2. Осн. Свойства металлов примен в строй констр.

Стали

Общие сведения. Качество стали, применяемой при изготовлении металлических конструкций, определяется:

1) механическими свойствами: сопротивлением статическим воздействиям (временным сопротивлением и пределом текучести при растяжении); сопротивлением динамическим воздействиям и хрупкому разрушению (ударной вязкостью при различных температурах); показателями пластичности (относительным удлинением); сопротивлением расслоению (изгибом в холодном состоянии). Кроме того, качество стали определяется сопротивлением многократному нагруженную (усталостью);

2) свариваемостью, которая гарантируется соответствующим химическим составом стали и технологией ее производства;

3) коррозийной стойкостью;

4) склонностью к старению;

5) технологичностью.

По механическим свойствам стали делятся на три группы (табл. 2.1):

- обычной прочности;

- повышенной прочности;

- высокой прочности.

Вредные примеси. К ним в первую очередь относятся: фосфор, который, образуя раствор с ферритом, повышает хрупкость стали, особенно при пониженных температурах (хладноломкость), и снижает пластичность при повышенных; сера, делающая сталь красноломкой (склонной к образованию трещин при температуре 800-1000°С) вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. Поэтому содержание серы и фосфора в стали ограничивается: так, в углеродистой стали СтЗ серь; должно быть не больше 0,05 % и фосфора-0,04 %.

Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение ее газами, которые могут попасть из атмосферы в металл, находящийся в расплавленном состоянии. Кислород действует подобно сере, но в более сильной степени и повышает хрупкость стали. Несвязанный азот также снижает качество стали. Водород хотя и удерживается в незначительном количестве (0,0007%), но, концентрируясь около включений в межкристаллических областях и располагаясь преимущественно по границам блоков, вызывает в микрообъемах высокие напряжения, что приводит к снижению сопротивления стали хрупкому разрушению, снижению временного сопротивления и ухудшению пластических свойств. Поэтому расплавленную сталь (например, при сварке) необходимо защищать от воздействия атмосферы.

Термическая обработка. Значительного повышения прочности, деформационных и других свойств стали помимо легирования достигают термической обработкой благодаря тому, что под влиянием температуры, а также режима нагрева и охлаждения изменяются структура, величина зерна и растворимость легирующих элементов стали.

Алюминиевые сплавы

 Алюминий по своим свойствам существенно отличается от стали. Плотность его ρ=2,7 т/м³, т.е. почти в три раза меньше плотности стали. Модуль продольной упругости алюминия E=71 000 МПа, модуль сдвига G=27000 МПа, что примерно в три раза меньше, чем модуль продольной упругости и модуль сдвига стали. Алюминий не имеет площадки текучести; прямая упругих деформаций непосредственно переходит в кривую упругопластических деформаций. Алюминий очень пластичен; удлинение при разрыве достигает 40...50 %, но прочность его весьма низка σв=60...70 МПа, а условныйпредел текучести σ0,2=20...30 МПа. Чистый алюминий быстро покрывается очень прочной окисной пленкой, препятствующей дальнейшему развитиюкоррозии.

Вследствие весьма низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется весьма 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.

Особенностью ряда многокомпонентных сплавов Аl-Mg-Si; Al-Сu-Mg; Al-Mg-Zn) является их способность к дальнейшему увеличению прочности в процессе старения после термической обработки; такие сплавы называются термически упрочняемыми.

Временное сопротивление некоторых высокопрочных сплавов (системы Al-Mg-Zn) после термической обработки и искусственного старения превышает 400 МПа; относительное удлинение при этом составляет всего 5-10%. Термическая обработка сплавов двойной композиции (Al-Mg, Al-Мn) к упрочнению не приводит; такие сплавы получили название термически не упрочняемые.

Повышение предела текучести σ0,2 изделий из этих сплавов в 1,5- 2 раза может быть достигнуто холодной деформацией (нагартовкой), относительное удлинение при этом также существенно снижается. Следует отметить, что показатели всех основных физических свойств сплавов вне зависимости от состава легирующих элементов и состояния (состаренное, нагартованное) практически не отличаются от таковых для чистого алюминия.

Коррозионная стойкость сплавов зависит от состава легирующих добавок, состояния поставки и степени агрессивности внешней среды.

Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы и т. п.) поставляются с заводов в соответствии с установленными стандартами. Состояние поставки указывается в обозначении после марки сплава: ГП-горячекатаное; М-мягкое (отожженное); Н-нагартованное; 1/2Н-полунагартованное для листов или П-то же, для профилей и труб; Т-закаленное и естественно состаренное в течение 3- 6 сут при комнатной температуре; T1-закаленное и искусственно состаренное в течение нескольких часов при повышенной температуре; Т5- не полностью закаленное и искусственно состаренное.

Из большого числа марок алюминия к применению в строительстве рекомендуется всего шесть, некоторые из которых в нескольких состояниях поставки.

Конструкции из алюминия благодаря малой массе, стойкости против коррозии, холодостойкости, антимагнитной, отсутствия искрообразования, долговечности и хорошему виду имеют перспективу применения во многих областях строительства. Однако из-за высокой стоимости алюминиевых сплавов применение их в строительных конструкциях ограничено.