Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Строительство

Строительные материалы и изделия


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника



 

§ 9.1. Общие сведения о металлах и сплавах

 

 

Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на две группы: черные и цветные.

• Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме углерода черные металлы в небольшом количестве могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические элементы. Для придания черным металлам специфических свойств к ним добавляют некоторые так называемые легирующие вещества — медь, никель, хром и др. Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Чугун представляет собой сплав железа и углерода 2...4,3%. В специальных чугунах — ферросплавах — количество углерода может достигать 5% и более.  Присутствующие в чугуне кремний, марганец, фосфор и сера существенно влияют на его свой-Jj ства: сера и фосфор повышают хрупкость чугуна, а специальнаяВ присадка хрома, никеля, магния, алюминия и кремния придает! чугуну более высокие жаростойкость, износостойкость, повышенl0 сопротивляемость коррозии. Чугуны с добавкой указанных цществ называются легированными. В зависимости от формы, в оТорой углерод находится в чугуне, различают чугуны серые (литейные) и белые (передельные). В серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита, а в белом — в связанном состоянии в виде цемента. Пластинки графита, перерезающие металлическую структуру чугуна, понижают его прочность. Модифицированный серый чугун имеет более высокие механические свойства благодаря шаровидной и раздробленной форме графита.

Сталь содержит углерода до 2%. В отличие от чугуна — хрупкого металла — сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться). В зависимости от назначения различают стали конструкционные, содержащие 0,02...0,85% углерода, и инструментальные — 0,65...1,4%. Конструкционные стали, применяемые для строительных конструкций и арматуры железобетона, а также в машиностроении, обладают хорошей пластичностью, низкой хрупкостью. Повышение же углерода в инструментальных сталях придает им высокую твердость и хрупкость.

 

 

Механические и физические свойства сталей (жаростойкость, износостойкость, коррозионная стойкость) повышаются добавкой к ним никеля, хрома, вольфрама, молибдена, кобальта, меди, алюминия и др., называемых легирующими веществами, а стали — легированными. В зависимости от величины легирующих добавок различают стали низколегированные, содержащие до 2% легирующих веществ, среднелегированные — 2...10% и высоколегированные — более 10%. Строители широко применяют низколегированную сталь. Нержавеющая сталь является высоколегированной.

• Цветные металлы и сплавы подразделяются по плотности на легкие и тяжелые. К легким относятся сплавы на основе алюминия, магния, а к тяжелым — на основе меди, никеля. олова, свинца. За последние годы в технологии металлургии внедрены новые усовершенствования: освоен эффективный метод вакуумной обработки живой стали; получены новые виды высокопрочных сталей и чугунов; разработана эффективная технология получения алюминия из нефелинов; освоены новые виды облегченного проката, гнутого из лент и полос, диффузионный метод сварки металлов в вакууме, легирование с вакуумной обработкой, широко развивается порошковая металлургия.

В двенадцатой пятилетке будет ускоренно развиваться производство холоднокатаного листа, проката с упрочняющей термической обработкой и из низколегированных сталей, листа и жести, фасонных и высокопрочных профилей проката, экономичных и специальных видов стальных труб и арматуры из низколегированной стали и др.

•   Строение металлов и их свойства. Металлы и металлические сплавы представляют собой кристаллические тела, состоящие из бесчисленного множества кристаллических образований, груПпи рующихся   в   виде  отдельных   прочно   связанных   между  собой зерен.   Большинство   их   имеет  кубическую  объемно   центрир0 ванную  (хром, ванадий, молибден, вольфрам и некоторые дру. гие)   и  кубическую  гранецентрированную  решетки   (алюминий медь, никель, свинец, золото и серебро). Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположе-' нием атомов. Это явление называется аллотропией. Аллотропические превращения железа наблюдаются при изменении температуры.   Железо   из   расплавленной   массы   кристаллизуется  в форме решетки объемно  центрированного куба   (  9.1, /) __ 6-модификация железа; при охлаждении до температуры 1390°С она  перекристаллизовывается  в  решетку гранецентрированного куба  ( 9.1,2) —у-модификация железа, а при 898°С снова образует решетку объемно центрированного куба  0- и а-моди-фикации. Аллотропия железа имеет большое значение в процессах  горячей  механической  и  термической  обработки  чугуна и стали. Главную роль при этом играют а и ^-модификации железа.  Регулируя закалкой, отжигом и другими способами содержание этих модификаций в сталях, придают им заданные механические свойства.

При затвердевании расплава металла вначале образуются мельчайшие кристаллы правильной формы, затем, по мере охлаждения, они увеличиваются в размерах и срастаются между собой в виде деформированных неправильной внешней формы кристаллов, называемых кристаллитами. Их хорошо видно под микроскопом.

Физические свойства металлов и сплавов характеризуются цветом, плотностью, температурой плавления, теплопроводностью, коэффициентом температурного расширения.

Плотность большинства металлов превышает 7000 кг/м3, а плотность легких металлов (алюминия, бериллия, магния) менее 3000 кг/м3. Чем меньше плотность металла, тем легче и эффективнее оказываются строительные конструкции из него. Вот почему конструкции из сплавов на основе алюминия все шире применяются в строительстве.

Температуру плавления металлов важно знать для выбора режима горячей обработки металлов и получения изделий литьем. Температура плавления металла изменяется при добавке к   нему  других   веществ.   Большинство   сплавов,   например   на основе железа, имеют температуру плавления ниже, чем входное в их состав металлы. Однако некоторые сплавы цветных еталлов, например никеля и алюминия, имеют более высокую температуру плавления, чем чистый никель и алюминий. Изме-неНие температуры плавления металла от содержания в нем дру-гИх веществ характеризуется диаграммой состояния.

Расширение металлов при нагревании характеризуется коэффициентом линейного и объемного расширения. Это свойство металла необходимо учитывать при проектировании металлических строительных конструкций, так как последние под действием изменяющейся температуры могут вызвать разрушение сооружения. Важно учитывать это свойство металла при сварке, так как в результате местного нагрева свариваемых деталей может произойти образование трещин. Способность металла удлиняться при нагревании эффективно используется при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий   способом   электротермического   натяжения   арматуры.

Механические свойства металлов характеризуются их прочностью, твердостью, ударной вязкостью, усталостью и ползучестью.

Прочность — это способность металла или сплава сопротивляться действию внешних сил. В зависимости от характера этих сил различают прочность при растяжении, сжатии, изгибе, кручении. Характеризуются они соответствующим пределом прочности, т. е. условным напряжением, при котором испытуемый образец металла разрушается. Универсально испытание на растяжение, применяемое для всех металлов и сплавов. Специфическим, например, для серого чугуна, является испытание при

сжатии и изгибе.

При испытании металлов при растяжении определяют предел текучести — напряжение, при котором растяжение образца происходит без увеличения растягивающей нагрузки. Этот показатель служит основным при расчете металлических конструкций.

На усталость, или выносливость, испытывают образцы из Стали и цветных тяжелых и легких сплавов, детали из которых работают в условиях повторно-переменных растягивающих, изгибающих, сжимающих, крутящих и других нагрузок.

На ползучесть, т. е. способность деформироваться под постоянной нагрузкой, испытывают металлы, непрерывно работающие под напряжением. В результате ползучести могут увеличиваться прогибы строительных конструкций, произойти потеря устойчивости. Особенно опасна ползучесть арматурной стали в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Как результат ее, могут произойти потеря предварительного напряжения арматуры, образование трещин в бетоне и разрушение конструкции.

Твердость металла определяет противодействие его при вдавливании в него твердого стального шарика (метод Бринелля), алмазного корпуса или алмазной пирамиды.

Вязкость различают статическую и ударную (динамическую Статическая вязкость характеризуется относительным удлине нием (в процентах длины образца при разрыве) к его первоначальной длине, а ударная вязкость — количеством работы потребной для разрушения образца ударной нагрузкой.

Технологические свойства характеризуют способность металла подвергаться обработке. К ним относятся: пластичность, позволяющая получать металлические изделия ковкой, прокаткой волочением; обрабатываемость резанием; свариваемость, характеризуемая способностью металла давать прочные соединения путем их местного нагрева до пластичного или жидкого состояния.

 

К содержанию книги: "Строительные материалы и изделия"

 

Смотрите также:

 

 Минеральные вяжущие вещества   Бетон и строительные растворы   Добавки в бетон  Гидроизоляция  Каркасные работы  Внутренние перегородки  Лаки и краски  Строительство дома

 

Строительные материалы 

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Связь состава, структуры и свойств

Стандартизация свойств. Марки материалов

Физические свойства

Механические свойства стройматериалов

Химические и технологические свойства стройматериалов. Химические и физико-химические свойства

Технологические свойства стройматериалов

Методика преподавания свойств строительных материалов

  

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Магматические породы

Химический и минеральный составы магматических пород

Важнейшие виды магматических пород и их строительные свойства

Осадочные горные породы. Классификация осадочных горных пород

Химический и минеральный составы осадочных пород

Важнейшие виды осадочных пород и их строительные свойства

Важнейшие метаморфические породы

Виды материалов и изделий. Технические требования к ним

Добыча и обработка каменных материалов. Технология каменных материалов и изделий включает добычу горной породы и ее обработку

Меры защиты каменных материалов от выветривания в сооружениях

Методика преподавания природных каменных материалов

 

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Сырье для производства керамических материалов и изделий

Непластичные материалы

Глазури и ангобы

Общая схема производства керамических изделий

Стеновые материалы

Кирпич керамический обыкновенный

Эффективные стеновые керамические изделия

Монтаж дома из керамических панелей

Облицовочные материалы и изделия

Керамические изделия для внутренней облицовки

Керамические материалы и изделия различного назначения

Керамические трубы

Санитарно-техническая керамика

Теплоизоляционные керамические изделия

Кислотоупорные керамические изделия

Огнеупорные материалы

Методика преподавания керамических материалов и изделий

 

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ

Стекло и изделия из стекла

Сырье

Производство стекла

Свойства

Разновидности стекла и стеклянных изделий в строительстве

Ситаллы и шлакоситаллы

Литые каменные изделия

Методика преподавания стекла и других плавленых материалов и изделий

  

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Сырьевые материалы и основы технологии неорганических вяжущих веществ

Производство неорганических вяжущих веществ

Воздушные вяжущие вещества

Свойства гипсовых вяжущих

Применение гипсовых вяжущих

Магнезиальные вяжущие вещества

Растворимое стекло и кислотоупорный цемент

Известь строительная воздушная

Твердение и свойства

Применение извести

Гидравлические вяжущие вещества

Портландцемент

Состав портландцемента

Твердение портландцемента

Структура портландцемента

Свойства портландцемента

Стойкость затвердевшего цемента

Применение портландцемента

Разновидности портландцемента

Портландцементы с активными минеральными добавками

Твердение

Свойства портландцементов

Другие вяжущие с активными минеральными добавками

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие. Глиноземистый цемент

Сырье и производство

Состав и особенности твердения глиноземистого цемента

Свойства и применение глиноземистого цемента

Расширяющиеся и безусадочные цементы

Методика преподавания неорганических вяжущих веществ

  

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Основные свойства строительных растворов

Применение растворов различных видов

Методика преподавания бетонов и строительных растворов

 

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ БЕЗОБЖИГОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Силикатные материалы и изделия

Сырье

Производство силикатных изделий

Тяжелый силикатный бетон

Легкие силикатные бетоны

Ячеистые силикатные бетоны

Гипсовые и гипсобетонные изделия

Свойства изделий на основе гипса

Производство изделий из гипсовых и гипсобетонных смесей

Асбестоцементные материалы и изделия

Сырье

Производство асбестоцементных изделий

Виды асбестоцементных изделий

 

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Основы технологии черных металлов

Производство стали

Строение металлов

Кривые охлаждения и нагревания железа

Структура

Механические испытания металлов

Основы термической обработки стали

Виды термической обработки стали

Химико-термическая обработка стали

Наклеп, возврат и старение стали

Применение металлов в строительстве. Сталь углеродистая обыкновенного качества

Сталь легированная

Применение стали в строительстве

Чугуны

Цветные металлы и сплавы

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Сварка металлов

 

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Строение и состав древесины

Механические свойства древесины

Пороки древесины

Сушка древесины

Защита древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания

Основные породы древесины, применяемые в строительстве

Материалы и изделия из древесины

Строительные детали и изделия из древесины

Методика преподавания материалов и изделий из древесины

  

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Строение и свойства теплоизоляционных материалов

Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия

Теплоизоляционные материалы из вспученных горных пород и изделия на их основе

Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Акустические материалы и изделия

Звукопоглощающие материалы и изделия

Звукоизоляционные материалы и изделия

Методика преподавания теплоизоляционных и акустических материалов и изделий

 

БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ

Битумы

Состав и структура битумов

Свойства битумов

Дегти

Состав, свойства и применение дегтя

Смешанные вяжущие на основе битумов и дегтей, эмульсии и пасты

Материалы на основе битумов и дегтей

Сырье

Структура и состав асфальтового бетона

Производство асфальтового бетона

Свойства асфальтового бетона

Применение асфальтового бетона

Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы

Покровные материалы

Рулонные покровные материалы

Беспокровные рулонные материалы на основе

Обмазочные материалы (мастики, эмульсии и пасты)

Герметизирующие материалы (герметики) на основе битумов

Методика преподавания вяжущих и материалов на основе битумов и дегтей

  

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПЛАСТМАСС

Основные компоненты пластмасс

Наполнители

Пластификаторы. Стабилизаторы, отвердители, инициаторы

Основные свойства строительных пластмасс. Прочность пластмасс

Виды строительных материалов и изделий из пластмасс

Конструкционно-отделочные и отделочные материалы

Материалы для полов

Теплоизоляционные материалы

Гидроизоляционные материалы и герметики

Трубы и санитарно-технические изделия

Применение полимеров в технологии бетонов

Клеи на основе полимеров

Методика преподавания материалов и изделий из пластмасс

  

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Пигменты и наполнители

Природные неорганические пигменты

Искусственные неорганические пигменты

Металлические и органические пигменты

Связующие вещества, растворители и разбавители

Растворители и разбавители

Красочные составы

Лаки

Водоразбавляемые краски на основе неорганических вяжущих веществ и клеев





Rambler's Top100