Рис. 1.7. Характеристика алюминиевых сплавов а - диаграммы растяжения; I - чистый алюминий; 2 - сплав 19156; 3 - сплав 1915Т1; 4 - сталь С245; б - зависимость временного сопротивления (I) и условного предела текучести (2)
от температуры
Алюминий не имеет площадки текучести; прямая упругих деформаций непосредственно переходит в кривую упругопластических деформаций (рис. 1.7). Алюминий очень пластичен; удлинение при разрыве достигает 40-50%, но прочность его весьма низка: & и = 6-7 кН/см , а условный предел текучести ё 02 = 2-3 кН/см. Чистый алюминий быстро покрывается прочной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшему развитию коррозии.
Вследствие весьма низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется довольно редко. Значительное увеличение прочности алюминия достигается путем легирования его магнием, марганцем, медью, кремнием, цинком и некоторыми другими элементами.
Временное сопротивление легированного алюминия (алюминиевых сплавов) в зависимости от состава легирующих добавок в 2-5 раза выше, чем технически чистого; однако относительное удлинение при этом соответственно в 2-3 раза ниже. С повышением температуры прочность алюминия снижается и при температуре свыше 300°С близка к нулю (см. рис. 1.7).
Особенностью ряда многокомпонентных сплавов А1-Mg-Si, Al-Си-Mg, Al-Mg-Zn является их способность к дальнейшему увеличению прочности в процессе старения после термической обработки; такие сплавы называются термически упрочняемыми.
Временное сопротивление некоторых высокопрочных сплавов (системы А1-Mg-Zn) после термической обработки и искусственного старения превышает 40 кН/см ; относительное удлинение при этом составляет всего 5- 10%. Термическая обработка сплавов двойной композиции (А1-Mg, Al-Мп) к упрочнению не приводит; такие сплавы получили название термически неупрочняемых.
Повышение условного предела текучести 8 о2 изделий из этих сплавов в 1,5-2 раза может быть достигнуто холодной деформацией (нагартовкой), относительное удлинение при этом также существенно снижается. Следует отметить, что показатели всех основных физических свойств сплавов вне
зависимости от состава легирующих элементов и состояния практически не отличаются от показателей для чистого алюминия.
Коррозионная стойкость сплавов зависит от состава легирующих добавок, состояния поставки и степени агрессивности внешней среды.
Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов изготавливают на специализированных заводах: листы и ленты - прокаткой на многовалковых станах; трубы и профили - методом экструзии на горизонтальных гидравлических прессах, позволяющим получить профили самой разнообразной формы сечения, в том числе и с замкнутыми полостями.
На отправляемых с завода полуфабрикатах указывается марка сплава и состояние поставки: М - мягкое (отожженное); Н - нагартованное; Н2 - полунагартованное; Т - закаленное и естественно состаренное в течение 3-6 сут при комнатной температуре; Т1 - закаленное и искусственно состаренное в течение нескольких часов при повышенной температуре; Т4 - не полностью закаленное и естественно состаренное; Т5 - не полностью закаленное и искусственно состаренное. Полуфабрикаты, поставляемые без обработки, дополнительного обозначения не имеют.
Из большого числа марок алюминия к применению в строительстве рекомендуется всего семь:
термически неупрочняемые сплавы: АД1 и АМцМ; АМг2М и АМг2МН2 (листы); АМг2М (трубы);
термически упрочняемые сплавы: АД31Т1; АД31Т4 и АД31Т5 (профили); 1915 и 1915Т; 1925 и 1925Т; 1935, 1935Т, АД31Т (профили и трубы).
Все указанные выше сплавы, за исключением сплава 1925Т, который используется только для клепаных конструкций, хорошо свариваются. Для литых деталей используется литейный сплав марки АЛ8.
Конструкции из алюминия благодаря малой массе, стойкости против коррозии, хладностойкости, антимагнитности, отсутствию искрообразования, долговечности и хорошему виду имеют широкие перспективы применения во многих областях строительства. Однако из-за высокой стоимости использование алюминиевых сплавов в строительных конструкциях ограничено.
1.3. Влияние различных факторов на свойства стали
1.3.1. Старение. При температурах ниже температуры образования феррита растворимость углерода ничтожна, но все же в небольшом количестве он остается. При благоприятных обстоятельствах углерод выделяется и располагается между зернами феррита, а также группируется у различных дефектов кристаллической решетки. Это приводит к повышению предела текучести и временного сопротивления и уменьшению пластичности (рис. 1.8) и сопротивления хрупкому разрушению. Наряду с углеродом выделяются азот и карбиды, которые производят аналогичное действие. Перестройка структуры и изменение прочности и пластичности происходят в течение достаточно длительного времени, поэтому данное явление называется старением.
Старению способствуют, во-первых, механические воздействия, особенно развитие пластических деформаций (механическое старение), во-вторых, температурные колебания, приводящие к изменению растворимости и скорости
10 30 20 10
II о 12 IB 201,%
6,1<н/см диффузии компонентов, а вследствие
50 \ I ГТ1 I I I этого - к их выделению (термичес-
кое старение, дисперсионное твердение). Путем нагрева до невысокой температуры (150-200°С) можно резко усилить процесс старения.
При пластическом де-
формировании и последующем небольшом нагреве интенсивность старения резко повышается (искусственное старение). Поскольку старение снижает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, оно рассматривается как явление отрицательное для сталей. Наиболее подвержены старению стали, загрязненные и насыщенные газами, например кипящая сталь.
Для алюминиевых сплавов термическое старение используется для повышения прочности.
1.3.2. Наклеп. Повторные загружения в пределах упругих деформаций (до предела упругости) не изменяют вида диаграммы работы стали; нагру-жение и разгрузка будут происходить по одной линии (рис. 1.9,а).
Рис. 1.8. Влияние старения на свойства стали
1 - сталь в исходном состоянии; 2 - сталь после старения
Рис. 1.9. Диаграммы деформирования стали при повторном нагружений
а - в пределах упругих деформаций; 6 -с перерывом (после "отдыха"); в -без перерыва
Если образец загрузить до пластического состояния и затем снять нагрузку, то появится остаточная деформация £ ост (рис. 1.9,6). При повторном нагружений образца после некоторого "отдыха" материал работает упруго до уровня предыдущего загружения. Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации называется наклепом. При наклепе искажается атомная решетка и увеличивается плотность дислокаций (см. п. 1.4.1). Пластичность стали снижается, повышается опасность хрупкого разрушения, что неблагоприятно сказывается на работе строительных конструкций.
при повторном зафужении без "отдыха" диафамма разрузки и нафузки имеет петлеобразный характер (рис. 1.9,в).
