Oțel aluminiu. Calități de aluminiu: tipuri, proprietăți și aplicații. Caracteristicile termice și de rezistență ale oțelului inoxidabil și aluminiului

În prezent, cel mai frecvent piata ruseasca Sistemele IAF pot fi împărțite în trei grupuri mari:

sisteme cu structuri de subplacare din aliaje de aluminiu;
sisteme cu structura de subplacare din otel zincat cu acoperire polimerică;
sisteme cu o structură de subplacare realizată din oţel inoxidabil.

Fără îndoială, structurile de subplacare din oțel inoxidabil au cele mai bune proprietăți de rezistență și termice.

Analiza comparativă a proprietăților fizice și mecanice ale materialelor

*Proprietățile oțelului inoxidabil și ale oțelului galvanizat diferă ușor.

Caracteristicile termice și de rezistență ale oțelului inoxidabil și aluminiului

1. Având în vedere capacitatea portantă de 3 ori mai mică și conductivitatea termică de 5,5 ori mai mică a aluminiului, suportul din aliaj de aluminiu este o „punte rece” mai puternică decât suportul din oțel inoxidabil. Un indicator al acestui lucru este coeficientul de omogenitate termică a structurii de închidere. Conform datelor cercetării, coeficientul de uniformitate termică a structurii de închidere la utilizarea unui sistem din oțel inoxidabil a fost de 0,86-0,92, iar pentru sistemele din aluminiu este de 0,6-0,7, ceea ce face necesară așezarea unei grosimi mai mari a izolației și, în consecință, crește costul fațadei.

Pentru Moscova, rezistența necesară la transferul de căldură a pereților, ținând cont de coeficientul de uniformitate termică, este pentru un suport din inox - 3,13/0,92=3,4 (m2.°C)/W, pentru un suport din aluminiu - 3,13/0,7= 4,47 (m2.°C)/W, adică Cu 1,07 (m2.°C)/W mai mare. Prin urmare, atunci când se utilizează console de aluminiu, grosimea izolației (cu un coeficient de conductivitate termică de 0,045 W/(m°C) ar trebui luată cu aproape 5 cm în plus (1,07 * 0,045 = 0,048 m).

2. Datorită grosimii și conductivității termice mai mari a consolelor din aluminiu, conform calculelor efectuate la Institutul de Cercetare pentru Fizica Construcțiilor, la o temperatură a aerului exterior de -27 °C, temperatura pe ancoră poate scădea până la -3,5 °C şi chiar mai jos, pentru că în calcule, aria secțiunii transversale a suportului de aluminiu a fost presupusă a fi de 1,8 cm 2, în timp ce în realitate este de 4-7 cm 2. Când se folosește un suport din oțel inoxidabil, temperatura pe ancoră a fost de +8 °C. Adică, atunci când se utilizează suporturi din aluminiu, ancora funcționează într-o zonă de temperaturi alternative, unde este posibilă condensarea umidității pe ancoră cu înghețare ulterioară. Acest lucru va distruge treptat materialul stratului structural al peretelui din jurul ancorei și, în consecință, va reduce capacitatea portantă a acestuia, ceea ce este deosebit de important pentru pereții din material cu capacitate portantă scăzută (beton spumos, cărămidă tubulară etc. .). În același timp, plăcuțele termoizolante de sub suport, datorită grosimii lor mici (3-8 mm) și conductivității termice ridicate (față de izolație), reduc pierderile de căldură cu doar 1-2%, adică. practic nu rupeți „puntea rece” și au puțin efect asupra temperaturii ancorei.

3. Dilatare termică scăzută a ghidajelor. Deformarea la temperatură a aliajului de aluminiu este de 2,5 ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil. Oțelul inoxidabil are un coeficient de dilatare termică mai mic (10 10 -6 °C -1) comparativ cu aluminiul (25 10 -6 °C -1). În consecință, alungirea ghidajelor de 3 metri cu o diferență de temperatură de la -15 °C la +50 °C va fi de 2 mm pentru oțel și 5 mm pentru aluminiu. Prin urmare, pentru a compensa dilatarea termică a ghidajului de aluminiu, sunt necesare o serie de măsuri:

și anume o introducere în subsistem elemente suplimentare- glisiere mobile (pentru console în formă de U) sau găuri ovale cu manșoane pentru nituri - fixare nu rigidă (pentru console în formă de L).

Acest lucru duce inevitabil la complicații și la creșterea costului subsistemului sau instalare necorespunzătoare(deoarece se întâmplă foarte des ca instalatorii să nu folosească bucșe sau să fixeze incorect ansamblul cu elemente suplimentare).

Ca urmare a acestor măsuri, sarcina de greutate cade doar pe consolele portante (superioare și inferioare), iar celelalte servesc doar ca suport, ceea ce înseamnă că ancorele nu sunt încărcate uniform și acest lucru trebuie luat în considerare la proiectare. documentatia proiectului, ceea ce de multe ori pur și simplu nu se face. În sistemele din oțel, întreaga sarcină este distribuită uniform - toate nodurile sunt fixate rigid - expansiunile minore ale temperaturii sunt compensate de funcționarea tuturor elementelor în stadiul de deformare elastică.

Designul clemei permite ca distanța dintre plăci în sistemele din oțel inoxidabil să fie de la 4 mm, în timp ce în sistemele din aluminiu - cel puțin 7 mm, ceea ce, de asemenea, nu se potrivește multor clienți și se strică aspect cladiri. În plus, clema trebuie să asigure mișcarea liberă a plăcilor de placare în funcție de cantitatea de prelungire a ghidajelor, altfel plăcile vor fi distruse (în special la joncțiunea ghidajelor) sau clema se va desface (ambele pot duce la căderea plăcilor de placare). Într-un sistem din oțel nu există pericolul ca picioarele clemei să se îndoiască, ceea ce se poate întâmpla în timp în sistemele din aluminiu din cauza deformărilor mari de temperatură.

Proprietățile de foc ale oțelului inoxidabil și aluminiului

Punctul de topire al oțelului inoxidabil este de 1800 °C, iar aluminiul este de 630/670 °C (în funcție de aliaj). Temperatura în timpul unui incendiu pe suprafața interioară a plăcii (conform rezultatelor testelor Centrului Regional de Certificare „OPYTNOE”) ajunge la 750 °C. Astfel, la utilizarea structurilor din aluminiu, poate apărea topirea substructurii și prăbușirea unei părți a fațadei (în zona deschiderii ferestrei), iar la o temperatură de 800-900 ° C, aluminiul însuși susține arderea. Oțelul inoxidabil nu se topește în foc, așa că este de preferat pentru cerințele de siguranță la incendiu. De exemplu, la Moscova în timpul construcției clădiri înalte Substructurile din aluminiu nu sunt permise deloc.

Proprietăți corozive

Astăzi, singura sursă de încredere privind rezistența la coroziune a unei anumite structuri de subplacare și, în consecință, durabilitatea, este opinia expertului ExpertKorr-MISiS.

Cele mai durabile structuri sunt realizate din oțel inoxidabil. Durata de viață a unor astfel de sisteme este de cel puțin 40 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie și de cel puțin 50 de ani într-o atmosferă curată condiționat de agresivitate scăzută.

Aliajele de aluminiu, datorită peliculei de oxid, au rezistență ridicată la coroziune, dar în condiții de niveluri ridicate de cloruri și sulf în atmosferă poate apărea o coroziune intergranulară cu dezvoltare rapidă, ceea ce duce la o scădere semnificativă a rezistenței elementelor structurale și distrugerea acestora. . Astfel, durata de viață a unei structuri din aliaje de aluminiu într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie nu depășește 15 ani. Cu toate acestea, conform cerințelor Rosstroy, în cazul utilizării aliajelor de aluminiu pentru fabricarea elementelor substructurii unui NVF, toate elementele trebuie să aibă în mod necesar un strat anodic. Prezența unei acoperiri anodice crește durata de viață a substructurii din aliaj de aluminiu. Dar atunci când se instalează o substructură, diferitele sale elemente sunt conectate cu nituri, pentru care sunt găurite, ceea ce provoacă o încălcare a acoperirii anodice în zona de fixare, adică se creează inevitabil zone fără un strat anodic. În plus, miezul de oțel al unui nit de aluminiu, împreună cu mediul de aluminiu al elementului, formează un cuplu galvanic, care duce și la dezvoltarea proceselor active de coroziune intergranulară în locurile în care sunt atașate elementele substructurii. Este de remarcat faptul că adesea costul scăzut al unui anumit sistem NVF cu o substructură din aliaj de aluminiu se datorează tocmai lipsei unei acoperiri anodice protectoare pe elementele sistemului. Producătorii fără scrupule de astfel de substructuri economisesc procese costisitoare de anodizare electrochimică pentru produse.

Oțelul galvanizat are o rezistență insuficientă la coroziune din punct de vedere al durabilității structurale. Dar după aplicarea stratului de polimer, durata de viață a unei substructuri din oțel galvanizat cu un strat de polimer va fi de 30 de ani într-o atmosferă industrială urbană de agresivitate medie și de 40 de ani într-o atmosferă condiționat curată, cu agresivitate scăzută.

După compararea indicatorilor de mai sus ai substructurilor din aluminiu și oțel, putem concluziona că substructurile din oțel sunt semnificativ superioare celor din aluminiu în toate privințele.

Atunci cand alegem produse metalice - balustrade si balustrade incalzite pentru prosoape, vase si garduri, gratare sau balustrade - alegem, in primul rand, materialul. În mod tradițional, oțelul inoxidabil, aluminiul și oțelul negru obișnuit (carbon) sunt considerate a concura. Deși au o serie de caracteristici similare, ele diferă totuși semnificativ unele de altele. Are sens să le compari și să ne dai seama care este mai bine: aluminiu sau oţel inoxidabil(oțelul negru, datorită rezistenței sale scăzute la coroziune, nu va fi luat în considerare).

Aluminiu: caracteristici, avantaje, dezavantaje

Unul dintre cele mai ușoare metale care sunt utilizate în general în industrie. Conduce foarte bine căldura și nu este supus coroziunii cu oxigen. Aluminiul este produs în câteva zeci de tipuri: fiecare cu aditivii săi care măresc rezistența, rezistența la oxidare și maleabilitatea. Cu toate acestea, cu excepția aluminiului foarte scump pentru avioane, toate au un dezavantaj: moliciunea excesivă. Piesele din acest metal sunt ușor deformate. De aceea, este imposibil să se utilizeze aluminiu acolo unde, în timpul funcționării, produsul este expus la presiuni ridicate (ciocanul de berbec în sistemele de alimentare cu apă, de exemplu).

Rezistența la coroziune a aluminiului oarecum prea scump. Da, metalul nu „putrezește”. Dar numai datorită stratului protector de oxid, care se formează pe produs în aer în câteva ore.

Oţel inoxidabil

Aliajul practic nu are dezavantaje – cu excepția prețului ridicat. Nu se teme de coroziune, nu teoretic, ca aluminiul, ci practic: nu apare nicio peliculă de oxid pe el, ceea ce înseamnă că, în timp, „ oţel inoxidabil„nu se estompează.

Puțin mai greu decât aluminiul, oțelul inoxidabil gestionează bine impacturile, presiune mareși abraziune (în special mărcile care conțin mangan). Transferul său de căldură este mai rău decât cel al aluminiului: dar datorită acestui lucru, metalul nu „transpiră” și există mai puțin condens pe el.

Pe baza rezultatelor comparației, devine clar că pentru a efectua sarcini care necesită greutate redusă a metalului, rezistență și fiabilitate, oțelul inoxidabil este mai bun decât aluminiul.

Astăzi, aluminiul este folosit în aproape toate industriile, de la producția de ustensile alimentare până la crearea de fuzelaje. nave spațiale. Pentru anumite procese de producție sunt potrivite doar anumite clase de aluminiu, care au anumite proprietăți fizice și chimice.

Principalele proprietăți ale metalului sunt conductivitatea termică ridicată, maleabilitatea și ductilitatea, rezistența la coroziune, greutatea redusă și rezistența ohmică scăzută. Ele depind direct de procentul de impurități incluse în compoziția sa, precum și de tehnologia de producție sau de îmbogățire. În conformitate cu aceasta, se disting principalele clase de aluminiu.

Tipuri de aluminiu

Toate tipurile de metale sunt descrise și incluse într-un sistem unificat de standarde naționale și internaționale recunoscute: EN european, ASTM american și ISO internațional. În țara noastră, clasele de aluminiu sunt definite de GOST 11069 și 4784. Toate documentele sunt luate în considerare separat. În același timp, metalul în sine este împărțit în grade, iar aliajele nu au semne definite în mod specific.

În conformitate cu standardele naționale și internaționale, ar trebui să se distingă două tipuri de microstructură de aluminiu nealiat:

puritate ridicată cu un procent de peste 99,95%;
puritate tehnică, care conține aproximativ 1% impurități și aditivi.

Compușii de fier și siliciu sunt cel mai adesea considerați impurități. Standardul internațional ISO are o serie separată pentru aluminiu și aliajele acestuia.

Clase de aluminiu

Tipul tehnic de material este împărțit în anumite clase, care sunt atribuite standardelor relevante, de exemplu AD0 conform GOST 4784-97. În același timp, metalul este inclus și în clasificare. frecventa inalta pentru a nu crea confuzie. Această specificație conține următoarele mărci:

Primar (A5, A95, A7E).
Tehnic (AD1, AD000, ADS).
Deformabil (AMg2, D1).
Turnătorie (VAL10M, AK12pch).
Pentru dezoxidarea oțelului (AV86, AV97F).

În plus, există și categorii de aliaje - compuși de aluminiu care sunt utilizați pentru a crea aliaje din aur, argint, platină și alte metale prețioase.

Aluminiu primar

Aluminiul primar (gradul A5) este un exemplu tipic al acestui grup. Se obține prin îmbogățirea aluminei. Metalul nu se găsește în natură în forma sa pură datorită activității sale chimice ridicate. Combinându-se cu alte elemente, formează bauxită, nefelină și alunită. Ulterior, din aceste minereuri se obține alumina, iar din aceasta, folosind procese chimice și fizice complexe, se obține aluminiu pur.

GOST 11069 stabilește cerințe pentru clasele de aluminiu primar, care ar trebui marcate prin aplicarea de dungi verticale și orizontale cu vopsea de neșters de diferite culori. Am gasit acest material aplicare largăîn industriile avansate, în principal unde materiilor prime sunt necesare caracteristici tehnice înalte.

Aluminiu tehnic

Aluminiul tehnic este un material cu un procent de impurități străine mai mic de 1%. Foarte des se mai numește și nedopat. Clasele tehnice ale aluminiului conform GOST 4784-97 se caracterizează prin rezistență foarte scăzută, dar rezistență ridicată la coroziune. Datorită absenței particulelor de aliere în compoziție, pe suprafața metalului se formează rapid o peliculă de oxid de protecție, care este stabilă.

Clasele de aluminiu tehnic se disting printr-o bună conductivitate termică și electrică. Rețeaua lor moleculară nu conține practic nicio impuritate care împrăștie fluxul de electroni. Datorită acestor proprietăți, materialul este utilizat în mod activ în fabricarea instrumentelor, în producția de echipamente de încălzire și schimb de căldură și articole de iluminat.

Aluminiu forjat

Aluminiul deformabil include un material care este supus unui tratament de presiune la cald și la rece: laminare, presare, trefilare și alte tipuri. Ca urmare a deformărilor plastice, din acesta se obțin semifabricate de diferite secțiuni longitudinale: tijă de aluminiu, tablă, bandă, placă, profile și altele.

Sunt prezentate principalele mărci de material deformabil utilizate în producția internă documente de reglementare: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 și OCT1 90026. Trăsătură caracteristică Materia primă deformabilă este o structură de soluție solidă cu un conținut ridicat de eutectic - o fază lichidă care este în echilibru cu două sau mai multe stări solide ale materiei.

Domeniul de aplicare al aluminiului deformabil, precum cel în care se folosește tija de aluminiu, este destul de extins. Se foloseste atat in zonele care necesita mari caracteristici tehnice din materiale - în construcția de nave și avioane și în șantiere de construcții ca aliaj pentru sudare.

Aluminiu turnat

Calitățile de turnătorie de aluminiu sunt utilizate pentru producția de produse modelate. Lor caracteristica principala este o combinație de rezistență specifică ridicată și densitate scăzută, care face posibilă turnarea produselor de forme complexe fără fisurare.

În funcție de scopul lor, gradele de turnătorie sunt împărțite în mod convențional în grupuri:

Materiale foarte ermetice (AL2, AL9, AL4M).
Materiale cu rezistență ridicată și rezistență la căldură (AL 19, AL5, AL33).
Substanțe cu rezistență ridicată la coroziune.

Foarte des, caracteristicile de performanță ale produselor din aluminiu turnat cresc diverse tipuri tratament termic.

Aluminiu pentru dezoxidare

Calitatea produselor fabricate este influențată și de ceea ce are aluminiul proprietăți fizice. Și utilizarea materialelor de calitate scăzută nu se limitează la crearea de produse semifabricate. Foarte des este folosit pentru dezoxidarea oțelului - îndepărtarea oxigenului din fierul topit, care este dizolvat în el și, prin urmare, îmbunătățește proprietățile mecanice ale metalului. Pentru a efectua acest proces, mărcile AB86 și AB97F sunt cel mai des folosite.