1.2.1. γενικά χαρακτηριστικάχάλυβεςΟ χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα που περιέχει πρόσθετα κραμάτων που βελτιώνουν την ποιότητα του μετάλλου και επιβλαβείς ακαθαρσίες που εισέρχονται στο μέταλλο από το μετάλλευμα ή σχηματίζονται κατά τη διαδικασία τήξης.
Ατσάλινη κατασκευή.Σε στερεά κατάσταση, ο χάλυβας είναι ένα πολυκρυσταλλικό σώμα που αποτελείται από πολλούς διαφορετικούς προσανατολισμούς κρυστάλλους (κόκκους). Σε κάθε κρύσταλλο, τα άτομα (ακριβέστερα, θετικά φορτισμένα ιόντα) είναι διατεταγμένα με τάξη στους κόμβους του χωρικού πλέγματος. Ο χάλυβας χαρακτηρίζεται από ένα κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα με κέντρο το σώμα (bcc) και με επίκεντρο το πρόσωπο (fcc) (Εικ. 1.4). Κάθε κόκκος ως κρυσταλλικός σχηματισμός είναι έντονα ανισότροπος και έχει διαφορετικές ιδιότητες σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Με μεγάλο αριθμό κόκκων διαφορετικού προσανατολισμού, αυτές οι διαφορές εξομαλύνονται, στατιστικά κατά μέσο όρο προς όλες τις κατευθύνσεις οι ιδιότητες γίνονται ίδιες και ο χάλυβας συμπεριφέρεται ως οιονεί ισοτροπικό σώμα.
Η δομή του χάλυβα εξαρτάται από τις συνθήκες κρυστάλλωσης, τη χημική σύνθεση, τη θερμική επεξεργασία και τις συνθήκες έλασης.
Το σημείο τήξης του καθαρού σιδήρου είναι 1535°C· κατά τη σκλήρυνση σχηματίζονται κρύσταλλοι καθαρού σιδήρου - φερρίτης, ο λεγόμενος 8-σίδερος με πλέγμα με κέντρο το σώμα (Εικ. 1.4, ΕΝΑ);σε θερμοκρασία 1490 °C, λαμβάνει χώρα ανακρυστάλλωση και ο σίδηρος 5 μετατρέπεται σε γ-σίδηρο με ένα πλέγμα με επίκεντρο την όψη (Εικ. 1.4, σι).Σε θερμοκρασία 910°C και κάτω, οι κρύσταλλοι σιδήρου γ μετατρέπονται και πάλι σε σωματοκεντρικούς κρυστάλλους και αυτή η κατάσταση διατηρείται μέχρι την κανονική θερμοκρασία. Η τελευταία τροποποίηση ονομάζεται α-σίδερο.
Με την εισαγωγή άνθρακα, το σημείο τήξης μειώνεται και για χάλυβα με περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,2% είναι περίπου 1520°C. Κατά την ψύξη, σχηματίζεται ένα στερεό διάλυμα άνθρακα σε γ-σίδηρο, που ονομάζεται ωστενίτης, στο οποίο τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στο κέντρο του πλέγματος fcc. Σε θερμοκρασίες κάτω των 910 °C, ο ωστενίτης αρχίζει να αποσυντίθεται. Ο σίδηρος που προκύπτει με ένα πλέγμα bcc (φερρίτης) δεν διαλύει καλά τον άνθρακα. Καθώς ο φερρίτης απελευθερώνεται, ο ωστενίτης εμπλουτίζεται σε άνθρακα και σε θερμοκρασία 723 ° C μετατρέπεται σε περλίτη - ένα μείγμα φερρίτη και καρβιδίου σιδήρου Fe 3 C, που ονομάζεται τσιμεντίτης.
Ρύζι. 1.4. Κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα:
ΕΝΑ- με επίκεντρο το σώμα
σι- με επίκεντρο το πρόσωπο
Έτσι, σε κανονικές θερμοκρασίες, ο χάλυβας αποτελείται από δύο κύριες φάσεις: τον φερρίτη και τον τσιμεντίτη, που σχηματίζουν ανεξάρτητους κόκκους και περιλαμβάνονται επίσης με τη μορφή πλακών στη σύνθεση του περλίτη (Εικ. 1.5). Οι ανοιχτοί κόκκοι είναι ο φερρίτης, οι σκούροι κόκκοι είναι ο περλίτης).
Ο φερρίτης είναι πολύ όλκιμος και έχει χαμηλή αντοχή, ενώ ο τσιμεντίτης είναι σκληρός και εύθραυστος. Ο περλίτης έχει ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ αυτών του φερρίτη και του τσιμενίτη. Ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, κυριαρχεί το ένα ή το άλλο δομικό συστατικό. Το μέγεθος των κόκκων φερρίτη και περλίτη εξαρτάται από τον αριθμό των κέντρων κρυστάλλωσης και τις συνθήκες ψύξης και επηρεάζει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα (όσο λεπτότερος είναι ο κόκκος, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα του μετάλλου).
Τα πρόσθετα κραμάτων, εισχωρώντας σε ένα στερεό διάλυμα με φερρίτη, το ενισχύουν. Επιπλέον, μερικά από αυτά, σχηματίζοντας καρβίδια και νιτρίδια, αυξάνουν τον αριθμό των θέσεων κρυστάλλωσης και συμβάλλουν στο σχηματισμό μιας λεπτόκοκκης δομής.
Υπό την επίδραση της θερμικής επεξεργασίας, η δομή, το μέγεθος των κόκκων και η διαλυτότητα των στοιχείων κράματος αλλάζουν, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή των ιδιοτήτων του χάλυβα.
Ο απλούστερος τύπος θερμικής επεξεργασίας είναι η κανονικοποίηση. Συνίσταται στην επαναθέρμανση του έλασης προϊόντος στη θερμοκρασία σχηματισμού ωστενίτη και στην επακόλουθη ψύξη στον αέρα. Μετά την κανονικοποίηση, η χαλύβδινη δομή γίνεται πιο τακτοποιημένη, γεγονός που οδηγεί σε βελτιωμένη αντοχή και πλαστικές ιδιότητες του χάλυβα έλασης και στην αντοχή του στην κρούση, καθώς και σε αυξημένη ομοιομορφία.
Με την ταχεία ψύξη του χάλυβα που θερμαίνεται σε θερμοκρασία που υπερβαίνει τη θερμοκρασία μετασχηματισμού φάσης, ο χάλυβας σκληραίνει.
Οι δομές που σχηματίζονται μετά τη σκλήρυνση δίνουν στον χάλυβα υψηλή αντοχή. Ωστόσο, η ολκιμότητα του μειώνεται και η τάση του για εύθραυστο κάταγμα αυξάνεται. Για να ρυθμιστούν οι μηχανικές ιδιότητες του σκληρυμένου χάλυβα και ο σχηματισμός της επιθυμητής δομής, σκληρύνεται, δηλ. θέρμανση σε μια θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα ο επιθυμητός δομικός μετασχηματισμός, διατήρηση σε αυτή τη θερμοκρασία για τον απαιτούμενο χρόνο και στη συνέχεια ψύξη αργά 1.
Κατά την έλαση, η δομή του χάλυβα αλλάζει ως αποτέλεσμα της συμπίεσης. Οι κόκκοι συνθλίβονται και προσανατολίζονται διαφορετικά κατά μήκος και κατά μήκος του προϊόντος έλασης, γεγονός που οδηγεί σε μια ορισμένη ανισοτροπία ιδιοτήτων. Η θερμοκρασία κύλισης και ο ρυθμός ψύξης έχουν επίσης σημαντική επίδραση. Με υψηλό ρυθμό ψύξης, είναι δυνατός ο σχηματισμός δομών σκλήρυνσης, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση των ιδιοτήτων αντοχής του χάλυβα. Όσο πιο παχύ είναι το προϊόν έλασης, τόσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός συμπίεσης και ο ρυθμός ψύξης. Επομένως, με την αύξηση του πάχους των προϊόντων έλασης, τα χαρακτηριστικά αντοχής μειώνονται.
Έτσι, μεταβάλλοντας τη χημική σύνθεση, τους τρόπους έλασης και θερμικής επεξεργασίας, είναι δυνατή η αλλαγή της δομής και η λήψη χάλυβα με καθορισμένη αντοχή και άλλες ιδιότητες.
Ταξινόμηση χάλυβα.Σύμφωνα με τις ιδιότητες αντοχής του χάλυβα, χωρίζονται συμβατικά σε τρεις ομάδες: συνηθισμένες (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN/cm 2).
Η αύξηση της αντοχής του χάλυβα επιτυγχάνεται με κράμα και θερμική επεξεργασία.
Με βάση τη χημική τους σύσταση, οι χάλυβες χωρίζονται σε άνθρακα και σε κράμα χάλυβες. Οι ανθρακούχες χάλυβες συνηθισμένης ποιότητας αποτελούνται από σίδηρο και άνθρακα με μερικά
την προσθήκη πυριτίου (ή αλουμινίου) και μαγγανίου. Άλλα πρόσθετα δεν εισάγονται ειδικά και μπορούν να εισέλθουν στον χάλυβα από μετάλλευμα (χαλκός, χρώμιο κ.λπ.).
Ο άνθρακας (C) 1, ενώ αυξάνει την αντοχή του χάλυβα, μειώνει την ολκιμότητα του και βλάπτει τη συγκόλληση, επομένως, μόνο χάλυβες με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα με περιεκτικότητα σε άνθρακα όχι μεγαλύτερη από 0,22% χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μεταλλικών κατασκευών.
Εκτός από τον σίδηρο και τον άνθρακα, οι κραματοποιημένοι χάλυβες περιέχουν ειδικά πρόσθετα που βελτιώνουν την ποιότητά τους. Δεδομένου ότι τα περισσότερα πρόσθετα επηρεάζουν σε έναν ή τον άλλο βαθμό τη συγκολλησιμότητα του χάλυβα και επίσης αυξάνουν το κόστος του, χάλυβες χαμηλού κράματος με συνολική περιεκτικότητα σε πρόσθετα κράματος που δεν υπερβαίνει το 5% χρησιμοποιούνται κυρίως στις κατασκευές.
Τα κύρια πρόσθετα κραμάτων είναι το πυρίτιο (S), το μαγγάνιο (G), ο χαλκός (D), το χρώμιο (X), το νικέλιο (N), το βανάδιο (F), το μολυβδαίνιο (M), το αλουμίνιο (U), το άζωτο (A).
Το πυρίτιο αποοξειδώνει τον χάλυβα, δηλ. δεσμεύει την περίσσεια οξυγόνου και αυξάνει την αντοχή του, αλλά μειώνει την ολκιμότητα, επιδεινώνει τη συγκολλησιμότητα και την αντοχή στη διάβρωση με αυξημένη περιεκτικότητα. Οι βλαβερές συνέπειες του πυριτίου μπορούν να αντισταθμιστούν από την αυξημένη περιεκτικότητα σε μαγγάνιο.
Το μαγγάνιο αυξάνει τη δύναμη, είναι καλό αποοξειδωτικό και, όταν συνδυάζεται με θείο, μειώνει τις βλαβερές του επιπτώσεις. Με περιεκτικότητα σε μαγγάνιο μεγαλύτερη από 1,5%, ο χάλυβας γίνεται εύθραυστος.
Ο χαλκός αυξάνει ελαφρώς την αντοχή του χάλυβα και αυξάνει την αντοχή του στη διάβρωση. Η υπερβολική περιεκτικότητα σε χαλκό (πάνω από 0,7%) συμβάλλει στη γήρανση του χάλυβα και αυξάνει την ευθραυστότητά του.
Το χρώμιο και το νικέλιο αυξάνουν την αντοχή του χάλυβα χωρίς να μειώνουν την ολκιμότητα και βελτιώνουν την αντοχή του στη διάβρωση.
Το αλουμίνιο αποοξειδώνει καλά τον χάλυβα, εξουδετερώνει τις βλαβερές συνέπειες του φωσφόρου και αυξάνει την αντοχή σε κρούση.
Το βανάδιο και το μολυβδαίνιο αυξάνουν την αντοχή χωρίς σχεδόν καμία μείωση της ολκιμότητας και εμποδίζουν το μαλάκωμα του θερμικά επεξεργασμένου χάλυβα κατά τη συγκόλληση.
Το άζωτο σε μη δεσμευμένη κατάσταση συμβάλλει στη γήρανση του χάλυβα και τον καθιστά εύθραυστο, επομένως δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,009%. Σε χημικά συνδεδεμένη κατάσταση με αλουμίνιο, βανάδιο, τιτάνιο και άλλα στοιχεία, σχηματίζει νιτρίδια και γίνεται στοιχείο κράματος, βοηθώντας στην απόκτηση μιας λεπτόκοκκης δομής και στη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων.
Ο φώσφορος είναι μια επιβλαβής πρόσμειξη γιατί, σχηματίζοντας ένα στερεό διάλυμα με φερρίτη, αυξάνει την ευθραυστότητα του χάλυβα, ειδικά σε χαμηλές θερμοκρασίες (ψυχρή ευθραυστότητα). Ωστόσο, παρουσία αλουμινίου, ο φώσφορος μπορεί να χρησιμεύσει ως στοιχείο κράματος που αυξάνει την αντίσταση στη διάβρωση του χάλυβα. Αυτή είναι η βάση για την παραγωγή χάλυβα ανθεκτικών στις καιρικές συνθήκες.
Το θείο, λόγω του σχηματισμού θειούχου σιδήρου χαμηλής τήξης, καθιστά τον χάλυβα κόκκινο-εύθραυστο (επιρρεπή σε ρωγμές σε θερμοκρασίες 800-1000 ° C). Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για συγκολλημένες κατασκευές. Οι βλαβερές συνέπειες του θείου μειώνονται με την αυξημένη περιεκτικότητα σε μαγγάνιο. Η περιεκτικότητα του χάλυβα σε θείο και φώσφορο είναι περιορισμένη και δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 0,03 - 0,05%, ανάλογα με τον τύπο (ποιότητα) του χάλυβα.
Οι μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα επηρεάζονται αρνητικά από τον κορεσμό με αέρια που μπορούν να εισέλθουν στο μέταλλο σε λιωμένη κατάσταση από την ατμόσφαιρα. Το οξυγόνο δρα σαν θείο, αλλά περισσότερο ισχυρός βαθμόςκαι αυξάνει την ευθραυστότητα του χάλυβα. Το μη σταθερό άζωτο μειώνει επίσης την ποιότητα του χάλυβα. Αν και το υδρογόνο συγκρατείται σε ασήμαντη ποσότητα (0,0007%), συγκεντρώνεται κοντά σε εγκλείσματα σε διακρυσταλλικές περιοχές και βρίσκεται κυρίως κατά μήκος των ορίων των κόκκων, προκαλεί μικροόγκους υψηλής τάσης, η οποία οδηγεί σε μείωση της αντίστασης του χάλυβα σε εύθραυστη θραύση, μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό και υποβάθμιση των πλαστικών ιδιοτήτων. Επομένως, ο λιωμένος χάλυβας (για παράδειγμα, κατά τη συγκόλληση) πρέπει να προστατεύεται από την έκθεση στην ατμόσφαιρα.
Ανάλογα με τον τύπο παροχής, οι χάλυβες χωρίζονται σε θερμής έλασης και σε θερμικά επεξεργασμένους (κανονικοποιημένους ή θερμικά βελτιωμένους). Στην κατάσταση θερμής έλασης, ο χάλυβας δεν έχει πάντα ένα βέλτιστο σύνολο ιδιοτήτων. Κατά τη διάρκεια της κανονικοποίησης, η δομή του χάλυβα εξευγενίζεται, η ομοιογένειά του αυξάνεται και το ιξώδες αυξάνεται, αλλά δεν εμφανίζεται σημαντική αύξηση της αντοχής. Η θερμική επεξεργασία (σβέση σε νερό και σκλήρυνση σε υψηλή θερμοκρασία) καθιστά δυνατή την απόκτηση χάλυβων υψηλής αντοχής που είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί σε εύθραυστα σπασίματα. Το κόστος της θερμικής επεξεργασίας του χάλυβα μπορεί να μειωθεί σημαντικά εάν η σκλήρυνση πραγματοποιείται απευθείας από θέρμανση έλασης.
Ο χάλυβας που χρησιμοποιείται σε δομικές μεταλλικές κατασκευές παράγεται κυρίως με δύο τρόπους: σε φούρνους ανοιχτής εστίας και σε μετατροπείς οξυγόνου. Οι ιδιότητες των χάλυβων ανοιχτής εστίας και χάλυβα μετατροπέα οξυγόνου είναι σχεδόν οι ίδιες, ωστόσο, η μέθοδος παραγωγής μετατροπέα οξυγόνου είναι πολύ φθηνότερη και σταδιακά αντικαθιστά τη μέθοδο της ανοιχτής εστίας. Για τα πιο κρίσιμα μέρη, όπου απαιτείται μέταλλο ιδιαίτερα υψηλής ποιότητας, χρησιμοποιούνται επίσης χάλυβες που παράγονται με επανατήξη ηλεκτροσκωρίας (ESR). Με την ανάπτυξη της ηλεκτρομεταλλουργίας, είναι δυνατή η ευρύτερη χρήση στην κατασκευή χάλυβων που παράγονται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους. Το Elektrostal χαρακτηρίζεται από χαμηλή περιεκτικότητα σε επιβλαβείς ακαθαρσίες και υψηλή ποιότητα.
Ανάλογα με τον βαθμό αποξείδωσης, οι χάλυβες μπορεί να είναι βραστοί, ημιήρεμοι ή ήρεμοι.
Οι μη αποοξειδωμένοι χάλυβες βράζουν όταν χύνονται σε καλούπια λόγω της απελευθέρωσης αερίων. Αυτός ο χάλυβας ονομάζεται χάλυβας που βράζει και αποδεικνύεται ότι είναι πιο μολυσμένος με αέρια και λιγότερο ομοιογενής.
Οι μηχανικές ιδιότητες ποικίλλουν ελαφρώς κατά μήκος του πλινθώματος λόγω της ανομοιόμορφης κατανομής των χημικών στοιχείων. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το τμήμα κεφαλής, το οποίο αποδεικνύεται ότι είναι το πιο χαλαρό (λόγω συρρίκνωσης και του μεγαλύτερου κορεσμού με αέρια) και ο μεγαλύτερος διαχωρισμός επιβλαβών ακαθαρσιών και άνθρακα συμβαίνει σε αυτό. Επομένως, το ελαττωματικό τμήμα, το οποίο είναι περίπου το 5% της μάζας του πλινθώματος, αποκόπτεται από το πλινθίο. Οι βρασμένοι χάλυβες, που έχουν αρκετά καλή αντοχή διαρροής και αντοχή σε εφελκυσμό, είναι λιγότερο ανθεκτικοί σε εύθραυστα σπασίματα και γήρανση.
Για να βελτιωθεί η ποιότητα του χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, αποοξειδώνεται με προσθήκη πυριτίου από 0,12 έως 0,3% ή αλουμινίου έως 0,1%. Το πυρίτιο (ή αλουμίνιο), σε συνδυασμό με διαλυμένο οξυγόνο, μειώνει τις βλαβερές του επιπτώσεις. Όταν συνδυάζονται με οξυγόνο, οι αποοξειδωτές σχηματίζουν πυριτικά και αργιλικά άλατα σε μια λεπτά διασκορπισμένη φάση, τα οποία αυξάνουν τον αριθμό των θέσεων κρυστάλλωσης και συμβάλλουν στο σχηματισμό μιας λεπτόκοκκης χαλύβδινης δομής, η οποία οδηγεί σε αύξηση της ποιότητας και των μηχανικών ιδιοτήτων του. Οι αποοξειδωμένοι χάλυβες δεν βράζουν όταν χύνονται σε καλούπια, γι' αυτό ονομάζονται ήρεμοι χάλυβες. Ένα τμήμα περίπου 15% αποκόπτεται από το τμήμα κεφαλής του πλινθώματος από μαλακό χάλυβα. Ο ήρεμος χάλυβας είναι πιο ομοιογενής, συγκολλάται καλύτερα και αντιστέκεται καλύτερα σε δυναμικές επιρροές και εύθραυστη θραύση. Οι αθόρυβοι χάλυβες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή κρίσιμων κατασκευών που υπόκεινται σε δυναμικές επιρροές.
Ωστόσο, οι μαλακοί χάλυβες είναι περίπου 12% ακριβότεροι από τους βρασμένους χάλυβες, γεγονός που μας αναγκάζει να περιορίσουμε τη χρήση τους και να μεταβούμε, όταν είναι πλεονεκτικό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους, στην κατασκευή κατασκευών από ημιμαλακό χάλυβα.
Ο ημιαθόρυβος χάλυβας είναι ενδιάμεσης ποιότητας μεταξύ βρασμού και ηρεμίας. Αποοξειδώνεται με μικρότερη ποσότητα πυριτίου - 0,05 - 0,15% (σπάνια με αλουμίνιο). Ένα μικρότερο τμήμα κόβεται από την κεφαλή του πλινθώματος, ίσο με περίπου το 8% της μάζας του πλινθώματος. Από πλευράς κόστους, ενδιάμεση θέση καταλαμβάνουν και οι ημι-αθόρυβοι χάλυβες. Οι χάλυβες χαμηλού κράματος διατίθενται κυρίως σε ήρεμη (σπάνια ημί-αθόρυβη) τροποποίηση.
1.2.2. Βαθμολογία χάλυβα.Το κύριο πρότυπο που ρυθμίζει τα χαρακτηριστικά των χάλυβα για την κατασκευή μεταλλικών κατασκευών είναι GOST 27772 - 88. Σύμφωνα με το GOST, τα διαμορφωμένα προϊόντα έλασης κατασκευάζονται από χάλυβες 1 S235, S245, S255, S275, S285, S345, S345K, S375· για προϊόντα έλασης φύλλων και γενικής χρήσης και λυγισμένα προφίλ, χάλυβες S390, S409 S390K, , χρησιμοποιούνται επίσης S590K. Οι χάλυβες C345, C375, C390 και C440 μπορούν να παρέχονται με υψηλότερη περιεκτικότητα σε χαλκό (για αύξηση της αντοχής στη διάβρωση) και το γράμμα "D" προστίθεται στην ονομασία χάλυβα.
Η χημική σύσταση των χάλυβα και οι μηχανικές ιδιότητες παρουσιάζονται στον πίνακα. 1.2 και 1.3.
Τα προϊόντα έλασης μπορούν να διατεθούν τόσο σε κατάσταση θερμής έλασης όσο και σε κατάσταση θερμικής επεξεργασίας. Η επιλογή της χημικής σύνθεσης και του τύπου της θερμικής επεξεργασίας καθορίζεται από το φυτό. Το κύριο πράγμα είναι να διασφαλίσετε τις απαιτούμενες ιδιότητες. Έτσι, η λαμαρίνα C345 μπορεί να κατασκευαστεί από χάλυβα με χημική σύνθεση C245 με θερμική βελτίωση. Σε αυτήν την περίπτωση, το γράμμα T προστίθεται στην ονομασία χάλυβα, για παράδειγμα C345T.
Ανάλογα με τη θερμοκρασία λειτουργίας των κατασκευών και τον βαθμό κινδύνου εύθραυστης θραύσης, οι δοκιμές αντοχής σε κρούση για τους χάλυβες C345 και C375 πραγματοποιούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, επομένως παρέχονται σε τέσσερις κατηγορίες και προστίθεται ένας αριθμός κατηγορίας στην ονομασία χάλυβα για παράδειγμα C345-1; S345-2.
Τα τυποποιημένα χαρακτηριστικά για κάθε κατηγορία δίνονται στον πίνακα. 1.4.
Τα ενοίκια παρέχονται σε παρτίδες. Η παρτίδα αποτελείται από προϊόντα έλασης ενός μεγέθους, μία κουτάλα τήξης και μία λειτουργία θερμικής επεξεργασίας. Κατά τον έλεγχο της ποιότητας του μετάλλου, επιλέγονται τυχαία δύο δείγματα από μια παρτίδα.
Από κάθε δείγμα, παρασκευάζεται ένα δείγμα για δοκιμές εφελκυσμού και κάμψης και δύο δείγματα για τον προσδιορισμό της αντοχής σε κρούση σε κάθε θερμοκρασία. Εάν τα αποτελέσματα των δοκιμών δεν πληρούν τις απαιτήσεις της GOST, τότε πραγματοποιήστε
δεύτερες δοκιμές σε διπλάσιο αριθμό δειγμάτων. Εάν οι επαναλαμβανόμενες δοκιμές δείχνουν μη ικανοποιητικά αποτελέσματα, η παρτίδα απορρίπτεται.
Η συγκολλησιμότητα του χάλυβα εκτιμάται με ισοδύναμο άνθρακα, %:
όπου C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - κλάσμα μάζας άνθρακα, μαγγανίου, πυριτίου, χρωμίου, νικελίου, χαλκού, βαναδίου και φωσφόρου, %.
Εάν με,<0,4%, то сварка стали не вызывает затруднений, при 0,4 %< С,< 0,55 % сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению возникновения трещины. При С э >Στο 0,55% ο κίνδυνος ρωγμών αυξάνεται δραματικά.
Για να ελεγχθεί η συνέχεια του μετάλλου και να αποφευχθεί η αποκόλληση, σε απαραίτητες περιπτώσεις, κατόπιν αιτήματος του πελάτη, πραγματοποιείται έλεγχος υπερήχων.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του GOST 27772 - 88 είναι η χρήση του για ορισμένους χάλυβες (S275, S285, S375) Στατιστικές μέθοδοιέλεγχος, ο οποίος εγγυάται την παροχή τυπικών τιμών αντοχής διαρροής και αντοχής σε εφελκυσμό.
Οι οικοδομικές μεταλλικές κατασκευές κατασκευάζονται επίσης από χάλυβες που παρέχονται σύμφωνα με το GOST 380 - 88 "Συνήθης ποιότητας ανθρακούχο χάλυβα", GOST 19281 -73 "Χάλυβας σε τομή και σχήμα χαμηλού κράματος", GOST 19282 - 73 "Χαμηλό κράμα παχύ φύλλο και ευρεία ζώνη χάλυβας γενικής χρήσης» και άλλα πρότυπα.
Δεν υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ των ιδιοτήτων των χάλυβα που έχουν την ίδια χημική σύνθεση, αλλά παρέχονται σύμφωνα με διαφορετικά πρότυπα. Η διαφορά έγκειται στις μεθόδους ελέγχου και στις ονομασίες. Έτσι, σύμφωνα με το GOST 380 - 88, με αλλαγές στον χαρακτηρισμό της ποιότητας χάλυβα, υποδεικνύεται η ομάδα παράδοσης, η μέθοδος αποξείδωσης και η κατηγορία.
Όταν παρέχεται στην ομάδα Α, η μονάδα εγγυάται μηχανικές ιδιότητες, στην ομάδα Β - χημική σύνθεση, στην ομάδα Γ - μηχανικές ιδιότητες και χημική σύνθεση.
Ο βαθμός αποξείδωσης υποδεικνύεται με τα γράμματα KP (βρασμός), SP (ήρεμο) και PS (ημιαθόρυβο).
Η κατηγορία χάλυβα υποδεικνύει τον τύπο των δοκιμών αντοχής σε κρούση: κατηγορία 2 - δεν πραγματοποιούνται δοκιμές αντοχής σε κρούση, 3 - διεξάγονται σε θερμοκρασία +20 °C, 4 - σε θερμοκρασία -20 °C, 5 - σε θερμοκρασία θερμοκρασία -20 °C και μετά από μηχανική παλαίωση, 6 - μετά από μηχανική γήρανση.
Στην κατασκευή χρησιμοποιούνται κυρίως οι ποιότητες χάλυβα VstZkp2, VstZpsb και VstZsp5, καθώς και χάλυβας με υψηλή περιεκτικότητα σε μαγγάνιο VstZGps5.
Σύμφωνα με το GOST 19281-73 και το GOST 19282 - 73, η ονομασία ποιότητας χάλυβα υποδεικνύει το περιεχόμενο των κύριων στοιχείων. Για παράδειγμα, η χημική σύνθεση του χάλυβα 09G2S αποκρυπτογραφείται ως εξής: 09 - περιεκτικότητα σε άνθρακα σε εκατοστά τοις εκατό, G2 - μαγγάνιο σε ποσότητα από 1 έως 2%, C - πυρίτιο έως 1 %.
Στο τέλος της ποιότητας χάλυβα αναγράφεται η κατηγορία, δηλ. τύπος δοκιμής πρόσκρουσης. Για χάλυβες χαμηλού κράματος, καθορίζονται 15 κατηγορίες, οι δοκιμές πραγματοποιούνται σε θερμοκρασίες έως -70 ° C. Οι χάλυβες που παρέχονται σύμφωνα με διαφορετικά πρότυπα είναι εναλλάξιμοι (βλ. Πίνακα 1.3).
Οι ιδιότητες του χάλυβα εξαρτώνται από τη χημική σύνθεση της πρώτης ύλης, τη μέθοδο τήξης και τον όγκο των μονάδων τήξης, τη δύναμη συμπίεσης και τη θερμοκρασία κατά την έλαση, τις συνθήκες ψύξης του τελικού προϊόντος κ.λπ.
Με τόσο διαφορετικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα του χάλυβα, είναι απολύτως φυσικό οι δείκτες αντοχής και άλλων ιδιοτήτων να έχουν μια ορισμένη διασπορά και να μπορούν να θεωρηθούν ως τυχαίες μεταβλητές. Μια ιδέα της μεταβλητότητας των χαρακτηριστικών δίνεται από ιστογράμματα στατιστικής κατανομής, που δείχνουν τη σχετική αναλογία (συχνότητα) μιας συγκεκριμένης χαρακτηριστικής τιμής.
1.2.4. Χάλυβας υψηλής αντοχής(29 kN/cm 2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
πρόσθετα, κυρίως μαγγάνιο και πυρίτιο, λιγότερο συχνά νικέλιο και χρώμιο, ή θερμικά ενισχυτικά
χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (S345T).
Σε αυτή την περίπτωση, η ολκιμότητα του χάλυβα μειώνεται ελαφρώς και το μήκος του οροπεδίου απόδοσης μειώνεται στο 1 -1,5%.
Οι χάλυβες υψηλής αντοχής είναι ελαφρώς λιγότερο συγκολλήσιμοι (ειδικά οι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο) και μερικές φορές απαιτούν τη χρήση ειδικών τεχνολογικών μέτρων για την πρόληψη του σχηματισμού θερμών ρωγμών.
Όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, οι περισσότεροι χάλυβες αυτής της ομάδας είναι κοντά στους χάλυβες χαμηλών εκπομπών άνθρακα.
Οι χάλυβες με υψηλότερη περιεκτικότητα σε χαλκό (S345D, S375D, S390D) έχουν υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση.
Η λεπτόκοκκη δομή των χαμηλών κραμάτων χάλυβα παρέχει σημαντικά υψηλότερη αντοχή σε εύθραυστη θραύση.
Η υψηλή τιμή της αντοχής σε κρούση διατηρείται σε θερμοκρασίες -40 °C και κάτω, γεγονός που επιτρέπει τη χρήση αυτών των χάλυβων για κατασκευές που λειτουργούν σε βόρειες περιοχές. Λόγω των ιδιοτήτων υψηλότερης αντοχής, η χρήση χάλυβα υψηλής αντοχής οδηγεί σε εξοικονόμηση μετάλλων έως και 20-25%.
1.2.5. Χάλυβας υψηλής αντοχής(>40 kN/cm2). Ελασμένος χάλυβας υψηλής αντοχής
(C440 -C590) λαμβάνονται συνήθως με κράμα και θερμική επεξεργασία.
Για το κράμα, τα στοιχεία που σχηματίζουν νιτρίδια χρησιμοποιούνται για την προώθηση του σχηματισμού μιας λεπτόκοκκης δομής.
Οι χάλυβες υψηλής αντοχής μπορεί να μην έχουν πλάτωμα απόδοσης (σε o > 50 kN/cm 2) και η ολκιμότητα τους (σχετική επιμήκυνση) μειώνεται στο 14% και κάτω.
Η αναλογία αυξάνεται σε 0,8 - 0,9, γεγονός που δεν επιτρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι πλαστικές παραμορφώσεις κατά τον υπολογισμό των κατασκευών που κατασκευάζονται από αυτούς τους χάλυβες.
Η επιλογή της χημικής σύνθεσης και του καθεστώτος θερμικής επεξεργασίας μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αντοχή στην εύθραυστη θραύση και να παρέχει υψηλή αντοχή σε κρούση σε θερμοκρασίες έως -70 °C. Προκύπτουν ορισμένες δυσκολίες στην κατασκευή κατασκευών. Η υψηλή αντοχή και η χαμηλή ολκιμότητα απαιτούν πιο ισχυρό εξοπλισμό για κοπή, ίσιωμα, διάτρηση και άλλες εργασίες.
Κατά τη συγκόλληση θερμικά επεξεργασμένων χάλυβων, λόγω ανομοιόμορφης θέρμανσης και ταχείας ψύξης, συμβαίνουν διάφοροι δομικοί μετασχηματισμοί σε διαφορετικές ζώνες της συγκολλημένης άρθρωσης. Σε ορισμένες περιοχές, σχηματίζονται δομές σκλήρυνσης που έχουν αυξημένη αντοχή και ευθραυστότητα (σκληρά στρώματα), σε άλλες, το μέταλλο υπόκειται σε υψηλή σκλήρυνση και έχει μειωμένη αντοχή και υψηλή ολκιμότητα (μαλακά στρώματα).
Η αποσκλήρυνση του χάλυβα στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα μπορεί να φτάσει το 5–30%, το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό συγκολλημένων κατασκευών από θερμικά επεξεργασμένους χάλυβες.
Η εισαγωγή ορισμένων στοιχείων που σχηματίζουν καρβίδιο (μολυβδαίνιο, βανάδιο) στη σύνθεση του χάλυβα μειώνει το μαλακτικό αποτέλεσμα.
Η χρήση χάλυβων υψηλής αντοχής οδηγεί σε εξοικονόμηση μετάλλων έως και 25-30% σε σύγκριση με κατασκευές από χάλυβες χαμηλών εκπομπών άνθρακα και είναι ιδιαίτερα ενδεδειγμένη σε κατασκευές μεγάλου ανοίγματος και με μεγάλο φορτίο.
1.2.6 Ανθεκτικοί στις καιρικές συνθήκες χάλυβες.Για αύξηση της αντοχής στη διάβρωση των μετάλλων
κατασκευές, χάλυβες χαμηλού κράματος που περιέχουν μικρή ποσότητα
ποσότητα (κλάσματα του ποσοστού) στοιχείων όπως χρώμιο, νικέλιο και χαλκός.
Σε κατασκευές που εκτίθενται σε καιρικές συνθήκες, οι χάλυβες με την προσθήκη φωσφόρου (για παράδειγμα, ο χάλυβας C345K) είναι πολύ αποτελεσματικοί. Στην επιφάνεια τέτοιων χάλυβων σχηματίζεται ένα λεπτό φιλμ οξειδίου, το οποίο έχει επαρκή αντοχή και προστατεύει το μέταλλο από την ανάπτυξη διάβρωσης. Ωστόσο, η συγκολλησιμότητα του χάλυβα παρουσία φωσφόρου επιδεινώνεται. Επιπλέον, σε μέταλλο έλασης μεγάλου πάχους, το μέταλλο έχει μειωμένη αντίσταση στο κρύο, επομένως η χρήση χάλυβα S345K συνιστάται για πάχη που δεν υπερβαίνουν τα 10 mm.
Σε κατασκευές που συνδυάζουν λειτουργίες φέρουσας και εγκλεισμού (για παράδειγμα, επικαλύψεις μεμβράνης), χρησιμοποιούνται ευρέως ελασματοποιημένα λεπτά φύλλα. Για να αυξήσετε την ανθεκτικότητα τέτοιων κατασκευών, συνιστάται η χρήση ανοξείδωτου χάλυβα χρωμίου ποιότητας OX18T1F2, που δεν περιέχει νικέλιο. Μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα ОХ18Т1Ф2:
50 kN/cm 2, = 36 kN/cm 2, >33 %. Σε μεγάλα πάχη, τα προϊόντα έλασης που κατασκευάζονται από χάλυβες χρωμίου έχουν αυξημένη ευθραυστότητα, ωστόσο, οι ιδιότητες των προϊόντων έλασης λεπτού φύλλου (ειδικά πάχους έως 2 mm) τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται σε κατασκευές σε θερμοκρασίες σχεδιασμού έως -40 ° C.
1.2.7. Επιλογή χάλυβα για την κατασκευή μεταλλικών κατασκευών.Η επιλογή του χάλυβα γίνεται με βάση το σχεδιασμό παραλλαγής και την τεχνική και οικονομική ανάλυση, λαμβάνοντας υπόψη τις συστάσεις των προτύπων. Προκειμένου να απλοποιηθεί η παραγγελία του μετάλλου, όταν επιλέγετε χάλυβα, θα πρέπει να προσπαθήσετε για μεγαλύτερη ενοποίηση των σχεδίων, μειώνοντας τον αριθμό των χάλυβων και των προφίλ. Η επιλογή του χάλυβα εξαρτάται από τις ακόλουθες παραμέτρους που επηρεάζουν την απόδοση του υλικού:
θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο εγκαθίσταται και λειτουργεί η κατασκευή. Αυτός ο παράγοντας λαμβάνει υπόψη τον αυξημένο κίνδυνο εύθραυστου κατάγματος σε χαμηλές θερμοκρασίες.
τη φύση της φόρτισης, η οποία καθορίζει τα χαρακτηριστικά του υλικού και των κατασκευών υπό δυναμικά φορτία, δονήσεις και μεταβλητά φορτία·
τύπος κατάστασης τάσης (μονοαξονική συμπίεση ή τάση, επίπεδο ή ογκομετρική κατάσταση τάσης) και το επίπεδο των τάσεων που προκύπτουν (στοιχεία με μεγάλο ή ελαφρύ φορτίο)·
τη μέθοδο σύνδεσης στοιχείων, η οποία καθορίζει το επίπεδο των εγγενών τάσεων, τον βαθμό συγκέντρωσης τάσεων και τις ιδιότητες του υλικού στη ζώνη σύνδεσης·
πάχος προϊόντων έλασης που χρησιμοποιούνται σε στοιχεία. Αυτός ο παράγοντας λαμβάνει υπόψη την αλλαγή στις ιδιότητες του χάλυβα με την αύξηση του πάχους.
Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του υλικού, όλοι οι τύποι κατασκευών χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ πρώτη ομάδαΑυτές περιλαμβάνουν συγκολλημένες κατασκευές που λειτουργούν σε ιδιαίτερα δύσκολες συνθήκες ή εκτίθενται άμεσα σε δυναμικά, κραδασμούς ή κινούμενα φορτία (π.χ. δοκοί γερανού, δοκοί πλατφόρμας εργασίας ή στοιχεία ανυψωτικών διαδρόμων που φέρουν απευθείας το φορτίο από τροχαίο υλικό, δοκούς ζευκτών κ.λπ.). Η καταπονημένη κατάσταση τέτοιων κατασκευών χαρακτηρίζεται από υψηλό επίπεδο και υψηλή συχνότητα φόρτισης.
Οι κατασκευές της πρώτης ομάδας λειτουργούν στις πιο δύσκολες συνθήκες, οι οποίες συμβάλλουν στην πιθανότητα εύθραυστης ή κούρασης αστοχίας τους, επομένως οι υψηλότερες απαιτήσεις τίθενται στις ιδιότητες των χάλυβα για αυτές τις κατασκευές.
Co. δεύτερη ομάδαπεριλαμβάνουν συγκολλημένες κατασκευές που λειτουργούν υπό στατικό φορτίο υπό την επίδραση ενός μονοαξονικού και μονοσήμαντου διαξονικού πεδίου εφελκυστικών τάσεων (για παράδειγμα, δοκοί, εγκάρσιες ράβδοι πλαισίου, δοκοί δαπέδου και οροφής και άλλα στοιχεία εφελκυσμού, κάμψης και κάμψης), καθώς και κατασκευές η πρώτη ομάδα απουσία συγκολλημένων αρμών .
Αυτό που είναι κοινό σε κατασκευές αυτής της ομάδας είναι ο αυξημένος κίνδυνος εύθραυστου κατάγματος που σχετίζεται με την παρουσία εφελκυστικού πεδίου τάσης. Η πιθανότητα αποτυχίας κόπωσης εδώ είναι μικρότερη από ό,τι για τις κατασκευές της πρώτης ομάδας.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ τρίτη ομάδαΑυτές περιλαμβάνουν συγκολλημένες κατασκευές που λειτουργούν υπό την κυρίαρχη επίδραση θλιπτικών τάσεων (π.χ. κολώνες, ράφια, στηρίγματα για εξοπλισμό και άλλα συμπιεσμένα και συμπιεσμένα στοιχεία κάμψης), καθώς και κατασκευές της δεύτερης ομάδας απουσία συγκολλημένων αρμών.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ τέταρτη ομάδαπεριλαμβάνουν βοηθητικές κατασκευές και στοιχεία (σιδεράκια, ημιξύλινα στοιχεία, σκαλοπάτια, φράκτες κ.λπ.), καθώς και κατασκευές της τρίτης ομάδας ελλείψει συγκολλημένων αρμών.
Εάν για κατασκευές της τρίτης και της τέταρτης ομάδας αρκεί να περιοριστεί κανείς στις απαιτήσεις αντοχής υπό στατικά φορτία, τότε για κατασκευές της πρώτης και της δεύτερης ομάδας είναι σημαντικό να εκτιμηθεί η αντίσταση του χάλυβα σε δυναμικές επιδράσεις και εύθραυστη θραύση.
Στα υλικά για συγκολλημένες κατασκευές, η συγκολλησιμότητα πρέπει να αξιολογείται. Οι απαιτήσεις για δομικά στοιχεία που δεν έχουν συγκολλημένους συνδέσμους μπορούν να μειωθούν, καθώς η απουσία πεδίων τάσης συγκόλλησης, η χαμηλότερη συγκέντρωση τάσεων και άλλοι παράγοντες βελτιώνουν την απόδοσή τους.
Σε κάθε ομάδα κατασκευών, ανάλογα με τη θερμοκρασία λειτουργίας, οι χάλυβες υπόκεινται σε απαιτήσεις για αντοχή σε κρούση σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Τα πρότυπα περιέχουν μια λίστα με χάλυβες ανάλογα με την ομάδα των κατασκευών και την κλιματική περιοχή κατασκευής.
Η τελική επιλογή του χάλυβα σε κάθε ομάδα θα πρέπει να γίνεται με βάση τη σύγκριση τεχνικών και οικονομικών δεικτών (κατανάλωση χάλυβα και κόστος κατασκευών), καθώς και λαμβάνοντας υπόψη τη σειρά του μετάλλου και τις τεχνολογικές δυνατότητες του κατασκευαστή. Σε σύνθετες κατασκευές (για παράδειγμα, σύνθετες δοκοί, ζευκτά, κ.λπ.), είναι οικονομικά εφικτή η χρήση δύο χάλυβων: υψηλότερη αντοχή για βαριά φορτισμένα στοιχεία (κορδόνια δοκών, δοκοί) και χαμηλότερη αντοχή για ελαφρά φορτισμένα στοιχεία (δικτυωτό πλέγμα, τοίχοι δοκών ).
1.2.8. Κράματα αλουμινίου.Το αλουμίνιο έχει σημαντικά διαφορετικές ιδιότητες από τον χάλυβα. Η πυκνότητά του = 2,7 t/m 3, δηλ. σχεδόν 3 φορές μικρότερη από την πυκνότητα του χάλυβα. Μέτρο διαμήκους ελαστικότητας αλουμινίου E=71 000 MPa, μέτρο διάτμησης G= 27.000 MPa, που είναι περίπου 3 φορές μικρότερο από το μέτρο διαμήκους ελαστικότητας και το μέτρο διάτμησης του χάλυβα.
Το αλουμίνιο δεν έχει επίπεδο απόδοσης. Η ευθεία ελαστικής παραμόρφωσης μετατρέπεται απευθείας στην ελαστοπλαστική καμπύλη παραμόρφωσης (Εικ. 1.7). Το αλουμίνιο είναι πολύ όλκιμο: η επιμήκυνση στο σπάσιμο φτάνει το 40 - 50%, αλλά η αντοχή του είναι πολύ χαμηλή: = 6...7 kN/cm 2 και αντοχή στεγανότητας = 2...3 kN/cm 2. Το καθαρό αλουμίνιο επικαλύπτεται γρήγορα με ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου που εμποδίζει περαιτέρω ανάπτυξηδιάβρωση.
Λόγω της πολύ χαμηλής αντοχής του, το τεχνικά καθαρό αλουμίνιο χρησιμοποιείται σπάνια σε κτιριακές κατασκευές. Σημαντική αύξηση της αντοχής του αλουμινίου επιτυγχάνεται με το κράμα του με μαγνήσιο, μαγγάνιο, χαλκό και πυρίτιο. ψευδάργυρο και κάποια άλλα στοιχεία.
Η αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος αλουμινίου (κράματα αλουμινίου), ανάλογα με τη σύνθεση των πρόσθετων κραμάτων, είναι 2-5 φορές υψηλότερη από εκείνη του εμπορικά καθαρού αλουμινίου. Ωστόσο, η σχετική επιμήκυνση είναι αντίστοιχα 2 - 3 φορές μικρότερη. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αντοχή του αλουμινίου μειώνεται και σε θερμοκρασίες πάνω από 300 ° C είναι κοντά στο μηδέν (βλ. Εικ. 1.7).
Ένα χαρακτηριστικό πολλών κραμάτων πολλαπλών συστατικών A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn είναι η ικανότητά τους να αυξάνουν περαιτέρω την αντοχή τους κατά τη διαδικασία γήρανσης μετά τη θερμική επεξεργασία. τέτοια κράματα ονομάζονται θερμικά σκληρυνόμενα.
Η αντοχή σε εφελκυσμό ορισμένων κραμάτων υψηλής αντοχής (σύστημα Al - Mg - Zn) μετά από θερμική επεξεργασία και τεχνητή γήρανση υπερβαίνει τα 40 kN/cm 2, ενώ η σχετική επιμήκυνση είναι μόνο 5-10%. Η θερμική επεξεργασία των κραμάτων διπλής σύνθεσης (Al-Mg, Al-Mn) δεν οδηγεί σε σκλήρυνση· τέτοια κράματα ονομάζονται θερμικά μη σκλήρυνση.
Αύξηση της ονομαστικής αντοχής διαρροής των προϊόντων που παράγονται από αυτά τα κράματα κατά 1,5 - 2 φορές μπορεί να επιτευχθεί με ψυχρή παραμόρφωση (ψυχρή σκλήρυνση), ενώ η σχετική επιμήκυνση μειώνεται επίσης σημαντικά. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι δείκτες όλων των βασικών φυσικών ιδιοτήτων των κραμάτων, ανεξάρτητα από τη σύνθεση και την κατάσταση των στοιχείων κράματος, πρακτικά δεν διαφέρουν από τους δείκτες για το καθαρό αλουμίνιο.
Η αντοχή στη διάβρωση των κραμάτων εξαρτάται από τη σύνθεση των πρόσθετων κραμάτων, την κατάσταση παράδοσης και τον βαθμό επιθετικότητας του εξωτερικού περιβάλλοντος.
Τα ημικατεργασμένα προϊόντα από κράματα αλουμινίου παράγονται σε εξειδικευμένα εργοστάσια: φύλλα και ταινίες - με έλαση σε μύλους πολλαπλών κυλίνδρων. σωλήνες και προφίλ - με εξώθηση σε οριζόντιες υδραυλικές πρέσες, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη προφίλ μεγάλης ποικιλίας σχημάτων διατομής, συμπεριλαμβανομένων εκείνων με κλειστές κοιλότητες.
Στα ημικατεργασμένα προϊόντα που αποστέλλονται από το εργοστάσιο, υποδεικνύονται η ποιότητα του κράματος και η κατάσταση παράδοσης: M - soft (ανοπτημένη). N - σκληρά δουλεμένο? H2 - ημι-σκληρυμένο. T - σκληρυμένο και φυσικά παλαιωμένο για 3 - 6 ημέρες σε θερμοκρασία δωματίου. T1 - σκληρύνεται και τεχνητά παλαιώνεται για αρκετές ώρες στο αυξημένη θερμοκρασία; T4 - δεν έχει σκληρυνθεί εντελώς και έχει παλαιωθεί φυσικά. T5 - δεν έχει πλήρως σκληρυνθεί και τεχνητά γερασμένο. Τα ημικατεργασμένα προϊόντα που παρέχονται χωρίς επεξεργασία δεν φέρουν πρόσθετη ονομασία.
Από μεγάλος αριθμόςΟι ακόλουθες ποιότητες αλουμινίου συνιστώνται για χρήση στην κατασκευή:
Θερμικά μη σκληρυντικά κράματα: AD1 και AMtsM. AMg2M και AMg2MN2 (φύλλα). AMg2M (σωλήνες);
Θερμικά σκληρυνόμενα κράματα: AD31T1; AD31T4 και AD31T5 (προφίλ).
1915 και 1915T; 1925 και 1925T; 1935, 1935T, AD31T (προφίλ και σωλήνες).
Όλα τα παραπάνω κράματα, με εξαίρεση το κράμα 1925T, που χρησιμοποιείται μόνο για δομές με πριτσίνια, συγκολλούνται καλά. Για χυτά μέρη, χρησιμοποιείται κράμα χύτευσης ποιότητας AL8.
Κατασκευές αλουμινίου λόγω του μικρού βάρους, της αντοχής στη διάβρωση, της αντοχής στο κρύο, των αντιμαγνητικών ιδιοτήτων, της μη σπινθηρισμού, της αντοχής και καλή θέαέχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε πολλούς τομείς της κατασκευής. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους, η χρήση κραμάτων αλουμινίου σε κτιριακές κατασκευές είναι περιορισμένη.
Σήμερα, το αλουμίνιο χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλες τις βιομηχανίες, από την παραγωγή σκευών τροφίμων μέχρι τη δημιουργία ατράκτων διαστημόπλοια. Για ορισμένες διαδικασίες παραγωγής, μόνο ορισμένες ποιότητες αλουμινίου είναι κατάλληλες, οι οποίες έχουν ορισμένες φυσικές και χημικές ιδιότητες.
Οι κύριες ιδιότητες του μετάλλου είναι η υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η ελατότητα και η ολκιμότητα, η αντοχή στη διάβρωση, το χαμηλό βάρος και η χαμηλή ωμική αντίσταση. Εξαρτώνται άμεσα από το ποσοστό των προσμίξεων που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή του, καθώς και από την τεχνολογία παραγωγής ή εμπλουτισμού. Σύμφωνα με αυτό, διακρίνονται οι κύριες ποιότητες αλουμινίου.
Τύποι αλουμινίου
Όλες οι ποιότητες μετάλλων περιγράφονται και περιλαμβάνονται σε ένα ενιαίο σύστημα αναγνωρισμένων εθνικών και διεθνών προτύπων: ευρωπαϊκό EN, αμερικανικό ASTM και διεθνές ISO. Στη χώρα μας, οι ποιότητες αλουμινίου ορίζονται από τα GOST 11069 και 4784. Όλα τα έγγραφα εξετάζονται χωριστά. Ταυτόχρονα, το ίδιο το μέταλλο χωρίζεται ακριβώς σε ποιότητες και τα κράματα δεν έχουν συγκεκριμένα καθορισμένα σημάδια.
Σύμφωνα με τα εθνικά και διεθνή πρότυπα, πρέπει να διακρίνονται δύο τύποι μικροδομής μη κράματος αλουμινίου:
- υψηλή καθαρότητα με ποσοστό άνω του 99,95%.
- τεχνικής καθαρότητας, που περιέχει περίπου 1% ακαθαρσίες και πρόσθετα.
Οι ενώσεις του σιδήρου και του πυριτίου θεωρούνται συχνότερα ως ακαθαρσίες. Στο διεθνές πρότυπο ISO για το αλουμίνιο και τα κράματά του, εκχωρείται μια ξεχωριστή σειρά.
Ποιότητες αλουμινίου
Ο τεχνικός τύπος του υλικού χωρίζεται σε ορισμένες ποιότητες, οι οποίες αποδίδονται στα σχετικά πρότυπα, για παράδειγμα, AD0 σύμφωνα με το GOST 4784-97. Παράλληλα, στην ταξινόμηση περιλαμβάνεται και μέταλλο υψηλής συχνότητας, για να μην δημιουργείται σύγχυση. Αυτή η προδιαγραφή περιέχει τους ακόλουθους βαθμούς:
- Δημοτικό (Α5, Α95, Α7Ε).
- Τεχνικό (AD1, AD000, ADS).
- Παραμορφώσιμο (AMg2, D1).
- Χυτήριο (VAL10M, AK12pch).
- Για αποξείδωση χάλυβα (AV86, AV97F).
Επιπλέον, υπάρχουν και κατηγορίες απολινώσεων - ενώσεις αλουμινίου που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κραμάτων από χρυσό, ασήμι, πλατίνα και άλλα πολύτιμα μέταλλα.
Πρωτογενές αλουμίνιο
Το πρωτογενές αλουμίνιο (βαθμός Α5) είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της ομάδας. Λαμβάνεται με εμπλουτισμό αλουμίνας. Το μέταλλο δεν βρίσκεται στη φύση στην καθαρή του μορφή λόγω της υψηλής χημικής του δράσης. Σε συνδυασμό με άλλα στοιχεία, σχηματίζει βωξίτη, νεφελίνη και αλουνίτη. Στη συνέχεια, λαμβάνεται αλουμίνα από αυτά τα μεταλλεύματα και από αυτήν, χρησιμοποιώντας πολύπλοκες χημικές και φυσικές διεργασίες, λαμβάνεται καθαρό αλουμίνιο.
Το GOST 11069 θεσπίζει απαιτήσεις για ποιότητες πρωτογενούς αλουμινίου, οι οποίες πρέπει να επισημαίνονται με την εφαρμογή κάθετων και οριζόντιων λωρίδων με ανεξίτηλη βαφή διαφόρων χρωμάτων. Το υλικό αυτό έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε προηγμένες βιομηχανίες, κυρίως όπου απαιτούνται υψηλά τεχνικά χαρακτηριστικά από τις πρώτες ύλες.
Τεχνικό αλουμίνιο
Το τεχνικό αλουμίνιο είναι ένα υλικό με ποσοστό ξένων ακαθαρσιών μικρότερο από 1%. Πολύ συχνά ονομάζεται και μη κράμα. Οι τεχνικές ποιότητες αλουμινίου σύμφωνα με το GOST 4784-97 χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλή αντοχή, αλλά υψηλή αντοχή στη διάβρωση. Λόγω της απουσίας σωματιδίων κράματος στη σύνθεση, σχηματίζεται γρήγορα μια προστατευτική μεμβράνη οξειδίου στη μεταλλική επιφάνεια, η οποία είναι σταθερή.
Οι ποιότητες τεχνικού αλουμινίου διακρίνονται από καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το μοριακό τους πλέγμα δεν περιέχει ουσιαστικά ακαθαρσίες που διασκορπίζουν τη ροή των ηλεκτρονίων. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, το υλικό χρησιμοποιείται ενεργά στην κατασκευή οργάνων, στην παραγωγή εξοπλισμού θέρμανσης και ανταλλαγής θερμότητας και ειδών φωτισμού.
Σφυρήλατο αλουμίνιο
Το παραμορφώσιμο αλουμίνιο περιλαμβάνει ένα υλικό που υποβάλλεται σε επεξεργασία θερμής και ψυχρής πίεσης: έλαση, συμπίεση, έλξη και άλλους τύπους. Ως αποτέλεσμα πλαστικών παραμορφώσεων, λαμβάνονται ημικατεργασμένα προϊόντα διαφόρων διαμήκων τμημάτων: ράβδος αλουμινίου, φύλλο, λωρίδα, πλάκα, προφίλ και άλλα.
Οι κύριες ποιότητες παραμορφώσιμου υλικού που χρησιμοποιούνται στην εγχώρια παραγωγή δίνονται στα κανονιστικά έγγραφα: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 και OCT1 90026. Χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό των παραμορφώσιμων πρώτων υλών είναι η συμπαγής δομή του διαλύματος με υψηλή περιεκτικότητα σε ευτηκτική - η υγρή φάση, η οποία βρίσκεται σε ισορροπία με δύο ή περισσότερες στερεές καταστάσεις της ύλης.
Το πεδίο εφαρμογής του σφυρήλατος αλουμινίου, καθώς και εκείνο όπου χρησιμοποιείται ράβδος αλουμινίου, είναι αρκετά εκτεταμένο. Χρησιμοποιείται τόσο σε περιοχές που απαιτούν υψηλή τεχνικά χαρακτηριστικάαπό υλικά - στην κατασκευή πλοίων και αεροσκαφών και σε εργοτάξιαως κράμα για συγκόλληση.
Χυτό αλουμίνιο
Οι ποιότητες χυτηρίου αλουμινίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μορφοποιημένων προϊόντων. Δικα τους κύριο χαρακτηριστικόείναι ένας συνδυασμός υψηλής ειδικής αντοχής και χαμηλής πυκνότητας, που καθιστά δυνατή τη χύτευση προϊόντων πολύπλοκων σχημάτων χωρίς ρωγμές.
Σύμφωνα με τον σκοπό τους, οι ποιότητες χυτηρίου χωρίζονται συμβατικά σε ομάδες:
- Εξαιρετικά ερμητικά υλικά (AL2, AL9, AL4M).
- Υλικά με υψηλή αντοχή και αντοχή στη θερμότητα (AL 19, AL5, AL33).
- Ουσίες με υψηλή αντιδιαβρωτική αντοχή.
Πολύ συχνά τα χαρακτηριστικά απόδοσης των προϊόντων χυτού αλουμινίου αυξάνονται διάφοροι τύποιθερμική επεξεργασία.
Αλουμίνιο για αποξείδωση
Η ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων επηρεάζεται επίσης από το τι έχει το αλουμίνιο φυσικές ιδιότητες. Και η χρήση υλικών χαμηλής ποιότητας δεν περιορίζεται στη δημιουργία ημικατεργασμένων προϊόντων. Πολύ συχνά χρησιμοποιείται για την αποξείδωση του χάλυβα - αφαιρεί το οξυγόνο από τηγμένο σίδηρο, το οποίο διαλύεται σε αυτό και βελτιώνει έτσι τις μηχανικές ιδιότητες του μετάλλου. Για αυτή η διαδικασίαοι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μάρκες είναι AB86 και AB97F.
Όταν επιλέγουμε μεταλλικά προϊόντα - θερμαινόμενες ράγες και κάγκελα για πετσέτες, πιάτα και φράχτες, σχάρες ή κιγκλιδώματα - επιλέγουμε, πρώτα απ 'όλα, το υλικό. Παραδοσιακά, ο ανοξείδωτος χάλυβας, το αλουμίνιο και ο κανονικός μαύρος χάλυβας (άνθρακας) θεωρούνται ανταγωνιστικοί. Αν και έχουν πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά, εντούτοις διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Είναι λογικό να τα συγκρίνετε και να καταλάβετε ποιο είναι καλύτερο: αλουμίνιο ή ανοξείδωτο ατσάλι(ο μαύρος χάλυβας, λόγω της χαμηλής του αντοχής στη διάβρωση, δεν θα ληφθεί υπόψη).
Αλουμίνιο: χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα
Ένα από τα ελαφρύτερα μέταλλα που χρησιμοποιούνται γενικά στη βιομηχανία. Αναγάγει τη θερμότητα πολύ καλά και δεν υπόκειται σε διάβρωση με οξυγόνο. Το αλουμίνιο παράγεται σε πολλές δεκάδες τύπους: ο καθένας με τα δικά του πρόσθετα που αυξάνουν την αντοχή, την αντίσταση στην οξείδωση και την ευκαμψία. Ωστόσο, με εξαίρεση το πολύ ακριβό αλουμίνιο αεροσκαφών, όλα έχουν ένα μειονέκτημα: την υπερβολική απαλότητα. Τα μέρη που κατασκευάζονται από αυτό το μέταλλο παραμορφώνονται εύκολα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι αδύνατη η χρήση αλουμινίου όπου, κατά τη λειτουργία, το προϊόν εκτίθεται σε υψηλή πίεση (σφυρί νερού σε συστήματα ύδρευσης, για παράδειγμα).
Αντοχή στη διάβρωση του αλουμινίουκάπως υπερτιμημένο. Ναι, το μέταλλο δεν «σαπίζει». Αλλά μόνο λόγω του προστατευτικού στρώματος οξειδίου, το οποίο σχηματίζεται στο προϊόν στον αέρα μέσα σε λίγες ώρες.
Ανοξείδωτο ατσάλι
Το κράμα δεν έχει πρακτικά μειονεκτήματα - εκτός υψηλή τιμή. Δεν φοβάται τη διάβρωση, όχι θεωρητικά, όπως το αλουμίνιο, αλλά πρακτικά: δεν εμφανίζεται μεμβράνη οξειδίου πάνω του, πράγμα που σημαίνει ότι με την πάροδο του χρόνου, " ανοξείδωτο ατσάλι» δεν θαμπώνει.
Ελαφρώς βαρύτερο από το αλουμίνιο, ο ανοξείδωτος χάλυβας χειρίζεται καλά τα χτυπήματα, υψηλή πίεσηκαι τριβή (ειδικά μάρκες που περιέχουν μαγγάνιο). Η μεταφορά θερμότητας του είναι χειρότερη από αυτή του αλουμινίου: αλλά χάρη σε αυτό, το μέταλλο δεν "ιδρώνει" και υπάρχει λιγότερη συμπύκνωση σε αυτό.
Με βάση τα αποτελέσματα της σύγκρισης, γίνεται σαφές ότι για την εκτέλεση εργασιών που απαιτούν χαμηλό βάρος μετάλλου, αντοχή και αξιοπιστία, ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι καλύτερος από το αλουμίνιο.
Επί του παρόντος, τα πιο κοινά συστήματα NVF στη ρωσική αγορά μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες ομάδες:
- συστήματα με δομές υπο-επένδυσης από κράματα αλουμινίου.
- συστήματα με δομή υπο-επένδυσης από γαλβανισμένο χάλυβα με επίστρωση πολυμερούς;
- συστήματα με δομή υπο-επένδυσης από ανοξείδωτο χάλυβα.
Αναμφίβολα, οι δομές υπο-επένδυσης από ανοξείδωτο χάλυβα έχουν τις καλύτερες αντοχές και θερμικές ιδιότητες.
Συγκριτική ανάλυση φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων υλικών
*Οι ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα και του γαλβανισμένου χάλυβα διαφέρουν ελαφρώς.
Θερμικά και ανθεκτικά χαρακτηριστικά από ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο
1. Λαμβάνοντας υπόψη την 3 φορές χαμηλότερη φέρουσα ικανότητα και 5,5 φορές τη θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου, ο βραχίονας από κράμα αλουμινίου είναι μια ισχυρότερη «κρύα γέφυρα» από τον βραχίονα από ανοξείδωτο χάλυβα. Ένας δείκτης αυτού είναι ο συντελεστής θερμικής ομοιομορφίας της δομής που περικλείει. Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα, ο συντελεστής θερμικής ομοιομορφίας της δομής εγκλεισμού κατά τη χρήση συστήματος από ανοξείδωτο χάλυβα ήταν 0,86-0,92 και για συστήματα αλουμινίου είναι 0,6-0,7, γεγονός που καθιστά απαραίτητη την τοποθέτηση μεγαλύτερου πάχους μόνωσης και, κατά συνέπεια, αύξηση του κόστους της πρόσοψης .
Για τη Μόσχα, η απαιτούμενη αντίσταση μεταφοράς θερμότητας των τοίχων, λαμβάνοντας υπόψη τον συντελεστή θερμικής ομοιομορφίας, είναι για ανοξείδωτο βραχίονα - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, για βραχίονα αλουμινίου - 3,13/0,7= 4,47 (m 2.°C)/W, δηλ. 1,07 (m 2 .°C)/W υψηλότερη. Ως εκ τούτου, όταν χρησιμοποιείτε βραχίονες αλουμινίου, το πάχος της μόνωσης (με συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας 0,045 W/(m°C) θα πρέπει να λαμβάνεται σχεδόν 5 cm περισσότερο (1,07 * 0,045 = 0,048 m).
2. Λόγω του μεγαλύτερου πάχους και της θερμικής αγωγιμότητας των βραχιόνων αλουμινίου, σύμφωνα με υπολογισμούς που έγιναν στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Φυσικής Κτιρίων, σε θερμοκρασία εξωτερικού αέρα -27 °C, η θερμοκρασία στην άγκυρα μπορεί να πέσει στους -3,5 °C και ακόμη χαμηλότερα, γιατί στην περιοχή υπολογισμών διατομήΟ βραχίονας αλουμινίου υποτίθεται ότι είναι 1,8 cm 2, ενώ στην πραγματικότητα είναι 4-7 cm 2. Κατά τη χρήση ενός βραχίονα από ανοξείδωτο χάλυβα, η θερμοκρασία στην άγκυρα ήταν +8 °C. Δηλαδή, όταν χρησιμοποιείτε βραχίονες αλουμινίου, η άγκυρα λειτουργεί σε μια ζώνη εναλλασσόμενων θερμοκρασιών, όπου είναι δυνατή η συμπύκνωση υγρασίας στην άγκυρα με επακόλουθη κατάψυξη. Αυτό θα καταστρέψει σταδιακά το υλικό του δομικού στρώματος του τοίχου γύρω από την άγκυρα και, κατά συνέπεια, θα μειώσει τη φέρουσα ικανότητα του, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τοίχους κατασκευασμένους από υλικό χαμηλής φέρουσας ικανότητας (αφρομπετόν, κοίλο τούβλο κ.λπ. .). Ταυτόχρονα, τα θερμομονωτικά μαξιλαράκια κάτω από το στήριγμα, λόγω του μικρού πάχους (3-8 mm) και της υψηλής (σε σχέση με τη μόνωση) θερμικής αγωγιμότητας, μειώνουν την απώλεια θερμότητας μόνο κατά 1-2%, π.χ. πρακτικά μην σπάσετε την «κρύα γέφυρα» και έχουν μικρή επίδραση στη θερμοκρασία της άγκυρας.
3. Χαμηλή θερμική διαστολή οδηγών. Η θερμοκρασιακή παραμόρφωση του κράματος αλουμινίου είναι 2,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής (10 10 -6 °C -1) σε σύγκριση με το αλουμίνιο (25 10 -6 °C -1). Αντίστοιχα, η επιμήκυνση των οδηγών 3 μέτρων με διαφορά θερμοκρασίας από -15 °C έως +50 °C θα είναι 2 mm για τον χάλυβα και 5 mm για το αλουμίνιο. Επομένως, για να αντισταθμιστεί η θερμική διαστολή του οδηγού αλουμινίου, απαιτούνται ορισμένα μέτρα:
Δηλαδή, η εισαγωγή πρόσθετων στοιχείων στο υποσύστημα - κινητές ολισθήσεις (για βραχίονες σχήματος U) ή οβάλ οπές με μανίκια για πριτσίνια - όχι άκαμπτη στερέωση (για βραχίονες σχήματος L).
Αυτό αναπόφευκτα οδηγεί σε ένα πιο περίπλοκο και ακριβό υποσύστημα ή σε λανθασμένη εγκατάσταση (όπως συμβαίνει συχνά οι εγκαταστάτες να μην χρησιμοποιούν δακτυλίους ή να στερεώνουν εσφαλμένα το συγκρότημα με πρόσθετα στοιχεία).
Ως αποτέλεσμα αυτών των μέτρων, το φορτίο βάρους πέφτει μόνο στους φέροντες βραχίονες (πάνω και κάτω) και οι άλλοι χρησιμεύουν μόνο ως στήριγμα, πράγμα που σημαίνει ότι οι άγκυρες δεν φορτώνονται ομοιόμορφα και αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την ανάπτυξη τεκμηρίωση σχεδιασμού, η οποία συχνά απλώς δεν γίνεται. Στα συστήματα χάλυβα, ολόκληρο το φορτίο κατανέμεται ομοιόμορφα - όλοι οι κόμβοι είναι σταθερά στερεωμένοι - οι μικρές θερμικές διαστολές αντισταθμίζονται από τη λειτουργία όλων των στοιχείων στο στάδιο της ελαστικής παραμόρφωσης.
Ο σχεδιασμός του σφιγκτήρα επιτρέπει το κενό μεταξύ των πλακών στα συστήματα ανοξείδωτου χάλυβα να είναι από 4 mm, ενώ στα συστήματα αλουμινίου - τουλάχιστον 7 mm, το οποίο επίσης δεν ταιριάζει σε πολλούς πελάτες και χαλάει εμφάνισηΚτίριο. Επιπλέον, ο σφιγκτήρας πρέπει να εξασφαλίζει την ελεύθερη κίνηση των πλακών επένδυσης κατά την έκταση των οδηγών, διαφορετικά οι πλάκες θα καταστραφούν (ειδικά στη διασταύρωση των οδηγών) ή ο σφιγκτήρας θα ξελυγίσει (και τα δύο μπορούν να οδηγήσουν σε πέφτουν πλάκες επένδυσης). Σε ένα χαλύβδινο σύστημα δεν υπάρχει κίνδυνος να ξελυγίσουν τα πόδια του σφιγκτήρα, κάτι που μπορεί να συμβεί με την πάροδο του χρόνου σε συστήματα αλουμινίου λόγω μεγάλων παραμορφώσεων θερμοκρασίας.
Ιδιότητες πυρκαγιάς από ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο
Το σημείο τήξης του ανοξείδωτου χάλυβα είναι 1800 °C και του αλουμινίου είναι 630/670 °C (ανάλογα με το κράμα). Η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια πυρκαγιάς στην εσωτερική επιφάνεια του πλακιδίου (σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών του Περιφερειακού Κέντρου Πιστοποίησης «ΟΠΥΤΝΟΕ») φτάνει τους 750 °C. Έτσι, όταν χρησιμοποιούνται κατασκευές αλουμινίου, μπορεί να συμβεί τήξη της υποδομής και κατάρρευση μέρους της πρόσοψης (στην περιοχή του ανοίγματος του παραθύρου) και σε θερμοκρασία 800-900°C, το ίδιο το αλουμίνιο υποστηρίζει την καύση. Ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν λιώνει στη φωτιά, επομένως είναι προτιμότερος για τις απαιτήσεις πυρασφάλειας. Για παράδειγμα, στη Μόσχα, κατά την κατασκευή πολυώροφων κτιρίων, δεν επιτρέπεται καθόλου η χρήση υποδομών αλουμινίου.
Διαβρωτικές ιδιότητες
Σήμερα, η μόνη αξιόπιστη πηγή για την αντοχή στη διάβρωση μιας συγκεκριμένης δομής υπο-επένδυσης και, κατά συνέπεια, την ανθεκτικότητα, είναι η γνώμη των ειδικών της ExpertKorr-MISiS.
Οι πιο ανθεκτικές κατασκευές είναι κατασκευασμένες από ανοξείδωτο χάλυβα. Η διάρκεια ζωής τέτοιων συστημάτων είναι τουλάχιστον 40 χρόνια σε μια αστική βιομηχανική ατμόσφαιρα μέτριας επιθετικότητας και τουλάχιστον 50 χρόνια σε μια υπό όρους καθαρή ατμόσφαιρα χαμηλής επιθετικότητας.
Τα κράματα αλουμινίου, χάρη στο φιλμ οξειδίου, έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, αλλά υπό συνθήκες υψηλών επιπέδων χλωριδίων και θείου στην ατμόσφαιρα, μπορεί να εμφανιστεί ταχέως αναπτυσσόμενη διακοκκώδης διάβρωση, η οποία οδηγεί σε σημαντική μείωση της αντοχής των δομικών στοιχείων και την καταστροφή τους . Έτσι, η διάρκεια ζωής μιας δομής κατασκευασμένης από κράματα αλουμινίου σε μια αστική βιομηχανική ατμόσφαιρα μέσης επιθετικότητας δεν υπερβαίνει τα 15 χρόνια. Ωστόσο, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της Rosstroy, στην περίπτωση χρήσης κραμάτων αλουμινίου για την κατασκευή στοιχείων της υποδομής ενός NVF, όλα τα στοιχεία πρέπει απαραίτητα να έχουν ανοδική επίστρωση. Η παρουσία ανοδικής επίστρωσης αυξάνει τη διάρκεια ζωής της υποδομής από κράμα αλουμινίου. Αλλά κατά την εγκατάσταση μιας υποδομής, τα διάφορα στοιχεία της συνδέονται με πριτσίνια, για τα οποία ανοίγονται τρύπες, γεγονός που προκαλεί παραβίαση της ανοδικής επίστρωσης στην περιοχή στερέωσης, δηλαδή δημιουργούνται αναπόφευκτα περιοχές χωρίς ανοδική επίστρωση. Επιπλέον, ο χαλύβδινος πυρήνας ενός πριτσινιού αλουμινίου, μαζί με το αλουμινένιο μέσο του στοιχείου, σχηματίζει ένα γαλβανικό ζεύγος, το οποίο οδηγεί επίσης στην ανάπτυξη ενεργών διεργασιών διακοκκώδους διάβρωσης στα σημεία όπου συνδέονται στοιχεία υποδομής. Αξίζει να σημειωθεί ότι συχνά το χαμηλό κόστος ενός συγκεκριμένου συστήματος NVF με υποδομή από κράμα αλουμινίου οφείλεται ακριβώς στην έλλειψη προστατευτικής ανοδικής επίστρωσης στα στοιχεία του συστήματος. Οι αδίστακτοι κατασκευαστές τέτοιων υποδομών εξοικονομούν ακριβές διαδικασίες ηλεκτροχημικής ανοδίωσης για προϊόντα.
Ο γαλβανισμένος χάλυβας έχει ανεπαρκή αντοχή στη διάβρωση από την άποψη της δομικής αντοχής. Αλλά μετά την εφαρμογή της πολυμερούς επίστρωσης, η διάρκεια ζωής μιας υποδομής από γαλβανισμένο χάλυβα με επίστρωση πολυμερούς θα είναι 30 χρόνια σε μια αστική βιομηχανική ατμόσφαιρα μέσης επιθετικότητας και 40 χρόνια σε μια υπό όρους καθαρή ατμόσφαιρα χαμηλής επιθετικότητας.
Έχοντας συγκρίνει τους παραπάνω δείκτες υποδομών αλουμινίου και χάλυβα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι μεταλλικές υποδομές είναι σημαντικά ανώτερες από τις αλουμινένιες από όλες τις απόψεις.
Περιγραφή αλουμινίου:Το αλουμίνιο δεν έχει πολυμορφικούς μετασχηματισμούς και έχει ένα πλέγμα κύβου με επίκεντρο την όψη με περίοδο a = 0,4041 nm. Το αλουμίνιο και τα κράματά του προσφέρονται καλά για θερμή και κρύα παραμόρφωση - έλαση, σφυρηλάτηση, συμπίεση, έλξη, κάμψη, σφράγιση φύλλων και άλλες εργασίες.
Όλα τα κράματα αλουμινίου μπορούν να ενωθούν με συγκόλληση σημείου και τα ειδικά κράματα μπορούν να συνδεθούν με συγκόλληση με σύντηξη και άλλους τύπους συγκόλλησης. Τα παραμορφώσιμα κράματα αλουμινίου χωρίζονται σε εκείνα που μπορούν να σκληρυνθούν και σε εκείνα που δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία.
Όλες οι ιδιότητες των κραμάτων καθορίζονται όχι μόνο από τη μέθοδο λήψης ημικατεργασμένου τεμαχίου εργασίας και θερμικής επεξεργασίας, αλλά κυρίως από τη χημική σύνθεση και ιδιαίτερα τη φύση των φάσεων που ενισχύουν κάθε κράμα. Οι ιδιότητες των κραμάτων αλουμινίου γήρανσης εξαρτώνται από τους τύπους γήρανσης: ζώνη, φάση ή πήξη.
Στο στάδιο της γήρανσης της πήξης (T2 και T3), η αντίσταση στη διάβρωση αυξάνεται σημαντικά και ο βέλτιστος συνδυασμός χαρακτηριστικών αντοχής, αντοχής στη διάβρωση λόγω τάσης, διάβρωσης απολέπισης, αντοχής στη θραύση (K 1c) και ολκιμότητας (ειδικά στην κατακόρυφη κατεύθυνση) είναι εξασφαλιστεί.
Η κατάσταση των ημικατεργασμένων προϊόντων, η φύση της επιμετάλλωσης και η κατεύθυνση των δειγμάτων κοπής υποδεικνύονται ως εξής - Σύμβολα για έλαση αλουμινίου:
Μ - Μαλακό, ανόπτη
T - Σκληρυμένο και φυσικά γερασμένο
T1 - Σκληρυμένο και τεχνητά γερασμένο
T2 - Σκληρυμένο και τεχνητά παλαιωμένο σύμφωνα με ένα καθεστώς που παρέχει υψηλότερες τιμές αντοχής στη θραύση και καλύτερη αντοχή στη διάβρωση λόγω καταπόνησης
TZ - Σκληρυμένο και τεχνητά παλαιωμένο σύμφωνα με ένα καθεστώς που παρέχει την υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση των καταπονήσεων και αντοχή στη θραύση
N - σκληρά κατεργασμένο (σκληρή κατεργασία φύλλων κραμάτων όπως το ντουραλουμίνιο περίπου 5-7%)
P - Ημισκληρυμένο
H1 - Πολύ σκληρή δουλειά (σκληρή επεξεργασία των φύλλων περίπου 20%)
Εμπορικό Επιμελητήριο - Σκληρυμένο και φυσικά γερασμένο, αυξημένη αντοχή
GK - Θερμής έλασης (φύλλα, πλάκες)
Β - Τεχνολογική επένδυση
A - Κανονική επιμετάλλωση
UP - Παχιά επένδυση (8% ανά πλευρά)
D - Διαμήκης κατεύθυνση (κατά μήκος της ίνας)
P - Εγκάρσια κατεύθυνση
Β - Κατεύθυνση υψομέτρου (πάχος)
Χ - Διεύθυνση συγχορδίας
R - Ακτινική κατεύθυνση
PD, DP, VD, VP, XR, RX - Η κατεύθυνση των δειγμάτων κοπής που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής σε θραύση και του ρυθμού ανάπτυξης μιας ρωγμής κόπωσης. Το πρώτο γράμμα χαρακτηρίζει την κατεύθυνση του άξονα του δείγματος, το δεύτερο - την κατεύθυνση του επιπέδου, για παράδειγμα: PV - ο άξονας του δείγματος συμπίπτει με το πλάτος του ημικατεργασμένου προϊόντος και το επίπεδο της ρωγμής είναι παράλληλο με το ύψος ή το πάχος.
Ανάλυση και λήψη δειγμάτων αλουμινίου: Μεταλλεύματα.Επί του παρόντος, το αλουμίνιο παράγεται από ένα μόνο είδος μεταλλεύματος - βωξίτη. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι βωξίτες περιέχουν 50-60% A 12 O 3,<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.
Τα δείγματα από βωξίτη λαμβάνονται σύμφωνα με γενικούς κανόνες, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στη δυνατότητα απορρόφησης υγρασίας από το υλικό, καθώς και στις διαφορετικές αναλογίες μεγάλων και μικρών σωματιδίων. Η μάζα του δείγματος εξαρτάται από το μέγεθος της δοκιμασμένης παράδοσης: από κάθε 20 τόνους, πρέπει να λαμβάνονται τουλάχιστον 5 kg στο συνολικό δείγμα.
Κατά τη δειγματοληψία βωξίτη σε σωρούς σε σχήμα κώνου, τα μικρά κομμάτια αποκόπτονται από όλα τα μεγάλα κομμάτια βάρους >2 kg, που βρίσκονται σε κύκλο με ακτίνα 1 m και μεταφέρονται σε ένα φτυάρι. Ο όγκος που λείπει γεμίζεται με μικρά σωματίδια υλικού που λαμβάνονται από την πλευρική επιφάνεια του κώνου δοκιμής.
Το επιλεγμένο υλικό συλλέγεται σε καλά κλεισμένα δοχεία.
Όλο το υλικό του δείγματος θρυμματίζεται σε θραυστήρα σε μέγεθος σωματιδίων 20 mm, χύνεται σε κώνο, μειώνεται και θρυμματίζεται ξανά σε μέγεθος σωματιδίων<10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.
Περαιτέρω προετοιμασία του δείγματος για ανάλυση πραγματοποιείται μετά από ξήρανση στους 105 ° C. Το μέγεθος σωματιδίων του δείγματος για ανάλυση πρέπει να είναι μικρότερο από 0,09 mm, η ποσότητα του υλικού είναι 50 kg.
Τα παρασκευασμένα δείγματα βωξίτη είναι πολύ επιρρεπή σε στρωματοποίηση. Εάν δείγματα αποτελούνται από σωματίδια μεγέθους<0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава. Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.
Δείγματα από υγρά τήγματα φθορίου που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρόλυση τετηγμένου αλουμινίου ως ηλεκτρολύτες λαμβάνονται με μια σέσουλα χάλυβα από το υγρό τήγμα μετά την απομάκρυνση στερεών εναποθέσεων από την επιφάνεια του λουτρού. Ένα υγρό δείγμα του τήγματος χύνεται σε ένα καλούπι και λαμβάνεται μια μικρή ράβδος διαστάσεων 150x25x25 mm. στη συνέχεια ολόκληρο το δείγμα συνθλίβεται σε μέγεθος σωματιδίων δείγματος εργαστηρίου μικρότερο από 0,09 mm...
Τήξη αλουμινίου:Ανάλογα με την κλίμακα παραγωγής, τη φύση της χύτευσης και τις ενεργειακές δυνατότητες, η τήξη κραμάτων αλουμινίου μπορεί να πραγματοποιηθεί σε κλιβάνους χωνευτηρίου, σε ηλεκτρικούς κλιβάνους αντίστασης και σε ηλεκτρικούς κλιβάνους επαγωγής.
Η τήξη των κραμάτων αλουμινίου θα πρέπει να εξασφαλίζει όχι μόνο υψηλή ποιότητα του τελικού κράματος, αλλά και υψηλή παραγωγικότητα των μονάδων και, επιπλέον, ελάχιστο κόστος χύτευσης.
Η πιο προοδευτική μέθοδος τήξης κραμάτων αλουμινίου είναι η μέθοδος της επαγωγικής θέρμανσης με ρεύματα βιομηχανικής συχνότητας.
Η τεχνολογία παρασκευής κραμάτων αλουμινίου αποτελείται από τα ίδια τεχνολογικά βήματα με την τεχνολογία παρασκευής κραμάτων με βάση οποιαδήποτε άλλα μέταλλα.
1. Κατά την τήξη σε νωπά μέταλλα και κράματα χοίρου, πρώτα φορτώνεται αλουμίνιο (ολόκληρο ή τμηματικά) και στη συνέχεια διαλύονται τα κράματα.
2. Κατά τη διεξαγωγή της τήξης χρησιμοποιώντας ένα προκαταρκτικό κράμα χοίρου ή pig silumin στη γόμωση, πρώτα από όλα τα κράματα χοίρου φορτώνονται και τήκονται και στη συνέχεια προστίθεται η απαιτούμενη ποσότητα αλουμινίου και κραμάτων.
3. Στην περίπτωση που η γόμωση αποτελείται από απόβλητα και χοιρινά μέταλλα, φορτώνεται με την ακόλουθη σειρά: χοίρο πρωτογενές αλουμίνιο, ελαττωματικά χυτά (πλίνθοι), απόβλητα (πρώτου βαθμού) και ραφιναρισμένο επανατήκωμα και κράματα.
Ο χαλκός μπορεί να εισαχθεί στο τήγμα όχι μόνο με τη μορφή κράματος, αλλά και με τη μορφή ηλεκτρολυτικού χαλκού ή αποβλήτων (εισαγωγή με διάλυση).