Цветные металлы и сплавы

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве получили сплавы алюминия, применяемые в качестве конструк­ционного материала. Сплавы меди и титана употребляются глав­ным образом для запорно-регулировочной арматуры, водопровод­но-отопительных и электротехнических систем зданий и соору­жений.

Алюминий и его сплавы. Алюминий — металл серебристо-белого цвета плотностью 2 700 кг/м³, с температурой плавления 658 "С. Чистый алюминий вследствие малой прочности в строительных конструкциях применяется редко. Применение находят его спла­вы.

Сплавы алюминия характеризуются прочностью при растяже­нии R_p = 100...700 МПа и относительным удлинением б = 6...22 %. Модуль упругости алюминиевых сплавов почти в 3 раза ниже, чем у стали (0,7- 10⁵ МПа). Марки алюминиевых сплавов состоят из букв и цифр, характеризующих состав сплава. Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением).

Литейные сплавы вследствие их низкой пластичности применя­ются в строительстве только для опорных частей конструкций (сплав АЛ-8).

Деформируемые сплавы применяются для производства листов, прессованных профилей, труб и прутков, а также для изготовле­ния деталей ковкой и штамповкой. Их механические свойства по­вышают легированием (элементами Mg, Мп, Си, Si, Al, Zn), пластическим деформированием (нагартовкой) и закалкой с пос­ледующим старением при комнатной или повышенной темпера­туре.

Деформируемые сплавы подразделяются на термически упроч­няемые и неупрочняемые. К термически упрочняемым относятся:

1) авиаль (Al-Mg-Si) (АД31, АДЗЗ, АД35, АВ);

2) дюралюмин (Al — Си — Mg) (Д1, Д16);

3) высокопрочные сплавы на основе Al — Zn — Mg — (Си) (В92, В95);

4) ковочные жаропрочные сплавы (Al — Mg — Si — Си) (АК6, АК8).

К термически неупрочняемым относятся:

1) технический алюминий (сплав с содержанием примесей не более 1 %), обозначаемый буквой А с цифрой (например, А1);

2) алюминиево-марганцевый сплав (АМц);

3) алюминиево-магниевые сплавы (магналии) (АМг).

Вид обработки сплава обозначают буквами, добавленными че­рез черточку к основной марке: М — отожженный (мягкий); Н — нагартованный; Н2 — полунагартованный; Т — закаленный и ес­тественно состаренный; Т1 — закаленный и искусственно соста­ренный (при температуре 160... 180 °С); Т4 — неполностью зака­ленный и искусственно состаренный; А — без обработки давле­нием; плак. — плакированный; Б — без плакирования.

Плакировкой называется покрытие листов из алюминиевых спла­вов при прокатке тонким слоем (5 % от толщины листа с каждой стороны) чистого алюминия, предохраняющим основной металл от коррозии. Нагартовка и полунагартовка применяются для тер­мически неупрочняемых сплавов, закалка и старение — для тер­мически упрочняемых сплавов.

Особые группы сплавов составляют спеченные алюминиевые по­рошки (САП) и сплавы (САС), а также пенистый алюминий, полу­чаемый при замешивании порошка гидрида титана в жидком алю­минии. Пеноалюминий имеет плотность 300... 500 кг/м³, поэтому его можно применять как тепло- и звукоизоляционный материал.

Медь и ее сплавы. Медь в чистом виде имеет небольшую проч­ность и высокую пластичность. Температура ее плавления составля­ет 1 083 "С. Она плохо обрабатывается резанием, но хорошо дефор­мируется в холодном и горячем состояниях. В строительстве медь применяется для водопроводных труб и кровельной черепицы.

Сплавы меди (латуни и бронзы) в строительстве применяются для декоративных целей (поручни, накладки, арматура для две­рей и окон) и в сантехнике.

Латунь — сплав меди с цинком. Марки латуней обозначают буквой Л и цифрами, означающими содержание меди в процен­тах. Прочность латуней при растяжении R_p - 250...600 МПа. Для улучшения свойств латуни подвергают холодному и горячему де­формированию, рекристаллизационному отжигу при температу­ре 500...700°С и легированию добавками Sn, Si, Мп, Al, Fe, Pb, повышающими прочность, коррозионную стойкость и антифрик­ционные свойства. Специальные латуни маркируют следующим образом: ЛА77-2 (латунь, содержащая 77 % Си, 2 % А1 и 21 % Zn); ЛАЖ60-1-1 (латунь, содержащая 60% Си, 1 % Al, 1 % Fe и 38 % Zn). Они представляют собой однородные твердые растворы и поэтому очень пластичны.

Оловянистая бронза представляет собой твердый раствор 4 — 5%-го олова в меди. При большем содержании олова пластичность и литейные свойства бронзы резко снижаются. Перед обработкой давлением бронзу подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600...650°С. Для улучшения литейных свойств и по­вышения прочности в бронзу вводят до 1 % фосфора. Бронзы, об­рабатываемые давлением, имеют прочность R_p - 350...400 МПа, пластичность 8 = 40...70% (после отжига) и 8 = 4... 12% (после холодной деформации).

Алюминиевые и кремнистые бронзы (сплавы меди с алюминием и кремнием) имеют механические свойства, аналогичные оловя-нистым бронзам, но более стойки в агрессивных средах.

Бериллиевые бронзы (сплавы меди с бериллием) содержат 2,0... 2,5 % Ве и обладают наилучшими свойствами из всех бронз. После закал­ки при 760...780°С и старения при 300...350°С механические свойства бериллиевой бронзы составляют: R_p = 1 300... 1 350 МПа, 8 = 1,5%.

Свинцовые бронзы (сплавы меди со свинцом) содержат до 30 % свинца. Их компоненты не образуют твердых растворов. Они име­ют невысокую прочность (Я_р - 60 МПа) и пластичность (8 = 4 %).

Маркируют все бронзы аналогично латуням. Например: БрОЦСНЗ-7-5-1 — оловянистая бронза, содержащая 3% Sn, 7% Zn, 5% Pb, 1 % Ni и 84% Си; БрАЖН 10-4-4 - алюминиевая бронза, содержащая 10% А1, 4% Fe, 4% Ni и 82% Си.

Титан и его сплавы. Титан — металл серебристо-белого цвета, плавящийся при температуре 1 665 "С. Существуют две модифика­ции титана: при температуре ниже 882 °С — а-титан с гексаго­нальной решеткой плотностью 4 505 кг/м³; при температуре 900 °С и выше — (i-титан с объемоцентрированной кубической решет­кой плотностью 4 320 кг/м³. Технический титан марок ВТ1-00, ВТ1-0 и ВТ1-1 (Д, = 300...350 МПа, 8 = 20...30%) хорошо обра­батывается давлением и сваривается. Для улучшения свойств ти­тан легируют добавками Al, Mo, V, Мп, Сг, Sn, Fe, Zn, Si.

Различают а-сплавы и (а + Р)-сплавы титана. Первые представ­ляют собой твердые растворы с алюминием и легирующими эле­ментами (Sn, Zn и Mo, Fe, Сг) в а-титане. Они не упрочняются термообработкой и подвергаются только рекристаллизационному отжигу при температуре 780... 850 °С. Вторые состоят из а и р твер­дых растворов и содержат кроме алюминия Сг, Mo, Fe. Они уп­рочняются закалкой и старением. Наиболее распространенные а-сплавы (ВТ5, ВТ5-1, ОТ4) имеют следующие показатели: /?_р = = 700...950 МПа; 8 = 12...25%; (а + р)-сплавы (ВТ6, ВТ8, ВТ14) имеют следующие показатели: R_p = 950... 1 400 МПа; 8 = 8... 15 %. Титановые сплавы коррозионностойки, хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях, поддаются сварке.

Изделия из цветных металлов. Цветные металлы дороже стали и чугуна, поэтому применяются в случаях, когда необходимы их специфические свойства: стойкость к коррозии, высокая тепло­проводность, электропроводность, декоративные свойства, харак­терная для алюминия и его сплавов малая масса.

В качестве кровельных материалов применяются медь, алюми­ний и цинк-титановый сплав. Для устройства медной кровли по фальцевой технологии используют медную ленту, ко­торая выпускается в рулонах. Алюминий применяется как для из­готовления металлочерепицы, так и для устройства фальцевых кровель.

В европе достаточно распространены кровли из Х)-цинка — цинка, легированного титаном и медью.

Алюминиевые сплавы применяют для изготовления гнутых и прессованных профилей, штамповок, гофрированных листов раз­личной формы. Из таких элементов выполняются различные сбор-но-разборочные и листовые конструкции, несущие конструкции навесных фасадов, трехслойные панели (типа «сандвич») наруж­ных стен и покрытий, подвесные потолки, сайдинг, декоратив­ные накладки, дверные и оконные переплеты.

Сплавы меди используют для производства водопроводных труб, фитингов, дверной и оконной фурнитуры, декоративных деталей интерьера и фасадов.