نمرات آلومینیوم: انواع، خواص و کاربردها فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم؟ ویژگی های حرارتی و مقاومتی فولاد ضد زنگ و آلومینیوم

توضیحات آلومینیوم:آلومینیوم دارای دگرگونی های چندشکلی نیست و دارای یک شبکه مکعبی رو به مرکز با پریود a = 0.4041 نانومتر است. آلومینیوم و آلیاژهای آن به خوبی برای تغییر شکل سرد و گرم - نورد، آهنگری، پرس، کشش، خمش، مهر زنی ورق و سایر عملیات ها مناسب هستند.

همه آلیاژهای آلومینیوم را می توان با جوش نقطه ای و آلیاژهای خاص را می توان با جوش ذوبی و سایر انواع جوش به هم وصل کرد. آلیاژهای آلومینیوم قابل تغییر شکل به دو دسته قابل سخت شدن و آلیاژهایی که با عملیات حرارتی سخت نمی شوند تقسیم می شوند.

تمام خواص آلیاژها نه تنها با روش به دست آوردن یک قطعه کار نیمه تمام و عملیات حرارتی، بلکه عمدتاً توسط ترکیب شیمیایی و به ویژه ماهیت فازهایی که هر آلیاژ را تقویت می کنند تعیین می شود. خواص پیری آلیاژهای آلومینیوم به انواع پیری بستگی دارد: منطقه، فاز یا انعقاد.

در مرحله پیری انعقادی (T2 و T3)، مقاومت به خوردگی به طور قابل توجهی افزایش می یابد و بهینه ترین ترکیب از ویژگی های مقاومت، مقاومت در برابر خوردگی تنشی، خوردگی لایه برداری، چقرمگی شکست (K1c) و شکل پذیری (به ویژه در جهت عمودی) است. تضمین شده است.

وضعیت محصولات نیمه تمام، ماهیت آبکاری و جهت برش نمونه ها به شرح زیر است - نمادهای آلومینیوم نورد شده:

م - نرم، بازپخت شده

T - سخت شده و به طور طبیعی پیر شده است

T1 - سخت شده و به طور مصنوعی پیر شده است

T2 - سخت شده و مطابق با رژیمی که به طور مصنوعی پیر می شود که مقادیر بالاتری از چقرمگی شکست و مقاومت بهتر در برابر خوردگی تنشی را ارائه می دهد.

TZ - سخت شده و به طور مصنوعی مطابق با رژیمی که بالاترین مقاومت را در برابر خوردگی تنشی و چقرمگی شکست ایجاد می کند.

N - سرد کار (رنگ کاری ورق های آلیاژی مانند دورالومین تقریباً 5-7٪).

ص - نیمه سخت شده

H1 - رنگ بسیار سرد (ورق سرد کار تقریباً 20٪)

TPP - سخت شده و به طور طبیعی کهنه شده است، استحکام را افزایش می دهد

GK - نورد گرم (ورق، اسلب)

ب - روکش فناوری

الف - آبکاری معمولی

UP - روکش ضخیم (8٪ در هر طرف)

د - جهت طولی (در امتداد فیبر)

ص - جهت عرضی

ب - جهت ارتفاع (ضخامت)

X - جهت آکورد

R - جهت شعاعی

PD، DP، VD، VP، ХР، РХ - جهت برش نمونه مورد استفاده برای تعیین چقرمگی شکست و نرخ رشد ترک خستگی. حرف اول جهت محور نمونه را مشخص می کند، دوم - جهت هواپیما، به عنوان مثال: PV - محور نمونه با عرض محصول نیمه تمام منطبق است، و صفحه ترک موازی با ارتفاع یا ضخامت است. .

آنالیز و اخذ نمونه آلومینیوم: سنگ معدن.در حال حاضر آلومینیوم تنها از یک نوع سنگ معدن یعنی بوکسیت تولید می شود. بوکسیت های رایج حاوی 50 تا 60 درصد A 12 O 3،<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.

نمونه برداری از بوکسیت طبق قوانین کلی با توجه ویژه به امکان جذب رطوبت توسط ماده و همچنین نسبت های مختلف ذرات بزرگ و کوچک انجام می شود. وزن نمونه بستگی به اندازه نمونه مورد آزمایش دارد: از هر 20 تن حداقل 5 کیلوگرم برای کل نمونه لازم است.

هنگام نمونه برداری از بوکسیت در پشته های مخروطی شکل، قطعات کوچک از تمام قطعات بزرگ با وزن بیش از 2 کیلوگرم که در دایره ای به شعاع 1 متر قرار دارند جدا می شوند و به داخل بیل می برند. حجم از دست رفته با ذرات کوچکی از مواد گرفته شده از سطح جانبی مخروط آزمایش شده پر می شود.

مواد انتخاب شده در ظروف محکم بسته جمع آوری می شود.

تمام مواد نمونه در سنگ شکن به ذرات 20 میلی متری خرد می شوند، در مخروط ریخته می شوند، کوچک می شوند و دوباره خرد می شوند تا به اندازه ذرات شوند.<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.

آماده سازی بیشتر نمونه برای تجزیه و تحلیل پس از خشک شدن در دمای 105 درجه سانتیگراد انجام می شود. اندازه ذرات نمونه برای تجزیه و تحلیل باید کمتر از 0.09 میلی متر باشد، مقدار ماده 50 کیلوگرم است.

نمونه های بوکسیت آماده شده بسیار مستعد طبقه بندی هستند. اگر نمونه هایی از ذرات با اندازه تشکیل شده باشد<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.

نمونه‌هایی از مذاب‌های فلوراید مایع مورد استفاده در الکترولیز آلومینیوم مذاب به‌عنوان الکترولیت با یک اسکوپ فولادی از مذاب مایع پس از حذف رسوبات جامد از سطح حمام گرفته می‌شوند. یک نمونه مایع از مذاب در قالب ریخته می شود و یک شمش کوچک به اندازه 150x25x25 میلی متر به دست می آید. سپس کل نمونه به اندازه ذرات نمونه آزمایشگاهی کمتر از 0.09 میلی متر خرد می شود.

ذوب آلومینیوم:بسته به مقیاس تولید، ماهیت ریخته‌گری و قابلیت‌های انرژی، ذوب آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان در کوره‌های بوته‌ای، در کوره‌های الکتریکی مقاومتی و در کوره‌های الکتریکی القایی انجام داد.

ذوب آلیاژهای آلومینیوم نه تنها باید کیفیت بالای آلیاژ تمام شده را تضمین کند، بلکه بهره وری بالای واحدها و علاوه بر آن حداقل هزینه های ریخته گری را تضمین می کند.

پیشرفته ترین روش ذوب آلیاژهای آلومینیوم، روش گرمایش القایی با جریان فرکانس صنعتی است.

فناوری تهیه آلیاژهای آلومینیوم از همان مراحل تکنولوژیکی فناوری تهیه آلیاژهای مبتنی بر هر فلز دیگر تشکیل شده است.

1. هنگام انجام ذوب روی فلزات و آلیاژهای تازه خوک، ابتدا آلومینیوم (به طور کامل یا جزئی) بارگیری می شود و سپس آلیاژها حل می شوند.

2. هنگام انجام ذوب با استفاده از آلیاژ اولیه پیگ یا پیگ سیلومین در شارژ، ابتدا آلیاژهای پیگ بارگیری و ذوب می شوند و سپس به مقدار لازم آلومینیوم و آلیاژ اضافه می شود.

3. در مواردی که شارژ از ضایعات و فلزات خوکی تشکیل شده باشد، به ترتیب زیر بارگیری می شود: آلومینیوم اولیه خوک، ریخته گری معیوب (شمش)، ضایعات (درجه یک) و ذوب مجدد و آلیاژهای تصفیه شده.

مس را می توان نه تنها به شکل آلیاژ، بلکه به صورت مس یا ضایعات الکترولیتی وارد مذاب کرد (معرفی از طریق انحلال).

در حال حاضر، رایج ترین سیستم های NVF در بازار روسیه را می توان به سه گروه بزرگ تقسیم کرد:

• سیستم هایی با ساختارهای روکش فرعی ساخته شده از آلیاژهای آلومینیوم؛
• سیستم هایی با ساختار روکش فرعی ساخته شده از فولاد گالوانیزه با پوشش پلیمری؛
• سیستم هایی با ساختار روکش فرعی ساخته شده از فولاد ضد زنگ.

بدون شک سازه های روکش فرعی ساخته شده از فولاد ضد زنگ بهترین خواص مقاومتی و حرارتی را دارند.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای خواص فیزیکی و مکانیکی مواد

*خواص فولاد ضد زنگ و فولاد گالوانیزه کمی متفاوت است.

ویژگی های حرارتی و مقاومتی فولاد ضد زنگ و آلومینیوم

1. با توجه به ظرفیت باربری 3 برابر کمتر و 5.5 برابر رسانایی حرارتی آلومینیوم، براکت آلیاژ آلومینیوم یک "پل سرد" قوی تر از براکت فولاد ضد زنگ است. شاخص این امر ضریب یکنواختی حرارتی ساختار محصور است. طبق داده های تحقیقاتی، ضریب یکنواختی حرارتی سازه محصور در هنگام استفاده از سیستم فولاد ضد زنگ 0.86-0.92 و برای سیستم های آلومینیومی 0.6-0.7 است که باعث می شود ضخامت بیشتری از عایق گذاشته شود و بر این اساس، افزایش هزینه نما .

برای مسکو، مقاومت انتقال حرارت مورد نیاز دیوارها، با در نظر گرفتن ضریب یکنواختی حرارتی، برای یک براکت ضد زنگ - 3.13/0.92=3.4 (m2.°C)/W، برای یک براکت آلومینیومی - 3.13/0.7= 4.47 است. (m2.°C)/W، یعنی. 1.07 (m2.°C)/W بالاتر. از این رو، هنگام استفاده از براکت های آلومینیومی، ضخامت عایق (با ضریب هدایت حرارتی 0.045 W/(m°C) باید تقریباً 5 سانتی متر بیشتر (1.07 * 0.045 = 0.048 متر) گرفته شود.

2. با توجه به ضخامت و هدایت حرارتی بیشتر براکت های آلومینیومی، طبق محاسبات انجام شده در پژوهشکده فیزیک ساختمان، در دمای هوای بیرونی 27- درجه سانتی گراد، دمای انکر می تواند تا 3.5- درجه سانتی گراد کاهش یابد. و حتی پایین تر، زیرا در محاسبات، سطح مقطع براکت آلومینیومی 1.8 سانتی متر مربع در نظر گرفته شد، در حالی که در واقعیت 4-7 سانتی متر مربع است. هنگام استفاده از یک براکت فولادی ضد زنگ، دمای روی لنگر +8 درجه سانتیگراد بود. یعنی هنگام استفاده از براکت های آلومینیومی، لنگر در ناحیه ای از دماهای متناوب عمل می کند، جایی که تراکم رطوبت روی لنگر با انجماد بعدی امکان پذیر است. این امر به تدریج مواد لایه سازه ای دیوار اطراف لنگر را از بین می برد و بر این اساس ظرفیت باربری آن را کاهش می دهد، که به ویژه برای دیوارهای ساخته شده از مواد با ظرفیت باربری پایین (بتن فوم، آجر توخالی و غیره) اهمیت دارد. .). در عین حال، لنت های عایق حرارتی زیر براکت، به دلیل ضخامت کوچک (3-8 میلی متر) و رسانایی حرارتی بالا (نسبت به عایق)، اتلاف حرارت را تنها 1-2٪ کاهش می دهند. عملا "پل سرد" را شکسته و تأثیر کمی بر دمای لنگر دارد.

3. انبساط حرارتی کم راهنماها. تغییر شکل دمایی آلیاژ آلومینیوم 2.5 برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ است. فولاد ضد زنگ ضریب انبساط حرارتی کمتری دارد (10 10 -6 درجه سانتیگراد -1) در مقایسه با آلومینیوم (25 10 -6 درجه سانتیگراد -1). بر این اساس، ازدیاد طول راهنماهای 3 متری با اختلاف دمایی از 15- تا 50+ درجه سانتی گراد برای فولاد 2 میلی متر و برای آلومینیوم 5 میلی متر خواهد بود. بنابراین، برای جبران انبساط حرارتی راهنمای آلومینیومی، تعدادی اقدامات لازم است:

یعنی وارد کردن عناصر اضافی به زیرسیستم - اسلایدهای متحرک (برای براکت های U شکل) یا سوراخ های بیضی شکل با آستین برای پرچ - نه تثبیت سفت و سخت (برای براکت های L شکل).

این امر به ناچار منجر به یک زیرسیستم پیچیده تر و گران تر یا نصب نادرست می شود (چون اغلب اتفاق می افتد که نصاب ها از بوش استفاده نمی کنند یا مونتاژ را به اشتباه با عناصر اضافی تعمیر می کنند).

در نتیجه این اقدامات، بار وزن فقط روی براکت های باربر (بالا و پایین) می افتد و بقیه فقط به عنوان تکیه گاه عمل می کنند، به این معنی که لنگرها به طور یکنواخت بارگذاری نمی شوند و این باید در هنگام توسعه در نظر گرفته شود. اسناد طراحی، که اغلب به سادگی انجام نمی شود. در سیستم های فولادی، کل بار به طور مساوی توزیع می شود - همه گره ها به طور صلب ثابت هستند - انبساط های حرارتی جزئی با عملکرد همه عناصر در مرحله تغییر شکل الاستیک جبران می شود.

طراحی گیره باعث می شود که فاصله بین صفحات در سیستم های استنلس استیل از 4 میلی متر باشد در حالی که در سیستم های آلومینیومی حداقل 7 میلی متر است که این نیز برای بسیاری از مشتریان مناسب نیست و ظاهر ساختمان را خراب می کند. علاوه بر این، گیره باید از حرکت آزاد دال های روکش با میزان گسترش راهنماها اطمینان حاصل کند، در غیر این صورت دال ها از بین می روند (به ویژه در محل اتصال راهنماها) یا گیره خم نمی شود (که هر دو می توانند منجر به ریزش صفحات روکش فلزی). در سیستم فولادی هیچ خطری برای خم شدن پایه های گیره وجود ندارد، که می تواند به مرور زمان در سیستم های آلومینیومی به دلیل تغییر شکل های دما زیاد اتفاق بیفتد.

خواص آتش نشانی فولاد ضد زنگ و آلومینیوم

نقطه ذوب فولاد ضد زنگ 1800 درجه سانتیگراد و آلومینیوم 630/670 درجه سانتیگراد است (بسته به آلیاژ). دما در هنگام آتش سوزی در سطح داخلی کاشی (طبق نتایج آزمایش مرکز صدور گواهینامه منطقه ای "OPYTNOE") به 750 درجه سانتیگراد می رسد. بنابراین هنگام استفاده از سازه های آلومینیومی ممکن است ذوب زیرسازی و ریزش بخشی از نما (در ناحیه باز شدن پنجره) رخ دهد و در دمای 800-900 درجه سانتیگراد، آلومینیوم خود از احتراق پشتیبانی می کند. فولاد ضد زنگ در آتش ذوب نمی شود، بنابراین برای الزامات ایمنی در برابر آتش ترجیح داده می شود. به عنوان مثال در مسکو در حین ساخت ساختمان های بلند، به هیچ وجه اجازه استفاده از زیرسازی های آلومینیومی داده نمی شود.

خواص خورندگی

امروزه تنها منبع قابل اعتماد در مورد مقاومت در برابر خوردگی یک ساختار زیرپوش خاص و بر این اساس دوام، نظر کارشناسی ExpertKorr-MISiS است.

بادوام ترین سازه ها از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند. عمر مفید چنین سیستم هایی در یک فضای صنعتی شهری با تهاجمی متوسط ​​حداقل 40 سال و در یک فضای تمیز شرطی با تهاجمی کم حداقل 50 سال است.

آلیاژهای آلومینیوم، به لطف فیلم اکسید، مقاومت به خوردگی بالایی دارند، اما در شرایط سطوح بالای کلرید و گوگرد در جو، خوردگی بین دانه‌ای به سرعت در حال توسعه می‌تواند رخ دهد که منجر به کاهش قابل توجهی در استحکام عناصر ساختاری و تخریب آنها می‌شود. . بنابراین، عمر مفید یک سازه ساخته شده از آلیاژهای آلومینیوم در یک فضای صنعتی شهری با تهاجمی متوسط ​​از 15 سال تجاوز نمی کند. با این حال، با توجه به الزامات Rosstroy، در مورد استفاده از آلیاژهای آلومینیوم برای ساخت عناصر زیربنای یک NVF، همه عناصر لزوما باید یک پوشش آندی داشته باشند. وجود یک پوشش آندی باعث افزایش طول عمر زیرسازی آلیاژ آلومینیوم می شود. اما هنگام نصب زیرسازی، عناصر مختلف آن با پرچ ها متصل می شود، که برای آن سوراخ هایی ایجاد می شود، که باعث نقض پوشش آندی در ناحیه بست می شود، یعنی ناگزیر مناطق بدون پوشش آندی ایجاد می شود. علاوه بر این، هسته فولادی یک پرچ آلومینیومی، همراه با محیط آلومینیومی عنصر، یک جفت گالوانیکی را تشکیل می دهد، که همچنین منجر به توسعه فرآیندهای فعال خوردگی بین دانه ای در مکان هایی که عناصر زیرسازی متصل می شوند، می شود. شایان ذکر است که اغلب هزینه پایین یک سیستم NVF خاص با زیرسازی آلیاژ آلومینیوم دقیقاً به دلیل عدم وجود پوشش آندی محافظ بر روی عناصر سیستم است. سازندگان بی پروا چنین زیرساخت هایی در فرآیندهای آندایزینگ الکتروشیمیایی گران قیمت برای محصولات صرفه جویی می کنند.

فولاد گالوانیزه از نظر دوام ساختاری مقاومت در برابر خوردگی کافی ندارد. اما پس از اعمال پوشش پلیمری، عمر زیرسازی ساخته شده از فولاد گالوانیزه با پوشش پلیمری در فضای صنعتی شهری با تهاجمی متوسط ​​30 سال و در فضای تمیز شرطی با تهاجمی کم 40 سال خواهد بود.

با مقایسه شاخص های فوق در مورد زیرسازی آلومینیومی و فولادی، می توان نتیجه گرفت که زیرساخت های فولادی از همه نظر برتری قابل توجهی نسبت به آلومینیوم دارند.

1.2.1. مشخصات کلی فولادهافولاد آلیاژی از مواد افزودنی آلیاژی حاوی آهن و کربن است که کیفیت فلز را بهبود می بخشد و ناخالصی های مضری که از سنگ معدن وارد فلز می شود یا در طی فرآیند ذوب تشکیل می شود.

اسکلت فلزی.در حالت جامد، فولاد یک بدنه چند کریستالی است که از کریستال‌ها (دانه‌ها) با جهت‌گیری متفاوت تشکیل شده است. در هر کریستال، اتم ها (به طور دقیق تر، یون های دارای بار مثبت) به شیوه ای منظم در گره های شبکه فضایی قرار گرفته اند. فولاد با یک شبکه کریستالی مکعبی بدنه (bcc) و صورت محور (fcc) مشخص می شود (شکل 1.4). هر دانه به عنوان یک تشکیل کریستالی به شدت ناهمسانگرد است و خواص متفاوتی در جهات مختلف دارد. با تعداد زیادی دانه با جهت گیری متفاوت، این تفاوت ها صاف می شوند، از نظر آماری به طور متوسط ​​در همه جهات خواص یکسان می شوند و فولاد به عنوان یک جسم شبه همسانگرد رفتار می کند.

ساختار فولاد به شرایط کریستالیزاسیون، ترکیب شیمیایی، عملیات حرارتی و شرایط نورد بستگی دارد.

نقطه ذوب آهن خالص 1535 درجه سانتیگراد است؛ پس از سخت شدن، بلورهای آهن خالص تشکیل می شود - فریت، به اصطلاح آهن 8 با شبکه ای در مرکز بدن (شکل 1.4. آ)؛در دمای 1490 درجه سانتیگراد، تبلور مجدد رخ می دهد و آهن 5 با یک شبکه وجه محور به آهن y تبدیل می شود (شکل 1.4، ب).در دمای 910 درجه سانتی گراد و کمتر، کریستال های آهن y دوباره به کریستال های بدن محور تبدیل می شوند و این حالت تا دمای نرمال حفظ می شود. آخرین اصلاح a-iron نامیده می شود.

با ورود کربن، نقطه ذوب کاهش می یابد و برای فولاد با محتوای کربن 0.2٪ تقریباً 1520 درجه سانتیگراد است. پس از سرد شدن، محلول جامدی از کربن در آهن y به نام آستنیت تشکیل می شود که در آن اتم های کربن در مرکز شبکه fcc قرار دارند. در دمای کمتر از 910 درجه سانتیگراد، آستنیت شروع به تجزیه می کند. آهن حاصل با شبکه bcc (فریت) کربن را به خوبی حل نمی کند. با آزاد شدن فریت، آستنیت از کربن غنی شده و در دمای 723 درجه سانتیگراد به پرلیت تبدیل می شود - مخلوطی از فریت و کاربید آهن Fe 3 C که سمنتیت نامیده می شود.

برنج. 1.4. شبکه کریستالی مکعبی:

آ- بدن محور؛

ب- چهره محور

بنابراین، در دمای معمولی، فولاد از دو فاز اصلی تشکیل شده است: فریت و سمنتیت، که دانه های مستقل را تشکیل می دهند و همچنین بخشی از پرلیت را به شکل صفحات تشکیل می دهند (شکل 1.5). دانه های روشن فریت و دانه های تیره پرلیت هستند).

فریت بسیار انعطاف پذیر است و استحکام کمی دارد در حالی که سمنتیت سخت و شکننده است. پرلیت دارای خواص واسطه ای بین فریت و سمنتیت است. بسته به محتوای کربن، یکی از اجزای ساختاری غالب است. اندازه دانه های فریت و پرلیت به تعداد مراکز تبلور و شرایط خنک کاری بستگی دارد و به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی فولاد تأثیر می گذارد (هرچه دانه ریزتر باشد، کیفیت فلز بالاتر می رود).

افزودنی های آلیاژی، وارد شدن به یک محلول جامد با فریت، آن را تقویت می کنند. علاوه بر این، برخی از آنها با تشکیل کاربیدها و نیتریدها، تعداد محل های تبلور را افزایش می دهند و به تشکیل یک ساختار ریزدانه کمک می کنند.

تحت تأثیر عملیات حرارتی، ساختار، اندازه دانه و حلالیت عناصر آلیاژی تغییر می کند که منجر به تغییر در خواص فولاد می شود.

ساده ترین نوع عملیات حرارتی عادی سازی است. این شامل گرم کردن مجدد محصول نورد شده تا دمای تشکیل آستنیت و خنک شدن متعاقب آن در هوا است. پس از نرمال سازی، ساختار فولادی نظم بیشتری پیدا می کند که منجر به بهبود استحکام و خواص پلاستیکی فولاد نورد شده و مقاومت ضربه ای آن و همچنین افزایش یکنواختی می شود.

با سرد شدن سریع فولاد که تا دمایی بیش از دمای تبدیل فاز گرم می شود، فولاد سخت می شود.

سازه های تشکیل شده پس از سخت شدن به فولاد استحکام بالایی می بخشد. با این حال، شکل پذیری آن کاهش می یابد و تمایل آن به شکستگی شکننده افزایش می یابد. برای تنظیم خواص مکانیکی فولاد سخت شده و تشکیل ساختار مورد نظر، آن را تمپر می کنند، یعنی. حرارت دادن تا دمایی که در آن دگرگونی ساختاری مورد نظر اتفاق می افتد، در این دما برای مدت زمان مورد نیاز باقی می ماند و سپس به آرامی سرد می شود 1.

هنگام نورد، ساختار فولاد در نتیجه فشرده سازی تغییر می کند. دانه ها در امتداد و در سراسر محصول نورد شده خرد شده و جهت گیری متفاوتی دارند که منجر به ناهمسانگردی خاصی از خواص می شود. دمای غلتش و سرعت سرد شدن نیز تأثیر قابل توجهی دارند. در سرعت سرمایش بالا، تشکیل ساختارهای سخت شونده امکان پذیر است که منجر به افزایش خواص مقاومتی فولاد می شود. هر چه محصول نورد شده ضخیم تر باشد، درجه تراکم و سرعت خنک شدن کمتر است. بنابراین، با افزایش ضخامت محصولات نورد، ویژگی های مقاومت کاهش می یابد.

بنابراین، با تغییر ترکیب شیمیایی، نورد و حالت عملیات حرارتی، می توان ساختار را تغییر داد و فولادی با مقاومت مشخص و سایر خواص بدست آورد.

طبقه بندی فولادها.با توجه به خواص مقاومتی فولاد، آنها به طور معمول به سه گروه تقسیم می شوند: معمولی (<29 кН/см 2), повышенной ( = 29...40 кН/см 2) и высокой прочности ( >40 kN/cm 2).

افزایش استحکام فولاد با آلیاژسازی و عملیات حرارتی حاصل می شود.

فولادها بر اساس ترکیب شیمیایی خود به فولادهای کربنی و آلیاژی تقسیم می شوند. فولادهای کربنی با کیفیت معمولی از آهن و کربن با مقداری تشکیل شده است

افزودن سیلیکون (یا آلومینیوم) و منگنز. سایر افزودنی ها به طور خاص معرفی نشده اند و می توانند از سنگ معدن (مس، کروم و غیره) وارد فولاد شوند.

کربن (C) 1 ضمن افزایش استحکام فولاد، شکل‌پذیری آن را کاهش می‌دهد و جوش‌پذیری را مختل می‌کند، بنابراین برای ساخت سازه‌های فلزی فقط از فولادهای کم کربن با کربن کمتر از 0.22 درصد استفاده می‌شود.

فولادهای آلیاژی علاوه بر آهن و کربن حاوی مواد افزودنی خاصی هستند که کیفیت آنها را بهبود می بخشد. از آنجایی که بیشتر مواد افزودنی به یک درجه یا دیگری به جوش پذیری فولاد آسیب می زند و همچنین هزینه آن را افزایش می دهد، فولادهای کم آلیاژ با محتوای کل افزودنی های آلیاژی بیش از 5 درصد عمدتاً در ساختمان سازی استفاده می شوند.

مواد افزودنی اصلی آلیاژی عبارتند از سیلیکون (S)، منگنز (G)، مس (D)، کروم (X)، نیکل (N)، وانادیم (F)، مولیبدن (M)، آلومینیوم (U)، نیتروژن (A).

سیلیکون فولاد را اکسید زدایی می کند، به عنوان مثال. اکسیژن اضافی را متصل می کند و استحکام آن را افزایش می دهد، اما شکل پذیری را کاهش می دهد، جوش پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را با افزایش محتوای بدتر می کند. اثرات مضر سیلیکون را می توان با افزایش محتوای منگنز جبران کرد.

منگنز استحکام را افزایش می دهد، اکسید کننده خوبی است و در صورت ترکیب با گوگرد، اثرات مضر آن را کاهش می دهد. با محتوای منگنز بیش از 1.5٪، فولاد شکننده می شود.

مس استحکام فولاد را اندکی افزایش می دهد و مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش می دهد. محتوای بیش از حد مس (بیش از 0.7٪) به پیر شدن فولاد کمک می کند و شکنندگی آن را افزایش می دهد.

کروم و نیکل استحکام فولاد را بدون کاهش شکل پذیری افزایش می دهند و مقاومت در برابر خوردگی آن را بهبود می بخشند.

آلومینیوم به خوبی فولاد را اکسید زدایی می کند، اثرات مضر فسفر را خنثی می کند و قدرت ضربه را افزایش می دهد.

وانادیم و مولیبدن استحکام را تقریباً بدون کاهش شکل پذیری افزایش می دهند و از نرم شدن فولاد عملیات حرارتی شده در حین جوشکاری جلوگیری می کنند.

نیتروژن در حالت غیر محدود به پیر شدن فولاد کمک می کند و آن را شکننده می کند، بنابراین نباید بیش از 0.009٪ باشد. در حالت پیوند شیمیایی با آلومینیوم، وانادیم، تیتانیوم و سایر عناصر، نیتریدها را تشکیل می‌دهد و به عنصر آلیاژی تبدیل می‌شود و به ایجاد ساختاری ریزدانه و بهبود خواص مکانیکی کمک می‌کند.

فسفر یک ناخالصی مضر است، زیرا با تشکیل محلول جامد با فریت، شکنندگی فولاد را به ویژه در دماهای پایین افزایش می‌دهد (شکنندگی سرد). با این حال، در حضور آلومینیوم، فسفر می تواند به عنوان یک عنصر آلیاژی عمل کند که مقاومت به خوردگی فولاد را افزایش می دهد. این اساس تولید فولادهای مقاوم در برابر آب و هوا است.

گوگرد به دلیل تشکیل سولفید آهن با ذوب کم، فولاد را شکننده و قرمز می کند (در دمای 800-1000 درجه سانتیگراد مستعد ترک خوردن). این امر به ویژه برای سازه های جوش داده شده مهم است. اثرات مضر گوگرد با افزایش محتوای منگنز کاهش می یابد. محتوای گوگرد و فسفر در فولاد محدود است و بسته به نوع (عیار) فولاد نباید از 0.03 - 0.05 درصد بیشتر باشد.

خواص مکانیکی فولاد تحت تأثیر اشباع شدن گازهایی است که می توانند در حالت مذاب از جو وارد فلز شوند. اکسیژن مانند گوگرد عمل می کند، اما به میزان قوی تر، و شکنندگی فولاد را افزایش می دهد. نیتروژن ثابت نشده نیز کیفیت فولاد را کاهش می دهد. اگرچه هیدروژن به مقدار ناچیزی (0007/0 درصد) حفظ می شود، اما با تمرکز بر آخال های نزدیک در نواحی بین بلوری و عمدتاً در امتداد مرز دانه ها، باعث ایجاد تنش های زیاد در ریزحجم ها می شود که منجر به کاهش مقاومت فولاد در برابر شکست ترد می شود. کاهش استحکام کششی و زوال خواص پلاستیک. بنابراین، فولاد مذاب (مثلاً در حین جوشکاری) باید از قرار گرفتن در معرض جو محافظت شود.

بسته به نوع عرضه، فولادها به دو دسته نورد گرم و عملیات حرارتی (نرمال شده یا بهبود حرارتی) تقسیم می شوند. در حالت نورد گرم، فولاد همیشه دارای مجموعه ای از خواص بهینه نیست. در طول نرمال سازی، ساختار فولاد تصفیه می شود، همگنی آن افزایش می یابد و ویسکوزیته افزایش می یابد، اما افزایش قابل توجهی در استحکام رخ نمی دهد. عملیات حرارتی (کوئنچ در آب و تلطیف در دمای بالا) به دست آوردن فولادهای با استحکام بالا که در برابر شکست شکننده بسیار مقاوم هستند را ممکن می سازد. اگر سخت شدن مستقیماً از گرمایش نورد انجام شود، هزینه های عملیات حرارتی فولاد را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.

فولاد مورد استفاده در سازه های فلزی ساختاری عمدتاً به دو روش تولید می شود: در کوره های باز و مبدل های اکسیژن. خواص فولادهای اجاق باز و مبدل اکسیژن تقریباً یکسان است، با این حال روش تولید مبدل اکسیژن بسیار ارزانتر است و به تدریج جایگزین روش اجاق باز می شود. برای مهمترین قسمت ها ، در جایی که به خصوص فلز با کیفیت بالا مورد نیاز است ، از فولادهای تولید شده توسط Electroslag Remelting (ESR) نیز استفاده می شود. با توسعه الکترومترالژی ، استفاده گسترده تر در ساخت فولادهای تولید شده در کوره های برقی امکان پذیر است. Elektrostal با محتوای کم ناخالصی های مضر و کیفیت بالا مشخص می شود.

با توجه به میزان دفع اکسیداسیون ، فولادها می توانند در حال جوش ، نیمه سلولی یا آرام باشند.

فولادهای بدون فشار که به دلیل آزاد شدن گازها در قالب ها جوشانده می شوند. چنین فولادی به عنوان فولاد جوش خوانده می شود و به نظر می رسد که با گازها آلوده تر و همگن کمتری است.

خصوصیات مکانیکی به دلیل توزیع ناهموار عناصر شیمیایی کمی در طول شمش متفاوت است. این به ویژه در مورد قسمت سر صدق می کند که به نظر می رسد شل ترین (به دلیل انقباض و بیشترین اشباع شدن با گازها) است و بیشترین تفکیک ناخالصی های مضر و کربن در آن رخ می دهد. بنابراین ، قسمت معیوب ، که تقریباً 5 ٪ از جرم شمش است ، از شمش جدا می شود. فولادهای جوش ، دارای قدرت عملکرد نسبتاً خوبی و استحکام کششی ، در برابر شکستگی شکننده و پیری مقاومت کمتری دارند.

برای بهبود کیفیت فولاد کم کربن، با افزودن سیلیکون از 0.12 تا 0.3٪ یا آلومینیوم تا 0.1٪ اکسید زدایی می شود. سیلیکون (یا آلومینیوم)، ترکیب با اکسیژن محلول، اثرات مضر آن را کاهش می دهد. هنگامی که اکسید کننده ها با اکسیژن ترکیب می شوند، سیلیکات ها و آلومینات ها را در یک فاز پراکنده ریز تشکیل می دهند که تعداد محل های تبلور را افزایش می دهد و به تشکیل یک ساختار فولادی ریزدانه کمک می کند که منجر به افزایش کیفیت و خواص مکانیکی آن می شود. فولادهای دی اکسید شده در قالب ریختن نمی جوشند و به همین دلیل به آنها فولادهای آرام می گویند. تقریباً 15 درصد از قسمت سر شمش فولادی نرم جدا شده است. فولاد آرام همگن تر است، بهتر جوش می خورد و در برابر تأثیرات دینامیکی و شکست شکننده بهتر مقاومت می کند. فولادهای آرام در ساخت سازه های بحرانی که تحت تأثیرات دینامیکی قرار دارند استفاده می شود.

با این حال، فولادهای نرم تقریباً 12٪ گرانتر از فولادهای جوشان هستند، که ما را مجبور می کند استفاده از آنها را محدود کرده و زمانی که به دلایل فنی و اقتصادی سودمند است، به ساخت سازه هایی از فولاد نیمه نرم تغییر دهیم.

فولاد نیمه بی صدا از نظر کیفیت بین جوش و آرام است. با مقدار کمتری سیلیکون - 0.05 - 0.15٪ (به ندرت با آلومینیوم) اکسیده می شود. قسمت کوچکتری از سر شمش بریده می شود که تقریباً برابر با 8 درصد جرم شمش است. از نظر هزینه، فولادهای نیمه آرام نیز جایگاه متوسطی را به خود اختصاص می دهند. فولادهای کم آلیاژ عمدتاً در یک اصلاح آرام (به ندرت نیمه آرام) عرضه می شوند.

1.2.2. رتبه بندی فولادهااستاندارد اصلی تنظیم کننده مشخصات فولادها برای ساختمان سازه های فلزی می باشد GOST 27772 - 88. طبق GOST، محصولات نورد شکل از فولادهای 1 S235، S245، S255، S275، S285، S345، S345K، S375 ساخته می شوند؛ برای محصولات نورد جهانی ورق و پروفیل های خم، فولاد S390، S409، S490K، ، S590K نیز استفاده می شود. فولادهای C345، C375، C390 و C440 را می توان با محتوای مس بالاتر (برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی) عرضه کرد و حرف "D" به نام فولاد اضافه می شود.

ترکیب شیمیایی فولادها و خواص مکانیکی در جدول ارائه شده است. 1.2 و 1.3.

محصولات نورد شده را می توان در دو حالت نورد گرم و عملیات حرارتی عرضه کرد. انتخاب ترکیب شیمیایی و نوع عملیات حرارتی توسط گیاه تعیین می شود. نکته اصلی اطمینان از خواص مورد نیاز است. بنابراین، ورق های فولادی نورد C345 را می توان از فولاد با ترکیب شیمیایی C245 با بهبود حرارتی ساخت. در این مورد، حرف T به نام فولاد اضافه می شود، به عنوان مثال C345T.

بسته به دمای عملیاتی سازه ها و درجه خطر شکست ترد، تست های مقاومت ضربه ای برای فولادهای C345 و C375 در دماهای مختلف انجام می شود، بنابراین آنها در چهار دسته عرضه می شوند و یک شماره دسته به نام فولاد اضافه می شود. برای مثال C345-1; S345-2.

مشخصات استاندارد شده برای هر دسته در جدول آورده شده است. 1.4.

اجاره به صورت دسته ای عرضه می شود. این دسته از محصولات نورد یک اندازه، یک ملاقه ذوب و یک حالت عملیات حرارتی تشکیل شده است. هنگام بررسی کیفیت فلز، دو نمونه به طور تصادفی از یک دسته انتخاب می شوند.

از هر نمونه یک نمونه برای آزمایش کشش و خمش و دو نمونه برای تعیین مقاومت ضربه در هر دما تهیه می شود. اگر نتایج آزمایش الزامات GOST را برآورده نمی کند، آن را انجام دهید

آزمایش دوم بر روی تعداد دو برابر نمونه. اگر آزمایش های مکرر نتایج رضایت بخش را نشان دهد، دسته رد می شود.

جوش پذیری فولاد با معادل کربن، درصد ارزیابی می شود:

که در آن C، منگنز، سی، کروم، نیکل، مس، V، P - کسر جرمی کربن، منگنز، سیلیکون، کروم، نیکل، مس، وانادیم و فسفر، %.

اگر با،<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 >در 0.55٪ خطر ترک به طور چشمگیری افزایش می یابد.

برای بررسی تداوم فلز و جلوگیری از لایه برداری، در موارد ضروری به درخواست مشتری، تست اولتراسونیک انجام می شود.

یکی از ویژگی های متمایز GOST 27772 - 88 استفاده از روش های کنترل آماری برای برخی فولادها (S275، S285، S375) است که ارائه مقادیر استاندارد مقاومت تسلیم و استحکام کششی را تضمین می کند.

سازه های فلزی ساختمان نیز از فولادهای عرضه شده مطابق با GOST 380 - 88 "فولاد کربنی با کیفیت معمولی"، GOST 19281 -73 "فولاد مقطعی و شکل دار کم آلیاژ"، GOST 19282 - 73 "ورق ضخیم کم آلیاژ و باند پهن". فولاد جهانی» و سایر استانداردها.

هیچ تفاوت اساسی بین خواص فولادهایی که ترکیب شیمیایی یکسانی دارند، اما طبق استانداردهای متفاوتی عرضه می شوند، وجود ندارد. تفاوت در روش های کنترل و نامگذاری است. بنابراین، با توجه به GOST 380 - 88، با تغییر در تعیین درجه فولاد، گروه تحویل، روش اکسیداسیون و دسته نشان داده شده است.

هنگامی که در گروه A عرضه می شود، این گیاه خواص مکانیکی را تضمین می کند، در گروه B - ترکیب شیمیایی، در گروه C - خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی.

درجه اکسیداسیون با حروف KP (جوش)، SP (آرام) و PS (نیمه آرام) نشان داده می شود.

دسته فولاد نوع آزمایش مقاومت ضربه را نشان می دهد: دسته 2 - آزمایش های مقاومت ضربه ای انجام نمی شود، 3 - در دمای +20 درجه سانتیگراد انجام می شود، 4 - در دمای -20 درجه سانتیگراد، 5 - در دمای دمای -20 درجه سانتیگراد و پس از پیری مکانیکی، 6 - پس از پیری مکانیکی.

در ساخت و ساز عمدتاً از گریدهای فولادی VstZkp2، VstZpsb و VstZsp5 و همچنین فولاد با محتوای منگنز بالا VstZGps5 استفاده می شود.

طبق GOST 19281-73 و GOST 19282 - 73، تعیین درجه فولاد محتوای عناصر اصلی را نشان می دهد. به عنوان مثال، ترکیب شیمیایی فولاد 09G2S به شرح زیر رمزگشایی می شود: 09 - محتوای کربن در صدم درصد، G2 - منگنز به مقدار 1 تا 2٪، C - سیلیکون تا 1 %.

در پایان عیار فولاد، دسته بندی نشان داده شده است، یعنی. نوع تست ضربه برای فولادهای کم آلیاژ، 15 دسته ایجاد شده است، آزمایشات در دمای تا 70- درجه سانتیگراد انجام می شود. فولادهای عرضه شده بر اساس استانداردهای مختلف قابل تعویض هستند (جدول 1.3 را ببینید).

خواص فولاد به ترکیب شیمیایی ماده اولیه، روش ذوب و حجم واحدهای ذوب، نیروی فشار و دما در هنگام نورد، شرایط خنک کاری محصول نهایی و غیره بستگی دارد.

با وجود چنین عوامل متنوعی که بر کیفیت فولاد تأثیر می‌گذارند، کاملاً طبیعی است که شاخص‌های مقاومت و سایر خواص پراکندگی خاصی داشته باشند و بتوان آنها را به عنوان متغیرهای تصادفی در نظر گرفت. ایده ای از تغییرپذیری ویژگی ها توسط هیستوگرام های توزیع آماری ارائه می شود که نسبت نسبی (فرکانس) یک مقدار مشخصه خاص را نشان می دهد.

1.2.4. فولاد با استحکام بالا(29 kN/cm2< <40 кН/см 2). Стали повышенной прочности (С345 - С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих
مواد افزودنی، عمدتاً منگنز و سیلیکون، کمتر نیکل و کروم، یا تقویت کننده حرارت
فولاد کم کربن (S345T).

در این حالت، شکل پذیری فولاد کمی کاهش می یابد و طول فلات تسلیم به 1-1.5٪ کاهش می یابد.

فولادهای با استحکام بالا کمی کمتر قابل جوش هستند (به ویژه فولادهایی با محتوای سیلیکون بالا) و گاهی اوقات نیاز به استفاده از اقدامات تکنولوژیکی ویژه برای جلوگیری از ایجاد ترک های داغ دارند.

از نظر مقاومت در برابر خوردگی، اکثر فولادهای این گروه به فولادهای کم کربن نزدیک هستند.

فولادهای با محتوای مس بالاتر (S345D، S375D، S390D) مقاومت در برابر خوردگی بالاتری دارند.

ساختار ریزدانه فولادهای کم آلیاژ مقاومت قابل توجهی بالاتری در برابر شکست ترد ایجاد می کند.

ارزش بالای مقاومت ضربه ای در دماهای -40 درجه سانتیگراد و کمتر حفظ می شود که امکان استفاده از این فولادها را برای سازه هایی که در مناطق شمالی کار می کنند را فراهم می کند. به دلیل خواص استحکام بالاتر، استفاده از فولادهای با استحکام بالا منجر به صرفه جویی در فلز تا 20-25٪ می شود.

1.2.5. فولاد با استحکام بالا(> 40 کیلو نیوتن بر سانتی متر مربع). نورد فولاد با استحکام بالا
(C440 -C590) معمولاً با آلیاژسازی و عملیات حرارتی به دست می آیند.

برای آلیاژسازی، از عناصر تشکیل دهنده نیترید برای ترویج تشکیل ساختار ریزدانه استفاده می شود.

فولادهای با استحکام بالا ممکن است فلات تسلیم نداشته باشند (در o > 50 کیلو نیوتن بر سانتی متر مربع)، و شکل پذیری آنها (ازدیاد طول نسبی) به 14٪ و کمتر کاهش می یابد.

این نسبت به 0.8 - 0.9 افزایش می یابد، که اجازه نمی دهد تغییر شکل های پلاستیکی در هنگام محاسبه سازه های ساخته شده از این فولادها در نظر گرفته شود.

انتخاب ترکیب شیمیایی و رژیم عملیات حرارتی می تواند به طور قابل توجهی مقاومت در برابر شکست شکننده را افزایش دهد و مقاومت ضربه ای بالایی را در دماهای تا 70- درجه سانتی گراد ایجاد کند. مشکلات خاصی در ساخت سازه ها ایجاد می شود. استحکام بالا و شکل پذیری کم نیاز به تجهیزات قوی تری برای برش، صاف کردن، حفاری و سایر عملیات دارد.

هنگام جوشکاری فولادهای عملیات حرارتی شده، به دلیل گرمایش ناهموار و سرد شدن سریع، دگرگونی های ساختاری مختلفی در مناطق مختلف اتصال جوش داده شده رخ می دهد. در برخی نواحی سازه‌های سخت‌کننده‌ای تشکیل می‌شوند که استحکام و شکنندگی آن‌ها افزایش یافته است (لایه‌های سخت)، در برخی دیگر، فلز در معرض تلطیف زیاد قرار می‌گیرد و از مقاومت و شکل‌پذیری بالایی برخوردار است (لایه‌های نرم).

نرم شدن فولاد در منطقه تحت تأثیر حرارت می تواند به 5-30٪ برسد که باید هنگام طراحی سازه های جوش داده شده از فولادهای عملیات حرارتی در نظر گرفته شود.

ورود برخی عناصر تشکیل دهنده کاربید (مولیبدن، وانادیم) به ترکیب فولاد، اثر نرم کنندگی را کاهش می دهد.

استفاده از فولادهای با مقاومت بالا منجر به صرفه جویی در فلز تا 25 تا 30 درصد در مقایسه با سازه های ساخته شده از فولادهای کم کربن می شود و به ویژه در سازه های با دهانه طولانی و بارهای سنگین توصیه می شود.

1.2.6 فولادهای مقاوم در برابر آب و هوا.برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی فلزات
سازه های فیزیکی، فولادهای کم آلیاژ حاوی مقدار کمی از
مقدار (کسری از درصد) عناصری مانند کروم، نیکل و مس.

در سازه هایی که در معرض هوازدگی قرار دارند، فولادهایی با افزودن فسفر (به عنوان مثال فولاد C345K) بسیار موثر هستند. یک فیلم نازک اکسید روی سطح چنین فولادهایی تشکیل می شود که دارای استحکام کافی است و فلز را از ایجاد خوردگی محافظت می کند. با این حال، جوش پذیری فولاد در حضور فسفر بدتر می شود. علاوه بر این، در فلز نورد شده با ضخامت های زیاد، فلز مقاومت در برابر سرما کاهش یافته است، بنابراین استفاده از فولاد S345K برای ضخامت های بیش از 10 میلی متر توصیه می شود.

در سازه هایی که عملکردهای باربر و محصور کننده را با هم ترکیب می کنند (به عنوان مثال، پوشش های غشایی)، ورق های نازک نورد شده به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. برای افزایش دوام چنین سازه هایی، استفاده از فولاد کروم ضد زنگ درجه OX18T1F2 که حاوی نیکل نیست، توصیه می شود. خواص مکانیکی فولاد ОХ18Т1Ф2:

50 kN/cm 2، = 36 kN/cm 2، > 33 %. در ضخامت های زیاد، محصولات نورد ساخته شده از فولادهای کرومی شکنندگی را افزایش می دهند، با این حال، خواص محصولات نورد ورق نازک (به ویژه تا ضخامت 2 میلی متر) به آنها اجازه می دهد تا در سازه ها در دمای طراحی تا -40 درجه سانتیگراد استفاده شوند.

1.2.7. انتخاب فولاد برای ساخت سازه های فلزی.انتخاب فولاد بر اساس نوع طراحی و تحلیل فنی و اقتصادی و با در نظر گرفتن توصیه های استاندارد انجام می شود. به منظور ساده سازی سفارش فلز، هنگام انتخاب فولاد، باید برای یکسان سازی بیشتر طرح ها، کاهش تعداد فولادها و پروفیل ها تلاش کرد. انتخاب فولاد به پارامترهای زیر بستگی دارد که بر عملکرد ماده تأثیر می گذارد:

دمای محیطی که سازه در آن نصب و راه اندازی شده است. این عامل افزایش خطر شکستگی شکننده در دماهای پایین را در نظر می گیرد.

ماهیت بارگذاری که ویژگی های مواد و سازه ها را تحت بارهای دینامیکی، ارتعاشی و متغیر تعیین می کند.

نوع حالت تنش (فشردگی یا کشش تک محوری، حالت تنش سطحی یا حجمی) و سطح تنش های ایجاد شده (عناصر با بار سنگین یا سبک).

روش اتصال عناصر، که سطح تنش های ذاتی، درجه تمرکز تنش و خواص مواد در منطقه اتصال را تعیین می کند.

ضخامت محصولات نورد مورد استفاده در عناصر. این عامل تغییر خواص فولاد را با افزایش ضخامت در نظر می گیرد.

بسته به شرایط عملیاتی مواد، انواع سازه ها به چهار گروه تقسیم می شوند.

به گروه اولاینها عبارتند از سازه های جوشکاری شده که در شرایط خاص سخت کار می کنند یا مستقیماً در معرض بارهای دینامیکی، ارتعاش یا متحرک قرار دارند (به عنوان مثال، تیرهای جرثقیل، تیرهای سکوی کار یا عناصر روگذر که مستقیماً بار را از انبار نورد، خرپاها و غیره تحمل می کنند). وضعیت تنش چنین سازه هایی با سطح بالا و فرکانس بارگذاری بالا مشخص می شود.

سازه‌های گروه اول در سخت‌ترین شرایط کار می‌کنند که به احتمال شکست شکننده یا خستگی آن‌ها کمک می‌کند، بنابراین بیشترین تقاضا برای خواص فولادها برای این سازه‌ها وجود دارد.

شرکت گروه دومشامل سازه های جوشی که تحت بار استاتیکی تحت تأثیر میدان دو محوری تک محوری و بدون ابهام تنش های کششی عمل می کنند (به عنوان مثال، خرپاها، میلگردهای قاب، تیرهای کف و سقف و سایر عناصر کششی، خمشی و خمشی) و همچنین سازه های گروه اول در صورت عدم وجود اتصالات جوشی .

آنچه در سازه های این گروه مشترک است، افزایش خطر شکست شکننده همراه با وجود میدان تنش کششی است. احتمال شکست خستگی در اینجا کمتر از سازه های گروه اول است.

به گروه سوماینها شامل سازه های جوشکاری شده است که تحت تأثیر غالب تنش های فشاری (به عنوان مثال، ستون ها، قفسه ها، تکیه گاه های تجهیزات و سایر عناصر فشرده و فشرده خمشی) و همچنین سازه های گروه دوم در غیاب اتصالات جوشی کار می کنند.

به گروه چهارمشامل سازه ها و عناصر کمکی ( مهاربندها ، عناصر نیمه چوبی ، پله ها ، نرده ها و غیره) و همچنین سازه های گروه سوم در صورت عدم وجود اتصالات جوش داده شده است.

اگر برای سازه های گروه سوم و چهارم کافی است که خود را به الزامات استحکام تحت بارهای استاتیک محدود کنیم، برای سازه های گروه اول و دوم ارزیابی مقاومت فولاد در برابر تأثیرات دینامیکی و شکست شکننده مهم است.

در مصالح سازه های جوشی، جوش پذیری باید ارزیابی شود. الزامات برای عناصر سازه ای که اتصالات جوشی ندارند را می توان کاهش داد، زیرا عدم وجود میدان های تنش جوشکاری، تمرکز تنش کمتر و سایر عوامل باعث بهبود عملکرد آنها می شود.

در هر گروه از سازه ها، بسته به دمای عملیاتی، فولادها مشمول الزامات مقاومت ضربه ای در دماهای مختلف هستند.

استانداردها شامل فهرستی از فولادها بسته به گروه سازه ها و منطقه آب و هوایی ساخت و ساز است.

انتخاب نهایی فولاد در هر گروه باید بر اساس مقایسه شاخص های فنی و اقتصادی (مصرف فولاد و هزینه سازه ها) و همچنین با در نظر گرفتن سفارش فلز و قابلیت های تکنولوژیکی سازنده انجام شود. در سازه های کامپوزیتی (به عنوان مثال تیرهای مرکب، خرپاها و غیره)، استفاده از دو فولاد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است: استحکام بالاتر برای عناصر با بارهای سنگین (آکوردهای خرپایی، تیرها) و مقاومت کمتر برای عناصر با بارگذاری سبک (شبکه خرپایی، دیوارهای تیر). ).

1.2.8. آلیاژهای آلومینیوم.آلومینیوم خواص بسیار متفاوتی با فولاد دارد. چگالی آن = 2.7 t/m 3، یعنی. تقریباً 3 برابر کمتر از چگالی فولاد. مدول الاستیسیته طولی آلومینیوم E=71 000 مگاپاسکال، مدول برشی G= 27000 مگاپاسکال، که تقریباً 3 برابر کمتر از مدول الاستیک طولی و مدول برشی فولاد است.

آلومینیوم فلات بازدهی ندارد. خط مستقیم تغییر شکل الاستیک مستقیماً به منحنی تغییر شکل الاستوپلاستیک تبدیل می شود (شکل 1.7). آلومینیوم بسیار انعطاف پذیر است: ازدیاد طول در هنگام شکست به 40 - 50٪ می رسد، اما استحکام آن بسیار کم است: = 6 ... 7 kN/cm 2، و مقاومت برابر = 2 ... 3 kN / cm 2. آلومینیوم خالص به سرعت با یک فیلم اکسید بادوام پوشانده می شود که از توسعه بیشتر خوردگی جلوگیری می کند.

به دلیل استحکام بسیار کم، آلومینیوم خالص از نظر فنی به ندرت در سازه های ساختمانی استفاده می شود. افزایش قابل توجهی در استحکام آلومینیوم با آلیاژ کردن آن با منیزیم، منگنز، مس و سیلیکون حاصل می شود. روی و برخی عناصر دیگر.

استحکام کششی آلومینیوم آلیاژی (آلیاژهای آلومینیوم)، بسته به ترکیب مواد افزودنی آلیاژی، 2-5 برابر بیشتر از آلومینیوم خالص تجاری است. با این حال، ازدیاد طول نسبی به ترتیب 2 تا 3 برابر کمتر است. با افزایش دما، مقاومت آلومینیوم کاهش می یابد و در دمای بالای 300 درجه سانتیگراد نزدیک به صفر می شود (شکل 1.7 را ببینید).

ویژگی تعدادی از آلیاژهای چند جزئی A1 - Mg - Si، Al - Cu - Mg، Al - Mg - Zn توانایی آنها برای افزایش بیشتر استحکام در طول فرآیند پیری پس از عملیات حرارتی است. چنین آلیاژهایی از نظر حرارتی سخت شونده نامیده می شوند.

استحکام کششی برخی از آلیاژهای با استحکام بالا (سیستم Al - Mg - Zn) پس از عملیات حرارتی و پیری مصنوعی بیش از 40 کیلو نیوتن بر سانتی‌متر مربع است، در حالی که ازدیاد طول نسبی تنها 10-5٪ است. عملیات حرارتی آلیاژهای ترکیبی دوگانه (Al-Mg، Al-Mn) منجر به سخت شدن نمی شود، چنین آلیاژهایی از نظر حرارتی غیر سخت شونده نامیده می شوند.

افزایش استحکام اسمی محصولات ساخته شده از این آلیاژها به میزان 1.5 تا 2 برابر می تواند با تغییر شکل سرد (سخت شدن سرد) حاصل شود، در حالی که ازدیاد طول نسبی نیز به طور قابل توجهی کاهش می یابد. لازم به ذکر است که شاخص های تمام خواص فیزیکی اساسی آلیاژها، صرف نظر از ترکیب عناصر آلیاژی و حالت، عملاً با شاخص های آلومینیوم خالص تفاوتی ندارند.

مقاومت در برابر خوردگی آلیاژها به ترکیب مواد افزودنی آلیاژی، وضعیت تحویل و درجه تهاجمی محیط خارجی بستگی دارد.

محصولات نیمه تمام از آلیاژهای آلومینیوم در کارخانه های تخصصی تولید می شوند: ورق ها و نوارها - با نورد روی آسیاب های چند رول. لوله ها و پروفیل ها - با اکستروژن بر روی پرس های هیدرولیک افقی، که به دست آوردن پروفیل های طیف گسترده ای از اشکال مقطع، از جمله آنهایی که دارای حفره های بسته هستند، امکان پذیر است.

در محصولات نیمه تمام ارسالی از کارخانه، درجه آلیاژ و شرایط تحویل نشان داده شده است: M - نرم (آنیل شده)؛ ن - سخت کوش؛ H2 - نیمه سخت شده؛ T - سخت شده و به طور طبیعی به مدت 3 تا 6 روز در دمای اتاق پیر می شود. T1 - سخت شده و به طور مصنوعی برای چند ساعت در دماهای بالا کهنه می شود. T4 - کاملاً سخت نشده و به طور طبیعی پیر نشده است. T5 - کاملاً سخت نشده و به طور مصنوعی پیر نشده است. محصولات نیمه تمام عرضه شده بدون فرآوری هیچ گونه علامت اضافی ندارند.

از تعداد زیاد گریدهای آلومینیومی، موارد زیر برای استفاده در ساخت و ساز توصیه می شود:

آلیاژهای حرارتی غیر سخت شونده: AD1 و AMtsM. AMg2M و AMg2MN2 (ورق)؛ AMg2M (لوله)؛

آلیاژهای قابل سخت شدن حرارتی: AD31T1; AD31T4 و AD31T5 (پروفایل)؛

1915 و 1915T; 1925 و 1925T; 1935، 1935T، AD31T (پروفایل ها و لوله ها).

تمامی آلیاژهای فوق به استثنای آلیاژ 1925T که فقط برای سازه های پرچ شده استفاده می شود به خوبی جوش می شوند. برای قطعات ریخته گری از آلیاژ ریخته گری درجه AL8 استفاده می شود.

سازه های آلومینیومی به دلیل وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سرما، ضد مغناطیسی بودن، عدم وجود جرقه، دوام و ظاهر خوب، چشم انداز وسیعی برای استفاده در بسیاری از زمینه های ساختمانی دارند. اما به دلیل هزینه بالا، استفاده از آلیاژهای آلومینیوم در سازه های ساختمانی محدود است.

امروزه آلومینیوم تقریباً در تمام صنایع از تولید ظروف غذا گرفته تا ساخت بدنه فضاپیماها استفاده می شود. برای فرآیندهای تولید خاص، تنها گریدهای خاصی از آلومینیوم مناسب هستند که دارای خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی هستند.

ویژگی های اصلی این فلز رسانایی حرارتی بالا، چکش خواری و شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، وزن کم و مقاومت اهمی کم است. آنها مستقیماً به درصد ناخالصی های موجود در ترکیب آن و همچنین به فناوری تولید یا غنی سازی وابسته هستند. مطابق با این، گریدهای اصلی آلومینیوم متمایز می شوند.

انواع آلومینیوم

تمام گریدهای فلزی در یک سیستم یکپارچه از استانداردهای ملی و بین المللی شناخته شده توصیف و گنجانده شده اند: EN اروپایی، ASTM آمریکایی و ISO بین المللی. در کشور ما، گریدهای آلومینیوم با GOST 11069 و 4784 تعریف شده است. تمام اسناد به طور جداگانه در نظر گرفته می شوند. در عین حال، خود فلز به گریدها تقسیم می شود و آلیاژها علائم مشخصی ندارند.

مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی، دو نوع ریزساختار آلومینیوم بدون آلیاژ باید از هم تفکیک شود:

• خلوص بالا با درصد بیش از 99.95٪؛
• خلوص فنی، حاوی حدود 1٪ ناخالصی ها و مواد افزودنی.

ترکیبات آهن و سیلیکون اغلب به عنوان ناخالصی در نظر گرفته می شوند. استاندارد بین المللی ISO دارای سری مجزا برای آلومینیوم و آلیاژهای آن است.

گریدهای آلومینیومی

نوع فنی مواد به درجه های خاصی تقسیم می شود که به استانداردهای مربوطه اختصاص می یابد، به عنوان مثال AD0 طبق GOST 4784-97. در عین حال، طبقه بندی شامل فلز با فرکانس بالا نیز می شود تا سردرگمی ایجاد نشود. این مشخصات شامل نمرات زیر است:

1. اولیه (A5، A95، A7E).
2. فنی (AD1، AD000، ADS).
3. قابل تغییر شکل (AMg2، D1).
4. ریخته گری (VAL10M، AK12pch).
5. برای اکسید زدایی فولاد (AV86، AV97F).

علاوه بر این، دسته هایی از آلیاژها نیز وجود دارد - ترکیبات آلومینیوم که برای ایجاد آلیاژهایی از طلا، نقره، پلاتین و سایر فلزات گرانبها استفاده می شود.

آلومینیوم اولیه

آلومینیوم اولیه (درجه A5) یک نمونه معمولی از این گروه است. از غنی سازی آلومینا به دست می آید. این فلز به دلیل فعالیت شیمیایی بالا در طبیعت به صورت خالص یافت نمی شود. از ترکیب با عناصر دیگر، بوکسیت، نفلین و آلونیت را تشکیل می دهد. سپس از این کانه ها آلومینا به دست می آید و از آن با استفاده از فرآیندهای پیچیده شیمیایی و فیزیکی، آلومینیوم خالص به دست می آید.

GOST 11069 الزاماتی را برای درجات آلومینیوم اولیه تعیین می کند که باید با استفاده از نوارهای عمودی و افقی با رنگ های پاک نشدنی رنگ های مختلف مشخص شود. این ماده کاربرد گسترده ای در صنایع پیشرفته پیدا کرده است، عمدتاً در جایی که ویژگی های فنی بالایی از مواد خام مورد نیاز است.

آلومینیوم فنی

آلومینیوم فنی ماده ای است که درصد ناخالصی خارجی آن کمتر از 1 درصد است. اغلب اوقات به آن بدون دوپ نیز گفته می شود. نمرات فنی آلومینیوم مطابق با GOST 4784-97 با استحکام بسیار کم، اما مقاومت در برابر خوردگی بالا مشخص می شود. به دلیل عدم وجود ذرات آلیاژی در ترکیب، یک فیلم اکسید محافظ به سرعت روی سطح فلز تشکیل می شود که پایدار است.

درجات آلومینیوم فنی با هدایت حرارتی و الکتریکی خوب متمایز می شوند. شبکه مولکولی آنها تقریباً حاوی هیچ ناخالصی نیست که جریان الکترون ها را پراکنده کند. به لطف این ویژگی ها، این ماده به طور فعال در ساخت ابزار، در تولید تجهیزات گرمایشی و تبادل حرارت و وسایل روشنایی استفاده می شود.

آلومینیوم فرفورژه

آلومینیوم قابل تغییر شکل شامل ماده ای است که تحت درمان با فشار گرم و سرد قرار می گیرد: نورد ، فشار ، نقاشی و انواع دیگر. در نتیجه تغییر شکل های پلاستیکی، محصولات نیمه تمام بخش های طولی مختلف از آن به دست می آید: میله آلومینیومی، ورق، نوار، صفحه، پروفیل و غیره.

نمرات اصلی مواد تغییر شکل پذیر مورد استفاده در تولید داخلی در اسناد نظارتی آورده شده است: GOST 4784، OCT1 92014-90، OCT1 90048 و OCT1 90026. یکی از ویژگی های بارز مواد خام تغییر شکل، ساختار جامد محلول با محتوای بالا است. eutectic - فاز مایع ، که در تعادل با دو یا چند حالت جامد ماده است.

دامنه کاربرد آلومینیوم تغییر شکل ، مانند آن که در آن از میله آلومینیوم استفاده می شود ، کاملاً گسترده است. هم در مناطقی که نیاز به مشخصات فنی بالایی از مواد دارند - در ساخت کشتی و هواپیما و هم در سایت های ساخت و ساز به عنوان آلیاژی برای جوشکاری استفاده می شود.

آلومینیوم ریخته گری

از نمرات ریخته گری آلومینیوم برای تولید محصولات شکل استفاده می شود. ویژگی اصلی آنها ترکیبی از استحکام ویژه بالا و چگالی کم است که امکان ریخته گری محصولات با اشکال پیچیده را بدون ترک خوردن فراهم می کند.

با توجه به هدف آنها ، نمرات ریخته گری معمولاً به گروه ها تقسیم می شوند:

1. مواد بسیار هرمتیک (AL2، AL9، AL4M).
2. موادی با مقاومت بالا و مقاومت در برابر گرما (AL 19 ، AL5 ، AL33).
3. مواد با مقاومت بالا در برابر خوردگی.

اغلب اوقات ، ویژگی های عملکرد محصولات آلومینیومی چدن با انواع مختلف عملیات حرارتی افزایش می یابد.

آلومینیوم برای اکسیداسیون

کیفیت محصولات تولیدی نیز تحت تأثیر خصوصیات فیزیکی آلومینیوم است. و استفاده از مواد درجه پایین محدود به ایجاد محصولات نیمه تمام نیست. اغلب از آن برای اکسید زدایی فولاد استفاده می شود - اکسیژن را از آهن مذاب خارج می کند، که در آن حل می شود و در نتیجه خواص مکانیکی فلز را بهبود می بخشد. برای انجام این فرآیند ، مارک های AB86 و AB97F بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.