3. Metale i wyroby z metalu.

1. Podstawowe pojęcia, podział i dziedziny zastosowania.

Metalami nazywamy substancje, które w skondensowanych stanach skupienia charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, specyficznym połyskiem oraz nieprzezroczystością, a ponadto w stanie stałym występują wyłącznie w formie krystalicznej. Do metali zaliczamy około 80 pierwiastków chemicznych oraz stopy.

Metale w przyrodzie występują w stanie rodzimym tylko w nielicznych przypadkach (platyna, złoto, miedź, rtęć), najczęściej spotykane są w postaci rud, będących związkami chemicznymi metalu z domieszkami mineralnymi. Metale techniczne uzyskuje się z rud za pomocą procesów metalurgicznych, wiążących się z wkładem dużej ilości energii. Znajdują się w wyższym stanie energetycznym niż ich związki chemiczne trwałe w warunkach normalnych i stąd tendencja metali do powrotu do niższego stanu energetycznego, tłumacząca m. in. przyczynę zjawiska korozji.

W procesie otrzymywania metalu z rudy żelaza można w zasadzie wydzielić trzy jego stadia:

• wstępną przeróbkę, polegającą na przygotowaniu rud i jej wzbogaceniu;

• właściwy proces metalurgiczny, doprowadzający do otrzymania właściwego metalu;

• rafinację - uzyskanie metalu użytkowego, nadającego się do przeróbki plastycznej, odlewania lub wytwarzania stopów.

Dla celów praktycznych metale dzieli się na:

• metale i stopy żelazne, w których głównym składnikiem jest żelazo (stal, żeliwo),

• metale i stopy nieżelazne, których podstawowy składnik stanowią np. aluminium, miedź, cyna itp.

Stosuje się także podział metali pod względem ich gęstości; metale o gęstości do 4,5 [G/cm³] zalicza się do grupy lekkich (magnez, glin), natomiast pozostałe tworzą grupę metali ciężkich (cynk, żelazo, miedź), wśród których wyróżnia się grupę metali szlachetnych najbardziej odpornych chemicznie (srebro, złoto, platynowce).

Z uwagi na stale wzrastające wymagania w zakresie właściwości mechanicznych i odporności materiałów konstrukcyjnych, istotnym staje się kryterium podziału metali pod względem ich topnienia. Za łatwo topliwe uważa się np. cynę, ołów i cynk (230 - 660 ˚C), trudno topliwe - np. miedź i żelazo (1080 - 1540 ˚C), zaś bardzo trudno topliwe - np. niob, molibden, tantan, wolfram (2500 - 3410 ˚C).

Metale i ich stopy mają bardzo szerokie zastosowanie w technice, począwszy od materiałów konstrukcyjnych do budowy ustrojów nośnych, maszyn i narzędzi a skończywszy na materiałach pomocniczych i dekoracyjnych. W budownictwie pierwsze miejsce w użyciu zajmuje stal, a następnie żeliwo. Udział w tym względnie metali nieżelaznych jest niewielki i szacuje się go na ok. 5% ogólnego zużycia metali i stopów w budownictwie.

3.2. Stal budowlana.

Podstawowe zagadnienia technologiczne.

W wyniku procesu metalurgicznego, uzyskuje się z rud żelaza - przez wytapianie ich w wielkim piecu z dodatkiem koksu (paliwo) oraz topników - jako produkt główny tzw. surówkę oraz jako produkty uboczne żużel i gaz wielkopiecowy. Surówka jest niekowalnym stopem żelaza z węglem (zwykle 3-4% C), krzemem, manganem i siarką o łącznej zawartości domieszek około 6%. Z surówki szarej, zawierającej węgiel głównie w postaci grafitu, uzyskuje się przez jej przetopienie wraz ze złomem staliwnym, odpadkami z odlewni, koksem i topnikami, żeliwo, które z uwagi na wiele cennych zalet (dobra lejność, mały skurcz odlewniczy, dobra skrawalność, duża odporność na ścieranie) znajduje zastosowanie w odlewnictwie. Przez odpowiednie regulowanie wsadu, warunków wytopu oraz dobór warunków krzepnięcia, można wpływać na skład chemiczny i strukturę, a tym samym na własności mechaniczne i chemiczne żeliwa. Na ogół jest żeliwo stopem kruchym, nie mającym właściwości plastycznych; wykazują natomiast większą odporność na korozję niż stal i nie zmienia swoich charakterystyk mechanicznych pod wpływem wysokich temperatur.

Ze względu na postać występującego węgla żeliwo może być białe, szare lub pstre. Wytrzymałość żeliwa na rozciąganie jest niska i waha się w granicach 12 - 26 kG/mm², zaś na ściskanie wynosi 80 kG/mm². Z tych względów, jak również z uwagi na małą odporność na uderzenia (obciążenia dynamiczne), żeliwa używa się jedynie do wykonania elementów ściskanych o znaczeniu drugorzędnym (łożyska, trzewiki w konstrukcjach drewnianych). Szersze zastosowanie znalazło żeliwo do wyrobu urządzeń sanitarnych, elementów grzejnych, a szczególnie w urządzeniach wodociągowych do wyrobu przewodów kanalizacyjnych spustowych, odprowadzających i łączących. Z żeliwa ciągliwego wyrabia się okucia budowlane, wsporniki, przeguby, pokrywy włazów, korpusy zaworów itp. Zastosowanie określonych dodatków stopowych do surówki pozwala uzyskać żeliwo o właściwościach specjalnych, jak np. żeliwo kwasoodporne, żaroodporne itd.

Z surówki białej (przeróbczej) przez jej świeżenie - tj. usuwanie nadmiaru węgla, krzemu i innych domieszek, w piecach Siemensa-Martina lub w piecach elektrycznych bądź też w konwertorach Bessmera lub Thomsona - otrzymuje się stal płynną. Stopioną stal odlewa się do form, uzyskując po jej ostygnięciu tzw. wlewki, przydatne do dalszej przeróbki plastycznej, mającej na celu zmianę kształtu metalu, poprawienie jego jakości oraz otrzymanie wymaganej postaci użytkowej. Do przeróbki plastycznej, która może być realizowana na zimno i gorąco, zalicza się: kucie, walcowanie, tłoczenie i przeciąganie. Przeróbce na gorąco towarzyszy nieznaczne polepszenie właściwości mechanicznych metalu, natomiast przy przeróbce na zimno następuje zjawisko utwardzania, czyli wzrostu wytrzymałości przy równoczesnym obniżeniu plastyczności .

Przy wykonywaniu przedmiotów o dużych wymiarach, szczególnie w przypadkach, gdy jakość i wytrzymałość materiału są mniej istotne od względów ekonomicznych, celowe jest stosowanie techniki odlewania wyrobu. Zależnie od rodzaju stopu odlewniczego i własności odlewu stosuje się odlewanie: w formach piaskowych, pod ciśnieniem, kokilowe, odśrodkowe, precyzyjne i ciągłe. Należy podkreślić, że staliwo używane w odlewniach jest po prostu stalą odlaną do formy odlewniczej nie przerobioną plastycznie. W zależności od składu chemicznego rozróżnia się staliwo węglowe i stopowe, przy czym to pierwsze zawiera tylko pierwiastki pochodzące z wytopu (C, Mn, Si, P, S), natomiast staliwo stopowe ma celowo wprowadzone pierwiastki (nikiel, chrom, wolfram, wanad) polepszające jego właściwości. Staliwo z uwagi na niejednorodną budowę gruboziarnistą ma nieco gorsze własności mechaniczne od stali o tym samym składzie, natomiast nieco lepsze od żeliwa (szczególnie plastyczność). Staliwo charakteryzuje się także większym - w porównaniu z żeliwem - skurczem odlewniczym, wskutek czego wykonywanie odlewów staliwnych jest znacznie trudniejsze.

Odmiany stali i ich właściwości ogólne.

Q Z omówionych wyżej trzech postaci stopów żelaza stosowanych w technice: żeliwa, staliwa i stali istotne znaczenie w budownictwie ma praktycznie tylko stal. Stal tworzy stop żelaza i węgla o zawartości tego ostatniego nie przekraczającej 1,7% (zwykle - 0,01 - 1,5%). Gdy wszystkie składniki stali pochodzą z przerobu hutniczego, to podobnie jak w przypadku staliwa, mamy do czynienia ze stalami węglowymi, natomiast gdy do składu stali są celowo wprowadzone pierwiastki dodatkowe, stale noszą nazwę stopowych. Przy zawartościach dodatków stopowych nie przekraczających 5% stale określa się jako niskostopowe w odróżnieniu od stali wysokostopowych, zawierających więcej niż 5% dodatków.

Właściwości stali nie można w dość istotnym zakresie modyfikować przez poddanie jej obróbce cieplnej, polegającej na ogrzaniu stali do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu jej i ochłodzeniu. Stosowane są trzy rodzaje obróbki cieplnej, Wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie.

Wyżarzanie polega na ogrzaniu, wygrzaniu i powolnym studzeniu stali. W zależności od czasu i temperatury wygrzania, wyżarzanie może być ujednioradniające, normalizujące, zmiękczające, rekrystalizujące, odprężające itp. W sensie technicznym wyraża się to w ujednoliceniu struktury, zlikwidowaniu naprężeń wewnętrznych, polepszeniu własności mechanicznych, podwyższeniu spawalności i plastyczności stali.

Hartowanie jest zabiegiem cieplnym w którym następuje gwałtowne ochłodzenie uprzednio ogrzanej stali. Stosowane do tzw. stali narzędziowych daje podwyższenie ich własności wytrzymałościowych i twardości przy równoczesnym pogorszeniu własności plastycznych.

Odpuszczanie polega na nagrzaniu i wolnym chłodzeniu materiału uprzednio hartowanego. Uzyskuje się w ten sposób materiał mniej twardy i wytrzymały,. ale pozbawiony naprężeń wewnętrznych i bardziej ciągliwy.

Stal poddaną na przemian zabiegowi hartowania i odpuszczania nazywa się ulepszoną cieplnie.

W procesie wytopu występują w stali pęcherzyki gazów tlenu, azotu i wodoru, powodujące zmniejszenie przekroju pracującego i niejednorodność struktury. Stal tego typu nazywa się nieuspokojoną. Zjawisku powyższemu zapobiega się przez wprowadzenie do kadzi przed napełnieniem wlewni substancji odgazowujących (np. aluminium), które wiążą gazy i odprowadzają je do żużla.

Właściwości stali węglowych zależą głównie od zawartości węgla, ze wzrostem którego wzrasta wytrzymałość, twardość i hartowność, a maleje np. odporność stali na korozję, wydłużenie i udarność. Stale budowane o wytrzymałości 37 - 45 kG/mm² mają zawartość węgla w granicach 0,10 - 0,20%, podczas gdy stal węglowa o wytrzymałości 7- kG/mm² zawiera go ok. 0,58 %.

Z pozostałych domieszek naturalnych występuję: do 0,8% manganu, do 0,55% krzemu. do 0,0.7% fosforu i 0.06% siarki. Obecność krzemu w stopie wpływa na właściwości stali analogicznie jak węgiel, tzn. zwiększa wytrzymałość i sprężystość stali, lecz pogarsza jej spawalność. Szkodliwe działanie siarki wyraża się w wywoływaniu (szczególnie na gorąco) kruchości stali, zaś obecność fosforu obniża jej plastyczność i udarność. Jedynie mangan jest składnikiem pożądanym, zwiększającym wytrzymałość i udarność a nadto neutralizujący wpływ siarki.

Stal mięknie przed stopnieniem, daje się kuć i topi się w przedziale temperatur 1400 - 1500^oC.

Podział stali stopowych jest na ogół związany z ich zastosowaniem, w związku z czym rozróżnia się stale stopowe konstrukcyjne, narzędziowe i specjalne. W budownictwie stale stopowe używa się głównie w konstrukcjach mostowych, np. kable mostów wiszących, w mostach wielkich rozpiętości itp. oraz na elementy elewacyjne.

Ze stali stopowych o właściwościach specjalnych wymienić należy:

• stale chromowe odporne na korozję, zawierające ponad 12% chromu i uzyskujące odporność chemiczną przez wytwarzanie ochronnej warstwy tlenkowej,

• stale chromowo-niklowe, zwane także kwasoodpornymi, odporne również na korozję; są to stale austenityczne o niskiej zawartości węgla,

• stale żaroodporne, przeznaczone do wyrobu maszyn i urządzeń pracujących w wysokich temperaturach i narażonych na działanie agresywnych środowisk gazowych; zawierają one chrom, krzem i niekiedy aluminium,

• stale odporne na ścieranie zawierające 11 - 14% Mn i 1,0 - 1,3% C, stosowane przeważnie w postaci odlewów (szczęki kruszarek, gąsienice do czołgów itp.)

Właściwości mechaniczne i fizyczne stali.

Fizyczne właściwości stali, mające istotne znaczenie dla konstrukcji budowlanych, tj. ciężar właściwy i ciężar objętościowy, rozszerzalność cieplna i dźwiękowa oraz stale materiałowe nie zależą prawie od składu chemicznego stali, jej obróbki i wytrzymałości.

Zarówno ciężar właściwy jak i ciężar objętościowy są, ze względu na zwartą budowę stali, nieomal jednakowe i stąd przyjmuje się praktycznie do obliczeń ciężar średni (gęstość średnią) równy 7,85 G/cm³.

Elementy stalowe są wrażliwe na wahania termiczne i wykazują większą od innych materiałów zmianę swej długości i szerokości odpowiednio zwiększając swe wymiary przy wzroście temperatury oraz zmniejszając przy jej spadku. Odkształcalność cieplna konstrukcji stalowych może wywoływać niekiedy bardzo znaczne dodatkowe naprężenia termiczne, szczególnie niebezpieczne przy większych rozpięościach obiektów budowlanych i znacznych zmianach temperatury otaczającego powietrza.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej przyjmuje się α = 0,000012. Przewodność cieplna jest cechą wyróżniającą metale, a tym samym i stal od innych tworzyw budowlanych. Współczynnik przewodności cieplnej dla stali przyjmuje się średnio w wysokości λ = 35 kcal/mh^oC. Dla porównania współczynnik ten dla muru z cegły pełnej ceramicznej wynosi λ=0,65 kcal/mh^oC.

Analogicznie przewodność dźwiękowa stali jest znacznie większa niż innych konstrukcyjnych materiałów budowlanych. Wynika stąd potrzeba stosowania do elementów stalowych dostatecznie grubej warstwy materiału izolacyjnego dźwiękochłonnego, mającego na celu zmniejszenie ich przepuszczalności dźwiękowej.

Stale materiałów (E, G, μ) przyjmuje się dla wszystkich gatunków stali jednakowe wg wartości jak niżej:

współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Jounga) E = 2,1 x 10⁶kG/cm²

współczynnik sprężystości poprzecznej G = 0,81 x 10⁶kG/cm²

współczynnik Poissona μ = 0,3

W przeciwieństwie do opisanych właściwości fizycznych, mechaniczne właściwości stali są na ogół funkcją jej składu chemicznego i obróbki. Do najbardziej istotnych dla projektanta konstrukcji właściwości mechanicznych należą: wytrzymałość, sprężystość, plastyczność, twardość, udarność, ciągliwość, spawalność oraz kowalność.

W zależności od warunków pracy rozróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcanie. W dalszym omówieniu tematu wytrzymałość ta będzie rozważana jak wytrzymałość pod obciążeniem statycznym.

Wytrzymałość stali określa się zwykle na podstawie prób na rozciąganie, przeprowadzonych na próbach normowych.

Największa wartość naprężenia, przy której materiał zachowuje cechy sprężyste, nazywa się granicą sprężystości i dla stali jest ona zależna od składu chemicznego i obróbki. W odróżnieniu od tego podane wyżej moduły sprężystości, będące stosunkiem naprężenia do wywołującego je odkształcenia jednostkowego, przyjmuje się jednakowe dla różnych rodzajów stali i traktuje jako tzw. stale materiałowe.

Konstruktora interesuje zazwyczaj granica plastyczności R_e tj. ta wielkość naprężeń, przy której materiał zaczyna się odkształcać przy niewielkim wzroście naprężeń. Granica plastyczności dla stali węglowych wynosi 20,00 - 50,00 kG/mm².

Twardość jest to zdolność przeciwstawiania się materiału, wciskaniu się weń przedmiotu wykonanego z tworzywa bardziej twardego. Podwyższenie twardości stali uzyskuje się przez stosowanie dodatków takich jak: węgiel, mangan, chrom, itp.

Spawalnością nazywamy właściwość umożliwiającą trwałe łączenie elementów metalowych za pomocą spawania, tj. przez stapianie brzegów łączenia przy użyciu spoiwa z tego samego materiału co przedmiot spawany., Spawalność stali zależy od jej składu chemicznego, przy czym stal jest trudno spawalna, gdy jest twarda i zawiera domieszki krzemu i manganu.

Na niektóre cechy mechaniczne stali wpływ ma temperatura. Przy niskich temperaturach obniża się np. udarność, kujność itp. natomiast przy wysokich temperaturach zmniejsza się bardzo wytrzymałość stali na ściskanie i rozciąganie.

Podkreślić należy, że stal będąc materiałem ognioochronnym, ale nie ognioodpornym, mając przy tym duży współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej, wywołuje przy wzroście temperatury rozpieranie otuliny i murów, prowadząc do ich zniszczenia. Wynika stąd potrzeba stosowania zabezpieczeń nośnych elementów stalowych przed działaniem ognia.

Dalszym niebezpiecznym zjawiskiem, mającym wpływ na wytrzymałość i trwałość konstrukcji i urządzeń metalowych jest korozja, będąca wynikiem reakcji chemicznych lub elektrochemicznych, zachodzących podczas zetknięcia metali z otaczającym je środowiskiem gazowym lub ciekłym. W zależności od mechanizmu procesu rozróżnia się korozję chemiczną i elektrochemiczną. Korozja atmosferyczna ma charakter elektrochemiczny, a końcowym jej produktem są tlenki żelaza. Korozja przebiega szczególnie intensywnie w powietrzu wilgotnym i powietrzu zanieczyszczonym spalinami, dymem i sadzą, zawierającymi agresywne składniki, jak np. tlenki siarki, dwutlenek węgla, chlorki itp. Wynika stąd potrzeba zabezpieczenia powierzchni elementów stalowych przed korozją, np. przez stosowanie wszelkiego rodzaju powłok ochronnych.

3.3 Gatunki stali budowlanych i wyroby ze stali.

Stale zależnie od ich składu chemicznego, właściwości, uspokojenia itp. są odpowiednio znakowane. Znak stali węglowej zwykłej jakości składa się z liter St i cyfry porządkowej (np. St0), do której w przypadku gatunków przewidzianych do spawania dodaje się literę S (np. ST0S). Na końcu znaku stali dodaje się, przy stalach nieuspokojonych literę X (np. St3SX), a przy stalach półuspokojonych literę Y (np. StSY).

Znak stali węglowej wyższej jakości, przeznaczonej do patentowania zawiera literę D (nadruk) i liczbę określającą średnią zawartość węgla w setnych częściach procenta (np. D90).

Oznakowanie stali niskostopowych składa się z liczby oznaczającej średnią zawartość węgla i liter określających składniki stopowe z ewentualnym dodaniem cyfry oznaczające ich zawartość z całkowitych jednostkach procentowych (np. 34GS lub 18G2). Przy istnieniu dodatkowych ograniczeń składu chemicznego dodaje się na końcu literę A (np. 18G2A); składniki stopowe oznaczono tutaj literami: G - mangan, S - krzem.

Wydzielono trzy grupy stali budowlanych:

• stale St0, St0S, St3SX. St3SY, 18G2, 34GS i 60GS stosowane do zbrojenia betonu w postaci walcówki lub prętów gorąco walcowanych bez obróbki cieplnej,

• stal D90 stosowana w postaci drutu, splotów i lin do zbrojenia betonu sprężonego,

• stale St0S, St3SX, St3SY. St3S, 18G2 i 18G2A stosowane w postaci blach, blach uniwersalnych, prętów i kształtowników do konstrukcji budowlanych.

Oddzielnie należy wyodrębnić stale:

• St2M, St3M, St44M, będące stalami konstrukcyjnymi węglowymi, stosowane głównie do wyrobu nitów,

• R, R35, R44 stosowane do wyrobu rur, z tym, że dwa ostatnie gatunki przewidziane są do konstrukcji spawanych,

• 10H, 10HA stanowiące stale o zwiększonej odporności na korozję.

Przeważająca ilość wyrobów stalowych stosowanych w budownictwie stanowią wyroby walcowane, jak blachy grube, blachy uniwersalne, blachy cienkie, kształtowniki, pręty, rury i częściowo śruby.

Mniejszą ilościowo pozycję stanowią wyroby ciągnione, do których zalicza się pręty i druty, oraz wyroby walcowane na zimno, tzn. taśmy i blachy cienkie, jak również kształtowniki gięte z blachy na zimno.

Najmniejszą pozycję stanowią wyroby drobne, jak gwoździe, nity, kołki i śruby wstrzeliwane.

3.3.1 Blachy płaskie i profilowane, wyroby z blachy.

Blachy grube, o grubościach 3 - 60 mm, walcowane na gorąco stosowane są do celów budowlanych i do konstrukcji stalowych; wykonuje się je ze stali St0, St3, St0S, St3S, St3SX, St3SY, 18G2 i 18G2A oraz St3M. produkuje się blachy o zwykłej dokładności oraz o dokładności podwyższonej oznaczone przy odpowiednim wymiarze literą D.

W zależności od właściwości mechanicznych dzieli się blachy grube na:

• blachy ze stali węglowych zwykłej jakości o wytrzymałości 50 [kG/mm²] - w zakresie grubości 3 - 60 [mm],

• blachy ze stali węglowych zwykłej jakości i niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości, tj. powyżej 50 [kG/mm²] - w zakresie grubości 3 - 40 [mm].

Grubości walcowanej blachy stopniowane są następująco:

• przy grubości 3 - 4 mm co 0,25 mm,

• przy grubości 5 - 30 mm co 1mm

• przy grubości 32 - 60 mm co 2mm.

Szerokości arkuszy blachy stopniowane są co 50 mm, przy czym najmniejsza szerokość wynosi 1000 mm (dla grubości 15mm - 3600 mm). Długości arkuszy blachy są stopniowane, przy czym nie są mniejsze niż 2000 mm.

Arkusze blachy są cechowane przez wytłoczenie na końcu każdego arkusza znaku wytwórcy, znaku stali, numeru wytopu i znaku kontroli technicznej.

Blachy uniwersalne, walcowane na gorąco stosowane są do celów budowlanych, przede wszystkim w konstrukcjach stalowych. Walcowane są blachy o grubościach 6 - 40 mm oraz szerokościach 160 - 700 mm stopniowanych co 10 mm.

Blachy cienkie, o grubościach poniżej 3 mm, walcowane na gorąco wykonuje się ze stali konstrukcyjnej wyższej jakości oraz ze stali zwykłej jakości; są one stosowane do prac blacharskich. blacha produkowana jest w arkuszach o wymiarach znormalizowanych, obciętych równo pod kątem prostym. Blachy dostarczane są w paczkach o ciężarze do 5 ton; powinny być przed zapakowanie zakonserwowane przed korozją przy pomocy obojętnego oleju oraz papieru pakowego lub papy.

Blacha stalowa ocynkowana wykonywana jest z sortymentu blach cienkich, zazwyczaj ze stali niskowęglowej zwykłej. Obustronnego ocynkowania blachy w procesie ciągłym dokonuje się przy użyciu cynku z dodatkiem aluminium w ilości maksimum 0,2%. Grubość powłoki cynku, mierzona obustronnie ilością cynku w g/m² blachy, nie powinna być mniejsza niż 220 g, przy czym blacha poddana normowej próbie zginania nie powinna być wykazywać pęknięć, odprysków, złuszczeń i rozwarstwień powłoki cynkowej. Powłoka cynkowa stanowi zabezpieczenie antykorozyjne blachy.

Ze względu na wymaganą jakość pokrycia powierzchni rozróżnia się dwa rodzaje blach ocynkowanych: I (blacha bez istotnych wad) i II (blacha z wadami umożliwiającymi wycięcie z arkusza 1 elementu o powierzchni 75%). Zakwalifikowanie blachy do jednego z podanych rodzajów uwarunkowane jest ilością i jakością dopuszczalnych wad powłoki cynkowej.

Blachę stalową ocynkowaną stosuje się w budownictwie do krycia dachów, obróbek blacharskich oraz do budowy przewodów wentylacji mechanicznej. Do krycia dachów używa się blachy o nominalnej grubości 0,45 - 0,70 mm. Blacha ta ma wytrzymałość blachy stalowej, jest trudniej topliwa i mniej krucha od blachy cynkowej. W przypadku zniszczenia powłoki ochronnej rdzewieje jak stalowa.

Blachy żeberkowe wykonuje się ze stali w gatunkach St0, St0S, St3 lub St3SY. Produkowane są blachy o grubościach 2,5 - 10 mm z jednostronnymi występami żeberkowymi, krzyżującymi się wg wzoru rombowego BR lub owalnego, zwanego „łezkowym”. Żeberka wystają z płaszczyzny blachy na 1,0 - 1,6 mm, a ich szerokość wynosi 5 mm. Blachy tego rodzaju stosuje się na pokrycia kanałów, pomosty, schody itp.

Blachy stalowe faliste bez pokrycia i ocynkowane wykonuje się ze stali w gatunku St0 i Stl, przy czym blachy stalowe faliste ocynkowane wykonywane są z blach płaskich ocynkowanych co najmniej II klasy jakości. W budownictwie blacha ta znajduje zastosowanie głównie na pokrycia oraz elementy obodowy (osłony elewacyjne) w budownictwie przemysłowym.

Blachy fałdowe stalowe, szczególnie blachy zabezpieczone od korozji przez ocynkowanie lub powloki z tworzyw sztucznych, są w budownictwie stosowane jako elementy lekkiej obudowy. Stanowią one element w pełni fabrycznie wykończony; są lekkie, niepalne, odporne na uderzenia, efektywne w transporcie i łatwe w montażu. Zaleca się je głównie do stosowania na obudowę nieocieploną. W przypadku wykonywania obudowy ocieplonej niezbędne jest uzupełnienie płyt materiałem termoizolacyjnym (np. wełna mineralna, styropian, poliuretan itp.). stosuje się także blachy podwójne z odpowiednią wkładką izolacyjną.

Kątowniki gięte na zimno stosowane na lekkie konstrukcje stalowe wykonuje się z bednarki gorącowalcowanej lub taśmy zimnowalcowanej. Na bednarkę stosowana jest stal gatunku Stl, St2, St3, natomiast na taśmę zimnowalcowaną stal niskowęglową o zwykłej jakości. Rozróżnia się kątowniki gięte wg przyjętych oznaczeń: W - z bednarki, Z - z taśmy. Długości fabrykacyjne kątowników zawierają się w granicach 2 - 6 m.

Ceowniki gięte na zimno wykonywane są z taśmy zimnowalcowanej ze stali niskowęglowej zwykłej jakości. Zależnie od uzgodnień, ceowniki magą buć wykonane z określonego gatunku stali Stl do St3SX. W zależności od rodzaju powierzchni ceownika po żarzeniu oznacza się: L - ceowniki o powierzchni ciemnej oraz C - ceowniki o powierzchni jasnej. Dostarcza się je w długościach fabrycznych 2 - 6 m. znajdują zastosowanie w różnego typu lekkich konstrukcjach.

Kształtowniki na szczebliny do bezkitowego szklenia (gięte na zimno) wykonuje się ze stali konstrukcyjnej węglowej zwykłej jakości w gatunku St0 i Stl. Stosuje się je do bezkitowego szklemia okien, świetlików itp.

Kształtowniki okienne do hal przemysłowych (gięte na zimno) wykonuje się z taśmy walcowanej na zimno ze stali konstrukcyjnej zwykłej jakości w gatunku St2. Kształtowniki stosuje się do ram okiennych w halach przemysłowych.

Kształtowniki na ościeżnice drzwiowe (gięte na zimno) wykonywane są z blachy ze stali niskowęglowej zwykłej jakości przydatnej do spawania, stosowane są do wyrobu ościeżnic drzwiowych. Długości fabrykacyjne kształtowników zawierają się w granicach 2 - 6 m.

Tablica 1. Wymiary kształtowników ościeżnicowych

Oznaczenie	a [mm]	h [mm]	g [mm]	r [mm]	Przekrój [cm^2]
D1 D1 D2 D3 D4 D5	115 115 70 70 50 54	50 50 50 50 60 15	1,5 2,0 1,5 1,5 2,0 2,0	2	2,505 3,340 2,008 2,008 2,680 1,215

Pale szalunkowe gięte na zimno stosowane są do szalowania wykopów wykonuje się ze stali konstrukcyjnej analogicznie jak kształtowniki ościeżnicowe. Długości pali wynoszą 2 - 6 m.

Uchwyty do rur spustowych i rynien służą do mocowania rynien i rur wzdłuż budynku. Komplet uchwytu do rury spustowej składa się z obejmy górnej i dolnej (bednarka grubości 2 mm) oraz śruby M8 X 20 z nakrętką. Komplet uchwytu do rynny składa się z uchwytu (bednarka grubości 3 mm), ściągacza (bednarka grubości 1 mm), wąsa (blacha grubości 0,5 mm). Wszystkie części (poza łącznikami) wykonane są ze stali gatunku St0 i wszystkie są ocynkowane.

3.3.2. Taśmy i siatki.

Taśmy.

Bednarka stosowana jest w budownictwie do celów konstrukcyjnych (np. zbrojenie słupów) bądź też jako półfabrykat przewidziany do dalszej produkcji. Walcuje się ją na gorąco ze stali i dostarcza w kręgach i snopkach lub w odcinkach. Długości fabrykacyjne bednarki wynoszą w tym ostatnim przypadku 3 - 7 m. Szerokość bednarki waha się w granicach od 20 mm do 250 mm, ze stopniowaniem co 5 lub 10 mm. Grubość zależy od ciężaru i ma szeroki zakres: od 0,236 do 9,81 mm.

Siatki, kratki i płyty pomostowe.

Siatki mogą być plecione, ślimakowe, jednolite, druciano - ceglane. Siatki nie powinny zawierać łuszczącej się rdzy. Siatki do tynków i ścianek gipsowych powinny być cynkowane lub lakierowane, ponieważ gips wywołuje rdzewienie niezabezpieczonego żelaza. Również przy tynkach pożądane są siatki cynkowane lub lakierowane. Siatki używane przy tynkowaniu na drewnie, przy wykonywaniu tynków w sufitach podwieszonych na szkieletach lekkich ścianek działowych, w okładzinach słupów i belek stalowych, do okładania stopek belek stalowych w stropach kleina, do zbrojenia w żelbecie itp.

Siatki druciano - ceglane wytwarzane są przez pokrycie siatki drucianej, odpowiednio ukształtowanymi kawałkami gliny i lekkie jej wypalenie. Nadają się do podwieszonych sufitów (dobrze trzymają zaprawę).

Kratki produkowane są głównie jako elementy pomostowe. Kratki pomostowe systemu Wema wykonywane są z płaskowników o grubości 2 mm i szerokości od 23 mm do 50 mm; wymiary oczek wynoszą 32 X 32 mm. Kratki służą do wykonywania pomostów , pokrycia kanałów, jako wycieraczki itp.

3.3.3. Kształtowniki.

Dwuteowniki są to kształtownikami przeznaczonymi głównie na elementy zginane, zlozone oraz słupy (grupowo, ze względu na wyboczenie). Wykonane są ze stali zwykłej jakości (St3S, 18G2, 18G2A), a wprzypadku profili ekonomicznych ze stali 10H, 18G2, 18G2a. Mają one wysokości h od 180 do 1550 mm, przy czym ich długości kształtują się odpowiednio: 3 - 12 m - dla wysokości 80 mm, 3 - 13 m - dla wysokości 140 mm i 3 - 15 m - dla profili wyższych.

Ceowniki, ze względu na dogodny kształt i gładką zewnętrzną stronę środnika, są łatwe do łączenia z innymi profilami i mogą być stosowane w przypadku przekrojów złożonych, na pręty krat i stężeń, jako pręty rozciągane i ściskane bądź też jako belki zginane czy słupy. Wyrabiane są ceowniki normalne od numeru 35 (wysokości w mm) do 300 oraz ceowniki specjalne o innej proporcji wysokości profili do szerokości stopki.

Rozróżnia się ceowniki normalne, z pocienionymi środkami oraz ekonomiczne. Długości handlowe wynoszą: 3 - 12 m - dla wysokości h = 100mm, do 13 m - dla wysokości h = 100 - 140 mm i do 15 m - dla wyższych ceowników.

Kątowniki walcowane są w dwu wariantach, jako profile równoramienne i nierównoramienne. Obydwa typy są szczególnie przydatne jako pręty kratownic oraz elementy składowe przekrojów złożonych. Kątowniki równoramienne dają się czasem lepiej wykorzystać w ściskanych prętach wielogałęziowych. Profile równoramienne są o wymiarach od 20 X 20 X 3 do 200 X 200 X 20 mm. Długości wynoszą: 3 - 12 m - dla kątowników o półce do 90 mm, do 13 m - dla kątowników 130 mm oraz 15 m - dla wyższych profili.

Teowniki produkowane są jako profile wysokie ( wysokość h równa podstawie s). Grubość środnika g równa jest grubości półek, z tym że g mierzona jest w środku wysokości h teownika, natomiast t w ¼ s. Teowniki znajdują zastosowanie jako pręty kratownic, stężenia środników i drugorzędne elementy konstrukcyjne (słupki połączeniowe, szczebliny świetlików itp.). długości tych profili wynoszą 3 - 12 m.

3.3.4. Walcówka i pręty stalowe.

Pręty okrągłe do zbrojenia betonu produkuje się ze stali A-0 i A-I. Handlowa długość prętów wynosi 6 - 12 m (może być większa).

Tablica 2. Charakterystyka techniczna prętów zbrojeniowych okrągłych.

Średnica d [mm]	Przekrój [cm^2]	Ciężar 1 m [kG]	Średnica d [mm]	Przekrój [cm^2]	Ciężar 1 m [kG]
5,5 6 7 8 10 12 14 16 18	0,238 0,283 0,385 0,503 0,785 1,13 1,54 2,01 2,54	0,187 0,222 0,302 0,395 0,617 0,888 1,21 1,58 2,00	20 22 25 28 32 34 36 40 45	3,14 3,80 4,91 6,16 8,04 9,07 10,18 12,57 15,90	2,47 2,98 3,85 4,83 6,31 7,09 7,99 9,87 12,5

Pręty okrągłe żebrowane do zbrojenia betonu produkowane są ze stali St50B i stali 18G2. Zbrojenie tego rodzaju stosuje się tam, gdzie chodzi o dużą przyczepność stali do betonu. Długości handlowe prętów wynoszą 10 - 12 m.

Tablica 3. Charakterystyka techniczna prętów zbrojeniowych żebrowanych.

Wymiary [mm]						Przekrój [mm^2]	Ciężar nominalny
d	d1	h min	l max	b	b1
6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32	5,7 6,7 7,5 8,5 9,3 11,0 13,0 15,0 17,0 19,0 21,0 24,0 26,5 30,5	0,3 0,3 0,5 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,4 1,6	5 5 5 5 7 7 7 10 10 10 10 10 10 14	0,7 0,7 1,0 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5	1,0 1,0 1,2 1,3 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 3,0	28,3 38,5 50,3 63,6 78,5 113 154 201 254 314 380 491 616 800	0,222 0,302 0,395 0,499 0,617 0,888 1,21 1,58 2,0 2,47 2,98 3,85 4,83 6,31

Walcówka kwadratowa jest produkowana przez walcowanie stali węglowej i stopowej na gorąco. Wymiary przekroju poprzecznego wynoszą: 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5 i 11 mm. Walcówka jest pakowana w kręgach o średnicy wewnętrznej 500 - 700 mm i masie 40 - 110 kg oraz w kręgach o średnicy 800 - 1000 mm i masie ponad 160 kg.

Walcówka okrągła ogólnego stosowania jest produkowana o średnicach od 5,5 mm do 25 mm. Ze względu na dokładność wykonania rozróżnia się walcówkę zwykłą, walcówkę o podwyższonej dokładności i walcówkę o wysokiej dokładności.

3.3.5. Gwoździe, wkręty, kołki i gwoździe

wstrzeliwane, nity.

Gwoździe.

Prawie wszystkie gatunki gwoździ wyrabiane są z miękkiej stali o niewielkiej zawartości węgla. Do produkcji gwoździ o przeznaczeniu specjalnym (działanie kwasu lub wody itp.) stosuje się także i inne materiały, jak twardą stal, mosiądz, miedź. Produktem wyjściowym do fabrykacji jest stal w postaci walcowanego drutu surowego bądź też płaskowników (bednarki). Walcówka stosowana jest zazwyczaj do wyrobu okrągłych i kwadratowych gwoździ budowlanych, natomiast bednarka jest surowcem z którego wykonuje się głównie teksy, gwoździe tapicerskie itp. Wykończenie ochronne powierzchni uzyskuje się przez: cynkowanie, miedziowanie, niebieszczenie itp.

Gwoździe z trzpieniem okrągłym są podstawowym sortymentem gwoździ używanych do konstrukcji drewnianych. Wyrabiane są w długościach od 40 d0 300 mm z drutu o grubości od 2 do 9 mm. Są one zasadniczo gołe (niepowlekane). Gwoździ cynkowanych o symbolu literowym pb należy używać w miejscach narażonych na wilgoć. Produkowane są także gwoździe pokryte tworzywami sztucznymi (żywicowe) mające symbol - ż.

Gwoździe z trzpieniem kwadratowym wyrabiane są w długościach od 40 do 300 mm z drutu o grubości od 2 do 8 mm.

Gwoździe papowe stosuje się do przybijania papy oraz przy reperacjach. Papniaki bywają gołe (do papy smołowanej) i ocynkowane (do papy bitumicznej). Długości: 20, 25, 30 mm. Średnice: 2; 2,5; 2,8 mm. Średnice główki: 6; 7,5; 8,5 mm.

Gwoździe budowlane sufitowe wyrabiane z drutu stalowego w następujących wymiarach: średnica - 2; 2,5; 2,8 mm; długość: 20, 25, 30 mm; wysokość części zakrzywionej: 8, 12 mm. Wyrabiane są gwoździe gołe i cynkowane (do mocowania trzciny w tynkach gipsowych).

Gwoździe zawiasowe przeznaczone do mocowania zawiasów okiennych i drzwiowych, wyrabiane są bez główek. Długości: 20, 25, 30, 40 mm. Średnice: 3; 3,8; 4 mm.

Gwoździe druciaki z główką gładką wyrabiane są w grubościach od 0,8 do 1,8 mm i długościach od 8 do 35 mm. Średnica główki wynosi odpowiednio od 1,8 do 4,1 mm. Mają zastosowanie do drobniejszych robót, zwłaszcza stolarskich.

Gwoździe z główką półkolistą przeznaczone są do instalacji elektrycznych i stolarki budowlanej ; wyrabiane są z drutu stalowego, gołego, szarego, twardego, wykonanego ze stali niskowęglowej. Długości: 13 - 40 mm. Średnice: 1,0 - 4,0 mm. Średnice główki: 2,0 - 7,6 mm.

Śruby i wkręty do drewna.

Śruby do drewna wykonywane są ze stali węglowej. Łby śrub przeznaczone do uchwytu mogą być sześciokątne lub kwadratowe. Śruby wyrabiane są w siedmiu średnicach: 6, 8,10, 12, 14, 16, 20 mm. Długość: 30 - 280 mm. Długości gwintu o pełnej głębokości wynoszą 0,6 długości śruby.

Wkręty do drewna z łbami płaskimi wyrabiane są ze stali węglowej, z mosiądzu oraz stopu aluminiowego. Długości: 5 - 150 mm. Średnice: 1,4 - 10 mm. Średnice główki: 2,8 - 20 mm. Długości gwintu o pełnej głębokości wynoszą 0,6 długości wkręta.

Wkręty do drewna z łbami soczewkowymi wyrabiane są ze stali węglowej, z mosiądzu oraz stopu aluminiowego. Długości: 5 - 150 mm. Średnice: 1,4 - 10 mm. Średnice główki: 2,8 - 20 mm. Długości gwintu o pełnej głębokości wynoszą 0,6 długości wkręta.

Wkręty do drewna z łbami kulistymi wyrabiane są ze stali węglowej, z mosiądzu oraz stopu aluminiowego. Długości: 5 - 150 mm. Średnice: 1,4 - 10 mm. Średnice główki: 2,8 - 20 mm. Długości gwintu o pełnej głębokości wynoszą 0,6 długości wkręta.

Podkładki do śrub w konstrukcjach drewnianych produkowane są z blachy stalowej 0. Wykonuje się je w trzech typach: A - kwadratowe z otworem okrągłym, B - okrągłe z otworem okrągłym, C - okrągłe z otworem kwadratowym. Podkładki nadają się do śrub z gwintem metrycznym M5 do M52 oraz z gwintem Whitewortha ¼ do 2''.

Kołki i gwoździe wstrzeliwane.

Wyroby te o różnych kształtach i wielkościach służą do wykonywania połączeń elementów wyposażenia budynków w podłożach betonowych lub w stali.

Nity.

W złączach elementów ze stali o wysokiej wytrzymałości, tj. trudno spawalnych lub niespawalnych, oraz przy łączeniu więcej niż trzech blach, stosuje się zazwyczaj połączenia nitowane. Nity używa się o średnicach 4 - 14 mm do blach grubości 1,5 - 6,0 mm. Nity o średnicach do 10 mm zamyka się na zimno, natomiast przy większych średnicach stosuje się zakuwanie na gorąco.

Nity wykonuje się ze stali St2M, St3M i St44M, przy czym ich średnicę przyjmuje się w zależności od grubości łączonych blach.

3.3.6. Rury.

Rury okrągłe bez szwu i kwadratowe znajdują zastosowanie w budownictwie głównie na rusztowania, przewody i elementy konstrukcyjne. Produkuje się je ze stali w gatunkach R, R35, R45W, R65W lub innych. Rury walcowane na gorąco oznacza się symbolem g i mają długości 4 - 12,5 m, natomiast rury walcowane na zimno mają symbol z i długości 1,5 - 9 m.

Podział i oznakowanie rur stalowych bez szwu, w zależności od wymaganych własności, jest następujący:

znak A - rury o określonym składzie chemicznym, własnościach mechanicznych i sprawdzonej szczelności,

znak B - rury o określonych własnościach mechanicznych i sprawdzonej szczelności,

znak C - rury o sprawdzonej szczelności,

znak D - rury o określonych własnościach mechanicznych i bez sprawdzonej szczelności,

znak E - rury o określonym składzie chemicznym, własnościach mechanicznych i bez sprawdzonej szczelności.

Dodatkowe oznaczenia wprowadzane są w przypadku podwyższonej klasy dokładności wykonania średnic (znak Ds.) oraz podwyższonej klasy dokładności wykonania grubości (znak D).

3.4. Aluminium, stopy aluminiowe, wyroby

aluminiowe.

Wiadomości ogólne.

Aluminium pod względem zużycia i szerokich możliwości zastosowania zajmuje pierwsze miejsce wśród metali nieżelaznych.

Jakkolwiek aluminium, w postaci różnych związków (krzemiany i glinokrzemiany), występuje w skorupie ziemskiej w większej ilości (8% masy skorupy) niż żelazo (5% masy skorupy), to jednak z uwagi na aktywność tego pierwiastka z tlenem (Al₂O₃ - podstawowy składnik rud aluminium) jest to metal dużo trudniejszy do otrzymania.

Sam proces produkcji aluminium składa się z dwóch podstawowych etapów: uzyskania tlenku glinowego Al₂O₃ z rud oraz elektrolicznego przerobu tegoż tlenku na aluminium metaliczne. W pierwszym etapie proces produkcji może być prowadzony różnymi metodami, natomiast w drugim etapie (elektroliza) stosuje się na ogół tylko jedną metodę. Bazą do otrzymywania tlenku glinowego są boksyty (Al₂O₃ nH₂O z zanieczyszczeniami tlenkami żelaza i krzemionką). Boksyty wysokogatunkowe (o małej zawartości krzemionki) przerabiane są metodą zasadową Bayera natomiast boksyty o dużej zawartości krzemionki - metodą spiekania.

Technicznie czyste aluminium wytwarzane jest bądź jako rafinowane (czystość w granicach 99,9 - 99,99%), bądź też jako hutnicze (czystość 99,0 - 99,7%. Jest to metal koloru srebrnego o ciężarze objętościowym 2,71 G/cm³ i temperaturze topnienia 658,9^oC; odznacza się wysoką przewodnością cieplną (0,53 cal/cm s^oC), najlepszą po srebrze i miedzi przewodnością elektryczną (38 m/Ωmm²) oraz lekkością.

Wartości techniczne:

moduł sprężystości podłużnej E 700 000 kG/cm²

moduł sprężystości poprzecznej G 270 000 kG/cm²

współczynnik Poissona μ 0,3

współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej α = 0,000023.

Stopy aluminiowe i ich zastosowanie w

budownictwie.

Czyste aluminium charakteryzuje się niezbyt dużą wytrzymałością i stosunkowo dużym wydłużeniem i z tych względów nie znajduje ono zastosowania na konstrukcje nośne. W budownictwie znajduje ono zastosowanie na pokrycia dachowe, wykładziny, elementy dekoracyjne, taśmy, pręty, druty, rury itp.

Własności mechaniczne aluminium można w sposób istotny podwyższyć przez zastosowanie dodatków stopowych, z których głównymi są: miedź (Cu), magnez (Mg), mangan (Mn), cynk (Zn) i krzem (Si), zaś rzadziej nikiel, chrom oraz tytan. miedź, magnez i mangan zwiększają wytrzymałość stopu, natomiast krzem podwyższa twardość i wytrzymałość stopów odlewniczych, poprawiając jednocześnie ich lejność. Dodatek niklu stosuje się do stopów aluminium, gdy wymagana jkest duża wytrzymałość metalu przy podwyższonych temperaturach.

Z technologicznego punktu widzenia stopy aluminium dzielą się na stopy odlewnicze i stopy przewidziane do przeróbki plastycznej. Ponieważ pierwsze z nich rzadko są stosowane w budownictwie, poniżej omówione zostaną jedynie stopy przewidziane do przeróbki plastycznej, stosowane na konstrukcji i elementy budowlane. Są to:

• stop aluminium z magnezem (hydronalium - AlMg). Stop ten ma dużą odporność na korozję, jest spawalny i podatny do przeróbki plastycznej; produkowany jest w postaci blach, profili, rur i drutów. Znajduje zastosowanie na elementy konstrukcyjne, wykładziny elewacyjne, okna, drzwi i poręcze;

• stop aluminium z magnezem i krzemem (anticorodal - AlMgSi). Ma on własności i zastosowanie analogiczne jak hydronalium. W przypadku zastosowania tego stopu na wykładziny poddaje się go, dla polepszenia efektów dekoracyjnych, dodatkowej obróbce powierzchni jak polerowanie i barwienie;

• stop aluminium z miedzią (4%) i niewielką ilością magnezu (AlCuMg). Stop ten zwany aluminium lub duralem - AlCuMg ma korzystne właściwości mechaniczne ale małą odporność na korozję. Wyroby dostarczane są w takiej samej postaci jak poprzednie stopy.

Duraluminium znajduje zastosowanie w konstrukcjach, w których wytrzymałość anticorodu jest niewystarczająca.

W oznaczeniach stopu określa się rodzaj i zawartość procentową składników stopowych; cecha PA oznacza, że stop nadaje się do przeróbki plastycznej.

Istotną zmianę własności mechanicznych stopów aluminium można uzyskać przez obróbkę cieplną lub obróbkę na zimno. Pierwsza z nich obejmuje proces utwardzania, powodujący zwiększenie wytrzymałości i twardości. obróbka tego typu stanowi połączony zabieg przesycania i starzenia stopu aluminium przez ogrzewanie go do określonej temperatury, wygrzewanie, a następnie gwałtowne studzenie. tę formę zmiany niektórych parametrów wytrzymałościowych stosuje się do stopów typu anticorodal i duraluminium. Drugi rodzaj obróbki cieplnej: wyżarzanie - polega na wygrzaniu stopu przez kilka godzin i powolnym chłodzeniu. Stosowane jest w celu zmiękczenia tworzywa (zwiększenie ciągliwości) lub usunięcia skutków zgniotu po obróbce na zimno bądź też dla zmniejszenia naprężeń technicznych (wyżarzanie odprężające).

Obróbka na zimno polega na rozciąganiu materiału ponad granicę plastyczności (zgniot na zimno) i daje w efekcie zwiększenie wytrzymałości stopu lub czystego aluminium.

Zgniot na zimno występuje w niektórych fazach produkcyjnych, np. przy walcowaniu, przeciąganiu i wytłaczaniu. Nadmierną twardość stopu, wywołaną obróbką na zimno usuwa się wspomnianym uprzednio wyżarzeniem, przy którym przez regulację temperatury i czasu trwania można uzyskać materiał w stanie miękkim, półtwardym i twardym.

Stopy techniczne aluminium mają ciężar właściwy w granicach 2,6 - 2,9 G/cm³. Ponieważ wytrzymałość niektórych stopów przerabianych plastycznie dochodzi do 60kG/cm², czyli odpowiada wytrzymałości stali budowlanych, wynika, stąd, że przy prawie trzykrotnie niższym ciężarze stopów aluminium uzyskuje się z nich konstrukcje o 40 - 50% lżejsze od konstrukcji stalowych o analogicznej nośności.

Istotna z budowlanego punktu widzenia jest odporność aluminium na korozję - zarówno w powietrzu suchym, jak i wilgotnym - oraz odporność na działania chemiczne niektórych kwasów. Wynika to z tworzenia się na powierzchni metalu - pod wpływem działania tlenu atmosferycznego - cienkiej, szczelnej warstewki ochronnej z tlenku glinowego. Stopy aluminium są na ogół mniej odporne na korozję niż aluminium czyste, przy czym największą odporność wykazują stopy aluminium z krzemem i magnezem, najmniejszą zaś z miedzią. Na ogół konstrukcje nośne, zarówno kryte, jak i odkryte, wykonane ze stopów aluminium, nie wymagają w normalnych warunkach zabezpieczeń antykorozyjnych, jeśli nie są narażone na osiadanie skroplin pary wodnej.

Należy zwrócić uwagę, że aluminium ulega łatwo tzw. korozji kontaktowej w miejscach połączenia z innymi metalami, np. w zetknięciu się ze stalą, ołowiem i miedzią.

Dalszą zaletą aluminium i niektórych jego stopów jest ich mniejsza, w porównaniu ze stalą wrażliwość na obciążenia dynamiczne i zmęczeniowe.

Pewnym hamulcem dla szerszego stosowania konstrukcji aluminiowych jest nieco wyższy koszt wyrobów oraz znaczna odkształcalność konstrukcji, wynikająca z małej zawartości współczynnika sprężystości podłużnej.

Wyroby aluminiowe.

Blachy walcowane na gorąco przeznaczone do użytku ogólnego wykonuje się z aluminium oraz stopów aluminium. Wyroby z blach kształtują się następująco: grubość - w granicach 5 - 80 mm, szerokość - 600, 800, 1000 i 1200 mm, zaś największa długość - 2500 mm.

Blachy walcowane na zimno ogólnego przeznaczenia z aluminium hutniczego i ze stopów wykonuje się o grubościach w granicach 0,3 - 10 mm. Wymiary arkuszy blach wynoszą 600 X 2000 mm i 1000 X 2000 mm lub inne.

Taśmy z aluminium i stopów aluminium walcowane na zimno produkuje się o grubościach 0,1 - 3 mm. Taśmy są dostarczane w szerokościach 10 - 2000 mm i długościach minimum 2,5 m.

Kształtowniki z aluminium i ze stopów otrzymywane są przez wyciskanie na gorąco. W zależności od przekroju dzieli się je na kształtowniki o przekroju prostym oraz kształtowniki o przekroju złożonym (pełnym, półzamkniętym i z otworem). Z kształtowników o przekroju prostym produkowane są kątowniki równoramienne i nierównoramienne, teowniki równoramienne i nierównoramienne oraz ceowniki. W obu grupach wykonywane są kształtowniki o zwykłej dokładności oraz o podwyższonej dokładności wykonania (oznaczenie - D), jak również o zwykłej jakości powierzchni do anodowania (oznaczenie - E).

Z przekrojów prostych kątowniki równoramienne wyciskane są w gabarytach wymiarowych od 10 X 10 X 1,5 do 120 X 120 X 15. Kątowniki nierównoramienne produkuje się w dwu stosunkach długości ramion - b : a = 2 : 1 oraz b : a = 3 : 2; teowniki nierównoramienne mają stosunek h : s = 1 : 2. Wszystkie kształtowniki dostarczane są bądź w długościach fabrykacyjnych (1,5 - 6 m), bądź określonych w zamówieniu

Profile i kształtowniki cienkościenne uzyskiwane są z blach i taśm przez odpowiednie gięcie, wytłaczanie itp. Na otwory okienne i drzwiowe stosuje się dużą liczbę kształtowników o profilach zamkniętych. Istotną pozycję wśród wyrobów profilowych zajmują elementy lekkiej obudowy, przeznaczone do obudowy hal przemysłowych, wiat i zadaszeń.

Elementy te charakteryzują się lekkością konstrukcji, wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi, łatwością montażu i estetycznym wyglądem. Dzięki wysokim walorom antykorozyjnym mogą być stosowane w budownictwie przemysłowym i rolniczym zarówno w atmosferze obojętnej, jak i agresywnej.

Mocowanie elementów do konstrukcji stalowej odbywa się za pomocą aluminiowych haków montażowych Ø 7,2 mm. Dzięki dużej skali rozpiętości elementów (1 - 16 m) eliminuje się stosowanie styków prostopadłych do fali, co skraca czas montażu i zapewnia dobrą szczelność.

Płyty warstwowe typu AL.-01-500 i AL.-01-750 składają się z dwu blach fałdowych o grubościach 0,8 mm każda i 40 mm warstwy wypełniającej ze styropianu samogasnącego. całkowita grubość ocieplonego elementu lekkiej obudowy wynosi 140 mm. Produkuje się je w długościach od 1 do 16 m.

Obok wymienionych płyt produkowane są również tzw. uniwersalne płyty osłonowe ścienne i stropodachowe typu PW9/B. Mają one okładziny z blachy aluminiowej lakierowanej lub nielakierowanej i rdzeń ze sztywnej pianki poliuteranowej. Znajdują one zastosowanie głównie do budowy osłonowych ścian o wysokich wymaganiach użytkowych, na lekkie przekrycia płatwiowe oraz ściany działowe.

3.5. Miedź i jej stopy.

Miedź jest metalem o połysku czerwonym, gęstości 8,96 g/cm³ i temperaturze topnienia 1083 ºC. Jest podatna na obróbkę plastyczną. Wytrzymałość miedzi na rozciąganie wynosi 210 - 260 Mpa, a współczynnik rozszerzalności liniowej 16 * 10^-1/ºC. Na powierzchni miedzi wytwarza się w środowisku powietrza warstwa ochronna, zwana patyną (zasadowy węglan miedzi).

Miedź jest stosowana jako składnik stopów. Do ważniejszych z punktu widzenia budownictwa stopów miedzi należy mosiądz (stop 54 - 70 % miedzi z cynkiem). Przy zawartości miedzi ponad 70% stop taki jest zwany tombakiem. Mosiądz o zawartości miedzi 58 - 60% jest podatny na obróbkę plastyczną na gorąco, a przy zawartości miedzi 63% łatwo daje się kształtować na zimno. Stop miedzi z cyną nazywamy brązem. Brąz stopowy podatny na walcowanie zawiera 6% cyny. Gęstość brązu o zawartości 12% cyny wynosi 8,6 g/cm³, a temperatura topnienia 800 - 1000 ºC.

Blachy miedziane walcowane na zimno stosuje się w budownictwie do pokryć dachowych i tylko do budynków monumentalnych i zabytkowych. Grubość blachy waha się w granicach 0,5 - 1,5 mm. Paski blachy stosuje się także do przekrywania dylatacji dachów, tarasów itp. Blacha produkowana jest w taśmach o szerokości 300 mm oraz w arkuszach o szerokościach 500, 700 i 1000 mm i długości od 600 do 2500 mm.

Kształtowniki z miedzi wyciskane (znak P) i ciągnione (znak C) wykonywane są z miedzi w gatunku M1g, M2G i M3G oraz z miedzi stopowej w gatunkach MD1 i MS. W zależności od przekroju dzieli się na:

• kształtowniki o przekroju prostym, do których należą: kątowniki równoramienne, nierównoramienne, teowniki równoramienne (wysokie) i teowniki nierównoramienne (niskie),

• kształtowniki o przekroju złożonym ustalonym między wytwórcą i zamawiającym.

W budownictwie kształtowniki z miedzi stosowane są rzadko, i to głównie jako elementy dekoracyjne w obiektach reprezentacyjnych.

Kształtowniki z mosiądzu, pod względem technologii wykonania i kształtu produkuje się analogicznie jak kształtowniki z miedzi. Do wyrobu stosowane są gatunki mosiądzu M059 i M63. Ich przeznaczenie jest również analogiczne do kształtowników z miedzi.

3.6. Cynk, ołów, cyna.

Cynk.

Cynk jest metalem z niebieskosrebrzystym połyskiem. Jest kruchy i niekowalny. Podgrzany do temperatury ok. 150 ºC staje się giętki i podatny na obróbkę plastyczną. Gęstość cynku wynosi 7,14 g/cm³. wytrzymałość walcowanych materiałów cynkowych na rozciąganie wynosi 110 - 140 Mpa, a współczynnik rozszerzalności liniowej 39 * 10^-61/ºC. Ze stopu cynku z glinem, magnezem i miedzią, znanego pod nazwą znal, wykonuje się okucia budowlane.

Blachy cynkowe w arkuszach produkuje się o grubościach 0,15 - 6 mm i szerokości 650, 800, 1000 i 1200 mm. Stosuje się je do pokryć dachowych, do pokryć gzymsów i parapetów oraz do wykonywania rynien dachowych i rur spustowych.

Pod wpływem związków wapnia zawartych w betonach i zaprawach cementowych, wapiennych i gipsowych cynk ulega powolnej korozji, dlatego powinien być izolowany od betonów i zapraw warstwą papy, folii albo powłoki antykorozyjnej asfaltowej lub żywicznej.

Ołów.

Ołów otrzymywany jest za pomocą metody pirometalurgicznej, najczęściej z rudy zwanej galeną (PbS). Jest to metal o barwie metaliczno - szarej i gęstości równej 11,34 [Mg / m³]. Wytrzymałość na rozciąganie R_m = 12 - 21,5 [MN / m²], a granica plastyczności R_0,5 = 4,9 [MN / m²]. Jest to metal o dużej zdolności do odkształceń plastycznych, odporny na korozję atmosferyczną i działanie kwasu siarkowego. Sole ołowiu są silnie trujące. Ołów jest przerabiany plastycznie na zimno i posiada doskonałe właściwości odlewnicze.

Ołów w postaci cienkich blach i folii stosowany był do krycia dachów. Obecnie w wielu krajach używany jest nadal do wyrobu doskonałych izolacji wodoszczelnych w połączeniu z dwoma warstwami pap asfaltowych, po obu stronach, ponadto stosowany jest do osłon ochronnych przed promieniowaniem radioaktywnym. Ołów jest niezastąpionym spoiwem do łączenia elementów metalowych z kamieniami naturalnymi i sztucznymi oraz do uszczelniania rur kanalizacyjnych. Metal ten stosowany jest do wyrobu rur w przemyśle kwasu siarkowego, do płaszczy ochronnych przewodów elektrycznych oraz do stopów lutowniczych z cyną lub cynkiem. Związki ołowiu stosowane są jako pigmenty o bardzo dobrych właściwościach kryjących np. biel ołowiowa, chromian ołowiany (barwy żółtej), minia ołowiana szeroko stosowana jako powłoka ochronna pasywująca, do konstrukcji stalowych oraz dodatek przy produkcji szkła kryształowego ołowianego.

Cyna.

Cynę otrzymuje się z rudy zwanej kasyterytami (SnO₂) za pomocą metod pirometalurgicznych. Jest to metal o barwie srebrzysto - białej i gęstości 7,3 [Mg / m³]. Przewodność cieplna określona współczynnikiem λ = 55[kcal / mhC]. Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowy α = 0,000023 deg^-1. Wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo niska, gdyż R_m = 19,6 - 29,4 [MN / m²].

Stosowanie cyny jest bardzo ograniczone. Ze względu na odporność cyny na działanie wody i środków żywnościowych używana jest do pobielania zbiorników wodnych wykonanych ze stali. Ponadto stop cyny i ołowiu tworzy miękki stop lutowniczy szeroko stosowany do robót blacharskich w budownictwie. Cyna stosowana jest również jako dodatek stopowy z miedzią (brązy cynowe).

---