Металеві конструкції

АЛЮМІНІЄВІ СПЛАВИ ДЛЯ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

У чистому вигляді алюміній мало придатний для будівельних конструкцій через малу міцність (а()2 = 20...30 МПа, стм = 60...70 МПа). Але при цьому він має високу корозійну стійкість. У буді­вельних конструкціях використовують алюмінієві сплави, до складу яких входять такі легуючі ком­поненти: магній, марганець, кремній, мідь, цинк, нікель, залізо, титан, хром та інші. Легування алюмінію зумовлює суттєве поліпшення механіч­них якостей, але водночас знижує корозійну стійкість.

Алюмінієві сплави поділяють на два види: де­формаційні та ливарні.

Деформаційні алюмінієві сплави ви­користовують для отримання листів, стрічок, різноманітних профілів, прутів, труб шляхом про­катування, пресування, кування, штампування, гнуття та інших способів, які супроводжуються пластичним деформуванням матеріалу. Вироби з цих сплавів використовують у будівництві най - ширше.

Ливарні алюмінієві сплави застосовують у вигляді виливків. Внаслідок недостатньої плас­тичності їх використовують мало, лише у вигляді дрібних фасонних деталей.

Деформаційні сплави поділяють на декілька груп з таким маркуванням: А — технічний алю­міній з вмістом домішок до 1 %; АМц — алю - момарганцеві сплави, основним легуючим компо­нентом яких є марганець (1,0...1,6 %); АМг — ман - ганалі (наприклад, АМг-2) з вмістом магнію 1,8...2,8 % і марганцю 0,2...0,6 %); АВ — авіалі, сплави, леговані кремнієм, магнієм, міддю, мар­ганцем чи хромом з вмістом цих елементів відповідно близько 0,7, 1,0, 0,4, 0,25 %; сплави марки АД (наприклад, АД31 містить магнію 0,4...0,9 % і кремнію 0,3...0,7 %); Д — дюралюмінії з вмістом близько 4 % міді, 1,5 % магнію, 0,6 Щ марганцю; високоміцні складнолеговані сплави (наприклад, сплав 1915, що містить міді 0,1 %; магнію 1,3-1,8 %, марганцю 0,2...0,6 %; кремнію 0,3 %; цинку 3,4...4 %; хрому 0,08-0,2 %; цирконію 0,15-0,22 %; чи сплав 1925, вміст складників якого відповідно до сплаву 1915 становить 0,8 1,3...1,8 %; 0,3-0,7 %; 0,7 %; 3.4...4 %; 0,2 %■ 0.1... 0,2 %). Ливарні сплави позначають буквами AJI і порядковим номером сплаву. Наприклад, АЛ8 містить 9,5...11,5 % магнію, АЛ9 — 0.2...0.4 % маг­нію і 6...8 % кремнію.

Рекомендується також цифрове позначення алюмінієвих сплавів. Цифрою 1 позначають ос­нову всіх сплавів — алюміній. Друга цифра ха­рактеризує основний легуючий елемент чи їх групу. Останні дві цифри — номер сплаву. Де­формаційні сплави позначаються лише непарни­ми останніми цифрами, включаючи і нуль, а ли­варні — парними. Наприклад, технічний алюміній АДІ позначають 1013, алюмомарганцевий сплав АМц — 1400, манганаль АМг2 — 1520, авіаль АД31 — 1310. Для високоміцних сплавів засто­совують лише цифрові позначки.

Легуючими компонентами у структурі сплаву найчастіше є сполуки з алюмінієм. Так, при ле­гуванні магнієм утворюється алюмінат магнію, міддю — алюмінат міді. За наявності кремнію виділяються соліциди (наприклад, соліциди маг­нію). Загалом структура сплавів являє собою суміш кристалів алюмінію і сполук та компонентів легуючих домішок. На відміну від сталі тут немає значних зміцнювальних вкраплень, подібних до перліту. Зміцнювальні компоненті розподілені рівномірніше і впливають на процес деформуван­ня під навантаженнями більш плавно. Тому при силових впливах ділянка текучості в алюмінієвих сплавах не спостерігається. На рис. 2.4 зображені порівняльні діаграми деформацій деяких алюмі­нієвих сплавів.

Поліпшити механічні якості алюмінієвих спла­вів можна шляхом термічної чи механічної об­робки. Залежно від виду обробки в кінці позна­чення марки сплаву додається відповідна буква.

Постачання виробів з алюмінієвих сплавів ве­деться у м'якому відпаленому стані (умовна по­значка М), напівнагартованому (П), нагартовано­му (Н), термічно зміцненому і природно зістаре­ному (Т), термічно зміцненому та штучно зіста­реному (ТІ).

Відпаленого стану виробів з алюмінію досягають, витримуючи їх протягом 1,0... 1,5 год при 390...430 °С з подальшим повільним охолод­женням (на 30 °С за 1 год). Після відпалювання матеріал стає більш пластичним, але при цьому зменшується його міцність. Термічне зміцнення має дві стадії — гартування та старіння.

Гартування полягає у нагріванні до 450... 520 С й швидкому охолодженні найчастіше у воді, температура якої не нижча 20 °С. При цьому не­обхідно зазначити, що в алюмінієвих сплавах на відміну від сталі при температурних впливах структура не змінюється.

Відповідно до способу обробки такі сплави на­зиваються нагартованими (Н), чи напівнагаргова - ними (П). Через знижені значення відносного ви­довження нагартовані матеріали не рекомен­дується піддавати пластичному деформуванню (наприклад, гнуттю) та зварюванню, щоб уник­нути тріщин і розривів.

Старіння можливе природне — протягом 4...30 діб при кімнатній температурі і штучне — при температурі близько 150 °С протягом кількох годин. Природа старіння алюмінієвих сплавів така ж, як у сталі. Після термічної обробки межа міц­ності сплавів зростає в 1,3—2 рази, а відносне видовження дещо зменшується. Термічній обробці піддають високоміцні алюмінієві сплави, авіалі, дюралюміни. Механічні характеристики сплавів, що не піддаються термічному зміцненню, поліп­шують холодною обробкою — витягуванням.

Для будівельних конструкцій найчастіше ви­користовують такі марки: АДІМ, АМцМ, АМг2М, АМг2П, АДЗІТ, АДЗІТІ, 1915Т. Зазначені сплави добре зварюються і мають досить високу корозій­ну стійкість. Такі сплави, як 1925Т, дюралюміни, деякі авіалі не зварюються і тому можуть вико­ристовуватися лише в клепаних конструкціях чи в конструкціях зі з'єднаннями на болтах. . ....

Г, '11)1-1

Сплав марки 1915 самогартується при охолод­женні на повітрі. Цим пояснюється висока міц­ність зварних з'єднань цього матеріалу без до­даткової термічної обробки після зварювання.

Технічний алюміній та алюмінієві сплави, що мають малу міцність (АДІМ, АМцМ, АМг2М, АМг2П), рекомендуються для огороджувальних конструкцій (панелей, покрівель і стін, підвісних стель, переділок, віконних і дверних заповнень, вітражів тощо). У несучих конструкціях необхідно використовувати сплави, які мають підвищену міцність (АДЗІТ, АДЗІТІ, 1915Т, 1925). Для ви­готовлення алюмінієвих виливків рекомендуються ливарні сплави AJI8, AJI9.