1.2.1. Ogólna charakterystyka stali. Stal to stop żelaza i węgla zawierający dodatki stopowe poprawiające jakość metalu oraz szkodliwe zanieczyszczenia, które dostają się do metalu z rudy lub powstają podczas procesu wytapiania.

Stalowa konstrukcja. W stanie stałym stal jest ciałem polikrystalicznym składającym się z wielu różnie zorientowanych kryształów (ziarn). W każdym krysztale atomy (dokładniej jony naładowane dodatnio) są uporządkowane w węzłach sieci przestrzennej. Stal charakteryzuje się sześcienną siecią krystaliczną centrowaną na ciele (bcc) i na ścianie (fcc) (ryc. 1.4). Każde ziarno jako formacja krystaliczna jest ostro anizotropowe i ma różne właściwości w różnych kierunkach. Przy dużej liczbie różnie zorientowanych ziaren różnice te są wygładzone, statystycznie średnio właściwości stają się takie same we wszystkich kierunkach, a stal zachowuje się jak ciało quasi-izotropowe.

Struktura stali zależy od warunków krystalizacji, składu chemicznego, obróbki cieplnej i walcowania.

Temperatura topnienia czystego żelaza wynosi 1535°C, podczas utwardzania kryształy czystego żelaza – ferryt, tzw. żelazo 8 z siatką centrowaną na ciele (ryc. 1.4, A); w temperaturze 1490 ° C następuje rekrystalizacja, a żelazo 5 przechodzi w żelazo y z siatką centrowaną na twarzy (ryc. 1.4, B). W temperaturze 910°C i niższej kryształy żelaza y ponownie zamieniają się w skupione w ciele i stan ten utrzymuje się do normalnej temperatury. Ostatnia modyfikacja nosi nazwę a-iron.

Wraz z wprowadzeniem węgla temperatura topnienia spada i dla stali o zawartości węgla 0,2% wynosi około 1520°C. Podczas chłodzenia powstaje stały roztwór węgla w żelazie y, zwany austenitem, w którym atomy węgla znajdują się w środku sieci fcc. W temperaturach poniżej 910°C rozpoczyna się rozkład austenitu. Powstałe żelazo α z siecią bcc (ferryt) słabo rozpuszcza węgiel. W miarę uwalniania ferrytu austenit wzbogaca się o węgiel iw temperaturze 723°C zamienia się w perlit – mieszaninę ferrytu i węglika żelaza Fe 3 C, zwaną cementytem.

Ryż. 1.4. Sześcienna sieć krystaliczna:

A- skoncentrowany na ciele;

B- skoncentrowany na twarzy

Tak więc w normalnej temperaturze stal składa się z dwóch głównych faz: ferrytu i cementytu, które tworzą niezależne ziarna, a także wchodzą do perlitu w postaci płytek (ryc. 1.5). Jasne ziarna - ferryt, ciemne - perlit).

Ferryt jest bardzo plastyczny i ma niską wytrzymałość, podczas gdy cementyt jest twardy i kruchy. Perlit ma właściwości pośrednie między właściwościami ferrytu i cementytu. W zależności od zawartości węgla dominuje jeden lub inny składnik strukturalny. Wielkość ziarna ferrytu i perlitu zależy od liczby centrów krystalizacji oraz warunków chłodzenia i znacząco wpływa na właściwości mechaniczne stali (im drobniejsze ziarno, tym wyższa jakość metalu).

Dodatki stopowe, wchodzące w stały roztwór z ferrytem, ​​wzmacniają go. Ponadto niektóre z nich, tworząc węgliki i azotki, zwiększają liczbę centrów krystalizacji i przyczyniają się do powstania struktury drobnoziarnistej.

Pod wpływem obróbki cieplnej zmienia się struktura, wielkość ziaren oraz rozpuszczalność pierwiastków stopowych, co prowadzi do zmiany właściwości stali.

Najprostszym rodzajem obróbki cieplnej jest normalizacja. Polega na ponownym podgrzaniu walcowanego materiału do temperatury powstania austenitu i późniejszym schłodzeniu w powietrzu. Po normalizacji struktura stali jest bardziej uporządkowana, co prowadzi do poprawy właściwości wytrzymałościowych i plastycznych stali walcowanej oraz jej udarności, a także wzrostu jednorodności.

Przy szybkim schładzaniu stali nagrzanej do temperatury przekraczającej temperaturę przemiany fazowej stal ulega utwardzeniu.

Struktury utworzone po hartowaniu nadają stali wysoką wytrzymałość. Zmniejsza się jednak jego plastyczność, a zwiększa się skłonność do kruchego pękania. Aby kontrolować właściwości mechaniczne hartowanej stali i nadać jej pożądaną strukturę, poddaje się ją hartowaniu, tj. ogrzewanie do temperatury, w której następuje pożądana przemiana strukturalna, utrzymywanie w tej temperaturze przez wymagany czas, a następnie powolne schładzanie 1 .

Podczas walcowania w wyniku ściskania zmienia się struktura stali. Występuje rozdrobnienie ziaren i ich różna orientacja wzdłuż i w poprzek walcowanego produktu, co prowadzi do pewnej anizotropii właściwości. Znaczący wpływ mają również temperatura walcowania i szybkość chłodzenia. Przy dużej szybkości chłodzenia możliwe jest tworzenie struktur utwardzających, co prowadzi do wzrostu właściwości wytrzymałościowych stali. Im grubszy walcowany wyrób, tym mniejszy stopień rozdrobnienia i szybkość chłodzenia. Dlatego wraz ze wzrostem grubości wyrobów walcowanych zmniejszają się właściwości wytrzymałościowe.

Zatem zmieniając skład chemiczny, tryby walcowania i obróbki cieplnej można zmienić strukturę i otrzymać stal o pożądanej wytrzymałości i innych właściwościach.

Klasyfikacja stali. Zgodnie z właściwościami wytrzymałościowymi stali są one warunkowo podzielone na trzy grupy: zwykłe (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN/cm2).

Zwiększenie wytrzymałości stali uzyskuje się przez stapianie i obróbkę cieplną.

Zgodnie ze składem chemicznym stale dzieli się na stale węglowe. Stale węglowe zwykłej jakości składają się z żelaza i węgla z niektórymi

dodatek krzemu (lub aluminium) i manganu. Inne dodatki nie są specjalnie wprowadzane i mogą dostać się do stali z rudy (miedź, chrom itp.).

Węgiel (U) 1, zwiększając wytrzymałość stali, zmniejsza jej plastyczność i pogarsza spawalność, dlatego do budowy konstrukcji metalowych stosuje się tylko stale niskowęglowe o zawartości węgla nie większej niż 0,22%.

Skład stali stopowych, oprócz żelaza i węgla, zawiera specjalne dodatki poprawiające ich jakość. Ponieważ większość dodatków w pewnym stopniu pogarsza spawalność stali, a także zwiększa jej koszt, stale niskostopowe o całkowitej zawartości dodatków stopowych nie większej niż 5% są stosowane głównie w budownictwie.

Głównymi dodatkami stopowymi są krzem (C), mangan (G), miedź (D), chrom (X), nikiel (H), wanad (F), molibden (M), aluminium (Yu), azot (A).

Krzem odtlenia stal, tj. wiąże nadmiar tlenu i zwiększa jego wytrzymałość, ale zmniejsza plastyczność, pogarsza spawalność i odporność na korozję przy zwiększonej zawartości. Szkodliwe działanie krzemu może być zniwelowane zwiększoną zawartością manganu.

Mangan zwiększa wytrzymałość, jest dobrym odtleniaczem, a łącząc się z siarką zmniejsza jej szkodliwe działanie. Przy zawartości manganu większej niż 1,5% stal staje się krucha.

Miedź nieznacznie zwiększa wytrzymałość stali i zwiększa jej odporność na korozję. Nadmiar miedzi (powyżej 0,7%) przyczynia się do starzenia stali i zwiększa jej kruchość.

Chrom i nikiel zwiększają wytrzymałość stali bez zmniejszania ciągliwości oraz poprawiają jej odporność na korozję.

Aluminium dobrze odtlenia stal, neutralizuje szkodliwe działanie fosforu i zwiększa udarność.

Wanad i molibden zwiększają wytrzymałość prawie bez zmniejszania ciągliwości i zapobiegają osłabianiu stali poddanej obróbce cieplnej podczas spawania.

Azot w stanie niezwiązanym przyczynia się do starzenia stali i powoduje jej kruchość, dlatego nie powinien przekraczać 0,009%. W stanie chemicznie związanym z aluminium, wanadem, tytanem i innymi pierwiastkami tworzy azotki i staje się pierwiastkiem stopowym, pomagającym uzyskać drobnoziarnistą strukturę i poprawiając właściwości mechaniczne.

Fosfor jest szkodliwym zanieczyszczeniem, ponieważ tworząc stały roztwór z ferrytem, ​​zwiększa kruchość stali, zwłaszcza w niskich temperaturach (kruchość na zimno). Jednak w obecności aluminium fosfor może służyć jako pierwiastek stopowy, który zwiększa odporność stali na korozję. Jest to podstawa do otrzymywania stali odpornych na warunki atmosferyczne.

Siarka w wyniku tworzenia się niskotopliwych siarczków żelaza powoduje, że stal jest czerwono- krucha (skłonna do pękania w temperaturze 800-1000 ° C). Jest to szczególnie ważne w przypadku konstrukcji spawanych. Szkodliwe działanie siarki jest redukowane wraz ze zwiększoną zawartością manganu. Zawartość siarki i fosforu w stali jest ograniczona i nie powinna przekraczać 0,03 - 0,05%, w zależności od rodzaju (gatunku) stali.

Na właściwości mechaniczne stali niekorzystnie wpływa nasycenie gazami, które mogą przedostawać się z atmosfery do metalu w stanie stopionym. Tlen działa jak siarka, ale w większym stopniu i zwiększa kruchość stali. Wolny azot obniża również jakość stali. Wodór, choć zatrzymywany w znikomej ilości (0,0007%), ale koncentrując się w pobliżu wtrąceń w obszarach międzykrystalicznych i zlokalizowanych głównie wzdłuż granic ziaren, powoduje duże naprężenia w mikroobjętościach, co prowadzi do zmniejszenia odporności stali na kruche pękanie, zmniejszenia w wytrzymałości na rozciąganie i pogorszeniu właściwości plastycznych. Dlatego stopiona stal (na przykład podczas spawania) musi być chroniona przed wpływem atmosfery.

W zależności od rodzaju dostawy stale dzieli się na walcowane na gorąco i ulepszane cieplnie (normalizowane lub ulepszone termicznie). W stanie walcowanym na gorąco stal nie zawsze ma optymalny zestaw właściwości. Podczas normalizacji struktura stali jest udoskonalona, ​​zwiększa się jej jednorodność, zwiększa się wytrzymałość, ale nie następuje znaczący wzrost wytrzymałości. Obróbka cieplna (hartowanie w wodzie i odpuszczanie w wysokiej temperaturze) umożliwia uzyskanie stali o wysokiej wytrzymałości, dobrze odpornej na kruche pękanie. Koszt obróbki cieplnej stali można znacznie obniżyć, jeśli hartowanie przeprowadza się bezpośrednio z ogrzewania walcowego.

Stal wykorzystywana do budowy konstrukcji metalowych produkowana jest głównie na dwa sposoby: w piecach martenowskich oraz w konwertorach tlenowych. Właściwości stali martenowskiej i konwertorowej są prawie takie same, jednak metoda produkcji konwertora tlenowego jest znacznie tańsza i stopniowo zastępuje stal martenowską. Na najbardziej krytyczne części, gdzie wymagana jest szczególnie wysoka jakość metalu, stosuje się również stale otrzymywane przez przetapianie elektrożużlowe (ESR). Wraz z rozwojem elektrometalurgii możliwe jest szersze zastosowanie w budownictwie stali otrzymywanych w piecach elektrycznych. Electrostal charakteryzuje się niską zawartością szkodliwych zanieczyszczeń i wysoką jakością.

W zależności od stopnia odtlenienia stale mogą być wrzące, półspokojne i spokojne.

Stale nieodtlenione gotują się po wlaniu do form w wyniku wydzielania się gazów. Taka stal nazywana jest stalą wrzącą i okazuje się być bardziej zanieczyszczona gazami i mniej jednorodna.

Właściwości mechaniczne zmieniają się nieco wzdłuż długości wlewka z powodu nierównomiernego rozmieszczenia pierwiastków chemicznych. Szczególnie dotyczy to części czołowej, która okazuje się najbardziej luźna (ze względu na skurcz i największe nasycenie gazami), występuje w niej największa segregacja szkodliwych zanieczyszczeń i węgla. Dlatego z wlewka wycina się wadliwą część, która stanowi około 5% masy wlewka. Stale wrzące, mające dość dobrą granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, są mniej odporne na pękanie kruche i starzenie.

Aby poprawić jakość stali niskowęglowej poddaje się ją odtlenianiu z dodatkiem krzemu od 0,12 do 0,3% lub aluminium do 0,1%. Krzem (lub aluminium), łącząc się z rozpuszczonym tlenem, zmniejsza jego szkodliwe działanie. W połączeniu z tlenem odtleniacze tworzą w fazie drobno zdyspergowanej krzemiany i gliniany, które zwiększają liczbę centrów krystalizacji i przyczyniają się do powstania drobnoziarnistej struktury stali, co prowadzi do podwyższenia jej jakości i właściwości mechanicznych. Stale odtlenione nie gotują się po wlaniu do form, dlatego nazywane są stalami spokojnymi. Część około 15% jest odcięta od czołowej części wlewka ze stali spokojnej. Cicha stal jest bardziej jednolita, lepiej się spawa i jest bardziej odporna na dynamiczne uderzenia i kruche pękanie. Ciche stale są wykorzystywane do produkcji krytycznych konstrukcji, które są poddawane wpływom dynamicznym.

Stale spokojne są jednak o około 12% droższe niż stale wrzące, co zmusza je do ograniczenia ich stosowania i przejścia, gdy jest to korzystne ze względów technicznych i ekonomicznych, na wytwarzanie konstrukcji ze stali półcichej.

Pół-spokojna stal ma pośrednią jakość między wrzącą a niegazowaną. Jest odtleniony mniejszą ilością krzemu - 0,05 - 0,15% (rzadko aluminium). Z główki wlewka odcina się mniejszą część, równą około 8% masy wlewka. Pod względem kosztów stale półciche zajmują również pozycję pośrednią. Stale niskostopowe dostarczane są głównie w cichej (rzadko półcichej) modyfikacji.

1.2.2. Standaryzacja stali. Głównym standardem regulującym właściwości stali do budowy konstrukcji metalowych jest GOST 27772 - 88. Według GOST stal kształtowa jest wytwarzana ze stali 1 C235, C245, C255, C275, C285, C345, C345K, C375, na blachy i uniwersalne wyroby walcowane oraz profile gięte, stale C390, C390K, C440, C590, C590K są również używane. Stale C345, C375, C390 i C440 mogą być dostarczane z wyższą zawartością miedzi (w celu zwiększenia odporności na korozję), przy czym do oznaczenia stali dodawana jest litera „D”.

Skład chemiczny stali i właściwości mechaniczne przedstawiono w tabeli. 1,2 i 1,3.

Wyroby walcowane mogą być dostarczane zarówno w stanie walcowanym na gorąco, jak i po obróbce cieplnej. O wyborze składu chemicznego i rodzaju obróbki cieplnej decyduje zakład. Najważniejsze jest zapewnienie wymaganych właściwości. Tym samym blachy stalowe C345 mogą być wykonane ze stali C245 z ulepszeniem termicznym. W takim przypadku do oznaczenia stali dodaje się literę T, na przykład C345T.

W zależności od temperatury pracy konstrukcji oraz stopnia zagrożenia kruchym pęknięciem badania udarności dla stali C345 i C375 przeprowadza się w różnych temperaturach, dlatego dostarczane są one w czterech kategoriach, a do oznaczenia stali dodawany jest numer kategorii, na przykład C345-1; C345-2.

Znormalizowane charakterystyki dla każdej kategorii podano w tabeli. 1.4.

Wypożyczenie dostarczane jest partiami. Partia składa się z wyrobów walcowanych tej samej wielkości, jednej kadzi do topienia i jednego trybu obróbki cieplnej. Podczas sprawdzania jakości metalu z partii losowo wybierane są dwie próbki.

Z każdej próbki pobierana jest jedna próbka do prób rozciągania i zginania oraz dwie próbki do określenia udarności w każdej temperaturze. Jeśli wyniki testu nie spełniają wymagań GOST, wykonaj

powtarzane testy na dwukrotnie większej liczbie próbek. Jeśli powtórne testy wykazały niezadowalające wyniki, partia zostaje odrzucona.

Spawalność stali ocenia się za pomocą równoważnika węgla, %:

gdzie C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P - udział masowy węgla, manganu, krzemu, chromu, niklu, miedzi, wanadu i fosforu, %.

jeśli z,<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%, ryzyko pękania gwałtownie wzrasta.

Aby sprawdzić ciągłość metalu i zapobiec rozwarstwieniu, w razie potrzeby na życzenie klienta przeprowadzane są badania ultradźwiękowe.

Charakterystyczną cechą GOST 27772 - 88 jest zastosowanie metod kontroli statystycznej dla niektórych stali (C275, C285, C375), co gwarantuje dostarczenie standardowych wartości granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie.

Konstrukcje metalowe budowlane są również wykonane ze stali dostarczanej zgodnie z GOST 380 - 88 „Zwykła stal węglowa jakości”, GOST 19281 -73 „Niskostopowa stal profilowana i kształtowa”, GOST 19282 - 73 „Niskostopowa blacha stalowa i szerokopasmowa uniwersalna” oraz inne standardy.

Nie ma zasadniczych różnic we właściwościach stali o takim samym składzie chemicznym, ale dostarczanych według różnych norm. Różnica polega na metodach kontroli i notacji. Tak więc, zgodnie z GOST 380 - 88 ze zmianami w oznaczeniu gatunku stali, wskazana jest grupa dostawy, metoda odtleniania i kategoria.

Przy dostawie w grupie A roślina gwarantuje właściwości mechaniczne, w grupie B - skład chemiczny, w grupie C - właściwości mechaniczne i skład chemiczny.

Stopień odtlenienia jest oznaczony literami KP (wrzący), SP (spokojny) i PS (półspokojny).

Kategoria stali wskazuje rodzaj badań udarności: kategoria 2 – badań udarności nie przeprowadza się, 3 – przeprowadza się w temperaturze +20°C, 4 – w temperaturze -20°C, 5 – przy temperaturze -20°C i po starzeniu mechanicznym, 6 - po starzeniu mechanicznym.

W budownictwie stosuje się głównie gatunki stali VstZkp2, VstZpsb i VstZsp5, a także stal o wysokiej zawartości manganu VstZGps5.

Zgodnie z GOST 19281-73 i GOST 19282 - 73 zawartość głównych elementów jest wskazana w oznaczeniu gatunku stali. Na przykład skład chemiczny stali 09G2S jest odczytywany w następujący sposób: 09 - zawartość węgla w setnych procentach, G2 - mangan w ilości od 1 do 2%, C - krzem do 1 %.

Na końcu gatunku stali wskazana jest kategoria, tj. rodzaj testu uderzeniowego. W przypadku stali niskostopowych ustalono 15 kategorii, testy przeprowadza się w temperaturach do -70 ° C. Stale dostarczane według różnych norm są wymienne (patrz Tabela 1.3).

Właściwości stali zależą od składu chemicznego surowca, sposobu wytapiania i objętości jednostek topialnych, siły redukcji i temperatury podczas walcowania, warunków chłodzenia gotowych wyrobów walcowanych itp.

Przy tak różnorodnych czynnikach wpływających na jakość stali jest całkiem naturalne, że wskaźniki wytrzymałości i innych właściwości mają pewien rozrzut i można je traktować jako zmienne losowe. Pomysł na zmienność cech dają histogramy rozkładu statystycznego pokazujące względną proporcję (częstość) określonej wartości cechy.

1.2.4 Stale o wysokiej wytrzymałości(29 kN/cm2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
dodatki, głównie mangan i krzem, rzadziej nikiel i chrom, czy termoutwardzalne
stal niskowęglowa (C345T).

W tym przypadku plastyczność stali nieco spada, a długość granicy plastyczności maleje do 1–1,5%.

Stale o wysokiej wytrzymałości spawają się nieco gorzej (zwłaszcza stale o dużej zawartości krzemu) i czasami wymagają zastosowania specjalnych środków technologicznych zapobiegających powstawaniu pęknięć na gorąco.

Pod względem odporności na korozję większość stali z tej grupy jest zbliżona do stali niskowęglowych.

Stale o wysokiej zawartości miedzi (S345D, S375D, S390D) mają wyższą odporność korozyjną.

Drobnoziarnista struktura stali niskostopowych zapewnia znacznie wyższą odporność na kruche pękanie.

Wysoka udarność utrzymuje się w temperaturze -40°C i niższej, co umożliwia stosowanie tych stali na konstrukcje eksploatowane w regionach północnych. Ze względu na wyższe właściwości wytrzymałościowe zastosowanie stali o wysokiej wytrzymałości prowadzi do oszczędności metalu do 20-25%.

1.2.5 Stale o wysokiej wytrzymałości(>40 kN/cm2). Walcowana stal o wysokiej wytrzymałości
(С440 -С590) otrzymuje się z reguły przez stapianie i obróbkę cieplną.

Do stopowania stosuje się pierwiastki tworzące azotki, które przyczyniają się do tworzenia drobnoziarnistej struktury.

Stale o wysokiej wytrzymałości mogą nie mieć granicy plastyczności (gdy o > 50 kN/cm 2 ), a ich ciągliwość (wydłużenie) jest zmniejszona do 14% lub mniej.

Współczynnik wzrasta do 0,8 - 0,9, co nie pozwala na uwzględnienie odkształceń plastycznych przy obliczaniu konstrukcji wykonanych z tych stali.

Dobór składu chemicznego oraz sposobu obróbki cieplnej pozwala na znaczne zwiększenie odporności na pękanie kruche oraz uzyskanie wysokiej udarności w temperaturach do -70°C. W produkcji konstrukcji pojawiają się pewne trudności. Wysoka wytrzymałość i niska plastyczność wymagają mocniejszego sprzętu do cięcia, prostowania, wiercenia i innych operacji.

Podczas spawania stali ulepszonych cieplnie, w wyniku nierównomiernego nagrzewania i szybkiego chłodzenia, zachodzą różne przemiany strukturalne w różnych strefach złącza spawanego. W niektórych obszarach powstają struktury utwardzające, które mają zwiększoną wytrzymałość i kruchość (przekładki twarde), w innych metal poddawany jest wysokiemu odpuszczaniu i ma zmniejszoną wytrzymałość oraz wysoką ciągliwość (przekładki miękkie).

Zmiękczenie stali w strefie przyspawnej może sięgać 5–30%, co należy uwzględnić przy projektowaniu konstrukcji spawanych ze stali ulepszanych cieplnie.

Wprowadzenie do składu stali niektórych pierwiastków węglikotwórczych (molibdenu, wanadu) zmniejsza efekt zmiękczania.

Zastosowanie stali o wysokiej wytrzymałości prowadzi do oszczędności metalu do 25-30% w porównaniu do konstrukcji wykonanych ze stali niskowęglowych i jest szczególnie wskazane w konstrukcjach o dużej rozpiętości i mocno obciążonych.

1.2.6 Stale odporne na warunki atmosferyczne. Aby poprawić odporność metalu na korozję
Konstrukcje ical, stosuje się stale niskostopowe, zawierające w niewielkim stopniu
ilość (ułamki procenta) pierwiastków takich jak chrom, nikiel i miedź.

W konstrukcjach narażonych na wpływy atmosferyczne bardzo skuteczne są stale z dodatkiem fosforu (np. stal S345K). Na powierzchni takich stali tworzy się cienka warstwa tlenku, która ma wystarczającą wytrzymałość i chroni metal przed korozją. Jednak spawalność stali w obecności fosforu pogarsza się. Ponadto w wyrobach walcowanych o dużych grubościach metal ma obniżoną mrozoodporność, dlatego zaleca się stosowanie stali S345K dla grubości nieprzekraczających 10 mm.

Arkusze walcowane są szeroko stosowane w konstrukcjach łączących funkcje nośne i osłaniające (na przykład powłoki membranowe). Aby zwiększyć trwałość takich konstrukcji, zaleca się stosowanie stali nierdzewnej chromowej w gatunku OH18T1F2, która nie zawiera niklu. Własności mechaniczne stali OH18T1F2:

50 kN/cm2, = 36 kN/cm2, >33 %. Przy dużych grubościach wyroby walcowane ze stali chromowych mają zwiększoną kruchość, jednak właściwości wyrobów walcowanych cienkościennych (zwłaszcza do grubości 2 mm) pozwalają na stosowanie ich w konstrukcjach w temperaturach projektowych do -40°C.

1.2.7. Dobór stali do budowy konstrukcji metalowych. Wybór stali dokonywany jest na podstawie projektu wariantowego oraz analizy techniczno-ekonomicznej z uwzględnieniem zaleceń norm. Aby uprościć zamawianie metalu, przy wyborze stali należy dążyć do większej unifikacji konstrukcji, zmniejszając liczbę stali i profili. Wybór stali zależy od następujących parametrów, które wpływają na właściwości użytkowe materiału:

temperatura otoczenia, w którym konstrukcja jest montowana i eksploatowana. Współczynnik ten uwzględnia zwiększone ryzyko kruchego pękania w niskich temperaturach;

charakter obciążenia, który określa specyfikę pracy materiału i konstrukcji pod obciążeniem dynamicznym, wibracyjnym i zmiennym;

rodzaj stanu naprężenia (jednoosiowe ściskanie lub rozciąganie, płaski lub objętościowy stan naprężenia) oraz poziom powstających naprężeń (elementy silnie lub słabo obciążone);

sposób łączenia elementów, który określa poziom naprężeń własnych, stopień koncentracji naprężeń oraz właściwości materiału w strefie łączenia;

grubość wyrobów walcowanych stosowanych w elementach. Współczynnik ten uwzględnia zmianę właściwości stali wraz ze wzrostem grubości.

W zależności od warunków pracy materiału, wszystkie typy konstrukcji są podzielone na cztery grupy.

DO pierwsza grupa obejmują konstrukcje spawane pracujące w szczególnie trudnych warunkach lub bezpośrednio narażone na obciążenia dynamiczne, wibracyjne lub ruchome (np. belki podsuwnicowe, belki platform roboczych czy elementy wiaduktów odbierające bezpośrednio obciążenie od taboru, wstawki kratownicowe itp.). Stan naprężenia takich konstrukcji charakteryzuje się wysokim poziomem i dużą częstotliwością obciążeń.

Konstrukcje pierwszej grupy pracują w najtrudniejszych warunkach, co przyczynia się do możliwości ich zniszczenia kruchego lub zmęczeniowego, dlatego stawia się najwyższe wymagania właściwościom stali dla tych konstrukcji.

Współ. druga grupa obejmują konstrukcje spawane pracujące pod obciążeniem statycznym, gdy są wystawione na działanie jednoosiowego i jednoznacznie dwuosiowego pola naprężeń rozciągających (na przykład kratownice, poprzeczki ram, belki stropowe i dachowe oraz inne elementy rozciągane, rozciągane i zginane), a także konstrukcje pierwsza grupa w przypadku braku połączeń spawanych.

Wspólną cechą konstrukcji z tej grupy jest zwiększone ryzyko pękania kruchego związane z obecnością pola naprężeń rozciągających. Prawdopodobieństwo zniszczenia zmęczeniowego jest tutaj mniejsze niż w przypadku konstrukcji z pierwszej grupy.

DO trzecia grupa obejmują konstrukcje spawane działające pod przeważającym działaniem naprężeń ściskających (na przykład kolumny, stojaki, podpory sprzętu i inne elementy ściskane i gięte), a także konstrukcje drugiej grupy w przypadku braku połączeń spawanych.

DO czwarta grupa obejmują konstrukcje i elementy pomocnicze (ściany, elementy szachulcowe, schody, ogrodzenia itp.), a także konstrukcje trzeciej grupy w przypadku braku połączeń spawanych.

Jeśli dla konstrukcji z trzeciej i czwartej grupy wystarczy ograniczyć się do wymagań wytrzymałościowych na obciążenia statyczne, to dla konstrukcji z pierwszej i drugiej grupy ważna jest ocena odporności stali na oddziaływania dynamiczne i kruche pękanie.

W materiałach na konstrukcje spawane należy ocenić spawalność. Wymagania dotyczące elementów konstrukcyjnych, które nie mają połączeń spawanych, można zmniejszyć, ponieważ brak pól naprężeń spawalniczych, mniejsza koncentracja naprężeń i inne czynniki poprawiają ich wydajność.

W ramach każdej grupy konstrukcji, w zależności od temperatury pracy, stalom podlegają wymagania dotyczące udarności w różnych temperaturach.

Normy zawierają wykaz stali w zależności od grupy konstrukcji i regionu klimatycznego konstrukcji.

Ostatecznego wyboru stali w ramach każdej grupy należy dokonać na podstawie porównania wskaźników techniczno-ekonomicznych (zużycie stali i koszt konstrukcji), a także uwzględniając kolejność metalu oraz możliwości technologiczne producenta . W konstrukcjach zespolonych (np. belki zespolone, kratownice itp.) ekonomicznie opłacalne jest zastosowanie dwóch stali: o większej wytrzymałości na elementy mocno obciążone (pasy kratownicowe, belki) i o mniejszej wytrzymałości na elementy lekko obciążone (kratownica kratownicowa, ściany belek) ).

1.2.8. stopy aluminium. Aluminium w swoich właściwościach znacznie różni się od stali. Jego gęstość \u003d 2,7 t / m3, tj. prawie 3 razy mniej niż gęstość stali. Moduł sprężystości aluminium E=71 000 MPa, moduł ścinania G= 27 000 MPa, czyli około 3 razy mniej niż moduł sprężystości wzdłużnej i moduł ścinania stali.

Aluminium nie ma plateau plastyczności. Prosta odkształceń sprężystych przechodzi bezpośrednio w krzywą odkształceń sprężysto-plastycznych (rys. 1.7). Aluminium jest bardzo plastyczne: wydłużenie przy zerwaniu sięga 40 - 50%, ale jego wytrzymałość jest bardzo niska: = 6 ... 7 kN / cm 2, a warunkowa granica plastyczności = 2 ... 3 kN / cm 2. Czyste aluminium szybko pokrywa się mocną warstwą tlenku, która zapobiega dalszemu rozwojowi korozji.

Ze względu na bardzo małą wytrzymałość technicznie czystego aluminium w konstrukcjach budowlanych jest ono rzadko stosowane. Znaczny wzrost wytrzymałości aluminium uzyskuje się przez stopienie go z magnezem, manganem, miedzią, krzemem. cynk i kilka innych pierwiastków.

Wytrzymałość na rozciąganie aluminium stopowego (stopów aluminium), w zależności od składu dodatków stopowych, jest 2-5 razy większa niż czystego handlowo; jednakże względne wydłużenie jest odpowiednio 2–3 razy mniejsze. Wraz ze wzrostem temperatury wytrzymałość aluminium maleje, aw temperaturach powyżej 300 ° C jest bliska zeru (patrz ryc. 1.7).

Cechą wielu stopów wieloskładnikowych A1 - Mg - Si, Al - Si - Mg, Al - Mg - Zn jest ich zdolność do dalszego zwiększania wytrzymałości podczas starzenia po obróbce cieplnej; takie stopy nazywane są utwardzalnymi termicznie.

Wytrzymałość na rozciąganie niektórych stopów o dużej wytrzymałości (układy Al - Mg - Zn) po obróbce cieplnej i sztucznym starzeniu przekracza 40 kN/cm 2, podczas gdy wydłużenie względne wynosi tylko 5-10%. Obróbka cieplna stopów o podwójnym składzie (Al-Mg, Al-Mn) nie prowadzi do utwardzenia, takie stopy nazywane są nieutwardzonymi termicznie.

Zwiększenie warunkowej granicy plastyczności wyrobów z tych stopów o 1,5–2 razy można osiągnąć przez odkształcenie na zimno (utwardzanie przez zgniot), przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniu wydłużenia. Należy zauważyć, że wskaźniki wszystkich głównych właściwości fizycznych stopów, niezależnie od składu pierwiastków stopowych i stanu, praktycznie nie różnią się od wskaźników czystego aluminium.

Odporność korozyjna stopów zależy od składu dodatków stopowych, stanu dostawy oraz stopnia agresywności środowiska zewnętrznego.

Półwyroby ze stopów aluminium wytwarzane są w wyspecjalizowanych zakładach: blachy i taśmy - poprzez walcowanie na walcarkach wielowalcowych; rury i profile - metodą wyciskania na poziomych prasach hydraulicznych, co umożliwia uzyskanie profili o najróżniejszych kształtach przekrojów, w tym z zamkniętymi komorami.

Na półfabrykatach wysyłanych z zakładu wskazany jest gatunek stopu i stan dostawy: M - miękki (wyżarzony); H - obrobiony na zimno; H2 - półutwardzony; T - utwardzony i naturalnie starzony przez 3-6 dni w temperaturze pokojowej; T1 - utwardzane i sztucznie starzone przez kilka godzin w podwyższonej temperaturze; T4 - nie w pełni utwardzony i naturalnie starzony; T5 - nie do końca utwardzone i sztucznie postarzane. Półprodukty dostarczane w stanie nieprzetworzonym nie posiadają dodatkowego oznaczenia.

Spośród dużej liczby gatunków aluminium do stosowania w budownictwie zaleca się:

Stopy utwardzane termicznie: AD1 i AMtsM; AMg2M i AMg2MN2 (arkusze); AMg2M (rury);

Stopy utwardzane termicznie: AD31T1; AD31T4 i AD31T5 (profile);

1915 i 1915T; 1925 i 1925T; 1935, 1935T, AD31T (profile i rury).

Wszystkie powyższe stopy, z wyjątkiem stopu 1925T, który jest używany tylko do konstrukcji nitowanych, są dobrze spawane. Stop odlewniczy klasy AL8 jest używany do części odlewanych.

Ze względu na niewielką masę, odporność na korozję, mrozoodporność, właściwości antymagnetyczne, brak iskrzenia, trwałość i estetyczny wygląd, konstrukcje aluminiowe mają szerokie perspektywy zastosowania w wielu dziedzinach budownictwa. Jednak ze względu na wysoki koszt zastosowanie stopów aluminium w konstrukcjach budowlanych jest ograniczone.

Aluminium i stal nierdzewna mogą wyglądać podobnie, ale w rzeczywistości są zupełnie inne. Pamiętaj o tych 10 różnicach i kieruj się nimi, wybierając rodzaj metalu do swojego projektu.

1. Stosunek wytrzymałości do masy. Aluminium zwykle nie jest tak wytrzymałe jak stal, ale jest też znacznie lżejsze. To jest główny powód, dla którego samoloty są wykonane z aluminium.
2. Korozja. Stal nierdzewna składa się z żelaza, chromu, niklu, manganu i miedzi. Chrom jest dodawany jako pierwiastek zapewniający odporność na korozję. Aluminium ma wysoką odporność na utlenianie i korozję, głównie dzięki specjalnej powłoce na powierzchni metalu (warstwa pasywacji). Kiedy aluminium utlenia się, jego powierzchnia staje się biała, a czasem pokryta wżerami. W niektórych ekstremalnie kwaśnych lub zasadowych środowiskach aluminium może korodować w katastrofalnym tempie.
3. Przewodność cieplna. Aluminium ma znacznie lepszą przewodność cieplną niż stal nierdzewna. Jest to jeden z głównych powodów, dla których jest stosowany w chłodnicach samochodowych i klimatyzatorach.
4. Cena. Aluminium jest zwykle tańsze niż stal nierdzewna.
5. Produktywność. Aluminium jest dość miękkie i łatwiejsze do cięcia i odkształcania. Stal nierdzewna jest trwalszym materiałem, ale trudniej się z nią pracuje, ponieważ trudniej ją odkształcić.
6. Spawalniczy. Stal nierdzewna jest stosunkowo łatwa do spawania, podczas gdy aluminium może być problematyczne.
7. Właściwości termiczne. Stal nierdzewna może być używana w znacznie wyższych temperaturach niż aluminium, które może stać się bardzo miękkie już w 200 stopniach.
8. przewodnictwo elektryczne. Stal nierdzewna jest naprawdę kiepskim przewodnikiem w porównaniu z większością metali. Z kolei aluminium jest bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności. Ze względu na wysoką przewodność, małą masę i odporność na korozję napowietrzne linie wysokiego napięcia są zwykle wykonane z aluminium.
9. Wytrzymałość. Stal nierdzewna jest mocniejsza niż aluminium.
10. Wpływ na żywność. Stal nierdzewna jest mniej podatna na reakcję z żywnością. Aluminium może reagować z produktami, które mogą wpływać na kolor i zapach metalu.

Nadal nie masz pewności, który metal jest odpowiedni do Twoich celów? Skontaktuj się z nami telefonicznie, mailowo lub przyjdź do naszego biura. Nasi doradcy klienta pomogą Ci dokonać właściwego wyboru!

Wybierając wyroby metalowe – grzejniki i poręcze łazienkowe, naczynia i płotki, kraty czy poręcze – wybieramy przede wszystkim materiał. Tradycyjnie konkurują ze sobą stal nierdzewna, aluminium i zwykła czarna stal (stal węglowa). Chociaż mają wiele podobnych cech, różnią się jednak znacznie od siebie. Warto je porównać i dowiedzieć się, co jest lepsze: aluminium lub Stal nierdzewna(stal czarna, ze względu na małą odporność na korozję, nie będzie brana pod uwagę).

Aluminium: charakterystyka, zalety, wady

Jeden z najlżejszych metali, który jest w zasadzie stosowany w przemyśle. Bardzo dobrze przewodzi ciepło, nie ulega korozji tlenowej. Aluminium produkowane jest w kilkudziesięciu rodzajach: każdy z własnymi dodatkami zwiększającymi wytrzymałość, odporność na utlenianie, plastyczność. Jednak z wyjątkiem bardzo drogiego aluminium lotniczego, wszystkie mają jedną wadę: nadmierną miękkość. Części wykonane z tego metalu łatwo ulegają deformacji. Z tego powodu nie jest możliwe zastosowanie aluminium tam, gdzie podczas eksploatacji wyrób jest poddawany działaniu wysokiego ciśnienia (np. uderzenie hydrauliczne w instalacjach wodociągowych).

Odporność na korozję aluminium nieco zawyżone. Tak, metal nie „gnije”. Ale tylko dzięki ochronnej warstwie tlenku, która tworzy się na produkcie w powietrzu w ciągu kilku godzin.

Stal nierdzewna

Stop praktycznie nie ma wad - poza wysoką ceną. Nie boi się korozji, nie teoretycznie jak aluminium, ale praktycznie: nie pojawia się na nim warstwa tlenku, co oznacza, że ​​​​z czasem " Stal nierdzewna» nie ściemnia.

Nieco cięższa niż aluminium, stal nierdzewna doskonale znosi uderzenia, wysokie ciśnienie i ścieranie (zwłaszcza gatunki manganu). Jego przenikanie ciepła jest gorsze niż aluminium: ale dzięki temu metal nie „poci się”, jest na nim mniej kondensatu.

Na podstawie wyników porównania staje się jasne - do wykonywania zadań, w których wymagana jest niska waga metalu, wytrzymałość i niezawodność, stal nierdzewna jest lepsza niż aluminium.

aluminium opis: Aluminium nie ma przekształceń polimorficznych, ma siatkę sześcienną centrowaną na ścianie o okresie a = 0,4041 nm. Aluminium i jego stopy dobrze nadają się do odkształceń na gorąco i na zimno - walcowanie, kucie, prasowanie, ciągnienie, gięcie, tłoczenie blach i inne operacje.

Wszystkie stopy aluminium można łączyć przez zgrzewanie punktowe, a stopy specjalne można łączyć przez stapianie i inne rodzaje spawania. Stopy aluminium do obróbki plastycznej dzielą się na utwardzone i nieutwardzone przez obróbkę cieplną.

O wszystkich właściwościach stopów decyduje nie tylko sposób uzyskania półwyrobu i obróbka cieplna, ale przede wszystkim skład chemiczny, a zwłaszcza charakter faz - utwardzaczy każdego stopu. Właściwości starzejących się stopów aluminium zależą od rodzaju starzenia: strefowego, fazowego lub koagulacyjnego.

Na etapie starzenia koagulacyjnego (T2 i T3) znacznie wzrasta odporność na korozję i zapewnia się najbardziej optymalną kombinację cech wytrzymałościowych, odporności na korozję naprężeniową, korozję złuszczającą, odporności na pękanie (K 1s) i plastyczności (zwłaszcza w górnym kierunku) .

Stan półfabrykatów, rodzaj poszycia i kierunek cięcia próbek oznacza się w następujący sposób: Symbole walcowanego aluminium:

M - Miękkie, wyżarzane

T - Hartowane i naturalnie postarzane

T1 - Utwardzane i sztucznie postarzane

T2 - Utwardzany i sztucznie starzony w celu uzyskania większej odporności na pękanie i lepszej odporności na korozję naprężeniową

ТЗ - Utwardzane i sztucznie starzone zgodnie z reżimem zapewniającym najwyższą odporność na korozję pod wpływem naprężeń i pękanie

N - ciężko pracujący (twardość blach ze stopów takich jak duraluminium około 5-7%)

P - Częściowo utwardzony

H1 - Mocno pracowity (twardość blach ok. 20%)

Izba Handlowa - Utwardzona i naturalnie postarzana, o zwiększonej wytrzymałości

GK - Walcowane na gorąco (blachy, płyty)

B - Okładzina technologiczna

A - Normalne poszycie

UP - Gruba okładzina (8% na stronę)

D - Kierunek wzdłużny (wzdłuż włókna)

P - Kierunek poprzeczny

B - Kierunek wysokości (grubość)

X — kierunek cięciwy

R - Kierunek promieniowy

PD, DP, VD, VP, XR, RX - Kierunek cięcia próbek służący do określenia odporności na pękanie i szybkości wzrostu pęknięcia zmęczeniowego. Pierwsza litera charakteryzuje kierunek osi próbki, druga – kierunek płaszczyzny, np.: PV – oś próbki pokrywa się z szerokością półwyrobu, a płaszczyzna pęknięcia jest równoległa do wysokość lub grubość.

Analiza i pobieranie próbek aluminium: Rudy. Obecnie aluminium pozyskiwane jest tylko z jednego rodzaju rudy – boksytu. Powszechnie stosowany boksyt zawiera 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.

Próbki z boksytu pobiera się według ogólnych zasad, zwracając szczególną uwagę na możliwość wchłaniania wilgoci przez materiał, a także na różne proporcje cząstek dużych i małych. Masa próbki uzależniona jest od wielkości badanej dostawy: z każdych 20 ton należy wziąć co najmniej 5 kg do całości próbki.

Podczas pobierania próbek boksytu w stosach w kształcie stożka, małe kawałki są odłamywane od wszystkich dużych kawałków o masie > 2 kg, leżących w okręgu o promieniu 1 m i wciągane do łopaty. Brakującą objętość wypełnia się małymi cząstkami materiału pobranymi z bocznej powierzchni stożka testowego.

Wyselekcjonowany materiał zbierany jest w szczelnie zamkniętych naczyniach.

Cały materiał próbki jest kruszony w kruszarce do cząstek o wielkości 20 mm, wlewany do stożka, rozdrabniany i ponownie kruszony do cząstek o wielkości<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.

Dalsze przygotowanie próbki do analizy przeprowadza się po wysuszeniu w temperaturze 105 ° C. Wielkość cząstek próbki do analizy powinna być mniejsza niż 0,09 mm, ilość materiału wynosi 50 kg.

Gotowane próbki boksytu są bardzo podatne na segregację. W przypadku próbek składających się z cząstek o wielkości<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.

Próbki z ciekłych roztopów fluorków stosowanych w elektrolizie wytopu aluminium jako elektrolitów pobiera się kadzią stalową z ciekłego wytopu po usunięciu osadu stałego z powierzchni kąpieli. Ciekłą próbkę wytopu wlewa się do formy i otrzymuje się mały wlewek o wymiarach 150x25x25 mm; cała próbka jest następnie mielona do cząstek próbki laboratoryjnej o wielkości mniejszej niż 0,09 mm...

Topienie aluminium: W zależności od skali produkcji, charakteru odlewania i możliwości energetycznych, stopy aluminium mogą być wytapiane w piecach tyglowych, elektrycznych piecach oporowych i elektrycznych piecach indukcyjnych.

Wytapianie stopów aluminium powinno zapewniać nie tylko wysoką jakość gotowego stopu, ale także wysoką wydajność jednostek, a ponadto minimalny koszt odlewania.

Najbardziej zaawansowaną metodą topienia stopów aluminium jest metoda nagrzewania indukcyjnego prądami o częstotliwości przemysłowej.

Technologia otrzymywania stopów aluminium składa się z tych samych etapów technologicznych, co technologia otrzymywania stopów na bazie dowolnych innych metali.

1. Podczas topienia świeżych wlewków metali i ligatur aluminium jest najpierw ładowane (w całości lub w części), a następnie rozpuszczane są ligatury.

2. Podczas topienia przy użyciu wstępnego wlewka stopowego lub wlewka siluminowego we wsadzie, najpierw ładuje się i topi wlewki stopowe, a następnie dodaje się wymaganą ilość aluminium i stopów wstępnych.

3. W przypadku, gdy wsad stanowią odpady i wlewki, ładuje się je w następującej kolejności: wlewki aluminium pierwotnego, odlewy wadliwe (wlewki), odpady (pierwszego gatunku) oraz przetop rafinowany i ligatury.

Miedź można wprowadzać do wytopu nie tylko w postaci stopu, ale także w postaci miedzi elektrolitycznej lub odpadowej (wprowadzanie przez rozpuszczanie).

Obecnie na rynku rosyjskim najczęściej spotykane systemy nielegalnych formacji zbrojnych można podzielić na trzy duże grupy:

• systemy z konstrukcją podlicową wykonaną ze stopów aluminium;
• systemy z podkonstrukcją ze stali ocynkowanej z powłoką polimerową;
• systemy z podkonstrukcją ze stali nierdzewnej.

Najlepszą wytrzymałość i wydajność termiczną mają oczywiście konstrukcje podpowierzchniowe wykonane ze stali nierdzewnej.

Analiza porównawcza właściwości fizycznych i mechanicznych materiałów

*Właściwości stali nierdzewnej i stali ocynkowanej nieznacznie się różnią.

Właściwości cieplne i wytrzymałościowe stali nierdzewnej i aluminium

1. Dzięki 3-krotnie niższej nośności i 5,5-krotnie wyższej przewodności cieplnej aluminium wspornik ze stopu aluminium jest silniejszym „zimnym mostkiem” niż wspornik ze stali nierdzewnej. Wskaźnikiem tego jest współczynnik jednorodności termicznej przegród zewnętrznych budynku. Według badań współczynnik jednorodności cieplnej przegród budowlanych przy zastosowaniu systemu ze stali nierdzewnej wynosił 0,86-0,92, a dla systemów aluminiowych 0,6-0,7, co powoduje konieczność ułożenia dużej grubości izolacji i odpowiednio zwiększenia koszt elewacji.

Dla Moskwy wymagany opór przenikania ciepła ścian, biorąc pod uwagę współczynnik jednorodności termicznej, wynosi 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W dla wspornika nierdzewnego i 3,13/0,7= dla wspornika aluminiowego 4,47 (m 2 .°C) / W, tj. 1,07 (m2 .°C) / W powyżej. Dlatego przy stosowaniu wsporników aluminiowych grubość izolacji (o współczynniku przewodności cieplnej 0,045 W / (m. ° C) należy przyjąć o prawie 5 cm więcej (1,07 * 0,045 = 0,048 m).

2. Ze względu na większą grubość i przewodność cieplną wsporników aluminiowych, według obliczeń przeprowadzonych w Instytucie Fizyki Budowli przy temperaturze zewnętrznej -27°C temperatura na kotwie może spaść do -3,5°C oraz jeszcze niższy, bo. w obliczeniach przyjęto pole przekroju wspornika aluminiowego 1,8 cm 2 , podczas gdy w rzeczywistości jest to 4-7 cm 2 . Podczas stosowania wspornika ze stali nierdzewnej temperatura na kotwie wynosiła +8°C. Oznacza to, że przy zastosowaniu wsporników aluminiowych kotwa pracuje w strefie zmiennych temperatur, gdzie możliwe jest skraplanie się wilgoci na kotwie, a następnie jej zamarznięcie. Spowoduje to stopniowe niszczenie materiału warstwy konstrukcyjnej ściany wokół kotwy i odpowiednio zmniejszenie jej nośności, co jest szczególnie ważne w przypadku ścian wykonanych z materiału o niskiej nośności (pianobeton, pustak itp.). Jednocześnie podkładki termoizolacyjne pod wspornik, ze względu na małą grubość (3-8 mm) i wysoką (w stosunku do izolacji) przewodność cieplną, ograniczają straty ciepła zaledwie o 1-2%, tj. praktycznie nie przerywają „zimnego mostu” i mają niewielki wpływ na temperaturę kotwicy.

3. Niska rozszerzalność cieplna prowadnic. Odkształcenie temperaturowe stopu aluminium jest 2,5 razy większe niż w przypadku stali nierdzewnej. Stal nierdzewna ma niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej (10 10 -6 °C -1) w porównaniu z aluminium (25 10 -6 °C -1). Odpowiednio wydłużenie 3-metrowych prowadnic przy różnicy temperatur od -15°C do +50°C wyniesie 2 mm dla stali i 5 mm dla aluminium. Dlatego, aby zrekompensować rozszerzalność cieplną prowadnicy aluminiowej, konieczne jest podjęcie szeregu działań:

czyli wprowadzenie do podsystemu dodatkowych elementów - ruchomych prowadnic (dla wsporników w kształcie litery U) lub owalnych otworów z tulejami pod nity - mocowanie nie sztywne (dla wsporników w kształcie litery L).

Nieuchronnie prowadzi to do skomplikowania i kosztowności podsystemu lub nieprawidłowego montażu (często zdarza się bowiem, że instalatorzy nie stosują tulei lub nieprawidłowo mocują zespół z dodatkowymi elementami).

W wyniku tych działań ciężar spada tylko na wsporniki nośne (górny i dolny), podczas gdy pozostałe służą jedynie jako podpora, co oznacza, że ​​kotwy nie są obciążone równomiernie, co należy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu projektu dokumentacji, której często po prostu się nie robi. W systemach stalowych całe obciążenie rozkłada się równomiernie – wszystkie węzły są sztywno zamocowane – niewielkie wydłużenia termiczne kompensowane są pracą wszystkich elementów w fazie odkształcenia sprężystego.

Konstrukcja docisku pozwala na wykonanie szczeliny między płytami w systemach ze stali nierdzewnej od 4 mm, natomiast w systemach aluminiowych jest to co najmniej 7 mm, co zresztą wielu klientom nie odpowiada i psuje wygląd budynku. Dodatkowo docisk musi zapewniać swobodny ruch płyt okładzinowych o wielkość wydłużenia prowadnic, w przeciwnym razie nastąpi zniszczenie blach (zwłaszcza na styku prowadnic) lub odgięcie się docisku (co może doprowadzić do opadanie płyt okładzinowych). W systemie stalowym nie ma niebezpieczeństwa odginania się ramion obejmy, które z czasem może wystąpić w systemach aluminiowych na skutek dużych odkształceń termicznych.

Właściwości ogniowe stali nierdzewnej i aluminium

Temperatura topnienia stali nierdzewnej wynosi 1800°C, a aluminium 630/670°C (w zależności od stopu). Temperatura podczas pożaru na wewnętrznej powierzchni płytki (zgodnie z wynikami badań Regionalnego Centrum Certyfikacji „OPYTNOE”) osiąga 750 °C. Tym samym przy stosowaniu konstrukcji aluminiowych może dojść do nadtopienia podkonstrukcji i zapadnięcia się fragmentu elewacji (w okolicy otworu okiennego), a przy temperaturze 800-900°C samo aluminium podtrzymuje spalanie. Z drugiej strony stal nierdzewna nie topi się w ogniu, dlatego jest najbardziej preferowana ze względu na wymagania bezpieczeństwa pożarowego. Na przykład w Moskwie przy budowie wieżowców w ogóle nie wolno stosować aluminiowych podkonstrukcji.

Właściwości korozyjne

Jak dotąd jedynym wiarygodnym źródłem informacji na temat odporności korozyjnej danej konstrukcji podłoża, a co za tym idzie trwałości, jest ekspertyza ExpertCorr-MISiS.

Najtrwalsze są konstrukcje ze stali nierdzewnej. Żywotność takich systemów wynosi co najmniej 40 lat w miejskiej atmosferze przemysłowej o średniej agresywności i co najmniej 50 lat w warunkowo czystej atmosferze o niskiej agresywności.

Stopy aluminium ze względu na warstwę tlenkową mają wysoką odporność korozyjną, jednak w warunkach dużej zawartości chlorków i siarki w atmosferze może wystąpić gwałtowna korozja międzykrystaliczna, która prowadzi do znacznego obniżenia wytrzymałości elementów konstrukcyjnych i ich zniszczenia. Zatem żywotność konstrukcji ze stopu aluminium w miejskiej atmosferze przemysłowej o średniej agresywności nie przekracza 15 lat. Jednak zgodnie z wymaganiami Rosstroya, w przypadku wykorzystania stopów aluminium do produkcji elementów podbudowy nielegalnych formacji zbrojnych, wszystkie elementy muszą koniecznie posiadać powłokę anodowaną. Obecność powłoki anodowej zwiększa żywotność podkonstrukcji ze stopu aluminium. Jednak podczas montażu podkonstrukcji poszczególne jej elementy łączone są nitami, pod które wierci się otwory, co powoduje naruszenie powłoki anodowej w miejscu mocowania, czyli nieuchronnie powstają obszary bez anodowania. Ponadto stalowy rdzeń aluminiowego nitu wraz z aluminiowym medium elementu tworzy parę galwaniczną, co również prowadzi do rozwoju aktywnych procesów korozji międzykrystalicznej w miejscach mocowania elementów podkonstrukcji. Należy zauważyć, że często taniość takiego czy innego systemu IAF z podkonstrukcją ze stopu aluminium wynika właśnie z braku ochronnej powłoki anodowej na elementach systemu. Pozbawieni skrupułów producenci takich podkonstrukcji oszczędzają na kosztownych procesach elektrochemicznych anodowania produktów.

Niewystarczającą odpornością korozyjną, w aspekcie trwałości konstrukcji, charakteryzuje się stal ocynkowana. Jednak po nałożeniu powłoki polimerowej żywotność podkonstrukcji ze stali ocynkowanej z powłoką polimerową wyniesie 30 lat w miejskiej atmosferze przemysłowej o średniej agresywności i 40 lat w atmosferze warunkowo czystej o niskiej agresywności.

Porównując powyższe wskaźniki podkonstrukcji aluminiowych i stalowych można stwierdzić, że podkonstrukcje stalowe pod każdym względem znacząco przewyższają aluminiowe.