1.2.1. Všeobecné vlastnosti ocelí.Ocel je zliatina železa s legovacími prísadami obsahujúcimi uhlík, ktoré zlepšujú kvalitu kovu a škodlivé nečistoty, ktoré vstupujú do kovu z rudy alebo sa tvoria počas procesu tavenia.
Oceľová konštrukcia.V pevnom stave je oceľ polykryštalické teleso pozostávajúce z mnohých rôzne orientovaných kryštálov (zŕn). V každom kryštáli sú atómy (presnejšie kladne nabité ióny) usporiadané usporiadaným spôsobom v miestach priestorovej mriežky. Oceľ sa vyznačuje kubickou krištáľovou mriežkou zameranou na telo (bcc) a tvárou (fcc) (obrázok 1.4). Každé zrno ako kryštalická formácia je ostro anizotropné a má odlišné vlastnosti v rôznych smeroch. Pri veľkom počte rozlične orientovaných zŕn sa tieto rozdiely vyhladia, štatisticky, v priemere vo všetkých smeroch sa vlastnosti stávajú rovnaké a oceľ sa správa ako kváziizotropné teleso.
Štruktúra ocele závisí od podmienok kryštalizácie, chemického zloženia, tepelného spracovania a podmienok valcovania.
Teplota topenia čistého železa je 1535 ° C, pri kalení sa tvoria kryštály čistého železa - ferit, tzv. 8-železo s mriežkou zameranou na telo (obr. 1.4, a);pri teplote 1490 ° C dochádza k rekryštalizácii a 5-železo sa transformuje na y-železo s tvárovou mriežkou (Obr. 1.4, b).Pri teplote 910 ° C a nižšej sa kryštály y-železa opäť premenia na kryštály zamerané na telo a tento stav zostáva až do normálnej teploty. Posledná modifikácia sa nazýva a-železo.
So zavedením uhlíka teplota topenia klesá a pre oceľ s obsahom uhlíka 0,2% je približne 1520 ° C. Po ochladení sa vytvorí pevný roztok uhlíka v y-železe, ktorý sa nazýva austenit, v ktorom sú atómy uhlíka umiestnené v strede mreže fcc. Pri teplotách pod 910 ° C sa austenit rozkladá. Výsledný železo s bcc mriežkou (ferit) zle rozpúšťa uhlík. Pri uvoľňovaní feritu sa austenit obohacuje uhlíkom a pri teplote 723 ° C sa premení na perlit - zmes feritu a karbidu železa Fe 3 C, ktorá sa nazýva cementit.
Obr. 1.4. Krištáľová mriežka:
a- zamerané na telo;
b- zamerané na tvár
Preto sa pri normálnej teplote oceľ skladá z dvoch hlavných fáz: feritu a cementitu, ktoré tvoria nezávislé zrná, a sú tiež obsiahnuté vo forme dosiek v zložení perlitu (obr. 1.5). Ľahké zrná - ferit, tmavé zrná - perlit).
Ferit je mimoriadne plastický a má nízku pevnosť, cementit je tvrdý a krehký. Perlit má vlastnosti intermediárne medzi vlastnosťami feritu a cementitu. V závislosti od obsahu uhlíka prevažuje jedna alebo druhá štruktúrna zložka. Veľkosť zŕn feritu a perlitu závisí od počtu kryštalizačných centier a podmienok chladenia a významne ovplyvňuje mechanické vlastnosti ocele (čím jemnejšie zrno, tým vyššia je kvalita kovu).
Zliatinové prísady vstupujúce do pevného roztoku s feritom ho zosilňujú. Okrem toho niektoré z nich, ktoré tvoria karbidy a nitridy, zvyšujú počet kryštalizačných miest a prispievajú k tvorbe jemnozrnnej štruktúry.
Pod vplyvom tepelného spracovania sa mení štruktúra, veľkosť zŕn a rozpustnosť legujúcich prvkov, čo vedie k zmene vlastností ocele.
Najjednoduchším typom tepelného spracovania je normalizácia. Spočíva v opätovnom zahriatí valcovaného materiálu na teplotu tvorby austenitu a následnom ochladení na vzduchu. Po normalizácii je oceľová štruktúra usporiadanejšia, čo vedie k zlepšeniu pevnosti a plastických vlastností valcovanej ocele a jej húževnatosti, ako aj k zvýšeniu rovnomernosti.
Pri rýchlom ochladení ocele zohriatej na teplotu presahujúcu teplotu fázovej transformácie sa oceľ kalí.
Štruktúry vytvorené po kalení dodávajú oceli vysokú pevnosť. Jeho plasticita sa však znižuje a zvyšuje sa tendencia krehkého lomu. Aby sa regulovali mechanické vlastnosti kalenej ocele a tvorba požadovanej štruktúry, je kalená, t.j. zahrievanie na teplotu, pri ktorej dochádza k požadovanej štrukturálnej premene, udržiavanie tejto teploty počas požadovanej doby a potom pomaly ochladzovanie 1.
Počas valcovania sa v dôsledku redukcie mení štruktúra ocele. Mletie zŕn a ich rôzna orientácia pozdĺž a naprieč valcovaným produktom vedie k určitej anizotropii vlastností. Výrazne ovplyvňuje aj teplota valcovania a rýchlosť chladenia. Pri vysokej rýchlosti ochladzovania je možné vytvárať kaliace štruktúry, čo vedie k zvýšeniu pevnostných vlastností ocele. Čím je valcovaný materiál hrubší, tým nižšia je rýchlosť redukcie a rýchlosť chladenia. Preto sa so zväčšením hrúbky valcovaných výrobkov vlastnosti pevnosti znižujú.
Teda zmenou chemického zloženia, valcovania a režimov tepelného spracovania je možné zmeniť štruktúru a získať oceľ so špecifikovanou pevnosťou a ďalšími vlastnosťami.
Klasifikácia ocelí.Ocele sa podľa svojich pevnostných vlastností bežne delia do troch skupín: konvenčné (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN / cm2).
Zvýšenie pevnosti ocele sa dosiahne legovaním a tepelným spracovaním.
Podľa chemického zloženia sa ocele delia na uhlík a legujú sa. Bežné uhlíkové ocele sú zložené zo železa a uhlíka s niektorými
pridanie kremíka (alebo hliníka) a mangánu. Iné prísady sa špeciálne nezavádzajú a môžu sa dostať do ocele z rudy (meď, chróm atď.).
Uhlík (U) 1, zvyšujúci pevnosť ocele, znižuje jej ťažnosť a zhoršuje zvárateľnosť, preto sa na stavbu kovových konštrukcií používajú iba nízkouhlíkové ocele s obsahom uhlíka najviac 0,22%.
Zliatiny ocele obsahujú okrem železa a uhlíka aj špeciálne prísady, ktoré zlepšujú ich kvalitu. Pretože väčšina prísad v jednom alebo druhom stupni zhoršuje zvárateľnosť ocele, ako aj zvyšuje jej cenu, nízko legované ocele s celkovým obsahom legovacích prísad nepresahujúcim 5% sa používajú hlavne v stavebníctve.
Hlavnými legovacími prísadami sú kremík (C), mangán (G), meď (D), chróm (X), nikel (N), vanád (F), molybdén (M), hliník (Yu), dusík (A).
Kremík deoxiduje oceľ, t.j. viaže prebytočný kyslík a zvyšuje jeho pevnosť, ale znižuje tažnosť, zhoršuje zvárateľnosť a odolnosť proti korózii pri zvýšenom obsahu. Škodlivý účinok kremíka môže byť kompenzovaný zvýšeným obsahom mangánu.
Mangán zvyšuje pevnosť, je dobrým deoxidačným činidlom a v kombinácii so sírou znižuje jeho škodlivé účinky. Ak je obsah mangánu vyšší ako 1,5%, oceľ sa stáva krehkou.
Meď mierne zvyšuje pevnosť ocele a zvyšuje jej odolnosť proti korózii. Nadmerný obsah medi (nad 0,7%) prispieva k starnutiu ocele a zvyšuje jej krehkosť.
Chróm a nikel zvyšujú pevnosť ocele bez narušenia ťažnosti a zlepšujú jej odolnosť proti korózii.
Hliník deoxiduje oceľ dobre, neutralizuje škodlivý účinok fosforu a zvyšuje húževnatosť.
Vanád a molybdén zvyšujú pevnosť takmer bez zníženia tažnosti a bránia zmäkčovaniu tepelne spracovanej ocele počas zvárania.
Nenaviazaný dusík prispieva k starnutiu ocele a spôsobuje jej krehkosť, takže by nemal byť väčší ako 0,009%. V chemicky viazanom stave s hliníkom, vanádom, titánom a ďalšími prvkami tvorí nitridy a stáva sa zliatinovým prvkom, čo prispieva k tvorbe jemnozrnnej štruktúry a zlepšeniu mechanických vlastností.
Fosfor patrí medzi škodlivé nečistoty, pretože tým, že vytvára pevný roztok s feritom, zvyšuje krehkosť ocele, najmä pri nízkych teplotách (krehkosť za studena). V prítomnosti hliníka však môže fosfor slúžiť ako legujúci prvok, ktorý zvyšuje odolnosť ocele proti korózii. Z toho vyplýva výroba ocelí odolných voči poveternostným vplyvom.
Síra vďaka tvorbe siru železa s nízkou teplotou topenia spôsobuje, že oceľ je červeno-krehká (náchylná k praskaniu pri teplote 800 - 1 000 ° C). Toto je zvlášť dôležité pre zvárané konštrukcie. Škodlivý účinok síry sa znižuje so zvýšeným obsahom mangánu. Obsah síry a fosforu v oceli je obmedzený a nemal by byť väčší ako 0,03 - 0,05%, v závislosti od typu (triedy) ocele.
Škodlivým účinkom na mechanické vlastnosti ocele je jej nasýtenie plynmi, ktoré sa môžu dostať z atmosféry do kovu v roztavenom stave. Kyslík pôsobí ako síra, ale viac silný stupeň, a zvyšuje krehkosť ocele. Nenaviazaný dusík tiež znižuje kvalitu ocele. Aj keď je vodík zadržiavaný v nevýznamnom množstve (0,0007%), sústreďuje sa okolo inklúzií v medzikryštalických oblastiach a je umiestnený hlavne pozdĺž hraníc zŕn, spôsobuje vysoké napätie v mikrovolumoch, čo vedie k zníženiu odolnosti ocele voči krehkému lomu, zníženiu dočasného odporu a zhoršeniu plastov. vlastnosti. Preto musí byť roztavená oceľ (napr. Počas zvárania) chránená pred atmosférou.
V závislosti od typu dodávky sa ocele delia na valcované za tepla a tepelne upravené (normalizované alebo tepelne zlepšené). V stave valcovaného za tepla oceľ nemá vždy optimálnu sadu vlastností. Počas normalizácie je štruktúra ocele vylepšená, jej homogenita sa zvyšuje a zvyšuje sa húževnatosť, ale nedochádza k významnému zvýšeniu pevnosti. Tepelné spracovanie (kalenie vo vode a temperovanie pri vysokej teplote) umožňuje získať ocele vysokej pevnosti, ktoré sú dobre odolné voči krehkému lomu. Náklady na tepelné spracovanie ocele sa môžu výrazne znížiť, ak sa kalenie uskutoční priamo z ohrevu valcovaním.
Oceľ používaná pri stavbe kovových konštrukcií sa vyrába hlavne dvoma spôsobmi: v peciach s otvoreným ohňom a v konvertoroch prefukovaných kyslíkom. Vlastnosti ocelí s otvoreným ohniskom a kyslíkom konvertovaných ocelí sú prakticky rovnaké, spôsob výroby s kyslíkovým konvertorom je však oveľa lacnejší a postupne nahrádza spôsob s otvoreným ohňom. Pre najkritickejšie časti, kde sa vyžadujú špeciálne požiadavky vysoká kvalita kov, sa tiež používajú ocele získavané pretavením elektrostruskom (ESR). S rozvojom elektrotechnológie je možné širšie využitie pri konštrukcii ocelí získaných v elektrických peciach. Elektrostal má nízky obsah škodlivých nečistôt a vysokú kvalitu.
Podľa stupňa deoxidácie môžu byť ocele vriace, polo-pokojné a pokojné.
Nedekódované ocele sa varia počas odlievania do foriem v dôsledku vývoja plynu. Takáto oceľ sa nazýva vriaca a ukazuje sa, že je viac znečistená plynmi a menej homogénna.
Mechanické vlastnosti sa po dĺžke ingotu mierne líšia v dôsledku nerovnomerného rozdelenia chemických prvkov. Platí to najmä pre hlavovú časť, ktorá sa ukáže byť najviac voľnou (kvôli zmršťovaniu a najväčšej saturácii plynmi), v nej sa vyskytuje najväčšia segregácia škodlivých nečistôt a uhlíka. Preto je chybná časť odrezaná z ingotu, čo je približne 5% hmotnosti ingotu. Vriace ocele, ktoré majú pomerne dobré vlastnosti, pokiaľ ide o medzu klzu a medznú pevnosť, sú menej odolné voči krehkému lomu a starnutiu.
Na zlepšenie kvality nízkouhlíkovej ocele sa deoxiduje pridaním kremíka od 0,12 do 0,3% alebo hliníka do 0,1%. Kremík (alebo hliník) v kombinácii s rozpusteným kyslíkom znižuje jeho škodlivý účinok. V kombinácii s kyslíkom vytvárajú deoxidátory kremičitany a hlinitany v jemne dispergovanej fáze, čo zvyšuje počet kryštalizačných miest a prispieva k tvorbe jemnozrnnej štruktúry ocele, čo vedie k zvýšeniu jej kvality a mechanických vlastností. Deoxidované ocele sa nelejú, keď sa nalievajú do foriem, preto sa nazývajú pokojné m a. Časť približne 15% sa odreže z hlavy kľukového oceľového ingotu. Pokojná oceľ je homogénnejšia, lepšie zváraná, odolnejšia voči dynamickému namáhaniu a krehkému lomu. Pokojné ocele sa používajú pri výrobe kritických štruktúr, ktoré sú vystavené dynamickým účinkom.
Pokojné ocele sú však asi o 12% drahšie ako vriace ocele, čo ich vedie k obmedzeniu ich používania a ak je to z technických a ekonomických dôvodov výhodné, prechádza na výrobu konštrukcií z polotvrdej ocele.
Polokľudová oceľ je kvalitná látka medzi bodom varu a pokojnou. Deoxiduje sa menším množstvom kremíka - 0,05 - 0,15% (zriedka s hliníkom). Menšia časť sa odreže z hlavy ingotu, čo sa rovná asi 8% hmotnosti ingotu. Pokiaľ ide o náklady, polokľudné ocele tiež zaujímajú medzipolohu. Nízkolegované ocele sa dodávajú väčšinou v pokojných (zriedkavo polo-pokojných) verziách.
1.2.2. Normalizácia ocelí.Hlavným štandardom upravujúcim vlastnosti ocelí pre kovové konštrukcie budov je GOST27772 - 88. Podľa GOST sú konštrukčné tvary vyrobené z ocelí 1 166, С 245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, pre oceľové plechy a valcované profily a ohýbané profily, oceľ С390, С390К, С440, С590, С590. Ocele С345, С375, С390 a С440 sa môžu dodávať s vyšším obsahom medi (na zvýšenie odolnosti proti korózii), zatiaľ čo k označeniu ocele sa pridáva písmeno „D“.
Chemické zloženie ocelí a mechanické vlastnosti sú uvedené v tabuľke. 1.2 a 1.3.
Valcovaná oceľ sa môže dodávať za tepla aj za tepla. Výber chemického zloženia a typ tepelného spracovania je daný závodom. Hlavná vec je poskytnúť požadované vlastnosti. Preto môže byť oceľový plech S345 vyrobený z ocele s chemické zloženie C245 s tepelným zosilnením. V tomto prípade sa k oceľovému označeniu pridá písmeno T, napríklad S345T.
V závislosti od prevádzkovej teploty konštrukcií a stupňa nebezpečenstva krehkého lomu sa skúšky nárazom pre ocele C345 a C375 vykonávajú pri rôznych teplotách, preto sa dodávajú v štyroch kategóriách a do označenia ocele sa pridáva číslo kategórie, napríklad C345-1; S345-2.
Štandardizované charakteristiky pre každú kategóriu sú uvedené v tabuľke. 1.4.
Prenájom sa dodáva v dávkach. Šarža pozostáva z valcovaných výrobkov rovnakej veľkosti, z jednej panvy na roztavenie a jedného režimu tepelného spracovania. Pri kontrole kvality kovu sa náhodne odoberú dve vzorky zo šarže.
Z každej vzorky pripravte jednu vzorku na skúšky ťahom a ohybom a dve vzorky na stanovenie rázovej húževnatosti pri každej teplote. Ak výsledky testu nespĺňajú požiadavky GOST, vykonajte
opakované testy na zdvojnásobenom počte vzoriek. Ak opakované testy ukázali neuspokojivé výsledky, dávka sa zamietne.
Vyhodnotenie zvárateľnosti ocele sa vykonáva ekvivalentom uhlíka,%:
kde C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - hmotnostný podiel uhlíka, mangánu, kremíka, chrómu, niklu, medi, vanádu a fosforu, %.
Ak s,<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% sa riziko krakovania dramaticky zvyšuje.
Aby sa skontrolovala kontinuita kovu a zabránilo sa delaminácii, v prípade potreby sa na žiadosť zákazníka vykonáva ultrazvukové testovanie.
Charakteristickou črtou GOST 27772 - 88 je použitie pre niektoré ocele (С275, С285, С375). štatistické metódy kontrola, ktorá zaručuje poskytnutie štandardných hodnôt medzného bodu a maximálnej odolnosti.
Stavebné kovové konštrukcie sú tiež vyrobené z ocelí dodávaných v súlade s GOST 380 - 88 „Uhlíková oceľ bežnej kvality“, GOST 19281-73 „Nízkolegovaná oceľ odstupňovaná a tvarovaná“, GOST 19282 - 73 „Nízkolegovaná oceľová platňa a širokopásmové univerzálne zariadenie“ a ďalšími normami.
Medzi vlastnosťami ocelí s rovnakým chemickým zložením, ktoré sú dodávané podľa rôznych noriem, nie sú žiadne zásadné rozdiely. Rozdiel je v metódach kontroly a označovania. Takže podľa GOST 380 - 88 so zmenami v označení triedy kvality je uvedená skupina dodávok, spôsob deoxidácie a kategória.
Pri dodávke v skupine A zariadenie zaručuje mechanické vlastnosti, v skupine B - chemické zloženie, v skupine C - mechanické vlastnosti a chemické zloženie.
Stupeň deoxidácie je označený písmenami KP (bod varu), SP (pokojný) a PS (semi-pokojný).
Kategória ocele označuje typ skúšok rázovou húževnatosťou: kategória 2 - skúšky nárazovej húževnatosti sa nevykonávajú, 3 - sa vykonávajú pri teplote +20 ° C, 4 - pri teplote -20 ° C, 5 - pri teplote -20 ° C a po mechanickom starnutí , 6 - po mechanickom starnutí.
V stavebníctve sa používajú hlavne ocele VstZkp2, VstZpsb a VstZsp5, ako aj oceľ s vysokým obsahom mangánu VstZGps5.
Podľa GOST 19281-73 a GOST 19282-73 je obsah hlavných prvkov uvedený v označení kvality ocele. Napríklad chemické zloženie ocele 09G2S sa dešifruje takto: 09 - obsah uhlíka v stotinách percenta, G2 - mangán v množstve od 1 do 2%, C - kremík do 1 %.
Na konci triedy kvality je uvedená kategória, t. typ skúšky nárazovej pevnosti. Pre nízkolegované ocele bolo zavedených 15 kategórií, testy sa vykonávajú pri teplotách až do -70 ° C. Ocele dodávané podľa rôznych noriem sú vzájomne zameniteľné (pozri tabuľku 1.3).
Vlastnosti ocele závisia od chemického zloženia suroviny, spôsobu tavenia a objemu taviacich jednotiek, redukčnej sily a teploty počas valcovania, podmienok chladenia hotového valcovaného výrobku atď.
Pri takom množstve faktorov, ktoré ovplyvňujú kvalitu ocele, je celkom prirodzené, že ukazovatele pevnosti a ďalšie vlastnosti majú určité rozšírenie a možno ich považovať za náhodné hodnoty. Myšlienka variability charakteristík je daná štatistickými distribučnými histogramami, ktoré ukazujú relatívny pomer (frekvenciu) jednej alebo druhej charakteristickej hodnoty.
1.2.4 Ocele s vysokou pevnosťou(29 kN / cm2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
prísady, najmä mangán a kremík, menej často nikel a chróm alebo žiaruvzdorné
oceľ s nízkym obsahom uhlíka (С345Т).
Súčasne sa ťažnosť ocele mierne znižuje a dĺžka výnosovej plochy klesá na 1-1,5%.
Ocele s vysokou pevnosťou sa zvárajú o niečo horšie (najmä ocele s vysokým obsahom kremíka) a niekedy vyžadujú použitie špeciálnych technologických opatrení na zabránenie vzniku horúcich trhlín.
Pokiaľ ide o odolnosť proti korózii, väčšina ocelí tejto skupiny je blízko nízkouhlíkových ocelí.
Ocele s vysokým obsahom medi (S345D, S375D, S390D) majú vyššiu odolnosť proti korózii.
Jemnozrnná štruktúra nízkolegovaných ocelí poskytuje výrazne vyššiu odolnosť proti krehkému lomu.
Vysoká rázová húževnatosť je udržiavaná pri teplotách -40 ° C a nižších, čo umožňuje použitie týchto ocelí pre konštrukcie prevádzkované v severných oblastiach. Vďaka vlastnostiam vyššej pevnosti vedie použitie ocelí so zvýšenou pevnosťou k úsporám kovu až o 20 - 25%.
1.2.5 Ocele s vysokou pevnosťou(\u003e 40 kN / cm2). Valcovaná oceľ s vysokou pevnosťou
(C440 - 590) sa spravidla získavajú legovaním a tepelným spracovaním.
Na legovanie sa používajú prvky tvoriace nitridy, ktoré prispievajú k tvorbe jemnozrnnej štruktúry.
Ocele s vysokou pevnosťou nemusia mať medzu klzu (pri o\u003e\u003e 50 kN / cm2) a ich ťažnosť (predĺženie) klesá na 14% a nižšie.
Tento pomer sa zvyšuje na 0,8 - 0,9, čo neumožňuje zohľadniť plastické deformácie pri výpočte štruktúr vyrobených z týchto ocelí.
Výber chemického zloženia a režimu tepelného spracovania umožňuje výrazne zvýšiť odolnosť proti krehkému lomu a poskytnúť vysokú rázovú pevnosť pri teplotách až do -70 ° C. Pri výrobe štruktúr vznikajú určité ťažkosti. Vysoká pevnosť a nízka ťažnosť vyžadujú výkonnejšie zariadenie na rezanie, narovnávanie, vŕtanie a ďalšie operácie.
Pri zváraní ocelí ošetrených teplom dochádza v dôsledku nerovnomerného zahrievania a rýchleho ochladzovania k rôznym štrukturálnym zmenám v rôznych zónach zváraného spoja. V niektorých oblastiach sa kaliace štruktúry vytvárajú so zvýšenou pevnosťou a krehkosťou (tvrdé medzivrstvy), v iných sa kov podrobuje vysokému temperovaniu a má zníženú pevnosť a vysokú plasticitu (mäkké medzivrstvy).
Zmäkčenie ocele v tepelne upravenej zóne môže dosiahnuť 5 - 30%, čo je potrebné zohľadniť pri navrhovaní zváraných konštrukcií z tepelne ošetrených ocelí.
Zavedenie niektorých prvkov tvoriacich karbidy (molybdén, vanád) do zloženia ocele znižuje zmäkčujúci účinok.
Použitie ocelí s vysokou pevnosťou vedie k úsporám kovov až o 25 - 30% v porovnaní so štruktúrami vyrobenými z nízkouhlíkových ocelí a je zvlášť vhodné v štruktúrach s veľkým rozpätím a silne zaťažených.
1.2.6 Ocele odolné voči atmosfére.Na zvýšenie odolnosti kovu proti korózii
používajú sa nízkolegované ocele,
množstvá (zlomky percenta) prvkov, ako je chróm, nikel a meď.
V štruktúrach, ktoré sú vystavené atmosférickým vplyvom, sú ocele s prídavkom fosforu (napríklad oceľ S345K) veľmi účinné. Na povrchu takýchto ocelí sa vytvorí tenký oxidový film, ktorý má dostatočnú pevnosť a chráni kov pred vývojom korózie. Zváranie ocele v prítomnosti fosforu sa však zhoršuje. Okrem toho, vo valcovaných výrobkoch s veľkou hrúbkou má kov zníženú odolnosť proti chladu, preto sa použitie ocele S345K odporúča pre hrúbky nepresahujúce 10 mm.
V štruktúrach, ktoré kombinujú ložiskové a uzatváracie funkcie (napríklad membránové povlaky), sa často používajú výrobky z tenkých plechov. Na zvýšenie trvanlivosti takýchto štruktúr sa odporúča používať nehrdzavejúcu chrómovú oceľ triedy ОХ18Т1Ф2, ktorá neobsahuje nikel. Mechanické vlastnosti ocele ОХ18Т1Ф2:
50 kN / cm2, \u003d 36 kN / cm2,\u003e 33 %. Pri veľkých hrúbkach majú valcované výrobky z chrómových ocelí zvýšenú krehkosť, avšak vlastnosti výrobkov z tenkých plechov (najmä s hrúbkou do 2 mm) umožňujú ich použitie v konštrukciách pri konštrukčných teplotách do -40 ° C.
1.2.7. Výber ocelí na výrobu kovových konštrukcií.Výber ocele sa uskutočňuje na základe variantu návrhu a technickej a ekonomickej analýzy, pričom sa zohľadňujú odporúčania noriem. Aby sa zjednodušilo usporiadanie kovov, pri výbere ocele by sa malo usilovať o väčšie zjednotenie štruktúr, zníženie počtu ocelí a profilov. Výber ocele závisí od nasledujúcich parametrov, ktoré ovplyvňujú výkonnosť materiálu:
teplota prostredia, v ktorom je konštrukcia namontovaná a prevádzkovaná. Tento faktor zohľadňuje zvýšené riziko krehkého lomu pri nízkych teplotách;
povaha zaťaženia, ktoré určuje zvláštnosť práce materiálu a štruktúr pri dynamickom, vibračnom a premenlivom zaťažení;
druh stresového stavu (jednoosové stlačenie alebo napätie, plochý alebo objemový stresový stav) a úroveň vznikajúcich napätí (silne alebo slabo zaťažené prvky);
spôsob spojovacích prvkov, ktorý určuje úroveň ich vlastného napätia, stupeň koncentrácie napätia a vlastnosti materiálu v spojovacej zóne;
hrúbka valcovaných výrobkov použitých v prvkoch. Tento faktor zohľadňuje zmenu vlastností ocele so zvyšujúcou sa hrúbkou.
V závislosti od pracovných podmienok materiálu sú všetky typy štruktúr rozdelené do štyroch skupín.
TO prvá skupinazahŕňa zvárané konštrukcie, ktoré pracujú v mimoriadne ťažkých podmienkach alebo sú priamo vystavené dynamickým, vibračným alebo pohyblivým zaťaženiam (napríklad žeriavové nosníky, nosníky pracovných plošín alebo nadjazdy, ktoré priamo zaťažujú železničné koľajové vozidlá, kliny nosníkov atď.). Stresový stav takýchto štruktúr je charakterizovaný vysokou úrovňou a vysokou frekvenciou zaťaženia.
Štruktúry prvej skupiny pracujú v najťažších podmienkach, čo prispieva k možnosti ich krehkého alebo únavového zlyhania, preto sú na vlastnosti ocelí pre tieto konštrukcie kladené najvyššie požiadavky.
na druhá skupinazahŕňa zvárané konštrukcie, ktoré pôsobia na statické zaťaženie, keď sú vystavené jednoosému a jednoznačnému dvojosovému napätiu v ťahovom poli (napríklad priehradové nosníky, priečne nosníky, podlahové nosníky a krytiny a iné napnuté, napínané ohybné a ohýbacie prvky), ako aj štruktúry prvej skupiny v neprítomnosti zváraných spojov. ...
Štruktúram tejto skupiny je spoločné zvýšené riziko krehkého lomu spojeného s prítomnosťou ťahového poľa. Pravdepodobnosť zlyhania únavy je tu menšia ako v prípade štruktúr prvej skupiny.
TO tretia skupinazahŕňa zvárané štruktúry pracujúce s prevládajúcim účinkom tlakových napätí (napríklad stĺpy, stojany, podpery pre zariadenia a iné stlačené a stlačené ohýbacie prvky), ako aj štruktúry druhej skupiny bez zváraných spojov.
TO štvrtá skupinazahŕňajú pomocné konštrukcie a prvky (kravaty, polodrevené prvky, schody, ploty atď.), ako aj štruktúry tretej skupiny bez zváraných spojov.
Ak pre konštrukcie tretej a štvrtej skupiny stačí obmedziť sa na požiadavky na pevnosť pri statickom zaťažení, potom pre štruktúry prvej a druhej skupiny je dôležité posúdiť odolnosť ocele voči dynamickým účinkom a krehkému lomu.
V materiáloch pre zvárané konštrukcie sa musí vyhodnotiť zvárateľnosť. Požiadavky na konštrukčné prvky, ktoré nemajú zvárané spoje, sa môžu znížiť, pretože ich neprítomnosť polí na zváranie, nižšia koncentrácia napätia a ďalšie faktory zlepšujú ich fungovanie.
V rámci každej skupiny štruktúr v závislosti od prevádzkovej teploty podliehajú ocele požiadavkám na rázovú húževnatosť pri rôznych teplotách.
Normy obsahujú zoznam ocelí v závislosti od skupiny štruktúr a klimatickej oblasti výstavby.
Konečný výber ocele v rámci každej skupiny by sa mal vykonať na základe porovnania technických a ekonomických ukazovateľov (spotreba ocele a náklady na konštrukcie), ako aj so zreteľom na poradie kovu a technologické možnosti výrobcu. V kompozitných štruktúrach (napr. Delené trámy, nosníky atď.) Je ekonomicky možné použiť dve ocele: vyššiu pevnosť pre silne zaťažené prvky (priehradové nosníky, nosníky) a nižšiu pevnosť pre mierne zaťažené prvky (priehradové nosníky, nosníky).
1.2.8. Hliníkové zliatiny.Hliník sa svojimi vlastnosťami výrazne líši od ocele. Jeho hustota \u003d 2,7 t / m3, t.j. takmer trikrát nižšia ako hustota ocele. Modul pozdĺžnej pružnosti hliníka E \u003d 71000 MPa, šmykový modul G \u003d27 000 MPa, čo je asi 3-krát menej ako modul pružnosti a šmyku ocele.
Hliník nemá žiadnu prietokovú plochu. Rovná čiara elastických deformácií priamo prechádza do krivky elastoplastických deformácií (obr. 1.7). Hliník je veľmi plastický: predĺženie pri pretrhnutí dosahuje 40 - 50%, ale jeho pevnosť je veľmi nízka: \u003d 6 ... 7 kN / cm2 a konvenčná medza klzu \u003d 2 ... 3 kN / cm2. Čistý hliník sa rýchlo zakryje silným oxidovým filmom, ktorý zabraňuje ďalšej korózii.
Vďaka svojej veľmi nízkej pevnosti sa v stavebných konštrukciách zriedka používa technicky čistý hliník. Významného zvýšenia pevnosti hliníka sa dosiahne jeho legovaním horčíkom, mangánom, meďou a kremíkom. zinok a niektoré ďalšie prvky.
Dočasná odolnosť legovaného hliníka (zliatin hliníka) je v závislosti od zloženia legovacích prísad 2- až 5-krát vyššia ako komerčne čistá; Relatívne predĺženie je však 2 až 3 krát nižšie. S nárastom teploty sa pevnosť hliníka znižuje a pri teplotách nad 300 ° C je takmer nulová (pozri obrázok 1.7).
Špecifickým znakom viacerých viaczložkových zliatin A1 - Mg - Si, Al - Cu - Mg, Al - Mg - Zn je ich schopnosť ďalej zvyšovať pevnosť počas starnutia po tepelnom spracovaní; takéto zliatiny sa nazývajú tepelne tvrdené.
Konečná pevnosť niektorých zliatin vysokej pevnosti (systémy Al - Mg - Zn) po tepelnom spracovaní a umelom starnutí presahuje 40 kN / cm 2, zatiaľ čo predĺženie je iba 5 - 10%. Tepelné spracovanie zliatin s dvojitým zložením (Al-Mg, Al-Mn) nevedie k tvrdnutiu, takéto zliatiny sa nazývajú tepelne nevytvrdené.
Zvýšenie nominálneho medzu klzu výrobkov vyrobených z týchto zliatin faktorom 1,5 - 2 je možné dosiahnuť deformáciou za studena (samovzťahovaním), zatiaľ čo relatívne predĺženie sa tiež výrazne zníži. Je potrebné poznamenať, že ukazovatele všetkých základných fyzikálnych vlastností zliatin sa bez ohľadu na zloženie legujúcich prvkov a stav prakticky nelíšia od ukazovateľov čistého hliníka.
Odolnosť zliatin proti korózii závisí od zloženia legovacích prísad, stavu dodania a stupňa agresivity vonkajšieho prostredia.
Polotovary z hliníkových zliatin sa vyrábajú v špecializovaných závodoch: plechy a pásy - valcovaním na viacvalcových mlynoch; rúry a profily - pretláčaním na vodorovných hydraulických lisoch, čo umožňuje získať profily najrôznejšieho tvaru prierezu vrátane profilov s uzavretými dutinami.
Na polotovaroch odosielaných z továrne je uvedený stupeň zliatiny a stav dodávky: M - mäkký (žíhaný); H - spracované za studena; H2 - pološtandardizované; T - tvrdené a prirodzene starnuté počas 3 - 6 dní pri izbovej teplote; T1 - tvrdené a umelo starnuté niekoľko hodín pri zvýšených teplotách; T4 - nie je úplne kalené a prirodzene starnuté; T5 - nie je úplne kalené a umelo starne. Polotovary dodávané bez spracovania nemajú žiadne ďalšie označenie.
Z veľkého počtu druhov hliníka sa na použitie v stavebníctve odporúčajú:
Zliatiny tepelne nevytvrdené: AD1 a AMtsM; AMg2M a AMg2MH2 (listy); AMg2M (potrubia);
Zliatiny tepelne tvrdené: AD31T1; AD31T4 a AD31T5 (profily);
1915 a 1915T; 1925 a 1925T; 1935, 1935T, AD31T (profily a rúry).
Všetky vyššie uvedené zliatiny, s výnimkou 1925T, ktoré sa používajú iba na nitované štruktúry, sa dobre zvarujú. Na odlievané diely sa používa zliatina zliatiny AL8.
Hliníkové konštrukcie majú vďaka svojej nízkej hmotnosti, odolnosti proti korózii, odolnosti proti chladu, antimagnetickým vlastnostiam, neiskrivosti, trvanlivosti a dobrému vzhľadu široké uplatnenie v mnohých oblastiach konštrukcie. Avšak z dôvodu vysokých nákladov je použitie hliníkových zliatin v stavebných konštrukciách obmedzené.
V súčasnosti sa hliník používa takmer vo všetkých priemyselných odvetviach, od výroby potravinárskeho náradia po vytvorenie trupov pre kozmické lode. Pre určité výrobné procesy sú vhodné iba určité druhy hliníka, ktoré majú určité fyzikálne a chemické vlastnosti.
Hlavnými vlastnosťami kovu sú vysoká tepelná vodivosť, ťažnosť a ťažnosť, odolnosť voči korózii, nízka hmotnosť a nízky ohmický odpor. Sú priamo závislé od percentuálneho podielu nečistôt zahrnutých v jeho zložení, ako aj od technológie výroby alebo obohacovania. V súlade s tým sa rozlišujú hlavné značky hliníka.
Druhy hliníka
Všetky druhy kovov sú opísané a zahrnuté do zjednoteného systému uznávaných národných a medzinárodných noriem: európske EN, americké ASTM a medzinárodné ISO. V našej krajine sú triedy hliníka definované GOST 11069 a 4784. Všetky dokumenty sa posudzujú osobitne. V tomto prípade je samotný kov rozdelený do tried a zliatiny nemajú špecifické znaky.
V súlade s vnútroštátnymi a medzinárodnými normami by sa mali rozlišovať dva typy mikroštruktúry nelegovaného hliníka:
- vysoká čistota s percentom viac ako 99,95%;
- technická čistota, obsahujúca približne 1% nečistôt a prísad.
Zlúčeniny železa a kremíka sa najčastejšie považujú za nečistoty. Medzinárodná norma ISO pre hliník a jeho zliatiny má samostatnú sériu.
Hliník triedy
Technický typ materiálu je rozdelený do určitých tried, ktoré sú priradené príslušným normám, napríklad AD0 podľa GOST 4784-97. Zároveň je do klasifikácie zahrnutý aj vysokofrekvenčný kov, aby nedošlo k zámene. Táto špecifikácia obsahuje nasledujúce značky:
- Primárne (A5, A95, A7E).
- Technické (AD1, AD000, ADS).
- Deformovateľné (AMg2, D1).
- Zlieváreň (VAL10M, AK12pch).
- Pre deoxidačnú oceľ (AB86, AV97F).
Okrem toho sa rozlišujú aj kategórie ligatúr - zlúčeniny hliníka, ktoré sa používajú na výrobu zliatin zo zlata, striebra, platiny a iných drahých kovov.
Primárny hliník
Typický príklad tejto skupiny je primárny hliník (trieda A5). Získava sa obohatením oxidu hlinitého. V prírode sa čistý kov nenachádza kvôli svojej vysokej chemickej aktivite. V kombinácii s inými prvkami tvorí bauxit, nefelín a alunit. Z týchto rúd sa následne získa oxid hlinitý a čistý hliník sa získa pomocou komplexných chemicko-fyzikálnych procesov.
GOST 11069 stanovuje požiadavky na triedy primárneho hliníka, ktoré by sa mali zaznamenať použitím zvislých a vodorovných pruhov nezmazateľnou farbou rôznych farieb. Tento materiál našiel široké uplatnenie v rozvinutých priemyselných odvetviach, hlavne tam, kde sa od surovín vyžadujú vysoké technické vlastnosti.
Technický hliník
Technický hliník je materiál s percentom cudzích nečistôt menším ako 1%. Veľmi často sa nazýva aj nelegovaná. Technické triedy hliníka podľa GOST 4784-97 sa vyznačujú veľmi nízkou pevnosťou, ale vysokou odolnosťou proti korózii. V dôsledku neprítomnosti legujúcich častíc na kovovom povrchu sa rýchlo vytvorí ochranný oxidový film, ktorý je stabilný.
Technické triedy hliníka sa vyznačujú dobrou tepelnou a elektrickou vodivosťou. V ich molekulárnej mriežke prakticky neexistujú žiadne nečistoty, ktoré rozptyľujú tok elektrónov. Vďaka týmto vlastnostiam sa materiál aktívne používa v prístrojovej technike, na výrobu vykurovacích a výmenných zariadení a predmetov osvetlenia.
Deformovateľný hliník
Deformovateľný hliník sa vzťahuje na materiál, ktorý je vystavený pôsobeniu tepla a chladu tlakom: valcovanie, lisovanie, ťahanie a iné typy. V dôsledku plastických deformácií sa z nich získajú polotovary rôznych pozdĺžnych prierezov: hliníková tyč, plech, páska, platňa, profily a iné.
Hlavné triedy deformovateľného materiálu používaného v domácej produkcii sú uvedené v regulačných dokumentoch: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 a OCT1 90026. Charakteristickým rysom deformovateľnej suroviny je pevná štruktúra roztoku s vysokým obsahom eutektickej - tekutej fázy, ktorá je v rovnováhe s dva alebo viac tuhých látok.
Oblasť použitia deformovateľného hliníka, podobne ako v prípade použitia hliníkovej tyče, je pomerne rozsiahla. Používa sa v oblastiach vyžadujúcich vysoké hodnoty technické vlastnosti z materiálov - pri stavbe lodí a lietadiel a ďalej staveniská ako zliatina pre zváranie.
Odlievaný hliník
Odliatky z hliníka sa používajú na výrobu armatúr. ne hlavná prednosť je kombináciou vysokej špecifickej pevnosti a nízkej hustoty, ktorá umožňuje odlievanie výrobkov zložitých tvarov bez praskania.
Podľa účelu sú značky na liatie zvyčajne rozdelené do skupín:
- Vysoko tesné materiály (AL2, AL9, AL4M).
- Materiály s vysokou pevnosťou a tepelnou odolnosťou (AL 19, AL5, AL33).
- Látky s vysokou odolnosťou proti korózii.
Veľmi často sa zvyšuje výkon liateho hliníka rôzne druhy tepelné spracovanie.
Hliník na deoxidáciu
Kvalita vyrobených výrobkov je tiež ovplyvnená fyzikálnymi vlastnosťami hliníka. Používanie materiálov nízkej kvality sa neobmedzuje len na výrobu polotovarov. Veľmi často sa používa na deoxidáciu ocele - odstraňuje kyslík z roztaveného železa, ktoré sa v ňom rozpustí, a tým zvyšuje mechanické vlastnosti kovu. Na uskutočnenie tohto procesu sa najčastejšie používajú značky AB86 a AV97F.
Pri výbere kovových výrobkov - vyhrievané koľajnice na uteráky a zábradlia, misky a ploty, mriežky alebo zábradlia - vyberáme predovšetkým materiál. Ušľachtilá oceľ, hliník a bežná čierna oceľ (uhlíková oceľ) sa tradične považujú za konkurentov. Majúc niekoľko podobných charakteristík sa však navzájom výrazne líšia. Má zmysel ich porovnávať a zistiť, ktorý je lepší: hliník alebo hliník nehrdzavejúca oceľ (čierna oceľ sa nebude brať do úvahy kvôli nízkej odolnosti proti korózii).
Hliník: vlastnosti, výhody, nevýhody
Jeden z najľahších kovov používaných v priemysle. Vedie teplo veľmi dobre a nepodlieha korózii kyslíkom. Hliník sa vyrába v niekoľkých desiatkach druhov: každý s vlastnými prísadami, ktoré zvyšujú pevnosť, odolnosť proti oxidácii, ťažnosť. S výnimkou veľmi drahého hliníka pre lietadlá však všetky majú jednu nevýhodu: sú príliš mäkké. Časti vyrobené z tohto kovu sa ľahko deformujú. Preto nie je možné použiť hliník, ak počas prevádzky pôsobí na výrobok veľký tlak (napríklad vodné kladivo v systémoch zásobovania vodou).
Odolnosť hliníka proti korózii trochu predražené. Áno, kov „nehnije“. Ale iba kvôli ochrannej vrstve oxidu, ktorý sa tvorí na produkte za niekoľko hodín na vzduchu.
Nehrdzavejúca oceľ
Zliatina nemá prakticky žiadne nevýhody - s výnimkou vysokej ceny. Neobáva sa korózie ani teoreticky ako hliník, ale prakticky: na nej sa neobjaví žiadny oxidový film, čo znamená, že v priebehu času “ nehrdzavejúca oceľ»Nezmizne.
Mierne ťažšia ako hliník z nehrdzavejúcej ocele robí vynikajúcu prácu pri manipulácii s nárazmi, vysokým tlakom a oderom (najmä triedy, ktoré obsahujú mangán). Jeho prestup tepla je horší ako prenos hliníka: ale vďaka tomu sa kov „nepotí“, je tu menej kondenzácie.
Na základe výsledkov porovnania je zrejmé, že pri úlohách, pri ktorých sa vyžaduje nízka hmotnosť, pevnosť a spoľahlivosť kovu, nehrdzavejúca oceľ je lepšia ako hliník.
V súčasnosti možno najbežnejšie nelegálne ozbrojené skupiny na ruskom trhu rozdeliť do troch veľkých skupín:
- systémy so spodnou konštrukciou vyrobené z hliníkových zliatin;
- pozinkované oceľové nosné systémy s polymérny povlak;
- systémy s nerezovou spodnou konštrukciou.
Najlepšie pevnostné a termofyzikálne vlastnosti sú nepochybne zabezpečené nerezovými podpovrchovými štruktúrami.
Porovnávacia analýza fyzikálnych a mechanických vlastností materiálov
* Vlastnosti nehrdzavejúcej a galvanizovanej ocele sa mierne líšia.
Tepelné a pevnostné vlastnosti nehrdzavejúcej ocele a hliníka
1. Vzhľadom na 3-krát nižšiu nosnosť a 5,5-krát vyššiu tepelnú vodivosť hliníka je držiak z hliníkovej zliatiny pevnejší „studený most“ ako držiak z nehrdzavejúcej ocele. Ukazovateľom toho je koeficient tepelnej rovnomernosti uzatváracej štruktúry. Podľa výskumných údajov bol koeficient rovnomernosti tepelnej techniky uzatváracej konštrukcie pri použití systému z nehrdzavejúcej ocele 0,86 - 0,92 a pre hliníkové systémy je to 0,6 - 0,7, čo si vyžaduje položenie veľkej hrúbky izolácie, a teda zvýšenie nákladov na fasádu. ...
V prípade Moskvy je požadovaná odolnosť proti prenosu tepla na stenách, berúc do úvahy koeficient tepelnej rovnomernosti, pre nerezovú konzolu 3,13 / 0,92 \u003d 3,4 (m2. ° C) / W, pre hliníkovú konzolu - 3,13 / 0,7 \u003d 4,47 (m 2. ° C) / W, t.j. 1,07 (m 2. ° C) / W vyššia. Preto pri použití hliníkových konzol by sa hrúbka izolácie (s koeficientom tepelnej vodivosti 0,045 W / (m. ° C) mala vziať o takmer 5 cm viac (1,07 * 0,045 \u003d 0,048 m).
2. Vzhľadom na väčšiu hrúbku a tepelnú vodivosť hliníkových konzol, podľa výpočtov uskutočnených vo Výskumnom ústave fyziky budov, môže teplota kotvy pri vonkajšej teplote vzduchu -27 ° C klesnúť na -3,5 ° C a dokonca nižšia, pretože v oblasti výpočtov prierez hliníkový držiak bol braný ako 1,8 cm2, zatiaľ čo v skutočnosti je to 4-7 cm2. Pri použití konzoly z nehrdzavejúcej ocele bola teplota v kotve +8 ° C. To znamená, že pri použití hliníkových konzol kotva pracuje v zóne striedajúcich sa teplôt, kde je možná kondenzácia vlhkosti na kotve, po ktorej nasleduje zmrazenie. Tým sa postupne zničí materiál konštrukčnej vrstvy steny okolo kotvy a tým sa zníži jej únosnosť, čo je zvlášť dôležité pre steny vyrobené z materiálu s nízkou únosnosťou (penový betón, dutá tehla atď.). Tepelnoizolačné tesnenia pod konzolou zároveň vďaka svojej malej hrúbke (3 až 8 mm) a vysokej (vzhľadom na izoláciu) tepelnej vodivosti znižujú tepelné straty iba o 1 až 2%, t. prakticky neruší „studený most“ a nemá malý vplyv na teplotu kotvy.
3. Nízka tepelná rozťažnosť vodidiel. Tepelná deformácia zliatiny hliníka je 2,5-krát väčšia ako deformácia nehrdzavejúcej ocele. Nerezová oceľ má nižší koeficient tepelnej rozťažnosti (1010 - 6 ° C -1) ako hliník (2510 - 6 ° C -1). Podobne bude predĺženie 3-metrových koľajníc pri teplotnom rozdiele od -15 ° C do +50 ° C 2 mm pre oceľ a 5 mm pre hliník. Preto na kompenzáciu tepelnej rozťažnosti hliníkového vedenia je potrebné množstvo opatrení:
a to zavádzanie dodatočných prvkov do subsystému - pohyblivé sane (pre konzoly v tvare U) alebo oválne otvory s puzdrami pre nity - nepružná fixácia (pre konzoly v tvare L).
To nevyhnutne vedie k komplikáciám a zvýšeniu nákladov na subsystém alebo nesprávnu inštaláciu (pretože sa veľmi často stáva, že inštalatéri nepoužívajú vložky alebo nesprávne pripevňujú zostavu ďalšími prvkami).
Výsledkom týchto opatrení je, že hmotnostné zaťaženie pripadá iba na nosné konzoly (horné a dolné), zatiaľ čo iné slúžia iba ako opora, čo znamená, že kotvy nie sú rovnomerne zaťažené, a to sa musí zohľadniť pri príprave projektovej dokumentácie, čo sa často jednoducho nestačí. V oceľových systémoch je celé zaťaženie rozložené rovnomerne - všetky uzly sú pevne pevné - nevýznamná tepelná rozťažnosť je kompenzovaná prácou všetkých prvkov vo fáze elastickej deformácie.
Konštrukcia príchytky umožňuje vytvoriť medzeru medzi doskami v systémoch z nehrdzavejúcej ocele od 4 mm, zatiaľ čo v hliníkových systémoch - najmenej 7 mm, čo tiež nevyhovuje mnohým zákazníkom a kazí sa vzhľad stavebniny. Okrem toho musí príchytka zaistiť voľný pohyb obkladových dosiek v závislosti od rozsahu vysunutia vodiacich líšt, v opačnom prípade sa platne zhustia (najmä na spoji vodiacich prvkov) alebo uvoľnia príchytku (obe môžu viesť k pádu obkladových dosiek). V oceľovom systéme nehrozí nebezpečenstvo uvoľnenia príchytiek, ku ktorým môže dôjsť v priebehu času v hliníkových systémoch v dôsledku veľkých teplotných deformácií.
Protipožiarne vlastnosti nehrdzavejúcej ocele a hliníka
Teplota topenia nehrdzavejúcej ocele je 1800 ° C a hliník je 630/670 ° C (v závislosti od zliatiny). Teplota pri požiari na vnútornom povrchu dlaždice (podľa výsledkov skúšok regionálneho certifikačného strediska OPYTNOE) dosahuje 750 ° C. Pri použití hliníkových štruktúr teda môže dôjsť k roztaveniu spodnej konštrukcie a k zrúteniu časti fasády (v oblasti otvoru okna) a pri teplote 800 - 900 ° C hliník sám podporuje spaľovanie. Ušľachtilá oceľ sa v prípade požiaru netaví, preto je najvýhodnejšia z hľadiska požiadaviek na požiarnu bezpečnosť. Napríklad v Moskve sa pri stavbe výškových budov použitie hliníkových konštrukcií vo všeobecnosti nepovoľuje.
Žieravé vlastnosti
K dnešnému dňu je jediným spoľahlivým zdrojom odolnosti proti korózii konkrétnej spodnej stavby, a teda aj jej trvanlivosti, odborné stanovisko „ExpertKorr-MISiS“.
Najodolnejšie sú konštrukcie z nehrdzavejúcej ocele. Životnosť takýchto systémov je najmenej 40 rokov v mestskej priemyselnej atmosfére s miernou agresivitou a najmenej 50 rokov v relatívne čistej atmosfére so slabou agresivitou.
Hliníkové zliatiny majú vďaka oxidovému filmu vysokú odolnosť proti korózii, avšak za podmienok zvýšeného obsahu chloridov a síry v atmosfére môže dôjsť k rýchlo sa rozvíjajúcej medzikryštalickej korózii, čo vedie k významnému zníženiu pevnosti štruktúrnych prvkov a ich deštrukcii. Životnosť konštrukcie z hliníkových zliatin v mestskej priemyselnej atmosfére s priemernou agresivitou teda nepresahuje 15 rokov. Podľa požiadaviek Rosstroy však v prípade použitia hliníkových zliatin na výrobu prvkov spodnej konštrukcie nelegálnych ozbrojených skupín musia mať všetky prvky nevyhnutne anódový povlak. Anodický povlak predlžuje životnosť spodnej konštrukcie z hliníkovej zliatiny. Avšak pri inštalácii spodnej konštrukcie sú jej rôzne prvky spojené nitmi, pre ktoré sú vyvŕtané diery, čo spôsobuje porušenie anódového povlaku v mieste pripojenia, to znamená, že sú nevyhnutne vytvorené oblasti bez anódového povlaku. Okrem toho oceľové jadro hliníkového nitu spolu s hliníkovým médiom prvku tvorí galvanický pár, čo tiež vedie k rozvoju aktívnych procesov medzikryštalickej korózie v miestach pripojenia prvkov spodnej konštrukcie. Malo by sa poznamenať, že nízke náklady na jeden alebo druhý systém IRF so subštruktúrou zo zliatiny hliníka sú často dôsledkom absencie ochranného anódového povlaku na prvkoch systému. Bezohľadní výrobcovia takýchto konštrukcií šetria drahé elektrochemické procesy eloxovania.
Pozinkovaná oceľ má z hľadiska trvanlivosti konštrukcie nedostatočnú odolnosť proti korózii. Ale po aplikácii polymérneho povlaku bude životnosť spodnej konštrukcie z pozinkovanej ocele s polymérnym povlakom 30 rokov v mestskej priemyselnej atmosfére so strednou agresivitou a 40 rokov v relatívne čistej atmosfére so slabou agresivitou.
Porovnaním vyššie uvedených ukazovateľov hliníkových a oceľových konštrukcií možno dospieť k záveru, že oceľové konštrukcie vo všetkých ohľadoch sú výrazne lepšie ako hliník.
Opis hliníka: Hliník nemá žiadne polymorfné transformácie, má tvárovú kockovú mriežku s periódou a \u003d 0,4041 nm. Hliník a jeho zliatiny sa dobre deformujú za horúca a za studena - valcovanie, kovanie, lisovanie, ťahanie, ohýbanie, lisovanie plechov a ďalšie operácie.
Všetky zliatiny hliníka môžu byť bodovo zvárané a špeciálne zliatiny môžu byť zvárané tavením a iné druhy zvárania. Tvárnené zliatiny hliníka sa tepelným spracovaním delia na vytvrditeľné a nevytvrdené.
Všetky vlastnosti zliatin sú určené nielen spôsobom získania polotovaru a tepelným spracovaním, ale najmä chemickým zložením a najmä povahou fáz - tvrdidlami každej zliatiny. Vlastnosti starnúcich zliatin hliníka závisia od typov starnutia: zóny, fázy alebo koagulácie.
Vo fáze starnutia koagulácie (T2 a TZ) sa výrazne zvyšuje odolnosť proti korózii a je poskytnutá najoptimálnejšia kombinácia pevnostných charakteristík, odolnosti proti korózii v dôsledku napätia, exfoliačnej korózie, lomovej húževnatosti (K 1c) a plasticity (najmä vo vertikálnom smere).
Stav polotovarov, povaha opláštenia a smer vysekávania vzoriek sú uvedené takto: Legenda pre valcovaný hliník:
M - mäkké, žíhané
T - kalené a prirodzene starnuté
T1 - Tvrdené a umelo starnuté
T2 - Vytvrdené a umelo zrelé pre vyššiu odolnosť proti lomu a lepšiu odolnosť proti korózii v dôsledku napätia
ТЗ - Vytvrdené a umelo zrelé podľa režimu, ktorý poskytuje najvyššiu odolnosť proti korózii namáhaním a lomovú húževnatosť
N - Za studena (plechy zliatin ako duralum spracované za studena asi 5 - 7%)
P - pološtandardizovaný
H1 - Spevnené tvrdené tvrdenie (tvrdenie plechov asi 20%)
CCI - temperované a prirodzene starnuté, zvýšená pevnosť
GK - valcované za tepla (plechy, dosky)
B - Technologické opláštenie
A - Normálne pokovovanie
UP - zahustené opláštenie (8% na stranu)
D - Pozdĺžny smer (pozdĺž vlákna)
P - priečny smer
B - smer výšky (hrúbka)
X - smer akordu
P - radiálny smer
PD, DP, VD, VP, ХР, РХ - Smer rezania vzorky používaný na stanovenie lomovej húževnatosti a rýchlosti rastu únavovej trhliny. Prvé písmeno charakterizuje smer osi vzorky, druhé charakterizuje smer roviny, napríklad: PV - os vzorky sa zhoduje so šírkou polotovaru a rovina trhlín je rovnobežná s výškou alebo hrúbkou.
Analýza a získavanie vzoriek hliníka: Rudy.V súčasnosti sa hliník získava iba z jedného typu rudohafitu. Bežne používaný bauxit obsahuje 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.
Vzorky z bauxitu sa odoberajú podľa všeobecných pravidiel, pričom sa osobitná pozornosť venuje možnosti absorpcie vlhkosti materiálom, ako aj rozdielnemu pomeru pomerov veľkých a malých častíc. Hmotnosť vzorky závisí od veľkosti testovanej dodávky: z každých 20 ton sa musí do celkovej vzorky odobrať najmenej 5 kg.
Pri odbere bauxitu v kónických štetinách sa malé kúsky štiepajú zo všetkých veľkých kusov s hmotnosťou\u003e 2 kg ležiacich v kruhu s polomerom 1 ma odoberú sa do lopaty. Chýbajúci objem je vyplnený malými časticami materiálu odobratým z bočného povrchu testovaného kužeľa.
Vybraný materiál sa zhromažďuje v tesne uzatvorených nádobách.
Celý materiál vzorky sa rozdrví v drviči na častice s veľkosťou 20 mm, naleje do kužeľa, redukuje a znovu rozdrví na častice s veľkosťou<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.
Ďalšia príprava vzorky na analýzu sa uskutočňuje po sušení pri 105 ° C. Veľkosť častíc vzorky na analýzu by mala byť menšia ako 0,09 mm, množstvo materiálu je 50 kg.
Pripravené vzorky bauxitu sú veľmi náchylné na delamináciu. Ak vzorky pozostávajú z častíc s veľkosťou<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.
Vzorky z tekutých fluoridových tavenín, ktoré sa používajú pri elektrolýze taveniny hliníka ako elektrolyty, sa po odstránení tuhej usadeniny z povrchu kúpeľa odoberú oceľovou odmerkou z tekutej taveniny. Kvapalná vzorka taveniny sa naleje do formy a získa sa malý ingot s rozmermi 150 x 25 x 25 mm; potom sa celá vzorka rozomelie na častice laboratórnej vzorky menšej ako 0,09 mm ...
Taviaci hliník: V závislosti od rozsahu výroby, povahy odliatku a energetického potenciálu sa tavenie hliníkových zliatin môže uskutočňovať v kelímkových peciach, v elektrických odporových peciach a v indukčných elektrických peciach.
Tavenie zliatin hliníka by malo zabezpečiť nielen vysokú kvalitu konečnej zliatiny, ale aj vysokú produktivitu jednotiek a okrem toho minimálne náklady na odlievanie.
Najprogresívnejšou metódou tavenia hliníkových zliatin je metóda indukčného ohrevu priemyselnými frekvenčnými prúdmi.
Technológia na prípravu zliatin hliníka pozostáva z rovnakých technologických etáp ako technológia na prípravu zliatin na báze akýchkoľvek iných kovov.
1. Pri tavení čerstvých ošípaných a ligatúr sa hliník najskôr naloží (úplne alebo po častiach) a ligatúry sa rozpustia.
2. Pri tavení s použitím predbežnej zliatiny ošípaných alebo ošípaného silumínu v násade sa najskôr naložia a roztavia zliatiny ošípaných a potom sa pridá požadované množstvo hliníka a ligatúr.
3. V prípade, že sa vsádzka skladá z odpadu a ošípaných, nakladá sa v tomto poradí: primárne hliníkové ošípané, odmietnuté odliatky (ingoty), odpady (prvotriedne) a rafinované pretavovanie a ligatúry.
Meď sa môže zavádzať do taveniny nielen vo forme ligatúry, ale tiež vo forme elektrolytickej medi alebo odpadu (zavádzanie rozpúšťaním).