Примерный перечень групп конструкций / Стали для строительных конструкций / 3dstroyproekt.ru

Классификация металлических конструкций

Металлическая конструкция это элемент здания или сооружения, выполняющий определенные функции. Металлические конструкции нельзя рассматривать вне состава здания и условий его эксплуатации. Поэтому, говорить о классификации металлических конструкций, мы начнем с факторов, имеющих непосредственное отношение к долгосрочной работе металлоконструкций, и описанию тех условий, от которых зависит их успешная эксплуатация. Первое, о чем необходимо сказать в этом разделе, это о влиянии внешней среды на конструкцию, что часто называют термином «агрессивность воздействия внешней среды». Все мы знаем, что металл подвержен коррозии, и для того, чтобы защитить металлическую конструкцию от агрессивного воздействия внешней среды, необходимо предпринять меры, которые снизят риск возникновения коррозии. Для того чтобы определить необходимое конструктивное решение, мы должны четко знать все нормы агрессия воздействия среды на конструкцию. Их деление предопределено составом воздуха, его влажностью, и наличием в нем агрессивных газов, соли или пыли. Если все указанные компоненты воздуха находятся в пределах нормы, то и условия эксплуатации конструкций не приведут к значительному удорожанию. По степени агрессии, внешняя среда бывает: неагрессивной, слабоагрессивной, среднеагрессивной и сильноагрессивной, более подробно этот вопрос описан в правилах СНиП 2.03-85, там же даны четкие рекомендации, как лучше всего защитить металлическую конструкцию, правильно выбрав марку стали и антикоррозийное покрытие. Если соблюдать все строительные нормы и правила, то металлические конструкции обойдутся Заказчику, в тех разумных финансовых пределах, на которые он и рассчитывал.

Классификация металлических конструкций соответствует типу их исполнения, на который, прежде всего, влияет температура воздуха. Чем ниже температура окружающей среды, тем строже становятся требования к эксплуатации строения здания или сооружения, а значит и к конструктивному решению тоже. Отрицательные температуры — это не единственный фактор, отражающийся на классификации металлических конструкций. Здесь имеют место быть также и динамические нагрузки, концентрация напряжений и т.п. воздействий, приводящие металл к разрушению. Поэтому в проектировании классификация металлических конструкций предусматривает их деление на три категории:

• К первой категории относятся конструкции, которые подвержены динамическому, циклическому и подвижному воздействию;
• Вторая категория — это конструкции и элементы, на которые оказывают воздействие сразу несколько неблагоприятных факторов, начиная от динамических нагрузок и заканчивая низкими температурами, и т.д;
• Третья категория включает в себя конструкции, разрушение которых маловероятно или очень незначительно, ввиду отсутствия неблагоприятных факторов воздействия и нагрузок.

Следует учитывать, что все факторы воздействия нагрузок, если их не учесть заранее, могут надолго (если не навсегда) вывести металлическую конструкцию из строя, что может привести к потере устойчивости здания или сооружения, а также вызвать разрушение стеновых ограждающих конструкций, которые могут привести к необратимым последствиям. Поэтому, рассматривая вопрос классификации металлических конструкций, следует отметить три категории норм назначения металлических стальных конструкций, которые отвечают за работоспособность всего здания или сооружения.

• Категория назначения «А» включает в себя основные несущие конструкции, к которым предъявляются самые высокие требования, так как их непригодность может привести частичному к обрушению здания или сооружения. В эту категорию входят такие конструкции как, балки крановых путей, перекрытия, рабочие площадки, прогоны покрытий, ригели рам, лестницы, фермы, колонны, стойки, связи, опоры, мачты, башни, эстакады, листовые и другие подобные металлические конструкции.
• Категория назначения «Б» — это вспомогательные конструкции, такие как настилы, элементы фахверка, лестничные площадки, связи и другие элементы, от потери устойчивости которых будет временно прекращена нормальная эксплуатация здания или сооружения.
• И в последнюю категорию назначения «В» входят слабонагруженные элементы ограждений и прочие элементы, которые не подлежат расчету, устанавливаемому, исходя из конструктивных требований, потому как снижение их несущей способности снизит качество эксплуатации здания или сооружения, но не приведет прекращению его работоспособности. 

Обобщая тему «Классификация металлических конструкций», необходимо отметить, что сварные металлические конструкции по своему назначению представляют четыре группы, которые можно оценить следующим образом:

• Группа I объединяет в себе основные сварные конструкции, призванные работать в особо тяжелых условиях, с непосредственным динамическим, вибрационным или подвижным воздействием.
• Группа II — это основные сварные конструкции, работающие в условиях статических нагрузок направленных на растяжение, а также сюда входят конструкции и элементы первой группы, в которых нет сварных соединений.
• Группа III включает в себя основные сварные конструкции, работающие преимущественно на сжатие, а также конструкции второй группы, в которых также нет сварных соединений.
• Группа IV — это уже вспомогательные конструкции, а также конструкции и элементы третьей группы, в которых отсутствуют сварные соединения.

Наша проектно строительная компания уделяет большое внимание успешным взаимоотношениям с Заказчиком. Мы готовы поделиться с Вами каталогом нашей продукции, разработанным на основе требований и норм, предъявляемых к классификации металлических изделий и их эксплуатации. Звоните нам! Мы будем рады Вас слышать!

Рекомендации по применению стали для стальных строительных конструкций зданий и сооружений

Подбор марки стали | buildingbook.ru

Расчет строительных конструкций завязан на выборе марки стали. Многие просто в расчетах принимают марку стали С245 как самую низкую и не парятся по этому поводу — в случае если необходимой марки нет, заменяют на более прочную, а сечение оставляют тоже, что это ведет к перерасходу металла и завышению стоимости строительства.

Также многие ошибочно полагают, что из-за того что самая низкая марка дешевле, то и конструкция будет дешевле. На самом деле увеличение прочности стали ведет к снижению общей массы конструкции и итоговая стоимость всего проката может оказаться ниже. Кроме этого снижается нагрузка на фундамент и сейсмические нагрузки. Однако использование высокопрочных сталей не оправданно для элементов, сечение которых подбирается из условия устойчивости.

Кроме того при подборе марки стали будет не лишним обзвонить поставщиков на наличии и возможность поставки профиля из необходимой марки стали т.к. при замене марки стали на менее прочную придется менять профиль и узлы, что займет некоторое время, а при замене на более прочную будет перерасход стали. Одни из самых распространенных марок стали для прокатного профиля на рынке — 09Г2С и Ст3сп/пс5.

В первую очередь для выбора марки стали нам необходимо определить к какой группе относятся будущий элемент здания. Описание групп написано в приложении В СП 16.13330.2011. Всего их 4:

1) Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тяжелых условиях (согласно ГОСТ 25546), в том числе максимально стесняющие развитие пластических деформаций или подверженных непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. В этот список входят подкрановые балки, балки рабочих площадок, балки путей подвижного транспорта, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов, главные балки и ригели при динамической нагрузке, пролетные строения транспортерных галерей, фасонки ферм, стенки, окрайки днищ, кольца жесткости, плавающие крыши, покрытия резервуаров и газгольдеров, бункерные балки, оболочки параболических бункеров, стальные оболочки свободно стоящих дымовых труб, сварные специальные опоры больших переходов линий электропередачи (ВЛ) высотой более 60 м, элементы оттяжек мачт и оттяжечных узлов.

2) Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке при наличии растягивающих напряжений. В этот список входят фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий, косоуры лестниц, оболочки силосов, опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов, опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ) опоры транспортных галерей, прожекторные мачты, элементы комбинированных опор антенных сооружений (АС) и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 1-ой группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425 и ТУ 14-2-427 при наличии сварных монтажных соединений.

3) Сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке, преимущественно на сжатие. В этот список входят колонны, стойки, опорные плиты, элементы настила перекрытий, конструкции, поддерживающие технологическое оборудование, вертикальные связи по колоннам с напряжениями в рассчетных сечениях связей свыше 0,4Ry, анкерные, несущие и фиксирующие конструкции (опоры, ригели жестких поперечин, фиксаторы) контактной сети транспорта, опоры под оборудование ОРУ, кроме опор под выключатели, элементы стволов и башен АС, колонны бетоновозных эстакад, прогоны покрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 2-ой группы при отсутствии сварных соединений.

4) Вспомогательные конструкции зданий и сооружений. В этот список входят связи, кроме указанных в группе 3, элементы фахверка, лестницы, трапы, площадки, ограждения, металлоконструкции кабельных каналов, вспомогательные элементы сооружений и т.п., а также конструкции и их элементы 3-ей группы при отсутствии сварных соединений.

Далее нам необходимо определить климатический район строительства, а точнее нам необходимо узнать расчетную температуру наружного воздуха. Ее можно найти в СП 131.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*).

За расчетную температуру для определения стали по СП 16.13330.2011 принимается температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98.

За расчетную температуру для определения стали по СНиП II-23-81 принималась температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

Почему температура влияет на выбор марки стали? Потому что с уменьшением температуры увеличивается хрупкость стали.

С 1 июля 2015 г. СП 16.13330.2011 носит обязательный характер, поэтому необходимо пользоваться данными по нему. Давайте сравним требования предъявляемые СП 16.133302011 и уже не действующим СНиП II-23-81.

По таблице В.1 СП 16.13330.2011 назначаются следующие марки стали в проектируемых конструкциях:

Из таблицы мы видим, что здесь 3 столбца со стандартами для выбора марки стали. Марка стали по ГОСТ 27772 характеризует предел текучести металла (С235 означает что сталь имеет предел текучести 235 Н/мм²), маркировка согласно ГОСТ 353,ГОСТ 14637 и ГОСТ 19281 обозначает химический состав, прочностные характеристики данной марки можно посмотреть в этих ГОСТ-ах. Сталь выполненная по одному ГОСТ-у может полностью соответствовать марке стали, выполненному по другому ГОСТ-у, отличие заключается лишь в методе контроля качества стали. В мире нет единого стандарта обозначения марки стали — в России одни стандарты, в США другие, в Европе третьи, но это не значит, что сталь у нас разная.

По таблице 50 СНиП II-23-81 назначаются следующие марки стали:

Группа 1:

Группа 2:

Группа 3:

Группа 4:

Обозначения, принятые в табл. 50* СНиП II-23-81:

а) фасонный прокат толщиной до 11 мм, а при согласовании с изготовителем — до 20 мм; листовой — всех толщин;
б) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для толщин свыше 20 мм;
в) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для всех толщин;
г) для района II4, для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха, применять прокат толщиной не более 10 мм;
д) при толщине проката не более 11 мм допускается применять сталь категории 3;
е) кроме опор ВЛ, ОРУ и КС;
ж) прокат толщиной до 10 мм и с учетом требований разд. 10;
и) кроме района II4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха.
Знак «+» означает, что данную сталь следует применять; знак «-» означает, что данную сталь в указанном климатическом районе применять не следует.

Как видим в СНиП II-23-81 градация по температурам ниже на 5 градусов, чем в СП 16.13330.2011, но и температура здесь не самых холодных суток, а самой холодной пятидневки. Если посмотреть СП «Строительная климатология», то заметим, что в большинстве случаев условия выбора марки стали будут одинаковыми, но есть случаи когда СНиП предъявляет более суровые требования, есть случаи когда в СП требования выше. Поэтому для экспертизы, необходимо чтобы марка стали соответствовала СП 16.13330.2011, но если СНиП II-23-81 предъявляет более суровые требования, то рекомендую воспользоватся этим документом.

Для подбора марки стали труб можно воспользоватся таблицей В.2 Сп 16.13330.2011

Также можно подобрать марку стали по показателям ударной вязкости данной в таблице В.3 Сп 16.13330.2011

Марку стали для соединений стальных конструкций следует выбирать согласно приложению Г СП 16.13330.2011

Из таблицы мы можем определить рекомендуемые марки стали и сделать расчет. Если есть возможность выбора марки стали, то лучше попробовать несколько вариантов и на основании технико-экономического расчета выбрать лучший вариант.

классификация и типы по методу сборки, использования и назначения

Активное применение различных видов металлоконструкций в сфере строительства объясняется множеством факторов. В первую очередь, сокращением и упрощением процесса возведения объектов. Прочные и надежные конструкции являются частью несущих каркасов, фасадов и кровель, равномерно распределяя нагрузки на здание, а также выполняя защитную функцию.

Стоит отметить, что различные виды металлоконструкций в строительстве применяются не только для монтажа быстровозводимых сооружений, но и для возведения железнодорожных мостов, систем коммуникаций, небольших архитектурных форм и т.д.

Преимущества и недостатки металлоконструкций

Увеличенное число строительных объектов различного назначения на основе металлокаркаса говорит о том, что металлические конструкции обладают массой достоинств. Но по классике жанра, не обойтись без «ложки дегтя в бочке меда», с которой, к слову, строители сумели справиться.

Среди преимуществ можно выделить основные моменты:

1. Прочность и надежность – для изготовления конструкций применяются различные сплавы металла, который является одним из самых прочных материалов в строительстве.
2. Долговечность и устойчивость к агрессивной внешней среде – при соблюдении всех норм и правил изготовления/монтажа металлический каркас способен прослужить более 50 лет. Сами металлоконструкции покрываются полимерами или краской и проходят процесс оцинкования.
3. Вариативность сборки – элементы сооружения монтируются болтовым методом или методом сварки.
4. Всесезонность установки – для возведения из МК нет такого понятия как сезон строительства. Они легко монтируются при любых погодных условиях, а сам процесс установки не зависит от климатических осадков (дождь, снег).
5. Легкость и транспортабельность – небольшой вес и размеры позволяют, во-первых, строить объекты на мелкозаглубленном недорогом фундаменте, во-вторых, доставлять в любую точку РФ за считанные дни любым грузовым транспортом.
6. Невысокие цены – по сравнению с кирпичом, бетонными блоками и другими материалами традиционной технологии строительства, стоимость металлоконструкций в несколько раз ниже.

Что же касается «ложки дегтя», то можно выделить низкую пожароустойчивость и подверженность коррозии без должной защиты в виде покрытий – полимеры, краска, оцинкование.

Основные виды металлоконструкций

Металлоконструкции позволяют возводить сооружения любого назначения и уровня сложности: производственные цеха, складские помещения, автомойки и СТО, животноводческие комплексы и сельскохозяйственные хранилища. Такая широкая сфера применения обязывает к проектированию и изготовлению различных видов металлоконструкций, рассмотрим основные из них.

Классификация металлоконструкций по методу изготовления и сборки

В данной группе выделяют:

• сварные – применение технологии сварки;
• кованые – производство путем горячей ковки;
• болтовые (винтовые) – сборка на метизах;
• клепаные – соединение с помощью клепок;
• штампованные – производство методом штампа из листового материала, без швов и соединений;
• комбинированные – использование нескольких видов, например, сварно-литые, сварно-болтовые и т.д.

Классификация по типу использования металлоконструкций

Здесь выделяют только три типа металлоконструкций:

• цельнолитые (стационарные) – применяются для стационарного использования, т.е. остаются на одном месте неизменными;
• сборно-разборные – могут собираться и демонтироваться для повторного возведения на новом месте;
• трансформируемые – так же, как и предыдущий тип, поддаются сборке-разборке, при этом с одних и тех же элементов можно создавать различные технические формы и размеры.

Виды металлоконструкций по назначению

Принято различать две большие группы:

• несущие – в эту категорию относят каркасы из элементов, входящих в их состав, металлический остов придает зданию жесткость и задает его техническую форму;
• ограждающие – выполняют защитную функцию, в эту категорию относят сэндвич-панели, фасадные панели, воротные системы, ограждения и т.д.

Разновидность по типу материала для изготовления

Для производства применяется исключительно металл, а именно его сплавы:

• стальные;
• чугунные;
• алюминиевые.

Для изготовления металлоконструкций помимо стали, чугуна и алюминия, также может применяться их комбинация. Компания «Эвриал» готова предложить своим заказчикам технологию строительства гибридных сооружений на основе ЛСТК и горячекатаной двутавровой балки. Выгодное сочетание ЛМК и ЛСТК снижает финансовую нагрузку на заказчика, это никак не отразится на надежности и прочности каркаса. Более подробно о данном методе возведения вы можете узнать у нашего менеджера по номеру телефона, указанном на сайте, либо заказав обратный звонок.

Требования к защите металлических конструкций СП 28.13330.2017

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от количества электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что каждый атом имеет только один электрон, вносящий вклад в связь, но есть и другие проблемы:

• Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

• У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трехмерном пространстве. Они могут пересекать границы зерен. Несмотря на то, что узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

Теплопроводность

Металлы — хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным на единиц.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому перекатыванию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен — это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

Нагрев металла имеет тенденцию приводить атомы в более правильное расположение — уменьшая количество границ зерен и тем самым делая металл более мягким.Если стучать по металлу в холодном состоянии, образуется много мелких зерен. Таким образом, холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

.

Вопросы металлургии: Структура металла

Когда вы думаете о расплавленном металле, имейте в виду пару моментов. Во-первых, тепло перетекает в холод — всегда. И это становится более понятным, если учесть, что теплые атомы движутся быстрее, чем холодные. И эти быстро движущиеся атомы натыкаются на другие атомы, заставляя их двигаться быстро.

Более того, чем теплее металл — или любой другой материал, если на то пошло, тем быстрее движутся атомы, составляющие этот металл.Да, есть внутренние притяжения, которые помогают удерживать атомы в луже, не позволяя им просто испаряться, но факт в том, что если они будут двигаться достаточно быстро, то есть достаточно нагреются, они в конечном итоге испарятся, как водород и кислород. делать, когда вода закипает.

Когда тепловая энергия передается другой части, атомы отдают энергию, замедляясь и остывая. При испарении остается вода в виде пара.

Когда расплавленный металл охлаждается, атомные силы начинают притягивать или заставлять атомы превращаться в твердые частицы, называемые ядрами, которые принимают специфические и идентифицируемые кристаллические структуры.Поскольку ядра имеют кристаллическую структуру металла, к ядрам присоединяются дополнительные атомы. По мере того, как эти ядра становятся больше, они образуют зерна. Такое упорядоченное расположение атомов называется решеткой.

Но по мере того, как металл затвердевает и зерна растут, они растут независимо друг от друга, что означает, что в конечном итоге эти различные области растущих зерен должны встретиться. Когда они это делают, расположение атомов в зеренной структуре нарушается в этой точке встречи. Это называется границей зерен.Границы зерен образуют непрерывную сеть по всему металлу, и из-за нарушенной структуры на границе металл часто действует по-разному в местах границ.

Не говоря уже о границах зерен, каждое зерно в чистом металле имеет такую ​​же кристаллическую структуру, как и любое другое зерно, при той же температуре. Эта структура, которую можно идентифицировать под микроскопом, оказывает огромное влияние на характеристики металла.

Общие кристаллические структуры

Для наших целей все металлы и сплавы являются твердыми кристаллическими веществами, хотя некоторые металлы были образованы в лаборатории без кристаллической структуры.И большинство металлов принимают одну из трех различных решетчатых или кристаллических структур по мере их образования: объемно-центрированную кубическую (ОЦК), гранецентрированную кубическую (ГЦК) или гексагональную плотноупакованную (ГЦП). Расположение атомов для каждой из этих структур показано на рис. 1 .

Ряд металлов показан ниже с указанием их кристаллической структуры при комнатной температуре. И для справки: да, есть вещества без кристаллической структуры при комнатной температуре; например, стекло и силикон.

Алюминий — FCC

Хром — BCC

Медь — FCC

Железо (альфа) — FCC

Железо (гамма) — BCC

Железо (дельта) — BCC

Свинец — FCC

Никель — FCC

Серебро — FCC

Титан — HCP

Вольфрам — BCC

Цинк — HCP

Сплавы и атомное расположение

Все, что было описано до сих пор, относится к чистым металлам, что вызывает вопрос: что происходит, когда вы добавляете сплав или два? В конце концов, наиболее распространенные металлы — это сплавы, содержащие остаточные и добавленные металлические и неметаллические элементы, растворенные в основном металле.

Конечно, эти добавленные элементы могут существенно повлиять на свойства получаемого сплава. Но то, как эти элементы растворяются, или, другими словами, как они соединяются с существующими атомами в кристаллической решетке исходного металла, также может сильно влиять как на физические, так и нефизические свойства конечного продукта.

По сути, существует два способа соединения легирующего элемента (элементов), называемых растворенными веществами, с основным или исходным металлом, который также называют растворителем. Атомы сплава могут объединяться либо путем прямого замещения, создавая твердый раствор замещения, либо они могут объединяться между собой, образуя твердый раствор внедрения.

Замещающий твердый раствор. Когда атомы сплава похожи на атомы исходного металла, они просто заменят некоторые из атомов исходного металла в решетке. Новый металл растворяется в основном металле с образованием твердого раствора. Примеры включают медь, растворенную в никеле, золото, растворенное в серебре, и углерод, растворенный в железе (феррит).

Промежуточный твердый раствор. Когда атомы сплава меньше, чем атомы исходного металла, они будут помещаться между атомами в решетке исходного металла.Атомы сплава не занимают узлы решетки и не заменяют ни один из исходных атомов. Конечно, это вызывает напряжение в кристаллической структуре, потому что она не идеальна: есть атомы, занимающие пространство, которое изначально было незанятым.

Конечным результатом обычно является увеличение прочности на разрыв и уменьшение удлинения. Примеры включают небольшие количества меди, растворенной в алюминии и углероде, и азота, растворенного в железе и других металлах.

Фазы, микроструктуры и фазовые изменения

Часто ни прямой раствор, ни раствор внедрения не могут полностью растворить все добавленные атомы.И когда это происходит, результат — смешанные атомные группировки. Другими словами, в одном и том же сплаве существуют разные кристаллические структуры. Каждая из этих различных структур называется фазой, а сплав, который представляет собой смесь этих различных кристаллических структур, называется многофазным сплавом.

Эти различные фазы можно различить под микроскопом при полировке и травлении сплава. Перлит — хороший пример многофазного сплава из семейства углерод-железо.

Фазы, присутствующие в сплаве, наряду с общим расположением зерен и границами зерен, объединяются, чтобы сформировать микроструктуру сплава.И микроструктура сплава имеет решающее значение, поскольку в значительной степени отвечает как за физические, так и за механические свойства этого сплава.

Например, поскольку граничные области замерзают последними, когда сплав охлаждается, границы зерен содержат атомы с более низкой точкой плавления по сравнению с атомами внутри зерен. Эти инородные атомы вызывают искажение микроструктуры и упрочняют сплав при комнатной температуре. Но с повышением температуры прочность сплава снижается, потому что эти атомы с более низкой температурой плавления начинают плавиться раньше, что приводит к проскальзыванию между зернами.

Кроме того, посторонние атомы или атомы нестандартного размера имеют тенденцию скапливаться на границах зерен, поскольку атомная структура нерегулярна. Это может привести к образованию фаз, которые снижают пластичность и приводят к растрескиванию во время сварки.

Подумайте об этом: холодная обработка металла искажает всю его микроструктуру. Конечным результатом в большинстве случаев является то, что металл становится тверже. Атомы легирующего элемента искажают микроструктуру металла, и металл снова становится тверже. То же самое верно и для атомов сплава, которые растворяются в основном металле, а затем выпадают в осадок.Атомы уходят, но искажение остается, и металл тверже.

Размер зерна также важен. Вообще говоря, мелкозернистые металлы обладают лучшими свойствами при комнатной температуре. А размер определяется скоростью охлаждения. Быстрое охлаждение приводит к уменьшению зерен, и наоборот. Но факт в том, что размер зерна, структура границ зерен и присутствующие фазы важны. В целом, эти характеристики в совокупности определяют возможности и полезность металла.

Короче говоря, общая микроструктура металла определяет его характеристики.Сегодня почти каждый металл, который мы используем, представляет собой сплав с одним или несколькими элементами, добавленными для модификации, корректировки, исправления или изменения микроструктуры основного металла, создавая многофазную систему, которая может лучше удовлетворить наши потребности. И каждый раз, когда мы прикладываем резак к металлу, мы вызываем фазовый переход и влияем на его микроструктуру.

Это должно дать вам общее представление о структуре металлов и о том, что происходит, когда мы плавим их, чтобы сварить их вместе. В следующий раз мы рассмотрим фазовые превращения, содержание углерода, упрочнение, взаимосвязь между аустенитом и мартенситом и влияние сварки на металлургическую структуру.

.

Тенденция от неметалла к металлу в Группе 4

.

Проектирование и оптимизация металлических конструкций

перейти к содержанию

• О Эльзевире

  • О нас

  • Elsevier Connect

  • Карьера

• Продукты и решения

  • Решения НИОКР

  • Клинические решения

  • Исследовательские платформы

  • Исследовательский интеллект

  • Образование

  • Все решения

• Сервисы

  • Авторы

  • Редакторы

  • Рецензенты

.