Металлические материалы и их классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Металлические материалы и их классификация

Металлы - кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро - и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с металлами электроны, которые могут свободно перемещаться. Обычно применяют не чистые металлы, а сплавы.

Сплавы - это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов.

Металлы тела твёрдые, ковкие и блестящие. Металлы, применяемые для производства строительных материалов, разделяют на две группы: чёрные и цветные. Чёрные металлы представляют собой сплав железа с углеродом - чугун или сталь. К цветным относят алюминий, медь, цинк, олово, никель, титан, магний и др.

Сырьё. Основным сырьевым компонентом для получения металлов являются рудные горные породы. Содержание в рудах цветных металлов сравнительно мало. В железных рудах количество металла достигает 70 %. Алюминиевые руды, преимущественно бокситы, содержит 50-60% оксида алюминия (глинозёма).

Основы технологии. Основные технологические операции при производстве металлических материалов: обработка сырья, дозировка, плавка, формование. При необходимости изменения эстетических характеристик лицевой поверхности применяют механические и химические способы её отделки, лаки, краски, наносят тонкие металлические или полимерные плёнки.

Обработка сырья предполагает дробление, промывку и обогащение железных руд. В процессе плавки получают металлы, после формования - металлические материалы.

Металлы для материалов, как правило, представляют собой сплавы - железа с углеродом (чугун, сталь), алюминиевые, медные (бронза - с оловом, латунь - с цинком), магниевые, титановые и др.

Номенклатура

Строительные материалы из чугуна - опорные части колонн, тюбинги - укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, сантех изделия. Перечень материалов ограничен, т.к чугун обладает существенными недостатками - высокой плотностью и хрупкостью. Весьма редко в современном строительстве используют архитектурно-художественные детали, полученные способ литья из чугуна: детали оград, решёток, кронштейнов, фонарей и др. металл технологический эстетический чугун

Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. В основном применяют углеродистую сталь обыкновенного качества (выделяют также качественную, высококачественную и особовысококачественные стали с соответствующим уменьшением вредных примесей), а также легированные стали.

Номенклатура стальных материалов включает различные профили и листы, оболочки, мембраны, тросы, канаты, черепицу, закладные детали, декоративно-художественные изделия.

Профили применяют различного сечения, их вид определяется способом получения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката.

Заметно снижается масса ряда металлических конструкций, повышаются их прочность и надёжность при внедрении гнутых профилей, сортамент которых достаточно разнообразен.

Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прессования.

Листовую сталь толщиной до 6 мм; тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь - толщиной 0,4 - 0,8 мм. Листовую сталь изготавливают с плоской, волнистой и рифлёной поверхностью.

Номенклатура материалов из других цветных металлов ограничено в связи с их высокой стоимостью.

Свойства

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением.

Средняя плотность металлических материалов сравнительно высока ( например, стальных около 7860 кг/мі).

Пористость ,гигроскопичность, водопоглощение у металлических материалов отсутствуют.

Предел прочности стальных материалов при сжатии, изгибе и растяжении - 300 - 400 МПа, но может достигать 1000 МПа и более. Материалы их алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2800 кг/мі) не уступают стальным по характерным прочностным показателям (предел прочности до 670 МПа).

Наряду с высокой прочностью, к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность - способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности.

Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов - способность к коррозии.

Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозийной среды.

В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и др. покрытия поверхности.

Некоторые металлы, например алюминий, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных плёнок при взаимодействии со средой.

Классификация

Единой классификации сплавов нет. Их классифицируют:

· по основному компоненту на:

1) железные;

2) алюминиевые;

3) медные;

4) магниевые;

5) титановые и др.;

· по числу компонентов на:

1) двухкомпонентные (двойные);

2) трёхкомпонентные (тройные);

3) многокомпонентные;

· по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий на:

1) литейные;

2) деформируемые;

3) порошковые (спеченные) и др.;

· по плотности на:

1) лёгкие (магниевые, бериллиевые, алюминиевые, титановые сплавы) с малой плотностью (до 5000 кг/м3);

2) тяжелые (стареющие сплавы, главным образом на основе вольфрама) с высокой (не менее 15 ООО кг/м3) плотностью;

· по температуре плавления на:

1) легкоплавкие, имеющие низкую температуру плавления (припои, баббиты и др.);

2) тугоплавкие (сплавы на основе ниобия, молибдена, тантала, вольфрама и др.), температура плавления которых выше 1800 °С;

· по применению на:

1) антифрикционные (сплавы с низким коэффициентом трения и высоким уровнем износостойкости);

2) коррозионно-стойкие (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, титана и других элементов, отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах);

3) криогенные (прецизионные сплавы на основе железа, никеля, алюминия, характеризующиеся комплексом тепловых, электрических, магнитных, механических свойств и предназначенные для работы при низких температурах (от -269 до +20 °С);

4) магнитные (сплавы, обладающие ферромагнетизмом);

5) немагнитные (сплавы на основе меди, алюминия, железа, магнитная проницаемость которых близка к единице);

6) пружинные (сплавы на железной, медной, никелевой, кобальтовой и других основах с высоким пределом упругости и релаксационной стойкостью) и т.д.

Эстетические характеристики

Металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причём в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и её сплавы окисляясь кислородом воздуха покрываются защитной плёнкой - патиной, которая с течении времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного цветового оттенка стали. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.

Цвет стали можно изменять после механической (шлифование или полирование) и термической (при температуре 200 - 300 єС) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая плёнка, которая одновременно защищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий, зелёный цвета.

Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Чёрный цвет чугуна, тёмно-серый стали, золотисты и зелёновато-коричневый у бронзы и меди, серебристо-белый у алюминия, как правило, отвечают эстетическим требованиям. Но лакокрасочные и металлические (анодирование - анодное оксидирование и др) покрытия не только меняют цвет лицевой поверхности, но и защищают металл от коррозии.

Фактура лицевой поверхности металлов может быть рельефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.

Области применения

Металлические материалы (преимущественно стальные) в современной архитектурно-строительной практике применяются для следующих основных типов конструкций зданий и сооружений: с жесткими металлическими связями; подвесных систем; большепролётных с растянутыми ограждающими поверхностями.

Разнообразные каркасы промышленных и гражданских зданий, в том числе каркасы зданий повышенной этажности (более 30 этажей), большепролётные покрытия, мосты и путепроводы, радио- и телевизионные башни - представители конструкций зданий с жёсткими связями.

Весьма популярны металлические профили для пространственных конструкций каркасов общественных зданий.

Стальные профили являются основными материалами для каркасов зданий повышенной этажности (30 - 40 и более этажей).

Формообразующая роль металлических материалов хорошо проявляется в различных пространственных конструкциях мостов и путепроводов.

Стальные профили используют для пространственных стержневых систем, жёстко заделанных в основании радио- и телевизионных высотных башен.

Подвесные системы включают различные типы висячих мостов, подвесных большепролётных покрытий, консольно-подвесные конструкции, здания с подвешенными этажами. Металлические профили в жёстких функциональном и опорном контурах, гибкие канаты (ванты) образуют соответствующие архитектурно-пространственные формы.

Важно отметить, что металлические материалы могут служить средством создания динамичных архитектурных форм - многовариантных трансформирующихся конструкций.

Листы из стали и алюминиевых сплавов для кровельных и стеновых ограждений промышленных и жилых зданий, профили для оконных переплётов часто используются в современной архитектурно-строительной практике.

В интерьерах промышленных и общественных зданий профилированные и гладкие листы из стали и алюминиевых сплавов используются для стационарных и сборно-разборных перегородок, подвесных потолков, отделки стен.

При использовании металлических материалов, как конструкционно-отделочных, так и отделочных, следует учитывать характерное восприятие их физической сущности и оригинальной поверхности, связанное, как правило, с ощущениями прочности, холода, чистоты, в том числе чистоты с экологической точки зрения.

Размещено на Allbest.ru