METALE I WYROBY Z METALU
Metalami nazywamy substancje które w skondensowanych stanach skupienia charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną , specyficznym połyskiem oraz nieprzezroczystością a w stanie stałym występują w formie krystalicznej. Do metali zalicza się 80 pierwiastków chemicznych oraz substancje składające się z dwóch lub więcej pierwiastków oraz zachowujące główne właściwości stanu metalicznego. Metale najczęściej spotykamy w postaci rudy będących związkami metalu i domieszek mineralnych. Metale techniczne i stopy uzyskuje się z rud za pomocą procesów metalurgicznych wiążących się z zaabsorbowaniem dużej ilości energiiProces otrzymania metalu z rudy można podzielić na trzy stadia:wstępna przeróbka polegająca na przygotowaniu rudy z jej wzbogaceniem ( ze zwiększeniem procentowej zawartości metalu)
właściwy proces metalurgiczny do otrzymania metalu surowego
rafinacja w wyniku której uzyskuje się metal do przeróbki plastycznej odlewania lub wytwarzania stopów.Większość procesów rafinacji polega na utlenieniu nieparzystych pierwiastków na tlenki.
Dla celów praktycznych metale dzieli się na:metale i stopy żelazne ( stal, żeliwo),metale i stopy nie żelazne – podstawowy składnik aluminium , miedź, cyna
Podział metali pod względem ich gęstoścido 4,5 g/cm3 lekkie Mg, Al.
więcej niż 4,5 g/cm3 ciężkie Fe, Cu,szlachetne odporne termicznie srebro, złoto, platyna
Podział na temp. topnienia łatwo topliwe 230 – 660C Sn,Pb,Zn
trudno topliwe 1080 – 1540 C Cu, Fe,bardzo trudno topliwe powyżej 2500C Nb, Mo, Ta, W
Metale i ich stopy mają zastosowanie w technice począwszy od materiałów konstrukcyjnych do budowy maszyn a skończywszy na materiałach dekoracyjnych.
W budownictwie pierwsze miejsce zużycia ma stal a później żeliwo.
Metale dla budownictwa-Zależnie od składu chemicznego rozróżniamy żeliwo i jego stopy , metale nieżelazne i jego stopy. Stopy żelaza z innymi składnikami, które stanowią pozostałość z rud
zostały wprowadzone poprawiając cechy metalu.Metale czyste charakteryzują się prawidłową budową przestrzenną i jednorodna strukturą. Skład chemiczny i inne właściwości chemiczne w całej jego objętości są jednakowe . Stopy metalu różnią się pod względem budowy przestrzennej od metali czystych. Stopy są substancją składającą się z dwu lub więcej pierwiastków chemicznych, jeden jest metalem. Stopy wytwarza się w celu polepszenia właściwości w porządnym kierunku ( wytrzymałość, odporność, korozje).
Żelazo i jego stopy-Surowce do wyprodukowania żelaza
Ze względu na małą odporność żelaza na czynniki agresywne, nie występuje on w przyrodzie w stanie czystym. Główne rudy tlenkowe występujące w przyrodzie ,z którego otrzymuje się żelazo to:
magnetyt ( Fe3O4) 50 – 70% Fe,hematyt ( Fe2O3) 30 – 64% Fe limonit ( 2Fe2O3 x 3H2O) 30 – 55 Fe,syderyt ( FeCO3) 25 – 45% Fe
Topniki – surowce mineralne których zadaniem jest obniżenie temp. topnienia w skale płonej towarzyszącej rudzie żelaza
Najczęściej stosowanymi topnikami są kamień wapienny i dolomit
W temp. > 1700C następuje stopienie się skały płonej z topnikiem które w postaci żużla oddzielane są od surówki płynnej
Proces wielkopiecowy Przedstawia się następująco:proces zapalenia koksu wysoka temp. C + O2 = CO2 i spaliny,przedostaje się ku górze dwutlenek węgla łączy się z węglem CO2 + C = 2CO tlenek węgla
FeO + CO = Fe + Co2 przedostaje się do warstwy rudy redukując ją w temp.> 1800 C w czyste żelazo
Surówka jest głównym produktem pracy wielkiego pieca . Na jej właściwości największy wpływ ma obecność w niej węgla ( 2,5 do 4,55). Duża ilość węgla w surówce powoduje jej kruchość i niezdatność do obróbki mechanicznej – oraz spawania. Zależnie od postaci występującego w surówce węgla dzielimy na surówkę szarą i surówkę białą.
Szara – węgiel jako grafit i biała w postaci węgla cementytu.
Surówka zawiera najczęściej 0,3 – 25% Si,0,1 – 0,6% P,0,3 – 1% Mn mangemu~ 1% S siarki
Oprócz surówki powstaje żużel wielkopiecowy jest produktem ubocznym wielkiego pieca i ma zastosowanie w wytwarzaniu materiałów budowlanych. Może być wykorzystany przy produkcji cementu portlanckiego jako surowiec przy produkcji kruszywa lekkiego.Żeliwo – otrzymuje się przez przetopienie samej surówki lub surówki z dodatkami złomu żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Żeliwo jest materiałem twardym co wynika z dużej zawartości węgla który wydziela się w postaci grafitu – daje się obrobić skrawaniem . Rozróżniamy żeliwo :szare,białe,ciągliwe stopoweŻeliwo stopowe zawiera w swoim składzie molibden , nikiel , chrom Mo – Molibden poprawia jego właściwości mechaniczne, a chrom czyni żeliwo odpornym na działanie kwasów i wys. temp..
Żeliwo ciągliwe ( kowalne) otrzymuje się przez podanie odlewaniu żeliwa białego – proces wyżarzania przy temp. 1100C.
Zawiera 0,3 – 1% węgla, wytwarza się kształtki, części maszyn , klucze.
Stal-Otrzymuje się przez podanie surówki żelaznej dalszej przeróbce której podstawowym zadaniem jest obniżeniem zawartości węgla 1,75%. Proces ten przeprowadza się w temp. 1700C. Zależnie od tego , czy występujące w stali pierwiastki pochodzą z przeróbki hutniczej, czy też zostały wprowadzone celowo rozróżniamy stal węglową i stopową.
Stal stopowa – właściwości zależą od rodzaju dodatków i ich ilości.
Wpływ składników stopowych na właściwości stali
C – węgiel – podwyższa wytrzymałość stali na rozciąganie, wyższa granica plastyczności, twardości, obniża spawalność, tłoczliwość, odporność na działanie kwasów,Si – krzem – zwiększa wytrzymałość stali i sprężystość pogarsza spawalność,Mn – mangan- zwiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie,Cu – miedź – zwiększa odporność stali na korozję,P – fosfor – zwiększa wytrzymałość obniża plastyczność i udarność,S – siarka – powoduje kruchość i utrudnia spawanie stali,Ni – nikiel – zwiększa wytrzymałość polepsza żaroodporność,Ni + Cu – kwasoodporność,Co – kobalt – dodatek do stali szybko tnących,Cr – chrom – zwiększa odporność stali na korozję i żaroodporność Mo – molibden – zwiększa właściwości wytrzymałościowe w podwyższonych temp..
Stale konstrukcyjne używane w budownictwie .
Stale narzędziowe – wyrób narzędzi pracujących na zimno i gorąco, twarde odporne na ścieranie i uderzanie.
Stale dla budownictwa-Nisko i wysoko węglowe oraz stale niskostopowe z uwagi na przeznaczenie można podzielić na 3 grupy :
1. stale do zbrojenia betonu w postaci walcówki i prętów walcowych
StO, StOS, St3SX, St3Sy, 18G2, 34GS, 60GS
Zasady oznaczania stali-St – znak stali węglowejS – gatunek stali nadającej się do spawania posiada S na końcu przy stalach niespokojonych X Półspokojnych YBrak tych liter oznacza że stal jest uspokojona .Znak stali niskostopowej skład się z liczby podającej średnią zawartość węgla oraz liter oznaczających składniki stopowe
G – mangan , S – krzem, H- chrom, N- nikiel, M. – molibden
stal do zbrojenia betonu sprężonego w postaci drutu, splotów i lin D90 oznacza stal na drut 0,9% C
stal do konstrukcji betonowych w postaci blach , prętów i kształtowników STOS, St3SX, 18GS,stal do wyrobów nitów St2m., ST3m., St44m.,stal do wyrobu rur R, R35, R44,na konstrukcje spawane o zwiększonej odporności na korozję 10H, 10HA
Wyroby ze stali
Wyroby walcowane stanowią większość stosowanych w budownictwie materiałów . Nalezą do nich pręty o różnych przekrojach : poprzeczny kołowy , kwadratowy, sześciokątny. Mogą być gładkie lub żebrowane
Bednarka – stal płaska i wysoka , małe wymiary przekroju poprzecznego.
Kształtowniki kątowniki , teownik ocynkowane żeberkowe.
Rury ( przewodowe, instalacyjne i konstrukcyjne) gwoździe i śruby
Blachy są tłoczone, walcowane, fałdowane
