1.2.1. caracteristici generale oteluri Oțelul este un aliaj de fier și carbon care conține aditivi de aliere care îmbunătățesc calitatea metalului și impurități nocive care intră în metal din minereu sau se formează în timpul procesului de topire.
Structură de oțel.În stare solidă, oțelul este un corp policristalin format din multe cristale (granule) orientate diferit. În fiecare cristal, atomii (mai precis, ionii încărcați pozitiv) sunt aranjați ordonat la nodurile rețelei spațiale. Oțelul este caracterizat de o rețea cristalină cubică centrată pe corp (bcc) și centrată pe față (fcc) (Fig. 1.4). Fiecare bob ca formațiune cristalină este puternic anizotrop și are proprietăți diferite în direcții diferite. Cu un număr mare de granule orientate diferit, aceste diferențe sunt netezite, statistic, în medie, în toate direcțiile, proprietățile devin aceleași și oțelul se comportă ca un corp cvasiizotrop.
Structura oțelului depinde de condițiile de cristalizare, compoziția chimică, tratamentul termic și condițiile de laminare.
Punctul de topire al fierului pur este de 1535 ° C; la întărire, se formează cristale de fier pur - ferită, așa-numitul 8-fier cu o rețea centrată pe corp (Fig. 1.4, A); la o temperatură de 1490 °C, are loc recristalizarea, iar 5-fierul se transformă în y-fier cu o rețea centrată pe față (Fig. 1.4, b). La o temperatură de 910°C și mai jos, cristalele y-fier se transformă din nou în cele centrate pe corp și această stare se menține până la temperatura normală. Ultima modificare se numește a-iron.
Odată cu introducerea carbonului, punctul de topire scade iar pentru oțelul cu un conținut de carbon de 0,2% este de aproximativ 1520°C. La răcire, se formează o soluție solidă de carbon în y-fier, numită austenită, în care atomii de carbon sunt localizați în centrul rețelei fcc. La temperaturi sub 910 °C, austenita începe să se descompună. Fierul rezultat cu o rețea bcc (ferită) nu dizolvă bine carbonul. Pe măsură ce ferita este eliberată, austenita devine îmbogățită în carbon și la o temperatură de 723 ° C se transformă în perlit - un amestec de ferită și carbură de fier Fe 3 C, numit cementită.
Orez. 1.4. Rețea cristalină cubică:
A- centrat pe corp;
b- centrat pe față
Astfel, la temperaturi normale, oțelul este format din două faze principale: ferită și cementită, care formează granule independente și, de asemenea, fac parte din perlita sub formă de plăci (Fig. 1.5). Boabele ușoare sunt ferită, boabele închise sunt perlita).
Ferita este foarte ductilă și are o rezistență scăzută, în timp ce cementitul este dur și fragil. Perlita are proprietăți intermediare între cele ale feritei și cementitei. În funcție de conținutul de carbon, predomină una sau alta componentă structurală. Mărimea granulelor de ferită și perlită depinde de numărul de centre de cristalizare și de condițiile de răcire și afectează în mod semnificativ proprietățile mecanice ale oțelului (cu cât boabele sunt mai fine, cu atât calitatea metalului este mai mare).
Aditivii de aliere, care intră într-o soluție solidă cu ferită, o întăresc. În plus, unele dintre ele, formând carburi și nitruri, cresc numărul de locuri de cristalizare și contribuie la formarea unei structuri cu granulație fină.
Sub influența tratamentului termic, structura, dimensiunea granulelor și solubilitatea elementelor de aliere se modifică, ceea ce duce la o modificare a proprietăților oțelului.
Cel mai simplu tip de tratament termic este normalizarea. Constă în reîncălzirea produsului laminat la temperatura de formare a austenitei și răcirea ulterioară în aer. După normalizare, structura de oțel devine mai ordonată, ceea ce duce la îmbunătățirea rezistenței și proprietăților plastice ale oțelului laminat și rezistența la impact, precum și la o uniformitate crescută.
Odată cu răcirea rapidă a oțelului încălzit la o temperatură care depășește temperatura de transformare de fază, oțelul este întărit.
Structurile formate după călire conferă oțelului o rezistență ridicată. Cu toate acestea, ductilitatea sa scade, iar tendința de a se rupe fragil crește. Pentru a regla proprietățile mecanice ale oțelului călit și formarea structurii dorite, acesta este călit, adică. încălzirea la o temperatură la care are loc transformarea structurală dorită, menținerea la această temperatură pentru timpul necesar și apoi răcirea lent 1.
La rulare, structura oțelului se modifică ca urmare a comprimării. Boabele sunt zdrobite și orientate diferit de-a lungul și de-a lungul produsului laminat, ceea ce duce la o anumită anizotropie a proprietăților. Temperatura de rulare și viteza de răcire au, de asemenea, o influență semnificativă. La o viteză mare de răcire, este posibilă formarea de structuri de întărire, ceea ce duce la o creștere a proprietăților de rezistență ale oțelului. Cu cât produsul laminat este mai gros, cu atât gradul de compresie și viteza de răcire sunt mai mici. Prin urmare, odată cu creșterea grosimii produselor laminate, caracteristicile de rezistență scad.
Astfel, prin variarea compoziției chimice, a modurilor de laminare și de tratament termic, este posibil să se schimbe structura și să se obțină oțel cu rezistența specificată și alte proprietăți.
Clasificarea otelurilor.În funcție de proprietățile de rezistență ale oțelului, acestea sunt împărțite în mod convențional în trei grupuri: obișnuite (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN/cm2).
Creșterea rezistenței oțelului se realizează prin aliere și tratament termic.
Pe baza compoziției lor chimice, oțelurile sunt împărțite în oțeluri carbon și aliate. Oțelurile carbon de calitate obișnuită constau din fier și carbon cu unele
adăugarea de siliciu (sau aluminiu) și mangan. Alți aditivi nu sunt introduși în mod specific și pot pătrunde în oțelul din minereu (cupru, crom etc.).
Carbonul (C) 1, în timp ce mărește rezistența oțelului, îi reduce ductilitatea și afectează sudabilitatea, prin urmare, numai oțelurile cu conținut scăzut de carbon, cu un conținut de carbon de cel mult 0,22% sunt utilizate pentru construirea structurilor metalice.
Pe lângă fier și carbon, oțelurile aliate conțin aditivi speciali care le îmbunătățesc calitatea. Deoarece majoritatea aditivilor afectează într-o măsură sau alta sudabilitatea oțelului și, de asemenea, măresc costul acestuia, oțelurile slab aliate cu un conținut total de aditivi de aliere de cel mult 5% sunt utilizate în principal în construcții.
Principalii aditivi de aliere sunt siliciu (S), mangan (G), cupru (D), crom (X), nichel (N), vanadiu (F), molibden (M), aluminiu (U), azot (A).
Siliciul dezoxidează oțelul, adică leagă excesul de oxigen și crește rezistența acestuia, dar reduce ductilitatea, înrăutățește sudarea și rezistența la coroziune cu conținut crescut. Efectele nocive ale siliciului pot fi compensate printr-un continut crescut de mangan.
Manganul crește rezistența, este un bun dezoxidant și, atunci când este combinat cu sulf, reduce efectele nocive ale acestuia. Cu un conținut de mangan de peste 1,5%, oțelul devine casant.
Cuprul crește ușor rezistența oțelului și crește rezistența acestuia la coroziune. Conținutul excesiv de cupru (mai mult de 0,7%) contribuie la îmbătrânirea oțelului și crește fragilitatea acestuia.
Cromul și nichelul măresc rezistența oțelului fără a reduce ductilitatea și îi îmbunătățesc rezistența la coroziune.
Aluminiul dezoxidează bine oțelul, neutralizează efectele nocive ale fosforului și crește rezistența la impact.
Vanadiul și molibdenul măresc rezistența fără aproape nicio scădere a ductilității și previn înmuierea oțelului tratat termic în timpul sudării.
Azotul în stare nelegată contribuie la îmbătrânirea oțelului și îl face fragil, deci nu ar trebui să fie mai mare de 0,009%. În stare legată chimic cu aluminiu, vanadiu, titan și alte elemente, formează nitruri și devine element de aliere, ajutând la obținerea unei structuri cu granulație fină și la îmbunătățirea proprietăților mecanice.
Fosforul este o impuritate dăunătoare deoarece, formând o soluție solidă cu ferită, crește fragilitatea oțelului, mai ales la temperaturi scăzute (frisantitate la rece). Cu toate acestea, în prezența aluminiului, fosforul poate servi ca element de aliere care crește rezistența la coroziune a oțelului. Aceasta este baza pentru producția de oțeluri rezistente la intemperii.
Sulful, datorită formării sulfurei de fier cu punct de topire scăzut, face ca oțelul să fie roșu-casabil (supus la crăpare la temperaturi de 800-1000 ° C). Acest lucru este deosebit de important pentru structurile sudate. Efectele nocive ale sulfului sunt reduse cu un conținut crescut de mangan. Conținutul de sulf și fosfor din oțel este limitat și nu trebuie să fie mai mare de 0,03 - 0,05%, în funcție de tipul (clasa) oțelului.
Proprietățile mecanice ale oțelului sunt afectate negativ de saturația cu gaze care pot pătrunde în metal în stare topită din atmosferă. Oxigenul acționează ca sulful, dar mai mult grad puternicși crește fragilitatea oțelului. Azotul nefixat reduce, de asemenea, calitatea oțelului. Deși hidrogenul este reținut într-o cantitate nesemnificativă (0,0007%), acesta, concentrându-se în apropierea incluziunilor din regiunile intercristaline și situat în principal de-a lungul limitelor de cereale, provoacă microvolume. tensiune înaltă, ceea ce duce la o scădere a rezistenței oțelului la rupere fragilă, o scădere a rezistenței la tracțiune și o deteriorare a proprietăților plastice. Prin urmare, oțelul topit (de exemplu, în timpul sudării) trebuie protejat de expunerea la atmosferă.
În funcție de tipul de furnizare, oțelurile sunt împărțite în laminate la cald și tratate termic (normalizate sau îmbunătățite termic). În starea laminată la cald, oțelul nu are întotdeauna un set optim de proprietăți. În timpul normalizării, structura oțelului este rafinată, omogenitatea acestuia crește și vâscozitatea crește, dar nu are loc o creștere semnificativă a rezistenței. Tratamentul termic (călirea în apă și călirea la temperatură înaltă) face posibilă obținerea de oțeluri de înaltă rezistență, care sunt foarte rezistente la rupere fragilă. Costurile tratamentului termic al oțelului pot fi reduse semnificativ dacă întărirea este efectuată direct din încălzirea prin rulare.
Oțelul utilizat în structurile metalice structurale este produs în principal în două moduri: în cuptoare cu focar deschis și convertoare cu oxigen. Proprietățile oțelurilor cu vatră deschisă și ale oțelurilor cu convertizor de oxigen sunt aproape aceleași, cu toate acestea, metoda de producție a convertizorului de oxigen este mult mai ieftină și înlocuiește treptat metoda cu vatră deschisă. Pentru piesele cele mai critice, în care este nevoie de metal de înaltă calitate, se folosesc și oțeluri produse prin retopire cu zgură electrică (ESR). Odată cu dezvoltarea electrometalurgiei, este posibilă o utilizare mai largă în construcția oțelurilor produse în cuptoare electrice. Elektrostal se caracterizează printr-un conținut scăzut de impurități nocive și de înaltă calitate.
După gradul de dezoxidare, oțelurile pot fi fierbinți, semicalme sau calme.
Otelurile nedezoxidate fierb cand sunt turnate in matrite din cauza degajarii de gaze. Un astfel de oțel se numește oțel fierbinte și se dovedește a fi mai contaminat cu gaze și mai puțin omogen.
Proprietățile mecanice variază ușor de-a lungul lungimii lingoului din cauza distribuției neuniforme a elementelor chimice. Acest lucru se aplică în special părții capului, care se dovedește a fi cea mai liberă (datorită contracției și a celei mai mari saturații cu gaze), iar cea mai mare segregare a impurităților dăunătoare și a carbonului are loc în ea. Prin urmare, piesa defectă, care reprezintă aproximativ 5% din masa lingoului, este tăiată din lingou. Oțelurile la fierbere, având o limită de curgere și rezistență la tracțiune destul de bune, sunt mai puțin rezistente la rupere fragilă și îmbătrânire.
Pentru a îmbunătăți calitatea oțelului cu conținut scăzut de carbon, acesta este dezoxidat prin adăugarea de siliciu de la 0,12 la 0,3% sau aluminiu până la 0,1%. Siliciul (sau aluminiul), combinat cu oxigenul dizolvat, reduce efectele nocive ale acestuia. Atunci când sunt combinați cu oxigen, dezoxidanții formează silicați și aluminați într-o fază fin dispersată, care măresc numărul de locuri de cristalizare și contribuie la formarea unei structuri de oțel cu granulație fină, ceea ce duce la creșterea calității și a proprietăților sale mecanice. Otelurile dezoxidate nu fierb cand sunt turnate in matrite, motiv pentru care se numesc oteluri calme. O porțiune de aproximativ 15% este tăiată din partea de cap a lingoului de oțel moale. Oțelul calm este mai omogen, se sudează mai bine și rezistă mai bine influențelor dinamice și ruperii fragile. Oțelurile silențioase sunt utilizate la fabricarea structurilor critice supuse influențelor dinamice.
Totuși, oțelurile moale sunt cu aproximativ 12% mai scumpe decât oțelurile la fierbere, ceea ce ne obligă să limităm utilizarea lor și să trecem, atunci când este avantajos din motive tehnice și economice, la fabricarea de structuri din oțel semi-moale.
Oțelul semi-liniștit are o calitate intermediară între fierbere și calm. Se deoxidează cu o cantitate mai mică de siliciu - 0,05 - 0,15% (rar cu aluminiu). O parte mai mică este tăiată din capul lingoului, egală cu aproximativ 8% din masa lingoului. Din punct de vedere al costului, oțelurile semi-liniștite ocupă și ele o poziție intermediară. Oțelurile slab aliate sunt furnizate în principal într-o modificare calmă (rar semi-liniștită).
1.2.2. Evaluarea oțelurilor. Principalul standard care reglementează caracteristicile oțelurilor pentru construcția structurilor metalice este GOST 27772 - 88. Conform GOST, produsele laminate profilate sunt fabricate din oțeluri 1 S235, S245, S255, S275, S285, S345, S345K, S375;pentru tablă și produse laminate universale și profile îndoite, oțeluri S390, S390,K, S594 , S590K sunt de asemenea folosite. Oțelurile C345, C375, C390 și C440 pot fi furnizate cu un conținut mai mare de cupru (pentru a crește rezistența la coroziune), iar litera „D” este adăugată la denumirea oțelului.
Compoziția chimică a oțelurilor și proprietățile mecanice sunt prezentate în tabel. 1.2 și 1.3.
Produsele laminate pot fi furnizate atât în stare laminată la cald, cât și tratate termic. Alegerea compoziției chimice și a tipului de tratament termic este determinată de plantă. Principalul lucru este să asigurați proprietățile necesare. Astfel, tabla de otel C345 poate fi realizata din otel cu compoziție chimică C245 cu îmbunătățire termică. În acest caz, litera T este adăugată la denumirea oțelului, de exemplu C345T.
În funcție de temperatura de funcționare a structurilor și de gradul de pericol de rupere fragilă, testele de rezistență la impact pentru oțelurile C345 și C375 sunt efectuate la temperaturi diferite, astfel încât acestea sunt furnizate în patru categorii, iar la denumirea oțelului se adaugă un număr de categorie. , de exemplu C345-1; S345-2.
Caracteristicile standardizate pentru fiecare categorie sunt prezentate în tabel. 1.4.
Închirierile sunt furnizate în loturi. Lotul constă din produse laminate de o singură dimensiune, o oală de topire și un mod de tratament termic. La verificarea calității metalului, două mostre sunt selectate aleatoriu dintr-un lot.
Din fiecare probă, se pregătește o probă pentru încercările de tracțiune și încovoiere și două probe pentru determinarea rezistenței la impact la fiecare temperatură. Dacă rezultatele testului nu îndeplinesc cerințele GOST, atunci efectuați
al doilea test pe un număr dublu de probe. Dacă testele repetate arată rezultate nesatisfăcătoare, lotul este respins.
Sudabilitatea oțelului este evaluată prin echivalent carbon, %:
unde C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - fracția de masă de carbon, mangan, siliciu, crom, nichel, cupru, vanadiu și fosfor; %.
Daca cu,<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 >La 0,55% riscul de fisuri crește dramatic.
Pentru a verifica continuitatea metalului și a preveni delaminarea, în cazurile necesare, la cererea clientului, se efectuează testarea cu ultrasunete.
O caracteristică distinctivă a GOST 27772 - 88 este utilizarea sa pentru unele oțeluri (S275, S285, S375) metode statistice control, care garantează furnizarea valorilor standard ale limitei de curgere și rezistenței la tracțiune.
Structurile metalice de construcții sunt, de asemenea, realizate din oțeluri furnizate în conformitate cu GOST 380 - 88 „Oțel carbon de calitate obișnuită”, GOST 19281 -73 „Oțel profilat și profilat slab aliat”, GOST 19282 - 73 „Foaie groasă și bandă largă de slab aliat oțel universal” și alte standarde.
Nu există diferențe fundamentale între proprietățile oțelurilor care au aceeași compoziție chimică, dar sunt furnizate conform standardelor diferite. Diferența constă în metodele și denumirile de control. Astfel, conform GOST 380 - 88, cu modificări în denumirea clasei de oțel, sunt indicate grupul de livrare, metoda de dezoxidare și categoria.
Atunci când este furnizată în grupa A, instalația garantează proprietăți mecanice, în grupa B - compoziție chimică, în grupa C - proprietăți mecanice și compoziție chimică.
Gradul de dezoxidare este indicat prin literele KP (fierbere), SP (calm) și PS (semi-liniștit).
Categoria oțelului indică tipul încercărilor de rezistență la impact: categoria 2 - nu se efectuează încercări de rezistență la impact, 3 - efectuate la o temperatură de +20 °C, 4 - la o temperatură de -20 °C, 5 - la o temperatură de -20 °C temperatura de -20 °C și după îmbătrânire mecanică, 6 - după îmbătrânire mecanică.
În construcții, se folosesc în principal clasele de oțel VstZkp2, VstZpsb și VstZsp5, precum și oțel cu un conținut ridicat de mangan VstZGps5.
Conform GOST 19281-73 și GOST 19282 - 73, denumirea calității de oțel indică conținutul elementelor principale. De exemplu, compoziția chimică a oțelului 09G2S este descifrată după cum urmează: 09 - conținut de carbon în sutimi de procent, G2 - mangan într-o cantitate de la 1 la 2%, C - siliciu până la 1 %.
La sfarsitul clasei de otel este indicata categoria, i.e. tipul testului de impact. Pentru oțelurile slab aliate, sunt stabilite 15 categorii, testele sunt efectuate la temperaturi de până la -70 ° C. Oțelurile furnizate conform diferitelor standarde sunt interschimbabile (vezi Tabelul 1.3).
Proprietățile oțelului depind de compoziția chimică a materiei prime, metoda de topire și volumul unităților de topire, forța de compresie și temperatura în timpul laminarii, condițiile de răcire ale produsului finit etc.
Cu factori atât de diverși care influențează calitatea oțelului, este destul de natural ca indicatorii de rezistență și alte proprietăți să aibă o anumită dispersie și să poată fi considerați variabile aleatorii. O idee despre variabilitatea caracteristicilor este dată de histogramele de distribuție statistică, care arată proporția relativă (frecvența) unei anumite valori caracteristice.
1.2.4.Oțel de înaltă rezistență(29 kN/cm2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
aditivi, în principal mangan și siliciu, mai rar nichel și crom, sau de întărire termică
oțel cu conținut scăzut de carbon (S345T).
În acest caz, ductilitatea oțelului scade ușor, iar lungimea platoului de curgere scade la 1 -1,5%.
Oțelurile de înaltă rezistență sunt puțin mai puțin sudabile (în special oțelurile cu conținut ridicat de siliciu) și uneori necesită utilizarea unor măsuri tehnologice speciale pentru a preveni formarea fisurilor la cald.
În ceea ce privește rezistența la coroziune, majoritatea oțelurilor din acest grup sunt apropiate de oțelurile cu conținut scăzut de carbon.
Oțelurile cu un conținut mai mare de cupru (S345D, S375D, S390D) au o rezistență mai mare la coroziune.
Structura cu granulație fină a oțelurilor slab aliate oferă o rezistență semnificativ mai mare la rupere fragilă.
Valoarea ridicată a rezistenței la impact se menține la temperaturi de -40 °C și mai mici, ceea ce permite utilizarea acestor oțeluri pentru structurile operate în regiunile nordice. Datorită proprietăților de rezistență mai mari, utilizarea oțelurilor de înaltă rezistență duce la economii de metale de până la 20-25%.
1.2.5.Oțel de înaltă rezistență(>40 kN/cm2). Oțel laminat de înaltă rezistență
(C440 -C590) sunt obținute de obicei prin aliere și tratament termic.
Pentru aliere, elementele formatoare de nitruri sunt utilizate pentru a promova formarea unei structuri cu granulație fină.
Oțelurile de înaltă rezistență pot să nu aibă un platou de curgere (la o > 50 kN/cm 2), iar ductilitatea lor (alungirea relativă) este redusă la 14% și mai jos.
Raportul crește la 0,8 - 0,9, ceea ce nu permite luarea în considerare a deformațiilor plastice la calcularea structurilor realizate din aceste oțeluri.
Selectarea compoziției chimice și a regimului de tratament termic poate crește semnificativ rezistența la rupere fragilă și poate oferi o rezistență ridicată la impact la temperaturi de până la -70 ° C. Anumite dificultăți apar în fabricarea structurilor. Rezistența ridicată și ductilitatea scăzută necesită echipamente mai puternice pentru tăiere, îndreptare, găurire și alte operațiuni.
La sudarea oțelurilor tratate termic, datorită încălzirii neuniforme și răcirii rapide, au loc diferite transformări structurale în diferite zone ale îmbinării sudate. În unele zone se formează structuri de întărire care au rezistență și fragilitate crescute (straturi dure); în altele, metalul este supus unei căliri ridicate și are rezistență redusă și ductilitate ridicată (straturi moi).
Înmuierea oțelului în zona afectată termic poate ajunge la 5-30%, lucru care trebuie luat în considerare la proiectarea structurilor sudate din oțeluri tratate termic.
Introducerea anumitor elemente care formează carburi (molibden, vanadiu) în compoziția oțelului reduce efectul de înmuiere.
Utilizarea oțelurilor de înaltă rezistență duce la economii de metale de până la 25-30% în comparație cu structurile din oțeluri cu emisii scăzute de carbon și este recomandată în special în structurile cu deschidere mare și cu încărcare puternică.
1.2.6.Oteluri rezistente la intemperii. Pentru a crește rezistența la coroziune a metalelor
structuri ice, oțeluri slab aliate care conțin o cantitate mică de
cantitatea (fracții de procent) de elemente precum cromul, nichelul și cuprul.
În structurile expuse la intemperii, oțelurile cu adaos de fosfor (de exemplu, oțelul C345K) sunt foarte eficiente. Pe suprafața unor astfel de oțeluri se formează o peliculă subțire de oxid, care are o rezistență suficientă și protejează metalul de dezvoltarea coroziunii. Cu toate acestea, sudabilitatea oțelului în prezența fosforului se deteriorează. In plus, in metalul laminat de grosimi mari, metalul are rezistenta redusa la frig, astfel incat utilizarea otelului S345K este recomandata pentru grosimi de cel mult 10 mm.
În structurile care combină funcții portante și de închidere (de exemplu, acoperiri cu membrane), foile subțiri laminate sunt utilizate pe scară largă. Pentru a crește durabilitatea unor astfel de structuri, este recomandabil să folosiți oțel crom inoxidabil de calitate OX18T1F2, care nu conține nichel. Proprietățile mecanice ale oțelului ОХ18Т1Ф2:
50 kN/cm2, = 36 kN/cm2, >33 %. La grosimi mari, produsele laminate din oțeluri cromate au o fragilitate crescută, cu toate acestea, proprietățile produselor laminate subțiri (în special până la 2 mm grosime) le permit să fie utilizate în structuri la temperaturi de proiectare de până la -40 ° C.
1.2.7. Selectia otelurilor pentru constructia structurilor metalice. Alegerea oțelului se face pe baza variantei de proiectare și a analizei tehnico-economice, ținând cont de recomandările standardelor. Pentru a simplifica comandarea metalului, atunci când alegeți oțel, trebuie să depuneți eforturi pentru o mai mare unificare a desenelor, reducând numărul de oțeluri și profile. Alegerea oțelului depinde de următorii parametri care afectează performanța materialului:
temperatura mediului în care este instalată și exploatată structura. Acest factor ține cont de riscul crescut de fractură fragilă la temperaturi scăzute;
natura încărcării, care determină caracteristicile materialului și structurilor sub sarcini dinamice, vibraționale și variabile;
tipul stării de tensiuni (compresiune sau tensiune uniaxiale, stare plană sau volumetrică) și nivelul tensiunilor apărute (elemente cu încărcare puternică sau slabă);
metoda de conectare a elementelor, care determină nivelul tensiunilor intrinseci, gradul de concentrare a tensiunilor și proprietățile materialului din zona de legătură;
grosimea produselor laminate utilizate în elemente. Acest factor ia în considerare modificarea proprietăților oțelului odată cu creșterea grosimii.
În funcție de condițiile de funcționare ale materialului, toate tipurile de structuri sunt împărțite în patru grupe.
LA primul grup Acestea includ structuri sudate care funcționează în condiții deosebit de dificile sau expuse direct la sarcini dinamice, vibrații sau în mișcare (de exemplu, grinzi de macarală, grinzi de platformă de lucru sau elemente de pasaje supraetajate care suportă direct sarcina de la materialul rulant, garnituri de ferme etc.). Starea tensionată a unor astfel de structuri se caracterizează printr-un nivel ridicat și o frecvență ridicată de încărcare.
Structurile din primul grup funcționează în cele mai dificile condiții, ceea ce contribuie la posibilitatea deteriorării lor fragile sau la oboseală, prin urmare cele mai mari cerințe sunt puse asupra proprietăților oțelurilor pentru aceste structuri.
Co. al doilea grup includ structuri sudate care funcționează sub sarcină statică sub influența unui câmp biaxial uniaxial și neechivoc de tensiuni de tracțiune (de exemplu, ferme, bare transversale ale cadrului, grinzi pentru podea și acoperiș și alte elemente de tracțiune, de îndoire și de îndoire), precum și structuri de prima grupă în absenţa îmbinărilor sudate .
Ceea ce este comun pentru structurile din acest grup este riscul crescut de fractură fragilă asociat cu prezența unui câmp de efort de tracțiune. Probabilitatea de cedare la oboseală aici este mai mică decât pentru structurile din primul grup.
LA al treilea grup Acestea includ structuri sudate care funcționează sub influența predominantă a tensiunilor de compresiune (de exemplu, stâlpi, rafturi, suporturi pentru echipamente și alte elemente comprimate și comprimate-îndoire), precum și structuri din a doua grupă în absența îmbinărilor sudate.
LA a patra grupă cuprind structuri și elemente auxiliare (contractii, elemente cu semi-cherestea, scări, garduri etc.), precum și structuri din grupa a treia în absența îmbinărilor sudate.
Dacă pentru structurile din al treilea și al patrulea grup este suficient să se limiteze la cerințele de rezistență la sarcini statice, atunci pentru structurile din primul și al doilea grup este important să se evalueze rezistența oțelului la influențele dinamice și la rupere fragilă.
În materialele pentru structuri sudate trebuie evaluată sudabilitatea. Cerințele pentru elementele structurale care nu au îmbinări sudate pot fi reduse, deoarece absența câmpurilor de tensiune de sudură, concentrația mai mică a tensiunilor și alți factori îmbunătățesc performanța acestora.
În cadrul fiecărui grup de structuri, în funcție de temperatura de funcționare, oțelurile sunt supuse cerințelor de rezistență la impact la diferite temperaturi.
Standardele conțin o listă de oțeluri în funcție de grupul de structuri și de regiunea climatică de construcție.
Alegerea finală a oțelului în cadrul fiecărei grupe ar trebui făcută pe baza unei comparații a indicatorilor tehnici și economici (consumul de oțel și costul structurilor), precum și luând în considerare ordinea metalului și capacitățile tehnologice ale producătorului. În structurile compozite (de exemplu, grinzi compozite, ferme, etc.), este fezabilă din punct de vedere economic să se utilizeze două oțeluri: rezistență mai mare pentru elementele puternic încărcate (coardele ferme, grinzi) și rezistență mai mică pentru elementele cu încărcare mică (zăbrele, pereți grinzi). ).
1.2.8. Aliaje de aluminiu. Aluminiul are proprietăți semnificativ diferite față de oțel. Densitatea sa = 2,7 t/m 3, adică. de aproape 3 ori mai mică decât densitatea oțelului. Modulul de elasticitate longitudinală al aluminiului E=71 000 MPa, modul de forfecare G= 27.000 MPa, care este de aproximativ 3 ori mai mic decât modulul elastic longitudinal și modulul de forfecare al oțelului.
Aluminiul nu are un platou de randament. Linia dreaptă de deformare elastică se transformă direct în curba de deformare elastoplastică (Fig. 1.7). Aluminiul este foarte ductil: alungirea la rupere ajunge la 40 - 50%, dar rezistența sa este foarte mică: = 6...7 kN/cm2, iar rezistența la rezistență = 2...3 kN/cm2. Aluminiul pur este acoperit rapid cu o peliculă puternică de oxid care previne dezvoltare ulterioară coroziune.
Datorită rezistenței sale foarte scăzute, aluminiul pur din punct de vedere tehnic este rar folosit în structurile de construcție. O creștere semnificativă a rezistenței aluminiului este realizată prin alierea acestuia cu magneziu, mangan, cupru și siliciu. zinc și alte elemente.
Rezistența la rupere a aluminiului aliat (aliaje de aluminiu), în funcție de compoziția aditivilor de aliere, este de 2-5 ori mai mare decât cea a aluminiului pur comercial; cu toate acestea, alungirea relativă este în mod corespunzător de 2 - 3 ori mai mică. Odată cu creșterea temperaturii, rezistența aluminiului scade și la temperaturi peste 300 ° C este aproape de zero (vezi Fig. 1.7).
O caracteristică a unui număr de aliaje multicomponente A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn este capacitatea lor de a crește în continuare rezistența în timpul procesului de îmbătrânire după tratamentul termic; astfel de aliaje se numesc întăribile termic.
Rezistența la tracțiune a unor aliaje de înaltă rezistență (sistem Al - Mg - Zn) după tratamentul termic și îmbătrânirea artificială depășește 40 kN/cm2, în timp ce alungirea relativă este de numai 5-10%. Tratamentul termic al aliajelor cu compoziție dublă (Al-Mg, Al-Mn) nu duce la întărire; astfel de aliaje sunt numite neîntărire termic.
O creștere a limitei nominale de curgere a produselor din aceste aliaje de 1,5 - 2 ori poate fi realizată prin deformare la rece (întărire la rece), în timp ce alungirea relativă este de asemenea redusă semnificativ. Trebuie remarcat faptul că indicatorii tuturor proprietăților fizice de bază ale aliajelor, indiferent de compoziția și starea elementelor de aliere, practic nu diferă de indicatorii pentru aluminiu pur.
Rezistența la coroziune a aliajelor depinde de compoziția aditivilor de aliere, de starea de livrare și de gradul de agresivitate al mediului extern.
Produsele semifabricate din aliaje de aluminiu se produc in fabrici specializate: table si benzi - prin laminare pe mori cu role multiple; tevi si profile - prin extrudare pe prese hidraulice orizontale, ceea ce face posibila obtinerea de profile de o mare varietate de forme de sectiune transversala, inclusiv cele cu cavitati inchise.
La semifabricatele expediate din fabrică sunt indicate calitatea aliajului și starea de livrare: M - moale (recoace); N - harnic; H2 - semicălit; T - intarit si maturat natural 3 - 6 zile la temperatura camerei; T1 - întărit și îmbătrânit artificial timp de câteva ore la temperatură ridicată; T4 - neîntărit complet și îmbătrânit natural; T5 - neîntărit complet și îmbătrânit artificial. Produsele semifabricate furnizate fără prelucrare nu au nicio denumire suplimentară.
Din un numar mare Următoarele clase de aluminiu sunt recomandate pentru utilizare în construcții:
Aliaje care nu se întăresc termic: AD1 și AMtsM; AMg2M și AMg2MN2 (coli); AMg2M (conducte);
Aliaje întăribile termic: AD31T1; AD31T4 și AD31T5 (profile);
1915 și 1915T; 1925 și 1925T; 1935, 1935T, AD31T (profile și țevi).
Toate aliajele de mai sus, cu excepția aliajului 1925T, care este utilizat numai pentru structurile nituite, sudează bine. Pentru piesele turnate, se folosește aliajul de turnare de calitate AL8.
Structuri din aluminiu datorită greutății reduse, rezistenței la coroziune, rezistenței la frig, proprietăților antimagnetice, fără scântei, durabilitate și vedere buna au perspective largi de aplicare în multe domenii ale construcțiilor. Cu toate acestea, din cauza costului ridicat, utilizarea aliajelor de aluminiu în structurile clădirilor este limitată.
Astăzi, aluminiul este folosit în aproape toate industriile, de la producția de ustensile alimentare până la crearea de fuzelaje. nave spațiale. Pentru anumite procese de producție sunt potrivite doar anumite clase de aluminiu, care au anumite proprietăți fizice și chimice.
Principalele proprietăți ale metalului sunt conductivitatea termică ridicată, maleabilitatea și ductilitatea, rezistența la coroziune, greutatea redusă și rezistența ohmică scăzută. Ele depind direct de procentul de impurități incluse în compoziția sa, precum și de tehnologia de producție sau de îmbogățire. În conformitate cu aceasta, se disting principalele clase de aluminiu.
Tipuri de aluminiu
Toate tipurile de metale sunt descrise și incluse într-un sistem unificat de standarde naționale și internaționale recunoscute: EN european, ASTM american și ISO internațional. În țara noastră, clasele de aluminiu sunt definite de GOST 11069 și 4784. Toate documentele sunt luate în considerare separat. În același timp, metalul în sine este împărțit în grade, iar aliajele nu au semne definite în mod specific.
În conformitate cu standardele naționale și internaționale, ar trebui să se distingă două tipuri de microstructură de aluminiu nealiat:
- puritate ridicată cu un procent de peste 99,95%;
- puritate tehnică, care conține aproximativ 1% impurități și aditivi.
Compușii de fier și siliciu sunt cel mai adesea considerați impurități. Standardul internațional ISO are o serie separată pentru aluminiu și aliajele acestuia.
Clase de aluminiu
Tipul tehnic de material este împărțit în anumite clase, care sunt atribuite standardelor relevante, de exemplu AD0 conform GOST 4784-97. În același timp, clasificarea include și metalul de înaltă frecvență, pentru a nu crea confuzie. Această specificație conține următoarele grade:
- Primar (A5, A95, A7E).
- Tehnic (AD1, AD000, ADS).
- Deformabil (AMg2, D1).
- Turnătorie (VAL10M, AK12pch).
- Pentru dezoxidarea oțelului (AV86, AV97F).
În plus, există și categorii de aliaje - compuși de aluminiu care sunt utilizați pentru a crea aliaje din aur, argint, platină și alte metale prețioase.
Aluminiu primar
Aluminiul primar (gradul A5) este un exemplu tipic al acestui grup. Se obține prin îmbogățirea aluminei. Metalul nu se găsește în natură în forma sa pură datorită activității sale chimice ridicate. Combinându-se cu alte elemente, formează bauxită, nefelină și alunită. Ulterior, din aceste minereuri se obține alumina, iar din aceasta, folosind procese chimice și fizice complexe, se obține aluminiu pur.
GOST 11069 stabilește cerințe pentru clasele de aluminiu primar, care ar trebui marcate prin aplicarea de dungi verticale și orizontale cu vopsea de neșters de diferite culori. Acest material și-a găsit o largă aplicație în industriile avansate, în principal unde materiilor prime sunt necesare caracteristici tehnice ridicate.
Aluminiu tehnic
Aluminiul tehnic este un material cu un procent de impurități străine mai mic de 1%. Foarte des este numit și nedopat. Clasele tehnice ale aluminiului conform GOST 4784-97 se caracterizează prin rezistență foarte scăzută, dar rezistență ridicată la coroziune. Datorită absenței particulelor de aliere în compoziție, pe suprafața metalului se formează rapid o peliculă de oxid de protecție, care este stabilă.
Clasele de aluminiu tehnic se disting printr-o bună conductivitate termică și electrică. Rețeaua lor moleculară nu conține practic nicio impuritate care împrăștie fluxul de electroni. Datorită acestor proprietăți, materialul este utilizat în mod activ în fabricarea instrumentelor, în producția de echipamente de încălzire și schimb de căldură și articole de iluminat.
Aluminiu forjat
Aluminiul deformabil include un material care este supus unui tratament de presiune la cald și la rece: laminare, presare, trefilare și alte tipuri. Ca urmare a deformărilor plastice, din acesta se obțin semifabricate de diferite secțiuni longitudinale: tijă de aluminiu, tablă, bandă, placă, profile și altele.
Principalele clase de material deformabil utilizate în producția internă sunt date în documentele de reglementare: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 și OCT1 90026. O trăsătură caracteristică a materiilor prime deformabile este structura solidă a soluției cu un conținut ridicat de eutectic - faza lichidă, care este în echilibru cu două sau mai multe stări solide ale materiei.
Domeniul de aplicare al aluminiului deformabil, precum cel în care se folosește tija de aluminiu, este destul de extins. Se foloseste atat in zonele care necesita mari caracteristici tehnice din materiale - în construcția de nave și avioane și în șantiere de construcții ca aliaj pentru sudare.
Aluminiu turnat
Calitățile de turnătorie de aluminiu sunt utilizate pentru producerea de produse modelate. Al lor caracteristica principală este o combinație de rezistență specifică ridicată și densitate scăzută, care face posibilă turnarea produselor de forme complexe fără crăpare.
În funcție de scopul lor, gradele de turnătorie sunt împărțite în mod convențional în grupuri:
- Materiale foarte ermetice (AL2, AL9, AL4M).
- Materiale cu rezistență ridicată și rezistență la căldură (AL 19, AL5, AL33).
- Substanțe cu rezistență ridicată la coroziune.
Foarte des, caracteristicile de performanță ale produselor din aluminiu turnat cresc tipuri variate tratament termic.
Aluminiu pentru dezoxidare
Calitatea produselor fabricate este influențată și de ceea ce are aluminiul proprietăți fizice. Și utilizarea materialelor de calitate scăzută nu se limitează la crearea de produse semifabricate. Foarte des este folosit pentru dezoxidarea oțelului - îndepărtarea oxigenului din fierul topit, care este dizolvat în el și, prin urmare, îmbunătățește proprietățile mecanice ale metalului. Pentru acest proces cele mai frecvent utilizate mărci sunt AB86 și AB97F.
Atunci cand alegem produse metalice - balustrade si balustrade incalzite pentru prosoape, vase si garduri, gratare sau balustrade - alegem, in primul rand, materialul. În mod tradițional, oțelul inoxidabil, aluminiul și oțelul negru obișnuit (carbon) sunt considerate a concura. Deși au o serie de caracteristici similare, ele diferă totuși semnificativ unele de altele. Are sens să le compari și să ne dai seama care este mai bine: aluminiu sau oţel inoxidabil(oțelul negru, datorită rezistenței sale scăzute la coroziune, nu va fi luat în considerare).
Aluminiu: caracteristici, avantaje, dezavantaje
Unul dintre cele mai ușoare metale care sunt utilizate în general în industrie. Conduce foarte bine căldura și nu este supus coroziunii cu oxigen. Aluminiul este produs în câteva zeci de tipuri: fiecare cu aditivii săi care măresc rezistența, rezistența la oxidare și maleabilitatea. Cu toate acestea, cu excepția aluminiului foarte scump pentru avioane, toate au un dezavantaj: moliciunea excesivă. Piesele din acest metal sunt ușor deformate. De aceea, este imposibil să se utilizeze aluminiu acolo unde, în timpul funcționării, produsul este expus la presiuni ridicate (ciocanul de berbec în sistemele de alimentare cu apă, de exemplu).
Rezistența la coroziune a aluminiului oarecum prea scump. Da, metalul nu „putrezește”. Dar numai datorită stratului protector de oxid, care se formează pe produs în aer în câteva ore.
Oţel inoxidabil
Aliajul nu are practic niciun dezavantaj - cu excepția preț mare. Nu se teme de coroziune, nu teoretic, ca aluminiul, ci practic: nu apare nicio peliculă de oxid pe el, ceea ce înseamnă că, în timp, „ oţel inoxidabil„nu se estompează.
Puțin mai greu decât aluminiul, oțelul inoxidabil gestionează bine impacturile, presiune ridicatași abraziune (în special mărcile care conțin mangan). Transferul său de căldură este mai rău decât cel al aluminiului: dar datorită acestui lucru, metalul nu „transpiră” și există mai puțin condens pe el.
Pe baza rezultatelor comparației, devine clar că pentru a efectua sarcini care necesită greutate redusă a metalului, rezistență și fiabilitate, oțelul inoxidabil este mai bun decât aluminiul.
În prezent, cele mai comune sisteme NVF de pe piața rusă pot fi împărțite în trei grupuri mari:
- sisteme cu structuri de subplacare din aliaje de aluminiu;
- sisteme cu structura de subplacare din otel zincat cu acoperire polimerică;
- sisteme cu structura de subplacare din otel inoxidabil.
Fără îndoială, structurile de subplacare din oțel inoxidabil au cele mai bune proprietăți de rezistență și termice.
Analiza comparativă a proprietăților fizice și mecanice ale materialelor
*Proprietățile oțelului inoxidabil și ale oțelului galvanizat diferă ușor.
Caracteristicile termice și de rezistență ale oțelului inoxidabil și aluminiului
1. Având în vedere capacitatea portantă de 3 ori mai mică și conductivitatea termică de 5,5 ori mai mare a aluminiului, suportul din aliaj de aluminiu este o „punte rece” mai puternică decât suportul din oțel inoxidabil. Un indicator al acestui lucru este coeficientul de uniformitate termică a structurii de închidere. Conform datelor cercetării, coeficientul de uniformitate termică a structurii de închidere la utilizarea unui sistem din oțel inoxidabil a fost de 0,86-0,92, iar pentru sistemele din aluminiu este de 0,6-0,7, ceea ce face necesară așezarea unei grosimi mai mari a izolației și, în consecință, crește costul fațadei.
Pentru Moscova, rezistența necesară la transferul de căldură a pereților, ținând cont de coeficientul de uniformitate termică, este pentru un suport din inox - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, pentru un suport din aluminiu - 3,13/0,7= 4,47 (m2.°C)/W, adică Cu 1,07 (m2.°C)/W mai mare. Prin urmare, atunci când se folosesc console din aluminiu, grosimea izolației (cu un coeficient de conductivitate termică de 0,045 W/(m°C) ar trebui luată cu aproape 5 cm în plus (1,07 * 0,045 = 0,048 m).
2. Datorită grosimii și conductivității termice mai mari a consolelor din aluminiu, conform calculelor efectuate la Institutul de Cercetare pentru Fizica Construcțiilor, la o temperatură a aerului exterior de -27 °C, temperatura pe ancoră poate scădea până la -3,5 °C şi chiar mai jos, pentru că în zona de calcule secțiune transversală S-a presupus că suportul de aluminiu are 1,8 cm 2, în timp ce în realitate este de 4-7 cm 2. Când se folosește un suport din oțel inoxidabil, temperatura pe ancoră a fost de +8 °C. Adică, atunci când se utilizează suporturi din aluminiu, ancora funcționează într-o zonă de temperaturi alternative, unde este posibilă condensarea umidității pe ancoră cu înghețare ulterioară. Acest lucru va distruge treptat materialul stratului structural al peretelui din jurul ancorei și, în consecință, va reduce capacitatea portantă a acestuia, ceea ce este deosebit de important pentru pereții din material cu capacitate portantă scăzută (beton spumos, cărămidă tubulară etc. .). În același timp, plăcuțele termoizolante de sub suport, datorită grosimii lor mici (3-8 mm) și conductivității termice ridicate (față de izolație), reduc pierderile de căldură cu doar 1-2%, adică. practic nu rupe „punte rece” și are un efect redus asupra temperaturii ancorei.
3. Dilatare termică scăzută a ghidajelor. Deformarea la temperatură a aliajului de aluminiu este de 2,5 ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil. Oțelul inoxidabil are un coeficient de dilatare termică mai mic (10 10 -6 °C -1) comparativ cu aluminiul (25 10 -6 °C -1). În consecință, alungirea ghidajelor de 3 metri cu o diferență de temperatură de la -15 °C la +50 °C va fi de 2 mm pentru oțel și 5 mm pentru aluminiu. Prin urmare, pentru a compensa dilatarea termică a ghidajului de aluminiu, sunt necesare o serie de măsuri:
și anume introducerea de elemente suplimentare în subsistem - glisiere mobile (pentru console în formă de U) sau găuri ovale cu manșoane pentru nituri - nu fixare rigidă (pentru console în formă de L).
Acest lucru duce inevitabil la un subsistem mai complex și mai costisitor sau la o instalare incorectă (deoarece se întâmplă adesea ca instalatorii să nu folosească bucșe sau să fixeze incorect ansamblul cu elemente suplimentare).
Ca urmare a acestor măsuri, sarcina de greutate cade doar pe consolele portante (superioare și inferioare), iar celelalte servesc doar ca suport, ceea ce înseamnă că ancorele nu sunt încărcate uniform și trebuie avut în vedere acest lucru la dezvoltare. documentația de proiectare, care de multe ori pur și simplu nu este realizată. În sistemele din oțel, întreaga sarcină este distribuită uniform - toate nodurile sunt fixate rigid - dilatările termice minore sunt compensate prin funcționarea tuturor elementelor în stadiul de deformare elastică.
Designul clemei permite ca distanța dintre plăci în sistemele din oțel inoxidabil să fie de la 4 mm, în timp ce în sistemele din aluminiu - cel puțin 7 mm, ceea ce, de asemenea, nu se potrivește multor clienți și se strică aspect clădire. În plus, clema trebuie să asigure mișcarea liberă a plăcilor de placare în funcție de cantitatea de prelungire a ghidajelor, altfel plăcile vor fi distruse (în special la joncțiunea ghidajelor) sau clema se va desface (ambele pot duce la căderea plăcilor de placare). Într-un sistem din oțel nu există pericolul ca picioarele clemei să se îndoiască, ceea ce se poate întâmpla în timp în sistemele din aluminiu din cauza deformărilor mari de temperatură.
Proprietățile de foc ale oțelului inoxidabil și aluminiului
Punctul de topire al oțelului inoxidabil este de 1800 °C, iar aluminiul este de 630/670 °C (în funcție de aliaj). Temperatura în timpul unui incendiu pe suprafața interioară a plăcii (conform rezultatelor testelor Centrului Regional de Certificare „OPYTNOE”) ajunge la 750 °C. Astfel, la utilizarea structurilor din aluminiu, poate apărea topirea substructurii și prăbușirea unei părți a fațadei (în zona deschiderii ferestrei), iar la o temperatură de 800-900 ° C, aluminiul însuși susține arderea. Oțelul inoxidabil nu se topește în foc, așa că este de preferat pentru cerințele de siguranță la incendiu. De exemplu, la Moscova, în timpul construcției clădirilor înalte, substructurile din aluminiu nu pot fi folosite deloc.
Proprietăți corozive
Astăzi, singura sursă de încredere privind rezistența la coroziune a unei anumite structuri de subplacare și, în consecință, durabilitatea, este opinia expertului ExpertKorr-MISiS.
Cele mai durabile structuri sunt realizate din oțel inoxidabil. Durata de viață a unor astfel de sisteme este de cel puțin 40 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie și de cel puțin 50 de ani într-o atmosferă curată condiționat de agresivitate scăzută.
Aliajele de aluminiu, datorită peliculei lor de oxid, au o rezistență ridicată la coroziune, dar în condiții de niveluri ridicate de cloruri și sulf în atmosferă poate apărea o coroziune intergranulară cu dezvoltare rapidă, ceea ce duce la o scădere semnificativă a rezistenței elementelor structurale și distrugerea acestora. . Astfel, durata de viață a unei structuri din aliaje de aluminiu într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie nu depășește 15 ani. Cu toate acestea, conform cerințelor Rosstroy, în cazul utilizării aliajelor de aluminiu pentru fabricarea elementelor substructurii unui NVF, toate elementele trebuie să aibă în mod necesar un strat anodic. Prezența unei acoperiri anodice crește durata de viață a substructurii din aliaj de aluminiu. Dar atunci când se instalează o substructură, diferitele sale elemente sunt conectate cu nituri, pentru care sunt găurite, ceea ce provoacă întreruperea acoperirii anodice în zona de fixare, adică se creează inevitabil zone fără un strat anodic. În plus, miezul de oțel al unui nit de aluminiu, împreună cu mediul de aluminiu al elementului, formează un cuplu galvanic, care duce și la dezvoltarea proceselor active de coroziune intergranulară în locurile în care sunt atașate elementele substructurii. Este de remarcat faptul că adesea costul scăzut al unui anumit sistem NVF cu o substructură din aliaj de aluminiu se datorează tocmai lipsei unei acoperiri anodice protectoare pe elementele sistemului. Producătorii fără scrupule de astfel de substructuri economisesc procese costisitoare de anodizare electrochimică pentru produse.
Oțelul galvanizat are o rezistență insuficientă la coroziune din punct de vedere al durabilității structurale. Dar după aplicarea stratului de polimer, durata de viață a unei substructuri din oțel galvanizat cu un strat de polimer va fi de 30 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie și de 40 de ani într-o atmosferă condiționat curată, cu agresivitate scăzută.
După compararea indicatorilor de mai sus ai substructurilor din aluminiu și oțel, putem concluziona că substructurile din oțel sunt semnificativ superioare celor din aluminiu în toate privințele.
Descrierea aluminiului: Aluminiul nu are transformări polimorfe și are o rețea cubică centrată pe fețe cu o perioadă a = 0,4041 nm. Aluminiul și aliajele sale se pretează bine la deformări la cald și la rece - laminare, forjare, presare, trefilare, îndoire, ștanțare table și alte operațiuni.
Toate aliajele de aluminiu pot fi îmbinate prin sudare în puncte, iar aliajele speciale pot fi îmbinate prin sudare prin fuziune și alte tipuri de sudare. Aliajele de aluminiu deformabile se împart în cele care pot fi întărite și cele care nu pot fi întărite prin tratament termic.
Toate proprietățile aliajelor sunt determinate nu numai de metoda de obținere a unei piese semifabricate și de tratament termic, ci în principal de compoziția chimică și mai ales de natura fazelor care întăresc fiecare aliaj. Proprietățile aliajelor de aluminiu de îmbătrânire depind de tipurile de îmbătrânire: zonă, fază sau coagulare.
În stadiul de îmbătrânire prin coagulare (T2 și T3), rezistența la coroziune crește semnificativ, iar cea mai optimă combinație de caracteristici de rezistență, rezistență la coroziune prin stres, coroziune prin exfoliere, tenacitate la rupere (K 1c) și ductilitate (în special în direcția verticală) este asigurat.
Starea semifabricatelor, natura placajului și direcția de tăiere a probelor sunt indicate după cum urmează - Simboluri pentru aluminiu laminat:
M - Moale, recoaptă
T - Întărit și îmbătrânit natural
T1 - Întărit și îmbătrânit artificial
T2 - Întărit și îmbătrânit artificial după un regim care asigură valori mai mari ale tenacității la rupere și o rezistență mai bună la coroziune prin tensiune
TZ - Întărit și îmbătrânit artificial în conformitate cu un regim care oferă cea mai mare rezistență la coroziune și rezistență la rupere.
N - prelucrat la rece (prelucrarea culorii foilor de aliaje cum ar fi duraluminiul aproximativ 5-7%)
P - Semi-călit
H1 - Culoare puternic la rece (foaia lucrată la rece aproximativ 20%)
TPP - Întărit și îmbătrânit natural, rezistență crescută
GK - laminate la cald (foi, plăci)
B - Placări tehnologice
A - Placare normală
UP - Placare îngroșată (8% pe latură)
D - Direcția longitudinală (de-a lungul fibrei)
P - Direcția transversală
B - Direcția altitudinii (grosime)
X - Direcția acordului
R - Direcția radială
PD, DP, VD, VP, ХР, РХ - Direcția de tăiere a probei utilizată pentru a determina duritatea la rupere și rata de creștere a fisurilor la oboseală. Prima literă caracterizează direcția axei eșantionului, a doua - direcția planului, de exemplu: PV - axa eșantionului coincide cu lățimea semifabricatului, iar planul fisurii este paralel cu înălțimea sau grosimea .
Analiza si obtinerea probelor de aluminiu: Minereuri.În prezent, aluminiul este produs dintr-un singur tip de minereu - bauxită. Bauxitele utilizate în mod obișnuit conțin 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.
Probele din bauxită se prelevează conform regulilor generale, acordând o atenție deosebită posibilității de absorbție a umidității de către material, precum și diferitelor rapoarte de particule mari și mici. Greutatea probei depinde de dimensiunea probei testate: din 20 de tone este necesar să se selecteze cel puțin 5 kg pentru proba totală.
La prelevarea probelor de bauxită în stive în formă de con, bucăți mici sunt rupte din toate bucățile mari cu greutatea > 2 kg situate într-un cerc cu o rază de 1 m și luate într-o lopată. Volumul lipsă este umplut cu particule mici de material preluate de pe suprafața laterală a conului testat.
Materialul selectat este colectat în vase bine închise.
Tot materialul de probă este zdrobit într-un concasor până la particule de 20 mm, turnat într-un con, redus și zdrobit din nou la particule de dimensiunea<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.
Pregătirea ulterioară a probei pentru analiză se efectuează după uscare la 105° C. Dimensiunea particulelor probei pentru analiză trebuie să fie mai mică de 0,09 mm, cantitatea de material este de 50 kg.
Probele de bauxită preparate sunt foarte predispuse la stratificare. Dacă probele constau din particule de dimensiune<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.
Probele din topituri lichide de fluorură utilizate în electroliza aluminiului topit ca electroliți sunt prelevate cu o cupă de oțel din topitura lichidă după îndepărtarea depunerilor solide de pe suprafața băii. Se toarnă o probă lichidă din topitură într-o matriță și se obține un lingou mic de 150x25x25 mm; apoi întreaga probă este zdrobită până la o dimensiune a particulelor de probă de laborator mai mică de 0,09 mm...
Topirea aluminiului:În funcție de scara producției, de natura turnării și de capacitățile energetice, topirea aliajelor de aluminiu poate fi efectuată în cuptoare cu creuzet, în cuptoare electrice cu rezistență și în cuptoare electrice cu inducție.
Topirea aliajelor de aluminiu ar trebui să asigure nu numai calitatea înaltă a aliajului finit, ci și o productivitate ridicată a unităților și, în plus, costuri minime de turnare.
Cea mai progresivă metodă de topire a aliajelor de aluminiu este metoda de încălzire prin inducție cu curenți de frecvență industriali.
Tehnologia de preparare a aliajelor de aluminiu constă în aceleași etape tehnologice ca și tehnologia de preparare a aliajelor pe bază de orice alte metale.
1. Atunci când se efectuează topirea metalelor și aliajelor proaspete de porc, aluminiul este mai întâi încărcat (în întregime sau în părți), apoi aliajele sunt dizolvate.
2. Atunci când se efectuează topirea folosind un aliaj de porc preliminar sau siliciu de porc în încărcătură, mai întâi de toate aliajele de porc sunt încărcate și topite, apoi se adaugă cantitatea necesară de aluminiu și aliaje.
3. În cazul în care sarcina este compusă din deșeuri și metale de porc, se încarcă în următoarea succesiune: aluminiu primar de porc, piese turnate defecte (lingouri), deșeuri (clasa I) și retopire și aliaje rafinate.
Cuprul poate fi introdus în topitură nu numai sub formă de aliaj, ci și sub formă de cupru electrolitic sau deșeuri (introducere prin dizolvare).