Строение металлов и их свойства

Металлы и металлические сплавы представляют собой кристаллические тела, состоящие из бесчисленного множества кристаллических образований.

Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположе-' нием атомов. Это явление называется аллотропией. Аллотропические превращения железа наблюдаются при изменении температуры.

Механические свойства металлов характеризуются их прочностью, твердостью, ударной вязкостью, усталостью и ползучестью.

64. Черные металлы и стали. Виды, способы производства, свойства.

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом.

Кроме углерода черные металлы в небольшом количестве могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические элементы. Чугун представляет собой сплав железа и углерода 2...4,3%.

В специальных чугунах — ферросплавах — количество углерода может достигать 5% и более. Сталь содержит углерода до 2%. В отличие от чугуна — хрупкого металла — сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться). На практике применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокат, ковку, волочение, штамповку и прессование.

1) Прокат — наиболее распространенный и дешевый способ производства металлических изделий. Сущность проката заключается в обжатии металла между вращающимися валками, при этом заготовка уменьшается в сечении, вытягивается и приобретает форму, соответствующую валкам, если последние негладкие.

2) Ковка — процесс деформации металла под действием повторяющихся ударов молота или пресса.

3) Волочение заключается в протягивании металлической заготовки через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки.

4) Холодное профилирование металла — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

65. Цветные металлы и стали. Виды, способы производства, свойства.

Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Алюминиевые сплавы широко используют для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений.

Сплавы на основе меди. В чистом виде медь практически не находит применения в строительстве, используют ее в виде латуни и бронзы. Латунь — это сплав меди с цинком (до 40%), а бронза — сплав меди с оловом или каким-либо другим металлом, кроме цинка.

Сплавы на основе олова и свинца с добавкой меди, сурьмы называют баббитами и широко применяют для подшипников. Цинк и свинец значительно шире применяют в строительстве. Цинк в основном используют для кровельных покрытий, карнизов и водосточных труб, свинец — для футеровки кислотостойких устройств химических аппаратов, для особых видов гидроизоляции, для зачеканки швов и стыков элементов строительных конструкций, например швов между тюбингами в туннелях метрополитена.

Магний, титан и их сплавы благодаря их низкой плотности и высоким механическим свойствам применяют в основном в самолетостроении и для специальных целей.

Методы производства цветных металлов очень разнообразны. Многие металлы получают пирометаллургическим способом с проведением избирательной восстановительной или окислительной плавки. Ряд металлов получают гидрометаллургическим способом с переводом их в растворимые соединения и последующим выщелачиванием. Для получения некоторых металлов применяют металлотермические процессы, используя в качестве восстановителей производимых металлов другие металлы с большим сродством к кислороду.

Известны два способа получения меди из руд:

· гидрометаллургический;, пирометаллургический.

Производство алюминия включает:

· получение безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозема);

· получение криолита из плавикового шпата;

· электролиз глинозема в расплавленном криолите;

· рафинирование алюминия.

Магний получают электролизом из его расплавленных солей. Основным сырьем для получения магния являются карналлит, магнезит, доломит, бишофит.

Для получения титана применяют магниетермический способ.

Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, эа счёт искусственного и естественного старения и т. д.

Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги.

66. Способы производства металлических конструкций

Расплавленный чугун или сталь разливают по специальным формам, называемым изложницами, а затем слитки металла от 500 кг до нескольких (иногда десятков) тонн подвергают дальнейшей обработке давлением или литьем, в результате которой получают изделия требуемых форм, размеров и свойств.

Затем изделия соединяют в конструкцию с помощью сварки, клепки или болтов.

Способы обработки металлов давлением:

Прокат — наиболее распространенный и дешевый способ. Сущность заключается в обжатии металла между вращающимися валками, при этом заготовка уменьшается в сечении, вытягивается и приобретает форму, соответствующую валкам, если последние негладкие. Прокатывают металл в холодном и горячем состоянии.

Холодный прокат применяют для металлов, обладающих высокой пластичностью (свинец, олово), или для получения тончайших стальных листов (по причине их быстрого остывания).

Способом прокатки получают большинство стальных строительных изделий: балки, рельсы, листовую и прутковую сталь, арматуру,трубы.

Ковка — процесс деформации металла под действием повторяющихся ударов молота или пресса. Ковка может быть свободная, когда металл при ударе молота имеет возможность свободно растекаться во все стороны, и штампованная, когда металл, растекаясь под ударами молота, заполняет формы штампов, а избыток его вытекает в специальную канавку и

отрезается. Штамповка позволяет получить изделия очень точных размеров. В условиях строительства пользуются преимущественно свободной ковкой для изготовления различных деталей (болтов, скоб, анкеров), для пробивки отверстий, рубки и резки металла. Клепка также относится к операциям ковки. В настоящее время ковку производят посредством механических мо

лотов.

Волочение заключается в протягивании металлической заготовки через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки. В результате этого металл обжимается, а профиль его

строго соответствует форме отверстия. В качестве заготовки исп.предварительно прокатанный или прессованный пруток или трубу. Волочение металла производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью.

Этим способом изготовляют тонкостенные изделия (трубки), а также круглые, квадратные, шестиугольные прутки небольшой площади сечения

(до 10 мм2).

При волочении в металле появляется так называемый наклеп — упрочнение металла в результате пластической деформации. Наклеп повышает твердость стали, но снижает пластичность и вязкость. Явление наклепа вызывает старение стали — структурные изменения, повышающие ее хрупкость. Старение стали особенно опасно в конструкциях, подвергающихся ударной нагрузке (в железнодорожных мостах, рельсах, подкрановых балках). Однако явление наклепа широко используют на практике при механическом упрочнении арматурной стали для повышения предела текучести.

Холодное профилирование металла — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, они экономичнее профилей горячей прокатки за счет сокращения толщины профиля до 2 мм.

67. Стальная арматура. Определение, виды, способы армирования ЖБИ.

Ст.арм.- стальные элементы или целые каркасы, которые размещены в массе бетона. Арматуру располагают главным образом в тех местах конструкции, которые подвергаются растягивающим усилиям.

Арматура является важнейшей составной частью железобетона; она должна надежно работать совместно с бетоном на всех стадиях службы изделия.

Армирование железобетонных изделий

Ненапряженное Предв. напр.

Ненапряженное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. В железобетоне различают арматуру несущую (основную) и монтажную (вспомогательную)

Напряженное армирование — создание в бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительного обжатия, величина которого превышает напряжение растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации.

Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций.

Передачу предварительного напряжения арматуры на бетон осуществляют тремя способами:

1) посредством сцепления арматуры диаметром 2,5...3 мм с бетоном; при большем диаметре арматуры сцепление обеспечивается путем устройства вмятин на поверхности проволоки или свивкой прядей из 2...3 проволок либо применением арматуры периодического профиля;

2) посредством сцепления арматуры с бетоном, усиленного анкерными устр-вами;

3) посредством передачи усилий натяжения на бетон через анкерные устройства на концах арматурного элемента без учета сцепления арматуры и бетона.

Натяжение арматуры производят различными способами: механическим,

электротермическим, а также химическим при применении напрягающегося

цемента.

68. СТРОЕНИЕ ДЕРЕВА, СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ.

Макроструктуру древесины изучают по трем разрезам ствола дерева : поперечному,

радиальному продольному

тангентальному продольному .

Основные части : кору, луб, камбий, древесину и сердцевину.

1) Кора защищает дерево от механических повреждений. Она состоит из наружного слоя — корки и внутреннего луба.

2) Луб

3) Камбий — тонкий жизнедеятельный слой ткани, располагающийся за лубом.

4) Древесина обычно имеет светлую окраску, но у некоторых пород непосредственно к сердцевинной трубке прилегает более темная древесина, называемая ядром или мертвой древесиной. От ядра к внешней части ствола располагается светлоокрашенная древесина — заболонь или оболонь.

5) Сердцевина расположена вдоль всего ствола в его центральной части.

Свойства Древесины:

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Физические свойства древесины.

Влажность

различают древесину: мокрую, свежесрубленную (влажность 35% и выше), воздушно-сухую (влажность 15...20%) и комнатно-сухую (влажность 8...12%).

Для уменьшения гигроскопичности и водопоглощения древесину покрывают лакокрасочными материалами или пропитывают различными веществами.

2.Плотность древесины зависит от объема пор и влажности.. Показатель плотности используют при определении коэффициента качества, = отношениею предела прочности при сжатии к плотности. У сосны он равен 0,6, а дуба — 0,57.

3. Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 85%, лиственных — от 32 до 80%.

4.Усушкой древесины называют уменьшение ее линейных размеров и объема при высыхании.

Свойство неравномерного изменения линейных размеров в различных направлениях является одним из отрицательных свойств дерева как строительного материала.

5. Набуханием называют способность древесины увеличивать свои размеры и объем при поглощении воды, пропитывающей оболочки клеток. Древесина разбухает при поглощении влаги до точки насыщения волокон. Набухание древесины вдольволокон составляет 0,1...0,8%, в радиальном направлении —

3...5% и в тангентальном — 6... 12%.

6.Теплопроводность древесины невелика, она зависит от характера пористости, влажности, направления волокон, породы и плотности дерева,от температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон.

7.Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет 75-107 Ом·см, а сырой — в 10 раз меньше. Древесину используют при электропроводке в качестве досок, розеток и т. д.

8.Водопроницаемость древесины зависит от породы дерева, первоначальной влажности, характера разреза (торцового, радиального, тангентального), местоположения древесины в стволе (ядро, заболонь), ширины годичных слоев, возраста древесины.

9. Стойкость древесины к действию кислот, щелочей и воды. Слабощелочные растворы не разрушают древесину.

В воде большой бактериологической агрессивности стойкость древесины низка, поэтому ее не применяют в сетях канализации.