Архит._материал._-_Шеина_Ч1

торый является основным сырьем для промышленного получения алюминия. Глинозем содержится в таких породах, как бокситы, нефелины, алуниты, каолины и др.

Рисунок 274 – Алюминиевые кровли

Рисунок 275 – Алюминиевый радиатор

Процесс получения алюминия состоит из следующих двух операций: выделения из руды чистого оксида алюминия – глинозема и восстановления электролизом расплавленного глинозема в чистый алюминий. Его свойства связаны с содержанием примесей, по наличию которых его подразделяют на алюминий особый, высокой и технической чистоты (А85 – в металле содержится 99,85 % Al). Механические свойства отожженного алюминия высокой

чистоты: σв = 50 МПа, σ0,2 = 15 МПа, δ = 50 %, а технического алюминия (АДМ): σв = 80 МПа, σ0,2 = 30 МПа, δ = 35 %. Технический алюминий вследствие малой прочности в строительных конструкциях применяется редко. По-

вышение прочности достигается легированием Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, а также пластическим деформированием (нагартовкой), закалкой и старением.

Алюминий обладает коррозионной стойкостью в атмосфере, поэтому его используют для защиты других металлов от коррозии. Из алюминия изготавливают фольгу, применяемую в утеплителях в качестве отражателя тепловых лучей и металлических обоев, алюминиевых кровель и радиаторов, отливки деталей и изготовления порошков, применяемых в красках в качестве металлического пигмента, а также в ячеистых бетонах в виде газообразующей добавки (рисунки 274, 275).

Рисунок 276 – Металлизированные обои

Металлизированные обои износоустойчивы,

светостойки и хорошо моются. Металлический

362

блеск не тускнеет со временем. Обои изготавливают путем покрытия бумажной основы тонким металлическим слоем (фольгой). Затем на поверхность обоев наносится тиснение или рисунок. Покрытия выполняются под золото, серебро и чуть покрытую патиной бронзу (рисунок 276).

Современные окна из алюминия весьма разнообразны по стилю и дизайну. Их конструкция позволяет применять металлические окна в любом типе строений – в производственных и общественных зданиях, в коттеджах и городских квартирах (рисунок 277). При реставрации старых построек металл позволяет имитировать стили давно ушедших эпох. Преимуществами алюминиевых окон являются длительный срок службы и устойчивость против коррозии, деформации и других вредных воздействий окружающей среды. Они не реагируют на воздействие кислот, масел, газов и ультрафиолетового излучения. Такие окна не требуют особого ухода и сохраняют свои экологически благоприятные свойства в течение всего срока эксплуатации. Возможность производства окон очень больших размеров, любых форм и с различными способами открывания.

Рисунок 277 – Сочетание металла с другими материалами, например, алюминиевый профиль и декоративные деревянные панели со стороны помещения, расширяют области применения алюминиевых окон и позволяют им легко вписываться в любой интерьер

Композитная панель типа Alucobond,

Reynobond, Dibond, Format, A-Bond,

Architecks, Good Sense используется для оформления интерьеров и облицовки фасадов зданий и получила широкое распространение в строительстве и в дизайне интерьеров общеизвестными достоинствами: легкий вес, долговечность, водостойкость, влагостойкость, антикоррозийное покрытие.

АЛЮКОБОНД состоит из двух прочных алюминиевых наружных листов толщиной 0,5 мм и полимерного внутреннего слоя разного размера. Материал изготавливается общей толщиной 2, 3, 4 и 6 мм, в гамме из 19 стандартных цветов, включая металлик (бронза, шампань, серый, дымчатосеребристый и серебристый), также возможно исполнение текстурированного под камень покрытия (рисунок 278 – 280).

Рисунок 278 – Структура Алюкобонда

Рисунок 279 – Алюкобонд (Сан Диего, Терминал 2, США)

Рисунок 280 – Алюкобонд (Диснеленд, Флорида, Epot Centre "Raumschiff Erde")

Медь – это тяжёлый цветной металл красноватого цвета,

мягкий, тягучий в холодном состоянии. Она отличается высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью, образуя на своей поверхности красивую темную пленку углекислых соединений меди, называемую патиной.

В чистом виде медь имеет небольшую прочность и высокую пластич-

ность: σв = 200…250 МПа, δ = 30…35 % (после про-

катки и отжига). Она плохо обрабатывается резанием, но хорошо деформируется в холодном и горячем состояниях (рисунки 281, 282).

Медь добывается из медных сульфидных и окисленных руд. Применяется медь для изготовления электрических проводов, труб и в качестве составной части различных сплавов. Листовая медь идет на изготовление кровельных материалов. На воздухе медь окисляется мало. Основные марки меди М000, М00, М0, М1.

Оболочка статуи выполнена из меди толщиной 2,4 мм

Рисунок 282 – Медная кровля, выполненная по фальцевой технологии

364

Для изготовления труб используют медь очень высокой чистоты (99,9 %), т.е. количество примесей в ней не превышает 0,1 %. Такая медь отличается особенно высокой коррозионной стойкостью и пластичностью, при этом, не теряя пластичности даже при отрицательных температурах (минус 100 °С). Если в медной трубе замерзла вода, то она не потрескается, а лишь немного расширится и после оттаивания будет вновь готова к работе. При механической обработке (вытягивании, штамповке и т.п.) медь частично теряет пластичность и становится более жесткой и прочной. Это явление в металловедении называют «наклеп». Медь можно вернуть в исходное пластичное состояние «отжигом», т.е. нагревом до 600…700 °С и последующим медленным охлаждением. Для сравнения приведем две цифры: не отожженная медь имеет прочность 280…300 МПа и удлинение при разрыве 10…15%, а отожженная, соответственно, – 210…220 МПа и 50…60 %. О декоративных качествах меди

иговорить не стоит. Медные трубы выпускаются стандартных размеров: диаметр от 10 до 28 мм при толщине стенки 1 мм и диаметром от 35 до 54 мм при толщине стенки 1,5 мм (выпускают трубы и большего диаметра). Нужно заметить, что, по сравнению со стальными трубами, медные трубы имеют очень маленькую толщину стенки и соответственно увеличенный внутренний диаметр. Так, медная труба с внутренним диаметром 20 мм имеет стенки толщиной 1 мм и вес одного метра трубы всего 0,59 кг, т.е. почти в 3 раза легче стальной. При столь малой толщине стенки медные трубы рассчитаны на более высокое, чем у стальных труб рабочее давление. Медные трубы имеют очень гладкие стенки. Их шероховатость в 100 раз ниже, чем у стальных труб,

ив 4…5 раз ниже, чем у полимерных. С учетом гладкости поверхности медных труб их пропускная способность будет намного выше, чем у стальных, и остается постоянно высокой весь срок ее эксплуатации (не коррозирует и не «обрастает»). Прочностные параметры и долговечность медных труб практически не зависят от давления и температуры транспортируемой жидкости (разрешенный интервал температур от плюс 250 до минус 100 °С). Это одно из существенных преимуществ медных труб перед полимерными трубами, у которых долговечность зависит от параметров (температуры и давления) транспортируемой жидкости. Кроме того, проблемы защиты от УФ-излучения

ипроникновения кислорода через стенку трубы для медных труб в отличие от полимерных труб просто нет.

Цинк – металл средней твердости синевато-белого цвета. Покрыт плотным тонким слоем оксидов, защищающим металл от дальнейшего окисления.

Цинковые руды представляют собой окисленные и сернистые соединения. Основной минерал, содержащий до 60 % цинка, – цинковая обманка.

Цинк – это коррозионно-стойкий металл, применяемый в качестве антикоррозионного покрытия при оцинковывании стальных изделий, в виде кровельной стали и болтов (рисунок 283). Цинк используют для производства скобяных изделий и в лакокрасочной промышленности.

365

Рисунок 283 – Система КРАСПАН ВСт (ВА) (ВСтН). Производится из оцинкованной стали, что защищает систему от коррозии на длительное время

Олово – мягкий и пластичный блестящий металл серебристо-белого цвета. Характеризуется хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Добывается из руды, которая называется оловянным камнем. Применяется для лужения стали и меди, в качестве припоя и как составная часть цветных легкоплавких сплавов.

Магний – наиболее легкий блестящий

ипластичный металл серебристо-белого цвета. В чистом виде магний малоустойчив

ипотому тускнеет на воздухе. Получают магний из морской рапы после осадки поваренной соли, из карналлита, а также из магнезита. Применяется магний для изготовления специальных легких сплавов. Его используют также как раскислитель при получении некоторых тяжелых металлов.

Свинец – мягкий, пластичный, тяжелый металл синевато-серого цвета, плохой проводник тепла и электричества, один из лучших материалов для защиты от радиоактивных излучений. Свинец хорошо льется и прокатывается, хорошо противостоит действию серной и соляной кислот. Добывают свинец путем восстановления свинцовых соединений. К рудам, содержащим свинец, относятся свинцовый блеск, сульфит свинца и углекислый свинец.

Свинец – это коррозионно-стойкий металл, применяется в строительстве для антикоррозионных покрытий, гидроизоляции, зачеканки швов раструбных труб, герметизации деформационных швов, изготовления специальных труб и как составная часть некоторых легкоплавких сплавов.

Никель – пластичный металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Он устойчив к воздействию воды и воздуха. Расходуется на приго-

товление сплавов.

Титан – металл серебристо-белого цвета, плавится при 1665 ± 5 оС. Существует в двух модификациях: α-титан до 882 оС (плотность 4505 кг/м3),

кристаллизующийся в гексагональной решетке и β-титан при температуре 900 оС и более (плотность 4320 кг/м3), кристаллизующийся в объемно-

центрированной кубической решетке с периодом 0,33132 нм. На поверхности титана образуется прочная оксидная пленка, защищающая его от коррозии во всех средах, кавитационной коррозии и коррозии под напряжением.

Технический титан марок ВТ1-00, ТВ1-0 и ВТ1-1 имеет невысокую прочность, пластичен (σв = 300…350 МПа, δ = 20…30 %), хорошо обрабатывается давлением и сваривается. Примеси азота, углерода, кислорода и водорода

366

ухудшают антикоррозионные свойства, пластичность и свариваемость титана, охрупчивают (особенно водород) и повышают его прочность и твердость.

13.13Сплавы цветных металлов

Встроительстве цветные металлы в чистом виде применяются редко, главным образом в виде сплавов. Принцип получения цветных сплавов основан на свойстве многих из них в расплавленном состоянии, образовывать однородные смеси.

Сплавы магния (с алюминием, цинком, марганцем и цирконием) самые легкие из сплавов цветных металлов. Их подразделяют на деформируемые (МА) и литейные (МЛ). Сплавы магния легко обрабатываются резанием, шлифуются и полируются. Недостаток их – подверженность коррозии во влажной атмосфере, пресной и соленой воде. Из таких сплавов готовят прокатные листы, плиты, профили.

Наиболее известным магниевым сплавом является электрон, состоящий из магния, алюминия (до 10%), марганца или цинка (0,5 %). Его применяют при строительстве самолетов, вагонов, автомобилей. Изделия из электрона в 4 раза легче чугуна.

Медные сплавы.

Латунь – сплав меди с цинком (до 50 %) называют латунью. Предельная

растворимость цинка в меди – 39 %. Такой сплав представляет собой твердый раствор цинка в меди (α-фаза), при содержании цинка до 45 % возникает вторая – δ-фаза. Двухфазные латуни более прочные и твердые, чем однофазные, но малопластичные. Марки латуней обозначают буквой Л и цифрами, указывающими содержание меди в процентах (остальное приходится на цинк). Механические свойства одно-и двухфазных латуней: α-латуни (Л96, томпак),

Л80 (полутомпак) и Л70 – σв = 240…320 МПа, δ = 50…52 %; α + δ-латуни – σв = 360…390 МПа, δ = 44…49 % (томпак в пер. с фр. – медь). Для улучшения свойств латуни подвергают холодному и горячему деформированию, рекристаллизационному отжигу при 500…700 оС (α-латуни) и легированию добавками Sn, Si, Mn, Al, Fe, Pb, повышающими прочность, коррозионную стойкость и антифрикционные свойства.

Специальные латуни маркируют: ЛА77-2 (латунь, содержащая 77 % Cu, 2 % Al и 21 % Zn); ЛАЖ60-1-1 (латунь, содержащая 60 % Cu, 1% Al, 1% Fe и 38 % Zn). Они представляют собой однородные твердые растворы и поэтому весьма пластичны.

Латунь хорошо поддаётся горячей и холодной обработке. Её применяют в виде изделий, листов, проволоки и труб.

Бронза – сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем или никелем. Бронзы превосходят латуни по прочности, коррозионной стойкости и литейным свойствам.

Оловянистые бронзы представляют собой раствор 4…5 % олова и меди (α-фаза). При большем содержании олова пластичность и литейные свойства бронзы резко снижаются. Перед обработкой давлением их подвергают рекри-

367

сталлизационному отжигу при 600…650оС. Для улучшения литейных свойств и повышения прочности в бронзу вводят до 1 % фосфора. Бронзы, обрабатываемые давлением, имеют σв = 350…400 МПа, δ = 40…70 % (после отжига) и σ0,2 =550…800 МПа, δ =4…12 % (после холодной деформации); бронзы для фасонного литья σв = 150…180 МПа, δ = 6…8 %.

Алюминиевые и кремнистые бронзы имеют механические свойства, ана-

логичные оловянистым бронзам, но более дешевые и стойкие в агрессивных средах. В промышленности используют только однофазные бронзы, обладающие высокими пластичными и литейными свойствами.

Бериллиевые бронзы содержат 2…2,5 % Ве и обладают наилучшими свойствами из всех известных бронз. После закалки при 760…780 оС и старении при 300…350 оС механические свойства ее составляют: σв = 1300…1350

МПа, δ = 1,5 %, НВ 4000.

Свинцовые бронзы содержат до 30 % Рb и не образуют твердых растворов свинца в меди. Они склонны, как и оловянистые бронзы, к ликвации, имеют невысокую прочность (σв = 60 МПа), пластичность (δ = 4 %) и хорошие антифрикционные свойства.

Маркируют бронзы, как и латуни, по начальным буквам сплава и легирующего элемента. Например, бронза марки БрА7 содержит 7 % алюминия (остальное приходится на медь); БрОЦСН3-5-1 – оловянистая бронза, содер-

жит 3% Sn, 7 % Zn, 5 % Pb, 1 % Ni и 84 % Cu; БрАЖН10-4-4 – алюминиевая бронза, содержит 10 % Al, 4 % Fe, 4 % Ni и 82 % Cu.

Медно-никелевые сплавы представлены мельхиором и его заменителем – нейзильбером. Применяют их для изготовления санитарно-технической арматуры, малых архитектурных форм (рисунок 284).

Рисунок 284 – Скульптура из бронзы

368

Мельхиор – сплав меди с никелем (19 %), железом (0,8 %) и небольшим количеством кобальта. Мельхиор марки МН-19 содержит, кроме меди, 19 % никеля и десятые доли процента кобальта.

Нейзильбер (новое серебро) – тройной сплав меди, никеля и цинка. Нейзильбер марки МНЦ 15-20 содержит 15 % никеля и 20 % цинка. Из медноникелевых сплавов изготавливают прокат в виде труб, проволоки, полос, лент.

Для изготовления алюминиевых изделий используют алюминиевые сплавы – алюминиево-марганцевый, алюминиево-магниевый и т.д. Из алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили дюралюмины и силумины.

Все алюминиевые сплавы делятся: на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы в свою очередь подразделяются:

на термически упрочняемые (Al–Mg–Si, Al–Cu–Mg, Al–Zn–Mg),

не упрочняемые – технический алюминий и двухкомпонентные сплавы

Al– Mn и Al–Mg (магналии).

В равновесном состоянии сплавы алюминия представляют собой низколегированные твердые растворы и интерметаллидные фазы CuAl2 (θ-фаза),

Mg2Si, Al3Mg2, Al2CuMg (S -фаза) и т.д.

Медь – основная легирующая добавка сплавов – дуралюминов, значительно повышающая прочность алюминия, но снижающая его пластичность и антикоррозионные свойства. Марганец и магний повышают прочность и антикоррозионные свойства. Кремний повышает текучесть и легкоплавкость, но ухудшает пластичность.

Цинк, особенно с магнием, значительно увеличивает прочность алюминия, но уменьшает стойкость к коррозии под напряжением. Для улучшения свойств алюминиевых сплавов в них вводят небольшое количество хрома, ванадия, титана, циркония и других элементов. Железо (0,3…0,7 %) является нежелательной, но неизбежной примесью. Такие сплавы обозначаются марками различных конструктивных элементов зданий. Марки имеют буквенное и цифровое обозначение, характеризующее состав и состояние сплава. Последнее обозначается: М – отожженный (мягкий), Н – нагартованный. Н2 – полунагартованный, Т – закаленный и естественно состаренный, Т1 – закаленный и искусственно состаренный, Т4 – не полностью закаленный и искусственно состаренный. Нагартовка и полунагартовка характерна для термически не упрочняемых сплавов, закалка и старение – для термически упрочняемых сплавов.

Марки технического алюминия обозначаются: АД, АД1 (А – алюминий, Д – сплав типа дуралюмина, 1 – характеризует степень чистоты алюминия – 99,3 %, в марке АД – 98,8 % Al), высокопрочного – В95, В96, ковкого АК6, АК8 (цифры обозначают суммарное содержание основных и дополнительных легирующих элементов в сплаве (%).

369

Марки термически не упрочняемых алюминиевых сплавов: АД1М, АМцМ, АМг2М, АМг2Н2 (М – мягкий, Мц – марганец, Мг2 – магний при содержании в сплаве 2 %).

Цифровое обозначение марок алюминиевых сплавов: 1915, 1915Т, 1925, 1935Т (первая цифра обозначает основу сплава – алюминий, вторая – композицию компонентов, 0 – технически чистый алюминий, 1 – Al-Cu-Mg, 3 – Al- Mg-Si, 4 – Al-Mn, 5 – Аl-Mg, 9 – Al-Mg-Zn; две последние – порядковый но-

мер сплава в своей группе композиции).

Основными видами термической обработки алюминиевых сплавов является отжиг, закалка и старение (отпуск).

Дюралюмины – это сплавы алюминия с медью (менее 4 %), кремнеземом (менее 12 %), магнием (менее 7 %) и марганцем (менее 1 %). В начале марок дуралюмина стоит буква Д, за которой следуют цифры, указывающие номер сплава, соответствующий его определенным свойствам. Так, например, дуралюмин Д6 имеет повышенную прочность, а Д18 – высокую пластичность.

К высокопрочным алюминиевым сплавам относят сплавы марок В93, В94, В95 и др., где буква В означает высокопрочный, а цифры – номер сплава. В их состав, кроме алюминия, входят цинк, медь, магний и марганец.

Детали из дюралюмина соединяются холодной клепкой или электроконтактной сваркой. Изделия из дюралюмина, эксплуатируемые на открытом воздухе, защищают от коррозии путем так называемого плакирования, т.е. покрытия его поверхности чистым алюминием.

Силумины – сплавы алюминия с SiО2 (10…14 %), имеющие марки АЛ2,

АЛ4, АЛ9, где А означает алюминиевый, Л – литейный, а цифры – номер сплава. Они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой и пористостью, высокой твердостью и прочностью.

Применяемые в строительстве алюминиевые сплавы при незначительной плотности (2,7…2,9 кг/см3), имеют прочностные характеристики, которые близки к прочностным характеристикам строительных сталей. Изделия из алюминиевых сплавов характеризуются простотой технологии изготовления, хорошим внешним видом, огне- и сейсмостойкостью, антимагнитостью и долговечностью.

Такое сочетание строительно-технологических свойств у алюминиевых сплавов позволяет им конкурировать со сталью. Использование алюминиевых сплавов в ограждающих конструкциях позволяет уменьшить вес стен и кровли в 10…80 раз, сократить трудоёмкость монтажа. Листовые изделия из алюминиевых сплавов применяют для облицовки стеновых панелей и стен, для кровельных панелей и покрытия кровли, для устройства подвесных потолков. Из прокатных профилей из алюминиевых сплавов изготавливают металлические оконные переплеты. В несущих конструкциях алюминиевые сплавы применяют в балочных покрытиях, в стойках и фермах, в рамных, арочных, купольных, складчатых и других видах конструкций (рисунок 285).

370

Основными недостатками алюминиевых сплавов являются высокая себестоимость, сравнительно низкий модуль продольной упругости, высокий коэффициент линейного расширения и относительная сложность выполнения соединений.

Титановые сплавы. Для улучшения механических и технологических свойств титана его легируют добавками Al, Мо, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zn, Si. Различают α-сплавы и α + β-сплавы титана. Первые представляют собой твердый раствор легирующих элементов (Al – основной, Мо, Cr, Sn, Fe, Zn) в α-титане. Они не упрочняются термообработкой и подвергаются только рекристаллизационному отжигу при 780…850 оС. α+β-сплавы состоят из α- и β твердых растворов и содержат, кроме Al, 2…4 % Cr, Мо, Fe (стабилизаторов β-титана). Они упрочняются закалкой и старением. При закалке происходит мартенситное превращение и образуется пересыщенный раствор легирующих элементов в α-титане. При старении происходит распад мартенситных фаз и остаточной β-фазы, сопровождающийся упрочнением сплава.

Наибольшее распространенные α-сплавы, ВТ5, ВТ5-1, ОТ4 имеют следующие показатели: σв = 700…390 МПа, δ =12…25 %, КСU = 0,4…0,9 мДж/м2; α + β-сплавы ВТ6, ВТ8, ВТ14 – σв = 950…1400 МПа, δ =8…12 %,

КСU = 0,3…0,8 мДж/м2. Они хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, свариваются и противостоят коррозии.

ОКНА ХОЛОДНЫЕ СЕРИИ ЭК-40

 Облегченная

и недорогая серия алюминиевых профилей предназначена для изготовления «холодных» витражных створок и окон. Профили изготавливаются из сплава 6060, 6063 согласно техническим условиям ГОСТ 222332001, кон-

структивная

толщина 40мм, основная толщина стенок 1,6мм371.