Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры

Черные металлыпредставляют собой сплав железа с углеродом. Кроме углерода черные металлы в небольшом количестве могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические элементы. Для придания черным металлам специфических свойств к ним добавляют некоторые так называемые легирующие вещества – медь, никель, хром и др. Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Чугунпредставляет собой сплав железа и углерода 2–4,3 %. В специальных чугунах – ферросплавах – количество углерода может достигать 5 % и более. Присутствующие в чугуне кремний, марганец, фосфор и сера существенно влияют на его свойства: сера и фосфор повышают хрупкость чугуна, а легирующие присадки хрома, никеля, магния, алюминия и кремния придают чугуну более высокие жаростойкость, износостойкость, повышенную сопротивляемость коррозии. В зависимости от формы, в которой углерод находится в чугуне, различают чугуны серые (литейные) и белые (передельные). В серых чугунах углерод находится в свободном состоянии в виде графита, а в белом – в связанном состоянии в виде цемента. Пластинки графита, перерезающие металлическую структуру чугуна, понижают его прочность. Модифицированный серый чугун имеет более высокие механические свойства благодаря шаровидной и раздробленной форме графита.

Стальсодержит углерода до 2 %. В отличие от чугуна – хрупкого металла, – сталь пластична, упруга и обладает высокими технологическими свойствами (способностью обрабатываться). В зависимости от назначения различают стали конструкционные, содержащие 0,02—0,85 % углерода, и инструментальные – 0,65– 1,4 %. Конструкционные стали, применяемые для строительных конструкций и арматуры железобетона, а также в машиностроении, обладают хорошей пластичностью, низкой хрупкостью. Повышение же углерода в инструментальных сталях придает им высокую твердость и хрупкость.

Механические и физические свойства сталей (жаростойкость, износостойкость, коррозионная стойкость) повышаются добавкой к ним никеля, хрома, вольфрама, молибдена, кобальта, меди, алюминия и др., такие стали, соответственно, называются легированными. В зависимости от количества вводимых легирующих добавок различают стали низколегированные, содержащие до 2 % легирующих веществ, среднелегированные – 2—10 %, и высоколегированные – более 10 %. В строительстве наиболее широко применяется низколегированная сталь. Нержавеющая сталь является высоколегированной.

Цветные металлы и сплавыподразделяются по плотности на легкие и тяжелые. К легкимотносятся сплавы на основе алюминия, магния, а к тяжелым– на основе меди, никеля, олова, свинца.

За последние годы в технологии металлургии внедрены новые усовершенствования: освоен эффективный метод вакуумной обработки стали, получены новые виды высокопрочных сталей и чугунов, разработана эффективная технология получения алюминия из нефелинов, освоены новые виды облегченного проката, гнутого из лент и полос, диффузионный метод сварки металлов в вакууме, легирование с вакуумной обработкой, широко развивается порошковая металлургия.

Строение металлов и их свойства

Металлы и металлические сплавы представляют собой кристаллические тела, состоящие из бесчисленного множества кристаллических образований, групп (в виде отдельных прочно связанных между собой зерен). Железо может быть в нескольких кристаллических формах с различным расположением атомов. Это явление называется аллотропией.Аллотропические превращения железа наблюдаются при изменении температуры. Железо из расплавленной массы кристаллизуется в форме решетки объемноцентриро-ванного куба; при охлаждении до температуры 1390 °C она перекристаллизовывается в решетку гранецентрированного куба, а при 898 °C снова образует решетку объемноцентрированного куба и a-модификации. Аллотропия железа имеет большое значение в процессах горячей механической и термической обработки чугуна и стали. Регулируя закалкой, отжигом и другими способами содержание этих модификаций в сталях, им придают необходимые механические свойства.

При затвердевании расплава металла вначале образуются мельчайшие кристаллы правильной формы, затем, по мере охлаждения, они увеличиваются в размерах и срастаются между собой в виде деформированных неправильной внешней формы кристаллов, называемых кристаллитами.

Физические свойства металлов и сплавовхарактеризуются цветом, плотностью, температурой плавления, теплопроводностью, коэффициентом температурного расширения.

Плотностьбольшинства металлов превышает 7000 кг/м ³. К легким металлам относятся металлы (алюминий, бериллий, магний) с плотностью менее 3000 кг/м ³. Чем меньше плотность металла, тем легче и эффективнее оказываются строительные конструкции из него. Именно по этой причине конструкции из сплавов на основе алюминия все шире применяются в строительстве.