Способы защиты металла от коррозии.

 

1) Покрытие металла различными красками, лаками, эмалями, полимерными материалами.

2) Легирование стали.

3) Воронение - получение на поверхности металла защитного слоя, состоящего из оксидов данного металла.

4) Покрытие металла пленкой из другого металла, менее подверженного коррозии в данных условиях.

Металлические покрытия наносятся горячим и гальваническим методами и металлизацией. Горячий метод - изделие погружают в ванну с расплавленным защитным металлом, температура плавления которого ниже температуры плавления изделия. Гальванический метод - изделие погружают в солевой раствор в качестве катода, а осаждаемый металл служит анодом; при действии постоянного электрического тока на изделии создается тонкий слой защитного покрытия. Металлизация - покрытие поверхности изделия расплавленным металлом, распыляемым сжатым воздухом.

5) Оксидирование - создание на поверхности металла пассивирующей пленки в кислой или щелочной среде в присутствии сильных окислителей (концентрированная азотная кислота, растворы марганцевой и хромовой кислоты), так называемое катодное окисление.

6) Фосфатирование - получение на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца путем погружения металла в горячие растворы кислых фосфатов железа или марганца.

 

Производство металлических изделий

 

ПРОКАТКА - обжатие стального слитка,  разогретого до температуры 900...1250˚С, до требуемой формы и размеров путем пропуска его через ряд валков с уменьшающимся зазором.

Прокаткой получают балки, рельсы, листовую и прутковую сталь, арматуру, трубы. После прокатки изделия подвергают необходимой термической обработке.

КОВКА - процесс деформации металла под действием повторяющихся уларов молота или пресса. Ковка может быть свободной, когда металл под ударами молота растекается свободно, и штампованная, когда металл под ударами молота заполняет формы штампа, а избыток его вытекает в специальную канавку и отреза-

ется.

Штамповка позволяет получить изделия очень точных размеров. Клепка также относится к операциям ковки.

ВОЛОЧЕНИЕ - протягивание металлической заготовки через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки, металл обжимается, а профиль его строго соответствует форме отверстия. Заготовки - это предварительно прокатанный или прессованный пруток или труба.

Волочение проводят в холодном состоянии, изделие получается точных профилей и с гладкой поверхностью.

Волочением изготавливают трубки, круглые, квадратные и шестигранные прутки.

 

Сварка металлов

 

Сварку металлов классифицируют по виду используемой энергии на газовую и электрическую, по состоянию металла в зоне сварки на пластическую и сварку плавлением.

 

Газовая сварка.

 

Газовая сварка заключается в расплавлении металла в месте стыка деталей теплом, получаемым при горении газа или жидкого топлива в смеси с кислородом.

В качестве горючего газа чаще всего применяется смесь ацетилена и кислорода. Для заполнения шва используют сварную проволоку, близкую по составу металла свариваемым деталям.

Применяют газовую сварку для соединения тонкостенных конструкций из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и чугуна.

В строительстве она имеет ограниченное применение из-за высокой стоимости по сравнению с электросваркой.

 

Электрическая сварка.

 

Электрическая сварка производится за счет тепла, выделяемого электрическим током; она подразделяется на

- электрическую сварку сопротивлением или контактную сварку (стыковую, точечную и роликовую),

- электродуговую сварку,

- газодуговую сварку.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА СОПРОТИВЛЕНИЕМ или контактная сварка - это процесс соединения деталей путем нагрева их до пластического состояния с последующим сдавливанием, которое облегчает взаимное проникновение атомов одного металла в другой.

Контактная сварка - один из производительных видов сварки давлением. Процесс сварки можно легко механизировать и автоматизировать, поэтому ее широко применяют в машиностроении и строительстве.

СТЫКОВАЯ СВАРКА СОПРОТИВЛЕНИЕМ заключается в том, что изделие помещают в зажимы машины, прижимают друг к другу, затем включают ток. После нагрева металла в местах контакта происходит сварка.

СТЫКОВАЯ СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ заключается в том, что расплавление металла в местах контакта происходит при непрерывном сближении торцов свариваемых деталей. После полного сближения происходит сварка при их механическом сжатии.

Стыковую сварку используют для продольного соединения деталей арматуры, наращивание стержней, колонн и т.д.

ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА применяется для соединения деталей " внахлестку" или в месте их пересечения; их зажимают между двумя электродами, на которые подается ток большой силы. Сварка происходит за доли секунды.

Применяется она для изготовления сеток и каркасов арматуры железобетона.

РОЛИКОВАЯ СВАРКА применяется для соединения листового металла. От точечной сварки она отличается тем, что стержневые электроды в ней заменены вращающимися роликами, которые захватывают листы и создают непрерывный шов.

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА осуществляется следующим образом: один провод от источника тока присоединяется к свариваемой детали, второй - к электроду. При замыкании цепи между концом электрода и деталью возникает электрическая дуга, в зоне которой плавятся кромки детали и электрод.

Металл электрода заполняет зазор между деталями, образуя сварной шов, прочность которого зависит от глубины провара.

В зависимости от природы свариваемых деталей электроды применяются графитовые, металлические, чугунные, алюминиевые и другие. Электроды покрывают специальной обмазкой, которая повышает устойчивость горения дуги и образует шлаковую защиту шва, предохраняя расплавленный металл от окисления в процессе

сварки.

Применяется электродуговая сварка для сварки цветных металлов, наплавления металлов, сварки тончайших стальных листов, для сварки чугунов, для сварки конструкций и арматуры.

ГАЗОДУГОВАЯ СВАРКА делится на аргоновую и водородную. В том и другом случае электрическая дуга возбуждается между двумя вольфрамовыми электродами; в первом случае в защитной среде аргона, во втором - водорода.

При газодуговой сварке обеспечивается получения шва высокого качества. Ее применяют для сварки тонкостенных конструкций из легированных и высоколегированных сталей, окалиностойких магниевых и алюминиевых сплавов и сплавов, обладающих высокой антикоррозионной стойкостью.

При любом виде сварки структура металла в зоне сварки меняется в зависимости от температуры и времени охлаждения. Для получения необходимой структуры пользуются последующей термообработкой (закалкой, отпуском, отжигом, нормализацией).

Лучше всего свариваются малоуглеродистые стали (С < 0,2%) и стали с большим содержанием углерода (С > 0,4%), а также чугуны, предварительно подогретые для устранения трещин, возникающих рядом со сварным швом. Наличие примесей ухудшает свариваемость металла.

 

Газовая резка металлов

 

Принцип газовой резки заключается в нагреве металла до температуры воспламенения в среде кислорода, сжигании его и выдувании образовавшихся оксидов струей кислорода.

Железо-углеродистые сплавы, содержащие углерода до 0,7 % имеют температуру горения ниже температуры плавления и хорошо режутся. С повышением содержания углерода температура горения приближается к температуре плавления, и сплавы плохо поддаются резке.

Медь и алюминий газовой резке не поддаются, так как у них температура горения выше температуры плавления.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

 

1) Какие кристаллические решетки характерны для металлов?

2) Как формируется структура металла при охлаждении?

3) Какие виды деформации испытывает металл при растяжении?

4) Что представляет собой общая классификация металлов?

5) Какое сырье используется для производства чугунов?

6) Какие виды чугунов вы знаете?

  7) Охарактеризуйте основные способы производства стали.

8) Приведите классификацию углеродистых сталей и их маркировку.

9) Поясните на кривой охлаждения чистого железа его аллотропные превращения.

10) Охарактеризуйте основные структурные составляющие железо-углеродистых сплавов.

11) Виды термической обработки стали.

12) Какие углеродистые стали применяются для несущих конструкций зданий и сооружений?

13) Что такое легированные стали и как они классифицируются?

14) Какие легированные стали применяются для несущих конструкций зданий и сооружений?

15) Какие существуют виды коррозии металлов?

16) Как можно защитить металл от коррозии?

17) Что такое дюралюмины и где они применяются?

18) Какие существуют виды электрической сварки и где они применяются?

 

 

Т Е М А 6.

Д Р Е В Е С И Н А.

 

Широкое применение древесины в строительстве объясняется рядом положительных свойств: высоким коэффициентом конструктивного качества, малой теплопроводностью, легкостью обработки, технологичностью, высокой морозостойкостью, стойкостью ко многим химическим реагентам.

Однако древесина имеет и существенные недостатки: горит и гниет, коробится и растрескивается при изменении влажности и температуры, гигроскопична, обладает целым рядом пороков строения, разрушается насекомыми.

В зависимости от степени переработки древесины различают:

- лесные материалы, полученные только путем механической обработки ствола дерева (бревна, брус, пиломатериалы);

 

- готовые изделия и конструкции заводского изготовления (сборные дома и детали, клееные конструкции);

- синтетические материалы, полученные глубокой переработкой древесины (целлюлоза, древесно - волокнистые и древесно - стружечные плиты, фанера, арболит и т.д.).

 

Строение древесины

 

1) Макроструктура древесины - строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или под лупой (рис. 6.1).

 

 КОРА состоит из корки

(1),пробковой ткани(2) и луба

(3).Корка и пробковая ткань

защищают древесину от

внешних воздействий, луб -

проводит питательные вещества

от кроны в ствол и корни.

 

 

 Рис. 6.1. Поперечный разрез.           

КАМБИЙ (4) - слой живых клеток. Ежегодно в вегетационный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба, а внутрь ствола в значительно большем объеме клетки древесины. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью, поэтому древесина состоит из ряда концентрических слоев.

Каждое годовое кольцо включает внутренний слой ранней древесины (весенний) и внешний поздней древесины (летней), имеющей более темный цвет и прочность относительно ранней.

ЗАБОЛОНЬ (5) - состоит из более молодой древесины, в которой еще имеются живые клетки, по которым питательные вещества идут от корней к кроне.

Эта часть древесины имеет большую влажность, легко загнивает, малопрочна, обладает большой усушкой и склонна к короблению.

ЯДРО (6) - спелая древесина, внутренняя часть ствола, состоящая из омертвевших клеток. Ядро более темное, так как клетки его постепенно пропитываются у хвойных пород смолой, у лиственных дубильными веществами, движение влаги по ним прекращается, поэтому стойкость к загниванию и прочность резко возрастают.

СЕРДЦЕВИНА (7) - рыхлая первичная ткань, имеет малую прочность и легко загнивает. Она не допускается в тонких досках и брусках, которые будут работать на изгиб и растяжение.

СЕРДЦЕВИННЫЕ ЛУЧИ (8) - служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания их запаса на зимнее время. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам и растрескивается при высыхании.

 

Древесные породы делятся на:

- ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень, платан, сосна, кедр, лиственница);

- спелодревесные, имеющие заболонь и спелую древесину, не отличающуюся по цвету от заболони (ель, пихта, бук и др.);

- заболонные, у которых отсутствует ядро и нельзя заметить разницы между центральной и наружной частью ствола (береза, осина, клен, ольха, липа)

 

2) Микроструктура древесины - структура видимая под микроскопом.

Основную массу древесины составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола; клетки сердцевинных лучей вытянуты в горизонтальном направлении.

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды в форме трубочек, идущих вдоль ствола, по которым влага идет от корней к кроне. Лиственные породы по распределению сосудов делятся на кольцесосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) и рассеяннососудистые (бук, граб, береза, осина и др.)

У хвойных пород сосудов нет, их роль выполняют удлиненные замкнутые клетки - трахеиды.

Определенные группы клеток выполняют различные функции: проводящие, запасающие, механические. Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, микрофибрилл, которые компактно уложены и направлены по спиралям под разным углом к продольной оси клетки в каждом слое.

Микрофибриллы состоят из высокомолекулярного природного полимера - целлюлозы [С₆Н₁₀О₅]_n, где n > 2500. В клеточной оболочке содержатся и другие природные полимеры - гемицеллюлоза, лигнин, которые размещаются преимущественно между фибриллами, а также немного неорганических солей щелочноземельных металлов.

 

Свойства древесины

 

1) Физические свойства.

 

ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ для всех древесных пород равна 1,54 г/см³, так как их основным составляющим веществом является целлюлоза.

СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ колеблется в широких пределах, так как строение и пористость растущего дерева зависит от почвы, кли мата, однако у большинства пород она менее 1 г/см³.

ПОРИСТОСТЬ колеблется у различных пород от 30 до 80 %.

ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ - свойство древесины легко сорбировать водяные пары из воздуха, так как она, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью.

ВЛАЖНОСТЬ - количество влаги в процентах по отношению к сухой древесине:

m_вл.-m

       W = ------- 100% (6.1.)

m

Влажность складывается из ГИГРОСКОПИЧЕСКОЙ, связанной в стенках клеток влаги, и КАПИЛЛЯРНОЙ, свободно заполняющей полости клеток и межклеточное пространство.

Предел гигроскопической влажности для разных пород составляет 25...35%, среднее значение принимается 30%, общая же влажность может достигать 40...200%.

РАВНОВЕСНАЯ ВЛАЖНОСТЬ - это та влажность, которую достигает древесина при длительном хранении на воздухе, она зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

Для комнатных условий равновесная

влажность – 8..12%, для открытого воздуха

15...18%. Определить равновесную влажность

можно по диаграмме Чулицкого, на которой представлена зависимость между

равновесной влажностью древесины и

относительной влажностью (%) и

температурой (t˚C) воздуха. С изменением влажности древесины изменяются ее

плотность и прочность, поэтому для

сопоставления различных древесных пород

абсолютные значения этих свойств приводят

к стандартной влажности, которая

принимается 12 %.

 

 

Рис. 6.2. Диаграмма

Чулицкого.

УСУШКА - уменьшение объема и размеров изделия в результате удаления связанной влаги (гигроскопической) из стенок клеток, таким образом влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности.

РАЗБУХАНИЕ - увеличение размера и объема изделий при их увлажнении в результате достижения стенками клеток предела гигроскопичности.

Вследствие неоднородности строения древесины она усыхает в различных направлениях неодинаково.

Основные разрезы древесины представлены на рис. 6.3.

 

1 - торцовый разрез,

или поперечный;

 

2 - радиальный разрез;

 

3 - тангенциальный

разрез.

 

Рис. 6.3. Основные разрезы ствола.

 

Максимальная линейная усушка вдоль ствола составляет 0,1%, в радиальном направлении - 3...6%, в тангенциальном - 6...12%.

Объемная усушка (без учета продольной) равна

ав - а_ов_о

                      У_в = ---------- 100% где     (6.2.)

а_ов_о

а и в, а_о и в_о - соответственно размеры влажного и размеры воздушно-сухого образца.

   Коэффициент объемной усушки:

У_v^max

                      К = ---------, где          (6.3.)

W_п.г.

У_v^max - максимальная объемная усушка, в %;

W_п.г. - предел гигроскопичности, в %.

Усушка и разбухание вызывают коробление и растрескивание древесины.

КОРОБЛЕНИЕ при сушке неизбежно вследствие различной усушки в радиальном и тангенциальном направлениях. Поэтому древесину используют с той равновесной влажностью, при которой она будет в условиях эксплуатации: для столярки 8...10 %, для наружных конструкций 15...18 %.

Для предотвращения возникновения трещин торцы бревен и брусьев обмазывают смесью извести, соли и клея.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ сухой древесины незначительна: поперек волокон она составляет 0,17 Вт/м˚С,вдоль волокон - 0,34 Вт/м˚С. Увеличение влажности древесины вызывает увеличение ее теплопроводности

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ древесины зависит от ее влажности. С увеличением влажности древесины растет ее электропроводность. Древесина, используемая для электрической проводки, должна быть сухой.

СТОЙКОСТЬ К ДЕЙСТВИЮ АГРЕССИВНЫХ СРЕД. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. При рН < 2 древесина быстро разрушается, слабощелочные растворы почти не разрушают древесину, в морской воде она разрушается значительно быстрее, чем в пресной, в воде большой биологи-ческой агрессивности стойкость древесины низкая.

 

2) Механические свойства.

 

Прочность древесины определяется на малых образцах без видимых пороков. Она характеризуется пределом прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее механические свойства различны вдоль и поперек волокон, при этом лучше всего она работает на растяжение.

Сравнительные механические характеристики древесины:

 

R^в_раст. в 2,5 раза больше R^в_сж; R^в_сж в 4...6 раз больше R^п_сж;

 

R_изг в 1,8 раза больше R^в_сж; R_изг примерно равно 70% R;

 

R^п_скола в 3...4 раза больше R^в_скола.

Предел прочности на растяжение древесины приближается к пределу прочности на растяжение стали и стеклопластиков.

Индексы "в" и "п" обозначают соответственно вдоль и поперек волокон.

Одноко, все механические показатели древесины резко снижаются из-за наличия сучков, трещин и других пороков.

Предел прочности при сжатии определяется на стандартных образцах - кубиках размером 30х20х20 мм. Расчетные формулы при испытании

  вдоль волокон R_сж=N_р/F; где F = 2х2 = 4 см²;      (6.4.)

  поперек волокон R_cж=N_р/F; где F = 3х2 = 6 см².       (6.5.)

 

Предел прочности при изгибе определяется на стандартных образцах - балочках размером 300х20х20 мм, при действии 2-х симметричных нагрузках, приложенных как указано на рис. 6.4.

                                 Расчетная формула:

3N_pl

          R_изг= -----;     (6.6.)

2bh²

 

 

Рис.6.4. Схема нагружения балочки.

Прочность древесины сильно зависит от влажности, когда она возрастает от О до 30 %. В интервале изменения влажности от 8 до 20% пересчет на прочность при влажности 12 % производится по формуле:

 

              R₁₂ = R_w [1 + α(W - 12)], где            (6.7.)

 

R₁₂ и R_w - соответственно пределы прочности при влажности

12 % и влажности в момент испытания;

α - коэффициент изменения прочности при изменении влажности на 1%; при сжатии и изгибе α = 0,04,при скалывании α = 0,03;

W - влажность образца в момент испытания.

Если влажность образца более 30 %, то стандартную прочность подсчитывают по формуле

                        R₁₂ = K₁₂ R_w,                 (6.8.)

где коэффициент К для различных пород находится в ГОСТе.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА древесины: хорошо строгается, пилится, сверлится, шлифуется, полируется, склеивается, разделывается на шпон, окрашивается, обладает хорошей гвоздимостью.