Всі метали мають кристалічну структуру. У розплавленому стані атоми металів знаходяться в хаотичному русі, а при переході в твердий стан вони орієнтуються певним чином в просторі, утворюючи кристалічну решітку. Будова решітки і розташування в ній атомів залежить від виду металу. Найбільш поширеними типами кристалічної решітки є кубічна - у заліза і гексагональна - у алюмінію.
Розглянуті види кристалічних решіток характерні для ідеальних кристалів. Для реальних металів і сплавів характерна наявність різних дефектів. Дефекти бувають точкові, лінійні, і поверхневі. До найпростіших точкових дефектів відносяться вакансії і межузельние атоми.
Вакансією називається порожній вузол кристалічної решітки. Межузельним атомом називається атом, переміщений з вузла в позицію між атомами. Вакансії і межузельние атоми є в кристалах при будь-якій температурі вище абсолютного нуля через теплових коливань атомів.
До лінійним дефектів відносяться дислокації. Дислокації утворюються за рахунок порушення правильного чергування атомних площин при кристалізація, а також в результаті великого числа вакансій.
Поверхневі дефекти утворюються в більших структурах металу, наприклад, на кордоні зерен, тобто груп кристалів, які можуть бути зорієнтовані в просторі по-різному.
Всі фізико-механічні властивості металів і їх особливості є наслідком кристалічної решітки. Висока міцність металів пояснюється наявністю сил, що утримують атоми в певних місцях кристалічної решітки. В основі пружних деформацій лежить оборотне усунення атомів кристалічної решітки від положення рівноваги. В основі пластичного деформування металів лежить переміщення дислокацій практично при будь-яких температурах і навантаженнях.
Основні властивості металів:
Наявність площин ковзання.
Площина ковзання зазвичай виникає в кристалі в місці найбільшої концентрації атомів.
Наклеп - це зміцнення металу в процесі його пластичної деформації.
Сутність наклепу полягає в тому, що при переміщенні одних частин кристалів щодо інших по площинах ковзання, спотворюється їх форма, вони повертаються, частина кристалів може зазнати злам, що призводить до утворення структури типу мозаїчної. Це призводить до збільшення опору металу деформації, а отже, до підвищення його міцності.
Властивість металу мати кілька модифікацій. Багато метали, наприклад залізо, можуть переходити з однієї модифікації в іншу, тобто можуть мати різні типи кристалічної решітки.
Застосування металів у будівництві
По застосуванню, стали поділяються на конструкційні та інструментальні. Конструкційні стали використовуються для виготовлення різних будівельних конструкцій і деталей машин, а інструментальні - для виготовлення інструменту (застосовуються високовуглецеві стали).
Будівельні стали, є маловуглецевої. Середньовуглецеві стали, в основному застосовують в машинобудуванні.
Будівельні і машинобудівні стали відносять до групи конструкційних сталей.
За механічним характеристикам конструкційні стали ділять на сім марок. Сто, Ст1, Ст2, СТЗ, Ст4, Ст5, Ст6. Основними будівельними сталями є СТЗ і Ст5, з яких виготовляють несучі металеві конструкції і арматуру для залізобетону. З сталей Ст4 і Ст5 виготовляють також болти, шурупи і т.д.
Вуглецеві сталі звичайної якості в залежності від гарантованих властивостей об'єднують в групи А, Б і В. У маркуванні цю букву додають спереду, а в кінці маркування - спосіб розкислення. спокійний - сп, напівспокійних - пс, киплячий - кп, наприклад: АСтЗпс, ВСт4пс. По групі А стали поставляють з гарантованими механічними властивостями, по групі Б - хімічним складом, по групі В - за механічними властивостями і хімічним складом.
У будівництві сталь застосовують у вигляді прокатних виробів, що мають різну форму поперечного перерізу - профіль. Використовують сталь в будівництві для виготовлення несучих конструкцій: колон, балок, ферм. З низьколегованих сталей виготовляють різні види арматури періодичного профілю (для залізобетону). Також сталь використовується для виготовлення віконних і дверних палітурок.
Основним способом отримання сталевих виробів є гаряча прокатка. Цим способом отримують різні профілі, листи, стрижні, труби. Вироби в цьому випадку називають гарячекатаний.
Важливою особливістю сталей є здатність покращувати свої фізико-механічні властивості і, зокрема, міцність в результаті термічної і механічної обробки.
До термічним видам обробки, що застосовуються для будівельної сталі, відносять загартування і відпустку. Загартування сталі полягає в нагріві її до високих температур з наступним охолодженням у воді, маслі, розплавленому свинці. Структура і властивості загартованих сталей залежать від швидкості охолодження. Стали, що пройшли загартування, мають підвищену міцність і твердість, однак при цьому мають схильність до крихкого руйнування.
Відпустка стали виробляють з метою зменшення внутрішньої напруги, що виникають при загартуванню, а також для зниження крихкості і твердості загартованої сталі. Стали при цьому нагрівають до температури не вище 600 ° С і після ізотермічної витримки поступово охолоджують.
Дріт виготовляють шляхом витяжки (волочіння). Деякі види арматури періодичного профілю виготовляють шляхом холодного сплющивания. І в тому і в іншому випадку сталь зміцнюється за рахунок наклепу. Арматуру при цьому називають холоднотянутой.
Арматуру класифікують за чотирма ознаками:
в залежності від технології виготовлення розрізняють стрижневу і дротяну арматуру. Під стрижневий в даній класифікації мають на увазі арматуру будь-якого діаметру в межах d = 6. 40 мм;
в залежності від способу подальшого зміцнення гарячекатана арматура може бути термічно зміцненої, тобто підданої термічній обробці, або зміцненої в холодному стані - витяжкою, волочінням
за формою поверхні арматура буває періодичного профілю і гладкою. Виступи у вигляді ребер на поверхні стрижневий арматури періодичного профілю, рифи або вм'ятини на поверхні дротяної арматури значно покращують зчеплення з бетоном;
за способом застосування при армуванні залізобетонних елементів розрізняють напружену арматуру, тобто подвергаемую попередньою натягу, і ненапрягаемую.
Стрижнева гарячекатана арматура в залежності від її основних механічних характеристик поділяється на шість класів з умовним позначенням: А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI. Термічного зміцнення піддають стрижневу арматуру чотирьох класів; зміцнення в її позначенні відзначається додатковим індексом «т»: Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. Додатковою літерою С вказується на можливість стикування зварюванням, буквою К - на підвищену корозійну стійкість. Піддана витяжці в холодному стані стрижнева арматура класу А-III, зазначається додатковим індексом В.
Стрижнева арматура всіх класів має періодичний профіль за винятком круглої (гладкою) арматури класу А-I.
Арматурний дріт діаметром 3. 8 мм поділяють на два класи: Вр-I - звичайна арматурний дріт (холоднотянутая, низьковуглецевий), призначена головним чином для виготовлення зварних сіток; По-II, Вр-II-високоміцний арматурний дріт (багаторазового волочіння, вуглецева), що застосовується як напружену арматуру попередньо напружених елементів. Періодичний профіль позначається додатковим індексом «р»: Вр-I, Вр-II.
Застосування в будівництві алюмінієвих сплавів:
Чистий алюміній застосовують для влаштування покрівлі будівлі.
З стрічок алюмінію, переплетених один з одним, роблять бесчердачниє покриття великого прольоту. Залишається лише покласти теплу покрівлю.
З прокатних профілів виготовляють віконні та дверні рами.
З прокату виготовляють ферми і арки для перекриття великих прольотів. Виграш малу вагу.
Збірно-розбірні споруди різного типу.
Несучі конструкції верхніх поверхів будівель в сейсмічних районах, а також в будівлях з агресивними середовищами.
Листи з алюмінієвих сплавів застосовують для облицювання внутрішніх і зовнішніх стін.