходит в кривую упругопластических деформаций (рис. 1.3). Алюминий очень пластичен: удлинение при разрыве достигает 40 — 50%, но прочность его весьма низкая: s = 6...7 кН/см2, а условный предел текучести s02 = 2...3 кН/см2. Чистый алюминий быстро покрывается прочной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшему развитию коррозии.
Рис. 1.3 - Характеристики алюминиевых сплавов:
а — диаграммы растяжения; 1 — чистый алюминий; 2 — сплав 1915; 3 — сплав 1915Т1; 4 — сталь С245; б— зависимости временного сопротивления (1) и условного предела текучести (2) от температуры
Вследствие весьма низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется довольно редко. Значительное увеличение прочности алюминия достигается путем легирования его магнием, марганцем, медью, кремнием, цинком и некоторыми другими элементами.
Временное сопротивление легированного алюминия (алюминиевых сплавов) в зависимости от состава легирующих добавок в 2 — 5 раз выше, чем технически чистого; однако относительное удлинение при этом соответственно в 2 — 3 раза ниже. С повышением температуры прочность алюминия снижается и при температуре свыше 300 °С близка к нулю.
Из большого числа марок алюминия к применению в строительстве рекомендуются следующие:
термически неупрочняемые сплавы: АД1 и АМцМ; АМг2М и АМг2МН2 (листы); АМг2М (трубы);
термически упрочняемые сплавы: АД31Т1; АД31Т4 и АД31Т5 (профили);
1915 и 1915Т; 1925 и 1925Т; 1935, 1935Т, АД31Т (профили и трубы).
Все указанные выше сплавы, за исключением сплава 1925Т, который используется только для клепаных конструкций, хорошо свариваются.
1.15 Влияние различных факторов на свойства стали. Старение
Под старением понимают изменение свойств низкоуглеродистой стали без заметного изменения ее микроструктуры. При старении увеличиваются предел текучести временное сопротивление и уменьшается пластичность.
С
тарению
способствуют:
механические воздействия и особенно развитие пластических деформаций (механическое старение);
температурные колебания, приводящие к изменению растворимости и скорости диффузии компонентов (физико-химическое старение).
Деформационное старение происходит в сталях, подвергавшихся холодной деформации (холодная гибка, правка и т.п.). Процесс развивается в течение 15... 16 суток при 20 °С и за несколько минут при 200...350 °С.
Наиболее подвержены старению стали, загрязненные и насыщенные газами, например, кипящая сталь.
Старение малоуглеродистых мостовых и строительных сталей может стать причиной разрушения конструкций, особенно при низких температурах. Чтобы уменьшить склонность стали к старению, при выплавке применяют дегазацию и модифицирование алюминием, титаном и ванадием, которые связывают азот и нитриды.