1.2.1. Caracteristicile generale ale oțelurilor.Oțelul este un aliaj de fier cu aditivi de aliere care conțin carbon care îmbunătățesc calitatea metalului și impurități dăunătoare 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 (cereale) orientate diferit. În fiecare cristal, atomii (mai precis, ioni încărcați pozitiv) sunt dispuși în mod ordonat la locurile rețelei spațiale. Oțelul este caracterizat de o rețea de cristal cubică centrată pe corp (bcc) și centrată pe față (fcc) (Fig. 1.4). Fiecare cereală, sub forma unei formațiuni cristaline, este puternic anizotropă și are proprietăți diferite în direcții diferite. Cu un număr mare de boabe orientate diferit, aceste diferențe sunt netezite, statistic, în medie în toate direcțiile, proprietățile devin aceleași, iar oțelul se comportă ca un corp cvasi-izotrop.
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, în timpul întăririi se formează cristale de fier pur - ferită, așa-numitul fier de 8 cu o rețea centrată pe corp (Fig. 1.4, și);la o temperatură de 1490 ° C, are loc recristalizarea și 5-fierul trece în fier-y cu o rețea centrată pe față (Fig. 1.4, b).La o temperatură de 910 ° C și mai mică, cristalele γ-fier se transformă din nou în cele centrate pe corp, iar această stare rămâne 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 fier-y, numită austenită, în care atomii de carbon sunt situați în centrul rețelei fcc. Austenita se descompune la temperaturi sub 910 ° C. Fierul rezultat cu o rețea bcc (ferită) dizolvă slab carbonul. Odată cu eliberarea feritei, austenita se îmbogățește cu carbon și la o temperatură de 723 ° C se transformă în perlită - un amestec de ferită și carbură de fier Fe 3 C, numită cementită.
Figura: 1.4. Rețea cristalină cubică:
și- centrat pe corp;
b- centrat pe față
Astfel, la temperatura normală, oțelul constă din două faze principale: ferită și cementită, care formează boabe independente, și sunt, de asemenea, incluse sub formă de plăci în compoziția perlitei (Fig. 1.5). Boabe ușoare - ferită, întunecată - perlit).
Ferita este extrem de plastică și de rezistență redusă, cementita este dură și fragilă. Perlitul are proprietăți intermediare între cele ale feritei și cementitei. În funcție de conținutul de carbon, prevalează una sau alta componentă structurală. Dimensiunea boabelor 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 bobul este mai fin, cu atât este mai mare calitatea metalului).
Aditivii de aliere, care intră în soluția solidă cu ferită, îl întăresc. În plus, unele dintre ele, formând carburi și nitruri, cresc numărul de situri de cristalizare și contribuie la formarea unei structuri cu granulație fină.
Sub influența tratamentului termic, structura, mărimea granulelor și solubilitatea elementelor de aliere se schimbă, ceea ce duce la o modificare a proprietăților oțelului.
Cel mai simplu tip de tratament termic este normalizarea. Acesta constă în reîncălzirea produsului laminat la temperatura de formare austenitică și răcirea ulterioară în aer. După normalizare, structura din oțel este mai ordonată, ceea ce duce la o îmbunătățire a rezistenței și a proprietăților plastice ale oțelului laminat și a rezistenței la impact, precum și la o creștere a omogenității.
Cu răcirea rapidă a oțelului încălzit la o temperatură care depășește temperatura de transformare a fazei, oțelul este întărit.
Structurile formate după întărire conferă oțelului o rezistență ridicată. Cu toate acestea, plasticitatea sa scade, iar tendința către fracturi fragile crește. Pentru a regla proprietățile mecanice ale oțelului întărit și formarea structurii dorite, acesta este temperat, adică încălzirea la o temperatură la care are loc transformarea structurală dorită, menținerea la această temperatură pentru timpul necesar și apoi răcirea lentă 1.
În timpul laminării, ca urmare a reducerii, structura oțelului se schimbă. Există o măcinare a boabelor și orientarea lor diferită de-a lungul și peste produsul laminat, ceea ce duce la o anumită anizotropie a proprietăților. Temperatura de rulare și rata de răcire au, de asemenea, o influență semnificativă. La o rată ridicată de răcire, este posibilă formarea structurilor de stingere, ceea ce duce la o creștere a proprietăților de rezistență ale oțelului. Cu cât materialul rulat este mai gros, cu atât rata de reducere și rata de răcire sunt mai mici. Prin urmare, odată cu creșterea grosimii produselor laminate, caracteristicile de rezistență scad.
Astfel, prin variația compoziției chimice, a laminării și a modurilor de tratament termic, este posibil să se schimbe structura și să se obțină oțel cu rezistența specificată și alte proprietăți.
Clasificarea oțelurilor.Conform proprietăților de rezistență, oțelurile sunt împărțite în mod convențional în trei grupe: convenționale (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN / cm 2).
Creșterea rezistenței oțelului se realizează prin aliaje și tratament termic.
Prin compoziția chimică, oțelurile sunt împărțite în carbon și aliate. Oțelurile de carbon obișnuite sunt compuse din fier și carbon cu unele
adăugarea de siliciu (sau aluminiu) și mangan. Alți aditivi nu sunt introduși în mod special și pot pătrunde în oțel din minereu (cupru, crom etc.).
Carbonul (U) 1, crescând rezistența oțelului, reduce ductilitatea acestuia și agravează 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 într-un anumit grad sau altul înrăutățesc sudabilitatea oțelului, precum și crește costul acestuia, oțelurile slab aliate cu un conținut total de aditivi de aliere de cel mult 5% sunt utilizate în principal în construcții.
Principalele adaosuri de aliere sunt siliciu (C), mangan (G), cupru (D), crom (X), nichel (N), vanadiu (F), molibden (M), aluminiu (Yu), azot (A).
Siliciul dezoxidează oțelul, adică leagă excesul de oxigen și îi mărește rezistența, dar reduce ductilitatea, agravează sudabilitatea și rezistența la coroziune la un conținut crescut. Efectul nociv al siliciului poate fi compensat de conținutul crescut de mangan.
Manganul crește rezistența, este un bun deoxidant și, combinat cu sulf, reduce efectele sale nocive. Cu un conținut de mangan de peste 1,5%, oțelul devine fragil.
Cuprul crește ușor rezistența oțelului și crește rezistența acestuia la coroziune. Conținutul excesiv de cupru (peste 0,7%) contribuie la îmbătrânirea oțelului și crește fragilitatea acestuia.
Cromul și nichelul cresc rezistența oțelului fără a compromite ductilitatea și îmbunătățesc rezistența la coroziune.
Aluminiu dezoxidează bine oțelul, neutralizează efectul nociv al fosforului și crește rezistența la impact.
Vanadiul și molibdenul cresc rezistența cu aproape nici o reducere a ductilității și previn înmuierea oțelului tratat termic în timpul sudării.
Azotul nelegat contribuie la îmbătrânirea oțelului și îl face fragil, deci nu ar trebui să depășească 0,009%. Într-o stare legată chimic cu aluminiu, vanadiu, titan și alte elemente, formează nitruri și devine un element de aliere, contribuind la formarea unei structuri cu granulație fină și la o îmbunătățire a proprietăților mecanice.
Fosforul aparține impurităților dăunătoare, deoarece, formând o soluție solidă cu ferită, crește fragilitatea oțelului, în special la temperaturi scăzute (fragilitate 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 obținerea oțelurilor rezistente la intemperii.
Sulful, datorită formării sulfurii de fier cu topire scăzută, face ca oțelul să devină roșu-fragil (predispus la fisurare la o temperatură de 800-1000 ° C). Acest lucru este deosebit de important pentru structurile sudate. Efectul nociv al sulfului este redus cu un conținut crescut de mangan. Conținutul de sulf și fosfor din oțel este limitat și nu trebuie să depășească 0,03 - 0,05%, în funcție de tipul (gradul) de oțel.
Un efect dăunător asupra proprietăților mecanice ale oțelului este saturația acestuia cu gaze care pot ajunge din atmosferă în metal în stare topită. Oxigenul acționează ca sulful, dar mai mult grad puternic, și crește fragilitatea oțelului. Azotul nelegat reduce, de asemenea, calitatea oțelului. Deși hidrogenul este reținut într-o cantitate nesemnificativă (0,0007%), concentrându-se în jurul incluziunilor din regiunile intercristaline și fiind localizat în principal de-a lungul limitelor granulelor, provoacă tensiuni ridicate în microvolume, ceea ce duce la o scădere a rezistenței oțelului la fracturi fragile, o scădere a rezistenței temporare și o deteriorare a plasticului proprietăți. Prin urmare, oțelul topit (de ex. În timpul sudării) trebuie protejat de atmosferă.
În funcție de tipul de alimentare, oțelurile sunt împărțite în laminate la cald și tratate termic (normalizate sau îmbunătățite termic). În stare laminată la cald, oțelul nu are întotdeauna un set optim de proprietăți. În timpul normalizării, structura oțelului este rafinată, omogenitatea acestuia crește și rezistența crește, dar nu are loc o creștere semnificativă a rezistenței. Tratamentul termic (stingerea în apă și temperarea la temperaturi ridicate) face posibilă obținerea oțelurilor de înaltă rezistență, care sunt bine rezistente la fracturi fragile. Costul tratamentului termic al oțelului poate fi redus semnificativ dacă stingerea se efectuează direct de la încălzirea prin laminare.
Oțelul utilizat la construirea structurilor metalice este produs în principal în două moduri: în cuptoarele cu focar deschis și în convertoarele purjate cu oxigen. Proprietățile oțelurilor cu focar deschis și cu convertor de oxigen sunt practic aceleași, cu toate acestea, metoda de producție a convertorului de oxigen este mult mai ieftină și înlocuiește treptat cea cu focar deschis. Pentru părțile cele mai critice, unde este necesar un lucru special calitate superioară metal, se utilizează, de asemenea, oțeluri obținute prin re-topire electroslag. Odată cu dezvoltarea electrometalurgiei, este posibilă utilizarea mai răspândită a oțelurilor obținute în cuptoare electrice în construcții. Elektrostal are un conținut scăzut de impurități dăunătoare și de înaltă calitate.
În funcție de gradul de dezoxidare, oțelurile pot fierbe, semi-calm și calm.
Oțelurile nedecodate fierb în timpul turnării în matrițe din cauza evoluției gazului. Un astfel de oțel se numește fierbere și se dovedește a fi mai poluat cu gaze și mai puțin omogen.
Proprietățile mecanice variază ușor pe lungimea lingoului datorită distribuției inegale a elementelor chimice. Acest lucru se aplică în special părții capului, care se dovedește a fi cea mai slabă (datorită contracției și a celei mai mari saturații cu gaze), cea mai mare segregare a impurităților dăunătoare și a carbonului are loc în ea. Prin urmare, partea defectă este tăiată din lingou, care reprezintă aproximativ 5% din masa lingoului. Oțelurile la fierbere, având proprietăți destul de bune în ceea ce privește rezistența la curgere și rezistența finală, sunt mai puțin rezistente la fracturi fragile și la 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 la 0,1%. Siliciul (sau aluminiul), combinat cu oxigenul dizolvat, reduce efectul său nociv. Când sunt combinați cu oxigen, deoxidanții formează silicați și aluminați în faza fin dispersată, ceea ce mărește numărul siturilor de cristalizare și contribuie la formarea unei structuri din oțel cu granulație fină, ceea ce duce la o creștere a calității și a proprietăților sale mecanice. Oțelurile dezoxidate nu fierb atunci când sunt turnate în matrițe, de aceea sunt numite calme m și. O porțiune de aproximativ 15% este tăiată din capul lingoului de oțel în repaus. Oțelul calm este mai omogen, poate fi sudat mai bine, rezistă mai bine la solicitări dinamice și fracturi fragile. Oțelurile calme sunt utilizate la fabricarea structurilor critice expuse la influențe dinamice.
Cu toate acestea, oțelurile în repaus sunt cu aproximativ 12% mai scumpe decât cele în fierbere, ceea ce le face să restricționeze utilizarea și să treacă, atunci când este benefic din motive tehnice și economice, la fabricarea structurilor din oțel semi-repaus.
Oțelul semi-repaus este intermediar ca calitate între fierbere și repaus. Se dezoxidează cu mai puțin siliciu - 0,05 - 0,15% (rareori cu aluminiu). O parte mai mică este tăiată din capul lingoului, egală cu aproximativ 8% din masa lingoului. În ceea ce privește costul, oțelurile semi-calme ocupă, de asemenea, o poziție intermediară. Oțelurile slab aliate sunt furnizate în versiuni în mare parte calme (rareori semi-calme).
1.2.2. Standardizarea oțelurilor.Principalul standard care reglementează caracteristicile oțelurilor pentru construirea structurilor metalice este GOST27772 - 88. Conform GOST, formele structurale sunt realizate din oțeluri 1 С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, pentru produse laminate din tablă și universal și secțiuni îndoite, din oțel С390, С390К, С440, С590, С5. Oțelurile С345, С375, С390 și С440 pot fi furnizate cu un conținut mai mare de cupru (pentru a crește rezistența la coroziune), în timp ce litera „D” este adăugată la denumirea de oțel.
Compoziția chimică a oțelurilor și proprietățile mecanice sunt prezentate în tabel. 1.2 și 1.3.
Produsele laminate pot fi furnizate atât laminate la cald, cât și tratate termic. Alegerea compoziției chimice și a tipului de tratament termic este determinată de plantă. Principalul lucru este să oferiți proprietățile necesare. Deci, tabla de oțel S345 poate fi fabricată din oțel cu compoziție chimică C245 cu îmbunătățire termică. În acest caz, litera T este adăugată la denumirea de oțel, de exemplu S345T.
În funcție de temperatura de funcționare a structurilor și de gradul de pericol de fractură fragilă, testele de impact pentru oțelurile C345 și C375 se efectuează la temperaturi diferite, prin urmare sunt furnizate în patru categorii și se adaugă un număr de categorie la denumirea oțelului, de exemplu, C345-1; S345-2.
Caracteristicile standardizate pentru fiecare categorie sunt date în tabel. 1.4.
Închirierea se livrează în loturi. Un lot constă din produse laminate de aceeași dimensiune, un topitor de topitură și un mod de tratament termic. La verificarea calității metalului, două probe sunt prelevate dintr-un lot la întâmplare.
Din fiecare probă se obține o probă pentru testele de tracțiune și flexiune și două probe pentru determinarea rezistenței la impact la fiecare temperatură. Dacă rezultatele testului nu îndeplinesc cerințele GOST, atunci efectuați
teste repetate pe un număr dublu de probe. Dacă testele repetate au arătat rezultate nesatisfăcătoare, atunci lotul este respins.
Evaluarea sudabilității oțelului se realizează prin echivalent carbon,%:
unde C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - fracție de masă de carbon, mangan, siliciu, crom, nichel, cupru, vanadiu și fosfor, %.
Dacă 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 >0,55%, riscul de fisurare crește dramatic.
Pentru a verifica continuitatea metalului și a preveni delaminarea, dacă este necesar, se efectuează teste cu ultrasunete la cererea clientului.
O caracteristică distinctivă a GOST 27772 - 88 este utilizarea pentru unele oțeluri (С275, С285, С375) metode statistice control, care garantează furnizarea de valori standard ale punctului de randament și rezistență finală.
Structurile metalice pentru construcții sunt, de asemenea, realizate din oțel furnizat în conformitate cu GOST 380 - 88 „Oțel carbon de calitate obișnuită”, GOST 19281-73 „Secțiuni din oțel slab aliate și profilate”, GOST 19282 - 73 „Placă groasă din aliaj slab și bandă largă universală” și alte standarde.
Nu există diferențe fundamentale între proprietățile oțelurilor cu aceeași compoziție chimică, dar furnizate în conformitate cu standarde diferite. Diferența constă în metodele de control și desemnări. Deci, conform GOST 380 - 88 cu modificări în denumirea gradului de oțel, sunt indicate grupul de livrare, metoda de dezoxidare și categoria.
Când este livrată 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 de literele KP (fierbere), SP (calm) și PS (semi-calm).
Categoria oțelului indică tipul de teste de rezistență la impact: categoria 2 - nu se efectuează teste de rezistență la impact, 3 - se efectuează la o temperatură de +20 ° С, 4 - la o temperatură de -20 ° С, 5 - la o temperatură de -20 ° С și după îmbătrânirea mecanică , 6 - după îmbătrânire mecanică.
În construcții, sunt utilizate în principal clasele de oțel VstZkp2, VstZpsb și VstZsp5, precum și oțelul cu un conținut ridicat de mangan VstZGps5.
Conform GOST 19281-73 și GOST 19282-73, conținutul elementelor principale este indicat în desemnarea gradului de oțel. 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 sfârșitul clasei de oțel, este indicată categoria, adică tipul testului de impact. Pentru oțelurile slab aliate, au fost stabilite 15 categorii, testele se efectuează la temperaturi de până la -70 ° C. Oțelurile furnizate în conformitate cu diferite standarde sunt interschimbabile (a se vedea tabelul 1.3).
Proprietățile oțelului depind de compoziția chimică a materiei prime, metoda de topire și volumul unităților de topire, forța și temperatura de compresie în timpul laminării, condițiile de răcire ale produsului laminat finit etc.
Cu o astfel de varietate de factori care afectează calitatea oțelului, este destul de firesc ca indicatorii de rezistență și alte proprietăți să aibă o anumită răspândire și pot fi considerați ca valori aleatorii. O idee a variabilității caracteristicilor este dată de histogramele de distribuție statistică care arată proporția relativă (frecvența) unei valori particulare a caracteristicii.
1.2.4 Oțeluri 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 rezistenți la căldură
oțel cu emisii reduse de carbon (С345Т).
În același timp, ductilitatea oțelului scade ușor, iar lungimea suprafeței de producție scade la 1-1,5%.
Oțelurile de înaltă rezistență sunt sudate oarecum mai rău (în special oțelurile cu un conținut ridicat de siliciu) și uneori necesită utilizarea unor măsuri tehnologice speciale pentru a preveni formarea fisurilor fierbinți.
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 ridicat 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.
Valoarea ridicată a rezistenței la impact este menținută la temperaturi de -40 ° C și mai mici, ceea ce face posibilă utilizarea acestor oțeluri pentru structuri operate în regiunile nordice. Datorită proprietăților de rezistență mai ridicate, utilizarea oțelurilor cu rezistență ridicată duce la economii de metal cu până la 20-25%.
1.2.5 Oțeluri de înaltă rezistență(\u003e 40 kN / cm2). Oțel laminat de înaltă rezistență
(C440 -C590) se obține, de regulă, prin aliere și tratament termic.
Pentru aliere, elementele care formează nitruri sunt utilizate pentru a facilita formarea unei structuri cu granulație fină.
Oțelurile de înaltă rezistență pot să nu aibă o suprafață de producție (la o\u003e,\u003e 50 kN / cm2), iar plasticitatea lor (alungirea) scade la 14% sau mai puțin.
Raportul crește la 0,8 - 0,9, ceea ce nu permite luarea în considerare a deformărilor plastice atunci când se calculează structurile din aceste oțeluri.
Selectarea compoziției chimice și a modului de tratament termic poate crește semnificativ rezistența la fracturi fragile 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 redusă necesită echipamente mai puternice pentru tăiere, îndreptare, găurire și alte operații.
La sudarea oțelurilor tratate termic, datorită încălzirii neuniforme și răcirii rapide, apar diferite transformări structurale în diferite zone ale îmbinării sudate. În unele zone, structurile stinse se formează cu rezistență și fragilitate crescute (straturi interioare dure), în altele metalul suferă o temperare ridicată și are o rezistență redusă și o plasticitate ridicată (straturi interioare moi).
Înmuierea oțelului în zona tratată termic poate ajunge la 5 - 30%, lucru care trebuie luat în considerare la proiectarea structurilor sudate din oțeluri tratate termic.
Introducerea unor elemente care formează carbură (molibden, vanadiu) în compoziția din oțel reduce efectul de înmuiere.
Utilizarea oțelurilor cu rezistență ridicată duce la economii de metal de până la 25-30% în comparație cu structurile realizate din oțeluri cu conținut scăzut de carbon și este recomandată în special în structurile cu dimensiuni mari și încărcate puternic.
1.2.6 Oțeluri rezistente la atmosferă.Pentru a crește rezistența la coroziune a metalului
se folosesc oțeluri slab aliate,
cantități (fracțiuni de procent) elemente precum crom, nichel și cupru.
În structurile expuse la intemperii, oțelurile cu adaos de fosfor (de exemplu, oțelul S345K) sunt foarte eficiente. La suprafața acestor 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. În plus, la produsele laminate cu grosimi mari, metalul are o rezistență redusă la frig, prin urmare, utilizarea oțelului S345K este recomandată pentru grosimi care nu depășesc 10 mm.
În structurile care combină funcțiile de rulment și de închidere (de exemplu, acoperiri cu membrană), produsele din foi subțiri sunt utilizate pe scară largă. Pentru a crește durabilitatea unor astfel de structuri, este recomandabil să folosiți oțel inoxidabil cromat de calitate ОХ18Т1Ф2, care nu conține nichel. Proprietățile mecanice ale oțelului ОХ18Т1Ф2:
50 kN / cm 2, \u003d 36 kN / cm 2,\u003e 33 %. La grosimi mari, produsele laminate din oțeluri cromate au fragilitate crescută, cu toate acestea, proprietățile produselor laminate cu foi subțiri (în special cu o grosime de până la 2 mm) fac posibilă utilizarea acestuia în structuri la temperaturi de proiectare de până la -40 ° C.
1.2.7. Selectarea oțelurilor pentru construirea structurilor metalice.Alegerea oțelului se face pe baza variantei de proiectare și a analizei tehnice și economice, ținând seama de recomandările normelor. Pentru a simplifica ordonarea metalului, atunci când alegeți oțelul, trebuie să depuneți eforturi pentru o mai mare unificare a structurilor, o reducere a numărului de oțeluri și profile. Alegerea oțelului depinde de următorii parametri care afectează performanța materialului:
temperatura mediului în care este montată și operată structura. Acest factor ia în considerare riscul crescut de fractură fragilă la temperaturi scăzute;
natura încărcării, care determină particularitatea muncii materialului și structurilor sub sarcini dinamice, vibraționale și variabile;
tipul stării de tensiune (compresie sau tensiune uniaxială, stare de tensiune plană sau volumetrică) și nivelul tensiunilor apărute (elemente puternic sau slab încărcate);
metoda de conectare a elementelor, care determină nivelul propriilor solicitări, gradul de concentrație a tensiunii și proprietățile materialului din zona de conectare;
grosimea produselor laminate utilizate în elemente. Acest factor ia în considerare schimbarea proprietăților oțelului cu o grosime crescândă.
În funcție de condițiile de lucru ale materialului, toate tipurile de structuri sunt împărțite în patru grupe.
LA primul grupinclude structuri sudate care funcționează în condiții deosebit de dure sau sunt direct expuse la sarcini dinamice, vibraționale sau în mișcare (de exemplu, grinzi de macara, grinzi de platformă de lucru sau elemente de trecere care iau direct sarcina din materialul rulant, fermele de șanțuri etc.). Starea de solicitare a acestor structuri se caracterizează printr-un nivel ridicat și o frecvență ridicată de încărcare.
Structurile primului grup funcționează în cele mai dificile condiții care contribuie la posibilitatea defectării lor fragile sau de oboseală, prin urmare, cele mai înalte cerințe sunt impuse proprietăților oțelurilor pentru aceste structuri.
La al doilea grupinclude structuri sudate care funcționează pe o sarcină statică atunci când sunt expuse unui câmp de tensiune biaxial uniaxial și lipsit de ambiguitate (de exemplu, grinzi, grinzi, grinzi și acoperișuri și alte elemente întinse, întinse și îndoite), precum și structuri ale primului grup în absența îmbinărilor sudate ...
Comun structurilor acestui grup este riscul crescut de fractură fragilă asociat cu prezența unui câmp de tensiune. Probabilitatea eșecului de oboseală este mai mică aici decât pentru structurile din primul grup.
LA al treilea grupinclude structuri sudate care funcționează sub efectul predominant al eforturilor de compresie (de exemplu, stâlpi, rafturi, suporturi pentru echipamente și alte elemente comprimate și de îndoit comprimat), precum și structuri ale celui de-al doilea grup în absența îmbinărilor sudate.
LA al patrulea grupinclud structuri și elemente auxiliare (legături, elemente cu parchet, scări, garduri etc.), precum și structuri ale celui de-al treilea grup în absența îmbinărilor sudate.
Dacă pentru structurile celui de-al treilea și al patrulea grup este suficient să ne limităm la cerințele de rezistență sub sarcini statice, atunci pentru structurile din primul și al doilea grup este important să se evalueze rezistența oțelului la efectele dinamice și la fracturile fragile.
În materialele pentru structuri sudate, sudabilitatea trebuie evaluată. Cerințele pentru elementele structurale care nu au îmbinări sudate pot fi reduse, deoarece absența câmpurilor de solicitare a sudurii, concentrația mai mică de solicitare și alți factori îmbunătățesc funcționarea acestora.
În cadrul fiecărui grup de structuri, în funcție de temperatura de funcționare, oțelurile sunt supuse cerințelor privind rezistența la impact la temperaturi diferite.
Normele conțin o listă de oțeluri în funcție de grupul de structuri și de regiunea climatică de construcție.
Selecția finală a oțelului în cadrul fiecărui grup ar trebui să se bazeze pe o comparație 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 despicate, grinzi etc.), este convenabil din punct de vedere economic să se utilizeze două oțeluri: rezistență mai mare pentru elementele încărcate puternic (corzi pentru grinzi, grinzi) și rezistență mai mică pentru elementele ușor încărcate (grilaj pentru grinzi, pânze de grinzi).
1.2.8. Aliaje de aluminiu.Aluminiul diferă semnificativ de oțel prin proprietățile sale. Densitatea sa \u003d 2,7 t / m 3, adică de aproape 3 ori mai puțin decât densitatea oțelului. Modul de elasticitate longitudinală a aluminiului E \u003d 71000 MPa, modul de forfecare G \u003d27.000 MPa, care este de aproximativ 3 ori mai mic decât modulul de elasticitate și forfecare al oțelului.
Aluminiu nu are un tampon de randament. Linia dreaptă a deformațiilor elastice merge direct în curba deformațiilor elastoplastice (Fig. 1.7). Aluminiul este foarte plastic: alungirea la rupere atinge 40 - 50%, dar rezistența sa este foarte mică: \u003d 6 ... 7 kN / cm 2 și rezistența condiționată a randamentului \u003d 2 ... 3 kN / cm 2. Aluminiu pur se acoperă rapid cu un film puternic de oxid care previne coroziunea suplimentară.
Datorită rezistenței sale reduse, aluminiul pur din punct de vedere tehnic este rar utilizat în structurile de construcții. O creștere semnificativă a rezistenței aluminiului se realizează prin alierea acestuia cu magneziu, mangan, cupru, siliciu. zincul și alte elemente.
Rezistența temporară a aluminiului aliat (aliaje de aluminiu), în funcție de compoziția aditivilor pentru aliere, este de 2-5 ori mai mare decât cea a purului comercial; totuși, alungirea relativă este, respectiv, de 2 - 3 ori mai mică. Cu o creștere a temperaturii, rezistența aluminiului scade și la temperaturi peste 300 ° C este aproape de zero (vezi Fig. 1.7).
O caracteristică a mai multor aliaje multicomponente A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn este capacitatea lor de a crește rezistența în timpul îmbătrânirii după tratamentul termic; astfel de aliaje se numesc întărite termic.
Rezistența finală a unor aliaje de înaltă rezistență (sisteme Al - Mg - Zn) după tratament termic și îmbătrânire artificială depășește 40 kN / cm2, în timp ce alungirea relativă este de numai 5-10%. Tratarea termică a aliajelor cu compoziție dublă (Al-Mg, Al-Mn) nu duce la întărire, astfel de aliaje sunt numite termic neîntărite.
O creștere a punctului de randament convențional al produselor realizate din aceste aliaje cu un factor de 1,5 - 2 poate fi realizată prin deformare la rece (autofrettage), 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 elementelor de aliere și de stare, practic nu diferă de cei 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.
Semifabricatele din aliaje de aluminiu sunt produse la fabrici specializate: foi și benzi - prin laminare pe fabrici cu role multiple; conducte și profile - prin extrudare pe prese hidraulice orizontale, permițând obținerea profilelor de cea mai diversă formă a secțiunii transversale, inclusiv a celor cu cavități închise.
Pe semifabricatele expediate din fabrică sunt indicate calitatea aliajului și starea de livrare: M - moale (recuit); H - lucrat la rece; H2 - semi-standardizat; T - întărit și îmbătrânit în mod natural timp de 3 - 6 zile la temperatura camerei; T1 - întărit și îmbătrânit artificial timp de câteva ore la temperaturi ridicate; T4 - neîntărit complet și îmbătrânit natural; T5 - neîntărit complet și îmbătrânit artificial. Semifabricatele furnizate fără prelucrare nu au nicio denumire suplimentară.
Dintre numărul mare de calități de aluminiu, următoarele sunt recomandate pentru utilizare în construcții:
Aliaje neîntărite termic: AD1 și AMtsM; AMg2M și AMg2MH2 (coli); AMg2M (conducte);
Aliaje întărite termic: AD31T1; AD31T4 și AD31T5 (profiluri);
1915 și 1915T; 1925 și 1925T; 1935, 1935T, AD31T (profile și conducte).
Toate aliajele de mai sus, cu excepția 1925T, care este utilizat numai pentru structuri nituite, se sudează bine. Aliajul de turnare de calitate AL8 este utilizat pentru piesele turnate.
Structurile din aluminiu, datorită greutății lor reduse, rezistenței la coroziune, rezistenței la frig, antimagnetice, nespurnitoare, durabilității și aspectului bun, au perspective largi de aplicare în multe domenii de construcție. Cu toate acestea, datorită costului ridicat, utilizarea aliajelor de aluminiu în structurile de construcții este limitată.
Astăzi, aluminiul este utilizat în aproape toate industriile, de la producerea ustensilelor alimentare până la crearea fuselajelor pentru nave spațiale. Pentru anumite procese de producție, sunt adecvate numai anumite clase de aluminiu, care au anumite proprietăți fizice și chimice.
Principalele proprietăți ale metalului sunt conductivitatea termică ridicată, ductilitatea și ductilitatea, rezistența la coroziune, greutatea redusă și rezistența ohmică scăzută. Acestea sunt direct dependente de procentul de impurități incluse în compoziția sa, precum și de tehnologia de producție sau de îmbogățire. În conformitate cu acest lucru, se disting principalele mărci de aluminiu.
Tipuri de aluminiu
Toate clasele metalice 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 considerate separat. În acest caz, metalul în sine este împărțit în clase, iar aliajele nu au mărci specifice.
În conformitate cu standardele naționale și internaționale, ar trebui să se distingă două tipuri de microstructuri de aluminiu nealiat:
- puritate ridicată cu un procent de peste 99,95%;
- puritate tehnică, conținând aproximativ 1% impurități și aditivi.
Compușii de fier și siliciu sunt cel mai adesea considerați impurități. Standardul internațional ISO pentru aluminiu și aliajele sale are o serie separată.
Calități de aluminiu
Tipul tehnic al materialului este împărțit în anumite clase, care sunt atribuite standardelor relevante, de exemplu, AD0 conform GOST 4784-97. În același timp, metalul de înaltă frecvență este, de asemenea, inclus în clasificare, pentru a nu crea confuzie. Această specificație conține următoarele mărci:
- Primar (A5, A95, A7E).
- Tehnic (AD1, AD000, ADS).
- Deformabil (AMg2, D1).
- Turnătorie (VAL10M, AK12pch).
- Pentru dezoxidarea oțelului (AB86, AV97F).
În plus, se disting și categorii de ligaturi - compuși de aluminiu, care sunt folosiți pentru a crea aliaje din aur, argint, platină și alte metale prețioase.
Aluminiu primar
Aluminiu primar (clasa A5) este un exemplu tipic al acestui grup. Se obține prin îmbogățirea aluminei. În natură, metalul pur nu se găsește datorită activității sale chimice ridicate. Combinându-se cu alte elemente, formează bauxită, nefelină și alunită. Ulterior, alumina este obținută din aceste minereuri, iar aluminiul pur este obținut din aceasta utilizând procese chimico-fizice complexe.
GOST 11069 stabilește cerințele pentru clasele de aluminiu primar, care trebuie notate prin aplicarea dungi verticale și orizontale cu vopsea de neșters de diferite culori. Acest material a găsit o aplicare largă în industriile avansate, în special în cazul în care sunt necesare caracteristici tehnice ridicate din materiile prime.
Aluminiu tehnic
Aluminiul tehnic este un material cu un procent de impurități străine mai mic de 1%. Foarte des se mai numește și nealiat. Clasele tehnice de aluminiu în conformitate cu GOST 4784-97 se caracterizează prin rezistență foarte mică, dar rezistență ridicată la coroziune. Datorită absenței particulelor de aliere pe suprafața metalică, se formează rapid un film protector de oxid, care este stabil.
Gradele tehnice de aluminiu se disting prin conductivitate termică și electrică bună. În rețeaua lor moleculară, practic nu există impurități care să împrăștie fluxul de electroni. Datorită acestor proprietăți, materialul este utilizat în mod activ în instrumentație, la producerea echipamentelor de încălzire și schimb de căldură și a articolelor de iluminat.
Aluminiu deformabil
Aluminiul deformabil este un material care este supus la lucru la cald și la rece prin presiune: laminare, presare, extragere și alte tipuri. Ca rezultat al deformărilor plastice, din acesta se obțin semifabricate de diferite secțiuni longitudinale: bară de aluminiu, tablă, bandă, placă, profile și altele.
Principalele mărci de materiale deformabile utilizate în producția internă sunt date în documentele de reglementare: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 și OCT1 90026. O caracteristică a materiilor prime deformabile este o structură solidă a unei soluții cu un conținut ridicat de eutectică - o fază lichidă care este în echilibru cu două sau mai multe stări solide ale materiei.
Zona de aplicare a aluminiului deformabil, ca cea în care se utilizează o bară de aluminiu, este destul de extinsă. Este utilizat atât în \u200b\u200bzonele care necesită un nivel ridicat caracteristici tehnice din materiale - în construcția de nave și aeronave, și mai departe șantierele de construcții ca aliaj pentru sudare.
Aluminiu turnat
Calitățile de turnare din aluminiu sunt utilizate pentru producția de fitinguri. Lor caracteristica principală este o combinație de rezistență specifică ridicată și densitate scăzută, ceea ce face posibilă turnarea produselor de forme complexe fără crăparea.
În funcție de scopul lor, mărcile de turnătorie sunt împărțite în mod convențional în grupuri:
- Materiale foarte strânse (AL2, AL9, AL4M).
- Materiale cu rezistență ridicată și rezistență la căldură (AL 19, AL5, AL33).
- Substanțe cu rezistență ridicată la coroziune.
Foarte des, performanța produselor din aluminiu turnat crește tipuri diferite tratament termic.
Aluminiu pentru dezoxidare
Calitatea produselor fabricate este, de asemenea, influențată de proprietățile fizice ale aluminiului. Iar utilizarea materialelor de calitate inferioară nu se limitează la crearea de produse semifabricate. Foarte des se folosește pentru dezoxidarea oțelului - îndepărtarea oxigenului din fierul topit, care este dizolvat în el, crescând astfel proprietățile mecanice ale metalului. Pentru a efectua acest proces, se folosesc cel mai des mărcile AB86 și AV97F.
Atunci când alegem produse din metal - șine și balustrade încălzite pentru prosoape, vase și garduri, grătare sau balustrade - alegem, în primul rând, materialul. În mod tradițional, oțelul inoxidabil, aluminiul și oțelul negru obișnuit (oțel carbon) sunt considerate competitori. Deși au o serie de caracteristici similare, ele diferă însă semnificativ între ele. Este logic să le comparați și să aflați care este mai bine: aluminiu sau oțel inoxidabil (oțelul negru, datorită rezistenței sale reduse la coroziune, nu va fi luat în considerare).
Aluminiu: caracteristici, avantaje, dezavantaje
Unul dintre cele mai ușoare metale utilizate în industrie. Conduce căldura foarte bine și nu este supus coroziunii oxigenului. Aluminiul este produs în câteva zeci de tipuri: fiecare cu aditivi proprii care măresc rezistența, rezistența la oxidare, ductilitatea. Cu toate acestea, cu excepția aluminiului foarte scump pentru aeronave, toate au un singur dezavantaj: faptul că sunt prea moi Părțile din acest metal se deformează ușor. De aceea este imposibil să se utilizeze aluminiu acolo unde există o presiune mare asupra produsului în timpul funcționării (ciocan de apă în sistemele de alimentare cu apă, de exemplu).
Rezistența la coroziune a aluminiului oarecum supraevaluat. Da, metalul nu „putrezește”. Dar numai datorită stratului de oxid de protecție, care se formează pe produs în câteva ore în aer.
Oțel inoxidabil
Aliajul nu are practic dezavantaje - cu excepția prețului ridicat. Nu se teme de coroziune, nu teoretic, ca aluminiul, ci practic: pe el nu apare nicio peliculă de oxid, ceea ce înseamnă că în timp " oțel inoxidabil»Nu se estompează.
Puțin mai greu decât aluminiul, oțelul inoxidabil face o treabă excelentă de manipulare a șocurilor, presiune ridicata și abraziune (în special clasele care conțin mangan). Transferul său de căldură este mai rău decât cel al aluminiului: dar datorită acestui fapt, metalul nu „transpiră”, există mai puțină condens pe el.
Pe baza rezultatelor comparației, devine clar - să efectuați sarcini în care sunt necesare greutate mică a metalului, rezistență și fiabilitate, oțelul inoxidabil este mai bun decât aluminiul.
În prezent, cele mai frecvente sisteme de formă armată ilegală pe piața rusă pot fi împărțite în trei grupuri mari:
- sisteme cu substructură din aliaje de aluminiu;
- sisteme cu substructură din oțel zincat cu acoperire polimerică;
- sisteme cu substructură din oțel inoxidabil.
Cea mai bună rezistență și proprietăți termofizice sunt, fără îndoială, asigurate de substructurile din oțel inoxidabil.
Analiza comparativă a proprietăților fizice și mecanice ale materialelor
* Proprietățile oțelului inoxidabil și galvanizat sunt ușor diferite.
Caracteristici termice și de rezistență ale oțelului inoxidabil și ale aluminiului
1. Având în vedere capacitatea portantă de 3 ori mai mică și conductivitatea termică a aluminiului de 5,5 ori mai mare, consola din aliaj de aluminiu este un „pod rece” mai puternic decât consola din oțel inoxidabil. Un indicator al acestui fapt este coeficientul de uniformitate termică a structurii de închidere. Conform datelor cercetărilor, coeficientul de uniformitate tehnică termică a structurii de închidere atunci când se utilizează un sistem din oțel inoxidabil a fost de 0,86-0,92, iar pentru sistemele de aluminiu este de 0,6-0,7, ceea ce face necesară stabilirea unei grosimi mari de izolație și, în consecință, creșterea costului fațadei ...
Pentru Moscova, rezistența necesară la transferul de căldură al pereților, ținând cont de coeficientul de uniformitate tehnică a căldurii, pentru un suport din inox este de 3,13 / 0,92 \u003d 3,4 (m2. ° C) / W, pentru un suport din aluminiu - 3,13 / 0,7 \u003d 4,47 (m 2 ° C) / W, adică 1,07 (m 2 ° C) / W mai mare. Prin urmare, atunci când utilizați suporturi din aluminiu, grosimea izolației (cu un coeficient de conductivitate termică de 0,045 W / (m. ° C) ar trebui luată cu aproape 5 cm mai mult (1,07 * 0,045 \u003d 0,048 m).
2. Datorită grosimii și conductivității termice mai mari a suporturilor din aluminiu, conform calculelor efectuate la Institutul de cercetare a fizicii clădirilor, la o temperatură a aerului exterior de -27 ° C, temperatura ancorei poate scădea la -3,5 ° C și chiar mai mică, deoarece în zona de calcule secțiune transversală suportul din aluminiu a fost luat ca 1,8 cm 2, în timp ce în realitate este de 4-7 cm 2. Când se utilizează un suport din oțel inoxidabil, temperatura la ancoră a fost de +8 ° C. Adică, atunci când se utilizează consolele din aluminiu, ancora funcționează într-o zonă de temperaturi alternative, unde este posibilă condensarea umezelii pe ancoră, urmată de îngheț. 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 materiale cu o capacitate portantă redusă (beton spumos, cărămidă goală etc.). În același timp, garniturile termoizolante sub suport, datorită grosimii mici (3-8 mm) și conductivității termice ridicate (în raport cu izolația), reduc pierderile de căldură cu doar 1-2%, adică practic nu rupeți „podul rece” și au un efect redus asupra temperaturii ancorei.
3. Expansiune termică redusă a ghidajelor. Deformarea termică a aliajului de aluminiu este de 2,5 ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil. Oțelul inoxidabil are un coeficient de expansiune termică mai mic (10 10-6 ° C -1) decât aluminiul (25 10-6 ° C -1). În mod corespunzător, alungirea șinelor de 3 metri la 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 expansiunea termică a ghidajului din aluminiu, sunt necesare o serie de măsuri:
și anume introducerea de elemente suplimentare în subsistem - sanii mobile (pentru consolele în formă de U) sau găurile ovale cu bucșe pentru nituri - nu fixarea rigidă (pentru consolele în formă de L).
Acest lucru duce inevitabil la complicarea și creșterea costului subsistemului sau la instalarea incorectă (deoarece se întâmplă foarte des 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 suporturile de susținere (superioare și inferioare), în timp ce altele servesc doar ca suport, ceea ce înseamnă că ancorele nu sunt încărcate uniform și acest lucru trebuie luat în considerare atunci când se dezvoltă documentația proiectului, ceea ce de multe ori pur și simplu nu se realizează. În sistemele de oțel, întreaga sarcină este distribuită uniform - toate nodurile sunt fixate rigid - expansiunea termică nesemnificativă este compensată de lucrul tuturor elementelor în stadiul deformării elastice.
Designul clemei permite să facă o distanță între plăci în sistemele din oțel inoxidabil de la 4 mm, în timp ce în sistemele din aluminiu - nu mai puțin de 7 mm, ceea ce, de asemenea, nu se potrivește multor clienți și strică aspect clădire. În plus, clema trebuie să asigure deplasarea liberă a plăcilor de placare prin cantitatea de extensie a ghidajelor, altfel plăcile se vor prăbuși (în special la joncțiunea ghidajelor) sau vor îndoi clema (ambele pot duce la căderea plăcilor de placare). În sistemul de oțel, nu există pericolul de a îndoi picioarele clemei, care poate apărea în timp în sistemele de aluminiu din cauza deformărilor mari ale temperaturii.
Proprietăți de protecție împotriva incendiilor din oțel inoxidabil și aluminiu
Temperatura de topire a oțelului inoxidabil este de 1800 ° C, iar aluminiul este de 630/670 ° C (în funcție de aliaj). Temperatura într-un foc pe suprafața interioară a plăcii (conform rezultatelor testelor efectuate de Centrul Regional de Certificare OPYTNOE) atinge 750 ° C. Astfel, atunci când se utilizează structuri din aluminiu, se poate produce topirea substructurii și prăbușirea unei părți a fațadei (în zona deschiderii ferestrei) și la o temperatură de 800-900 ° C, aluminiul însuși susține arderea. Oțelul inoxidabil nu se topește în caz de incendiu, prin urmare este cel mai preferabil pentru cerințele de siguranță la incendiu. De exemplu, la Moscova, în timpul construcției de clădiri înalte, în general nu sunt permise utilizarea structurilor din aluminiu.
Proprietăți corozive
Până în prezent, singura sursă fiabilă cu privire la rezistența la coroziune a unei anumite structuri și, prin urmare, durabilitatea, este opinia expertului „ExpertKorr-MISiS”.
Cele mai durabile sunt structurile din oțel inoxidabil. Durata de viață a acestor sisteme este de cel puțin 40 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate moderată și de cel puțin 50 de ani într-o atmosferă relativ curată, de agresivitate slabă.
Aliajele de aluminiu, datorită filmului de oxid, au rezistență ridicată la coroziune, dar în condiții de concentrație crescută de cloruri și sulf în atmosferă, poate apărea o coroziune intergranulară care se dezvoltă rapid, ceea ce duce la o scădere semnificativă a rezistenței elementelor structurale și la distrugerea lor. Astfel, durata de viață a unei structuri realizate din aliaje de aluminiu într-o atmosferă industrială urbană cu o agresivitate medie nu depășește 15 ani. Cu toate acestea, în conformitate cu cerințele Rosstroy, în cazul utilizării aliajelor de aluminiu pentru fabricarea elementelor din structura grupurilor armate ilegale, toate elementele trebuie să aibă neapărat o acoperire anodică. Acoperirea anodică prelungește durata de viață a structurii din aliaj de aluminiu. Dar, în timpul instalării substructurii, diferitele elemente ale acesteia sunt conectate cu nituri, pentru care sunt găurite găuri, ceea ce provoacă o încălcare a acoperirii anodice la locul de atașare, adică sunt create inevitabil zone fără acoperire anodică. În plus, miezul de oțel al nitului de aluminiu, împreună cu mediul de aluminiu al elementului, constituie o pereche galvanică, ceea ce duce, de asemenea, la dezvoltarea proceselor active de coroziune intergranulară în punctele de atașare a elementelor de sub-structură. Trebuie remarcat faptul că adesea costul redus al unuia sau altui sistem IRF cu o structură din aliaj de aluminiu se datorează tocmai absenței unui strat de anod de protecție pe elementele sistemului. Producătorii fără scrupule de astfel de substructuri economisesc procese de anodizare electrochimice scumpe.
Oțelul zincat are o rezistență insuficientă la coroziune în ceea ce privește durabilitatea structurii. Dar, după aplicarea unui strat de polimer, durata de viață a unei substructuri din oțel zincat cu un strat de polimer va fi de 30 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate moderată și de 40 de ani într-o atmosferă relativ curată, de agresivitate slabă.
Comparând indicatorii de mai sus ai substructurilor din aluminiu și oțel, putem concluziona că substructurile din oțel din toate punctele de vedere sunt semnificativ superioare aluminiului.
Descrierea aluminiului: Aluminiul nu are transformări polimorfe, are o rețea cubică centrată pe față cu o perioadă de a \u003d 0,4041 nm. Aluminiul și aliajele sale se pretează bine la deformarea la cald și la rece - laminare, forjare, presare, tragere, îndoire, ștanțare a foilor și alte operații.
Toate aliajele de aluminiu pot fi sudate prin puncte, iar aliajele speciale pot fi sudate prin fuziune și alte tipuri de sudură. Aliajele de aluminiu forjat sunt împărțite în întărite și neintărite prin tratament termic.
Toate proprietățile aliajelor sunt determinate nu numai de metoda de obținere a unei semifabricate plăcuțe și tratament termic, ci în principal de compoziția chimică și mai ales de natura fazelor - întăritori ai fiecărui aliaj. Proprietățile îmbătrânirii aliajelor de aluminiu depind de tipurile de îmbătrânire: zonă, fază sau coagulare.
În stadiul îmbătrânirii coagulării (T2 și TZ), rezistența la coroziune crește semnificativ și este furnizată cea mai optimă combinație de caracteristici de rezistență, rezistență la coroziune la stres, coroziune exfoliantă, rezistență la rupere (K 1c) și plasticitate (în special pe direcție verticală).
Starea semifabricatelor, natura placării și direcția de tăiere a probelor sunt indicate după cum urmează - Legenda pentru aluminiu laminat:
M - Moale, recoacută
T - Temperat și îmbătrânit natural
T1 - întărit și îmbătrânit artificial
T2 - întărit și îmbătrânit artificial pentru o rezistență mai mare la rupere și o rezistență mai bună la coroziune la stres
ТЗ - întărit și îmbătrânit artificial conform regimului, oferind cea mai mare rezistență la coroziune la solicitare și rezistență la rupere
N - Prelucrate la rece (foi de aliaje prelucrate la rece, cum ar fi duralumia aproximativ 5-7%)
P - Semi-standardizat
H1 - întărit la lucru întărit (întărire la foaie aproximativ 20%)
TPP - întărit și îmbătrânit natural, rezistență crescută
GK - Laminat la cald (foi, farfurii)
B - Acoperire tehnologică
A - placare normală
UP - placare îngroșată (8% pe parte)
D - direcție longitudinală (de-a lungul fibrei)
P - Direcție transversală
B - Direcția altitudinii (grosimea)
X - Direcția coardei
P - Direcție radială
PD, DP, VD, VP, XP, PX - Direcția de tăiere a eșantionului, utilizată pentru a determina rezistența la rupere și rata de creștere a unei fisuri de oboseală. Prima literă caracterizează direcția axei eșantionului, a doua caracterizează direcția planului, de exemplu: PW - axa eșantionului coincide cu lățimea semifabricatului, iar planul de fisurare este paralel cu înălțimea sau grosimea.
Analiza și obținerea probelor de aluminiu: Minereuri.În prezent, aluminiul se obține dintr-un singur tip de minereu - bauxita. Bauxita frecvent utilizată conține 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 sunt luate în conformitate cu regulile generale, acordând o atenție specială posibilității de absorbție a umezelii de către material, precum și raportului diferit dintre proporțiile particulelor mari și mici. Masa eșantionului depinde de mărimea livrării testate: din fiecare 20 de tone, trebuie luate cel puțin 5 kg în eșantionul total.
Atunci când se prelevează bauxita în grămezi în formă de con, bucățile mici sunt tăiate din toate piesele mari cu o greutate mai mare de 2 kg care se află într-un cerc cu o rază de 1 m și sunt luate într-o lopată. Volumul lipsă este umplut cu mici particule de material preluate de pe suprafața laterală a conului testat.
Materialul selectat este colectat în vase bine închise.
Toate materialele de eșantionare sunt zdrobite într-un concasor în particule cu o dimensiune de 20 mm, turnate într-un con, reduse și din nou zdrobite în particule cu o dimensiune<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 suplimentară a probei pentru analiză se efectuează după uscare la 105 ° C. Dimensiunea particulei 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 delaminare. Dacă eșantioane formate din particule cu o 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 topiturile de fluorură lichidă utilizate în electroliza topitului de aluminiu, pe măsură ce electroliții sunt preluați cu o ladă de oțel din topitură lichidă după îndepărtarea depozitului solid de pe suprafața băii. Proba lichidă a topiturii este turnată într-o matriță și se obține un lingou mic cu dimensiuni de 150x25x25 mm; apoi întreaga probă este mărunțită până la o dimensiune a particulelor de probă de laborator mai mică de 0,09 mm ...
Topirea aluminiului: În funcție de amploarea producției, natura turnării și potențialul energetic, topirea aliajelor de aluminiu poate fi efectuată în cuptoare cu creuzet, în cuptoare cu rezistență electrică și în cuptoare electrice cu inducție.
Topirea aliajelor de aluminiu ar trebui să ofere nu numai o calitate ridicată a aliajului finit, ci și o productivitate ridicată a unităților și, în plus, costul minim al turnării.
Cea mai progresivă metodă de topire a aliajelor de aluminiu este metoda încălzirii prin inducție cu curenți de frecvență industrială.
Tehnologia pentru prepararea aliajelor de aluminiu constă în aceleași etape tehnologice ca și tehnologia pentru prepararea aliajelor pe baza oricăror alte metale.
1. Când se topește pe metale și ligaturi proaspete de porc, aluminiul este încărcat mai întâi (complet sau în părți), iar apoi ligaturile sunt dizolvate.
2. Atunci când se efectuează topirea utilizând un aliaj de porc preliminar sau o silumină de porc în sarcină, în primul rând aliajele de porc sunt încărcate și topite și apoi se adaugă cantitatea necesară de aluminiu și ligaturi.
3. În cazul în care încărcarea este alcătuită din deșeuri și metale porcine, aceasta este încărcată în următoarea ordine: porci primari de aluminiu, piese turnate respinse (lingouri), deșeuri (clasa I) și refuzare și legături rafinate.
Cuprul poate fi introdus în topitură nu numai sub formă de ligatură, ci și sub formă de cupru sau deșeuri electrolitice (introducere prin dizolvare).