Euro-lestnici
Опубликовал Admin | Дата: 18-04-2011
Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным строением. Под-черкнем, прежде всего, его простоту. В твердом состоянии атомы всех металлов и сплавов располагаются в строгом по-рядке, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку (рис. 72). Технические металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела, т.е. тела, состоящие из большого количества различно ориентированных крис-таллических зерен; поперечные размеры этих зерен 0,001— 0,1 мм. Для разрушения структуры металлического материала требуются значительные усилия. В результате прочностные характеристики металлических материалов, как правило, превышают аналогичные характеристики других материалов, например прочность стали в 10 раз и более выше, чем у искусственного камня — бетона, — структура которого отли-чается гораздо большей сложностью.
Средняя плотность металлических материалов сравни-тельно высока (например, стальных — около 7 860 кг/м3, что заметно превышает соответствующий показатель большинства других материалов).
Пористость, гигроскопичность, водопоглощение у ме-таллических материалов отсутствуют.
Характерные значения предела прочности стальных ма-териалов при сжатии, изгибе, растяжении 300—400 МПа, но могут достигать 1000 МПа и более. Материалы из алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2 800 кг/м3) могут не уступать характерным прочностным показателям стальных (предел прочности до 670 МПа).
Высокая прочность металлических материалов часто по-зволяет им отличаться меньшими габаритами и массой по сравнению с другими аналогичного назначения.
Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности. По этой причине металлические материалы незаменимы для многих современных конструкций. При этом учитывают. что напряжения в структуре рассматриваемых материалов распределяются неравномерно и концентрируются в местах переходов сечений, возможных дефектов металла и т.д. Вместе с тем металлические профили или листы всегда имеют на поверхности макро- или микродефекты (неровности, шероховатости), которые являются концентраторами напря-жений. Последние приводят к снижению конструктивной прочности металла. В металле, не способном к пластической деформации, состояние неравномерного напряжения сохра-няется, а в местах концентрации напряжений может возникнуть трешина, которая еще более усилит неравномерность распределения напряжений и ускорит разрушение. Поэтому для надежной и безопасной эксплуатации нагруженных конструкций необходимо, чтобы металл, наряду с высокой прочностью, всегда имел известный запас пластичности.
К основным видам испытаний металлических материалов при статических нагрузках относятся определения прочности при растяжении, твердости, вязкости разрушения (см. ниже).
При испытании на растяжение используют стандартные образцы с длиной, равной десяти диаметрам и площади по-перечного сечения, умноженной на 11,3 (образцы круглого, квадратного или прямоугольного сечения). Соответствующие разрывные машины позволяют автоматически записывать диаграмму растяжения. Предел упругости определяют напряжением, при котором остаточная деформация удлинения не превышает 0,05 %. Предел текучести (достигающий у стали 1000 МПа и более, у алюминиевых сплавов 600 МПа и более) характеризуется напряжением, при котором остаточная деформация не превышает 0,2 %.
Твердость определяют по величине пластической дефор-мации (отпечатка) при вдавливании под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды. В зависимости от вида упомянутых наконечников (инденто- ров) и критерия оценки различают твердость по Бринелю (для металлов с твердостью не более 4 500 МПа), Роквеллу и Виккерсу. Основная нагрузка при использовании стального шарика 900 Н (шкала В), алмазного конуса 500 Н (шкала А) и 1400 Н (шкала С).
Вязкость разрушения металла характеризует его трещи- ностойкость, которая уменьшается при коррозии и понижении температуры. Испытывают образцы — балочки с нарезом на изгиб, оценивая способность материала сопротивляться распространению трещины или аналогичного дефекта, имеющегося в металле.
Стойкость металлических материалов при динамических нагрузках определяют, испытывая их на ударный изгиб (образцы определенных размеров с нарезом — концентратором напряжения посередине) и на способность сопротивляться циклическом}- нагружению. Максимальное напрялсение, ко-торое может выдержать металл без разрушения за заданное количество циклов, называют пределом выносливости. Этот показатель заметно снижается при наличии концентраторов напряжения.
Наиболее универсальны с эксплуатационно-технической точки зрения материалы из стали, однако материалы из алю-миниевых сплавов имеют ряд преимуществ: значительно более высокая коррозионная стойкость в кислой среде — в этом случае коррозионный процесс развивается в 500 раз медленнее; более высокая технологичность; антнмапштность, отсутствие ценообразования при обработке; более высокая стойкость при низких отрицательных температурах.
Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов — способность к коррозии.
По механизму реакции взаимодействия агрессивных ве-ществ с материалом выделяют два основных типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую. Особо необхо-димо отметить биологическую коррозию, идущую под влия-нием продуктов жизнедеятельности бактерий и других мик-роорганизмов, и радиационную коррозию под воздействием радиоактивного излучения. Большинство металлов и сплавов неустойчивы в подобных средах.
Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды.
В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и другие покрытия поверхности.
Отдельные металлы, например алюминий, сами предох-раняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных пленок при взаимодействии со средой. При помощи защитных покрытий можно изолировать металл от агрессивной среды искусственным нанесением пленки на поверхность изделия или: изменяя химический состав поверхности, сделав металл устойчивым к агрессивной среде. Защитное покрытие должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом (адгезию), равномерно распределяться по всей поверхности и придавать изделию более высокие твердость, износостойкость и жаростойкость. Коэффициент теплового расширения пленки должен быть близок к коэффициенту расширения металла. Обычно покрытия совмещают защитные и отделочные функции.
Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причем в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и ее сплавы, окисляясь кислородом воздуха, покрываются защитной пленкой — патиной, которая с течением времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного стального оттенка. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.
Цвет стали можно изменять после механической (шли-фование или полирование) и термической (при температуре 200—300 °С) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая пленка, которая одновременно за-щищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий и зеленый цвета.
Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Черный цвет чугуна, темно-серый стали, золотистый и зеленовато-коричне- вый бронзы и меди, серебристо-белый 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 ре-льефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.
Свойства. Металлические материалы.
Средняя плотность металлических материалов сравни-тельно высока (например, стальных — около 7 860 кг/м3, что заметно превышает соответствующий показатель большинства других материалов).
Пористость, гигроскопичность, водопоглощение у ме-таллических материалов отсутствуют.
Характерные значения предела прочности стальных ма-териалов при сжатии, изгибе, растяжении 300—400 МПа, но могут достигать 1000 МПа и более. Материалы из алюминиевых сплавов при меньшей средней плотности (около 2 800 кг/м3) могут не уступать характерным прочностным показателям стальных (предел прочности до 670 МПа).
Высокая прочность металлических материалов часто по-зволяет им отличаться меньшими габаритами и массой по сравнению с другими аналогичного назначения.
Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металлических материалов (кроме чугуна) относится пластичность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении прочности. По этой причине металлические материалы незаменимы для многих современных конструкций. При этом учитывают. что напряжения в структуре рассматриваемых материалов распределяются неравномерно и концентрируются в местах переходов сечений, возможных дефектов металла и т.д. Вместе с тем металлические профили или листы всегда имеют на поверхности макро- или микродефекты (неровности, шероховатости), которые являются концентраторами напря-жений. Последние приводят к снижению конструктивной прочности металла. В металле, не способном к пластической деформации, состояние неравномерного напряжения сохра-няется, а в местах концентрации напряжений может возникнуть трешина, которая еще более усилит неравномерность распределения напряжений и ускорит разрушение. Поэтому для надежной и безопасной эксплуатации нагруженных конструкций необходимо, чтобы металл, наряду с высокой прочностью, всегда имел известный запас пластичности.
К основным видам испытаний металлических материалов при статических нагрузках относятся определения прочности при растяжении, твердости, вязкости разрушения (см. ниже).
При испытании на растяжение используют стандартные образцы с длиной, равной десяти диаметрам и площади по-перечного сечения, умноженной на 11,3 (образцы круглого, квадратного или прямоугольного сечения). Соответствующие разрывные машины позволяют автоматически записывать диаграмму растяжения. Предел упругости определяют напряжением, при котором остаточная деформация удлинения не превышает 0,05 %. Предел текучести (достигающий у стали 1000 МПа и более, у алюминиевых сплавов 600 МПа и более) характеризуется напряжением, при котором остаточная деформация не превышает 0,2 %.
Твердость определяют по величине пластической дефор-мации (отпечатка) при вдавливании под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды. В зависимости от вида упомянутых наконечников (инденто- ров) и критерия оценки различают твердость по Бринелю (для металлов с твердостью не более 4 500 МПа), Роквеллу и Виккерсу. Основная нагрузка при использовании стального шарика 900 Н (шкала В), алмазного конуса 500 Н (шкала А) и 1400 Н (шкала С).
Вязкость разрушения металла характеризует его трещи- ностойкость, которая уменьшается при коррозии и понижении температуры. Испытывают образцы — балочки с нарезом на изгиб, оценивая способность материала сопротивляться распространению трещины или аналогичного дефекта, имеющегося в металле.
Стойкость металлических материалов при динамических нагрузках определяют, испытывая их на ударный изгиб (образцы определенных размеров с нарезом — концентратором напряжения посередине) и на способность сопротивляться циклическом}- нагружению. Максимальное напрялсение, ко-торое может выдержать металл без разрушения за заданное количество циклов, называют пределом выносливости. Этот показатель заметно снижается при наличии концентраторов напряжения.
Наиболее универсальны с эксплуатационно-технической точки зрения материалы из стали, однако материалы из алю-миниевых сплавов имеют ряд преимуществ: значительно более высокая коррозионная стойкость в кислой среде — в этом случае коррозионный процесс развивается в 500 раз медленнее; более высокая технологичность; антнмапштность, отсутствие ценообразования при обработке; более высокая стойкость при низких отрицательных температурах.
Основной недостаток широко применяемых стальных и других металлических материалов — способность к коррозии.
По механизму реакции взаимодействия агрессивных ве-ществ с материалом выделяют два основных типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую. Особо необхо-димо отметить биологическую коррозию, идущую под влия-нием продуктов жизнедеятельности бактерий и других мик-роорганизмов, и радиационную коррозию под воздействием радиоактивного излучения. Большинство металлов и сплавов неустойчивы в подобных средах.
Для защиты материалов от коррозии применяют защитные покрытия, электрохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды.
В строительной практике для защиты конструкций чаще используют лакокрасочные и другие покрытия поверхности.
Отдельные металлы, например алюминий, сами предох-раняют себя от коррозии в некоторых средах в результате образовавшихся на их поверхности защитных пленок при взаимодействии со средой. При помощи защитных покрытий можно изолировать металл от агрессивной среды искусственным нанесением пленки на поверхность изделия или: изменяя химический состав поверхности, сделав металл устойчивым к агрессивной среде. Защитное покрытие должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом (адгезию), равномерно распределяться по всей поверхности и придавать изделию более высокие твердость, износостойкость и жаростойкость. Коэффициент теплового расширения пленки должен быть близок к коэффициенту расширения металла. Обычно покрытия совмещают защитные и отделочные функции.
Эстетические характеристики металлических материалов оригинальны и регулируются в широких пределах, причем в ряде случаев цветовая палитра обогащается в процессе эксплуатации. Так, медь и ее сплавы, окисляясь кислородом воздуха, покрываются защитной пленкой — патиной, которая с течением времени приобретает множество цветовых оттенков. Сам процесс коррозии металла в начальной стадии может использоваться для получения своеобразного стального оттенка. После окисления и приобретения красно-коричневого цвета металл покрывают прозрачным защитным лаком.
Цвет стали можно изменять после механической (шли-фование или полирование) и термической (при температуре 200—300 °С) обработки поверхности. На ней образуется оранжевая или синеватая пленка, которая одновременно за-щищает металл от коррозии. Известны способы изготовления стали золотистого и розового цвета, электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в оранжевый, красный, голубой, синий и зеленый цвета.
Часто металлические материалы не нуждаются в отделке поверхности с эстетической точки зрения. Черный цвет чугуна, темно-серый стали, золотистый и зеленовато-коричне- вый бронзы и меди, серебристо-белый 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 ре-льефной, шероховатой, гладкой, матовой или блестящей.