Nerezová ocel nebo hliník? Hliník nebo nerezová ocel, která je lepší Ohnivzdorné vlastnosti nerezové oceli a hliníku
Při výběru kovových výrobků - vyhřívaných věšáků na ručníky a zábradlí, nádobí a plotů, roštů nebo zábradlí - volíme především materiál. Tradičně se za konkurenty považuje nerezová ocel, hliník a běžná černá ocel (uhlík). Mají sice řadu podobných vlastností, přesto se od sebe výrazně liší. Má smysl je porovnat a zjistit, co je lepší: hliník nebo nerezová ocel(černá ocel, vzhledem k její nízké odolnosti proti korozi, nebude uvažována).
Hliník: vlastnosti, výhody, nevýhody
Jeden z nejlehčích kovů, které se obecně používají v průmyslu. Velmi dobře vede teplo a nepodléhá kyslíkové korozi. Hliník se vyrábí v několika desítkách typů: každý s vlastními přísadami, které zvyšují pevnost, odolnost proti oxidaci a kujnost. S výjimkou velmi drahého leteckého hliníku však mají všechny jednu nevýhodu: přílišnou měkkost. Díly vyrobené z tohoto kovu se snadno deformují. Proto není možné použít hliník tam, kde je výrobek během provozu vystaven vysokému tlaku (například vodní ráz ve vodovodních systémech).
Odolnost hliníku proti korozi poněkud předražené. Ano, kov „nehnije“. Ale pouze díky ochranné vrstvě oxidu, která se na produktu vytvoří na vzduchu během několika hodin.
Nerezová ocel
Slitina nemá prakticky žádné nevýhody - kromě vysoké ceny. Nebojí se koroze, ne teoreticky, jako hliník, ale prakticky: neobjevuje se na něm žádný oxidový film, což znamená, že v průběhu času, “ nerezová ocel"nevybledne.
Nerezová ocel je o něco těžší než hliník, dobře zvládá nárazy, vysoký tlak a otěr (zejména značky, které obsahují mangan). Jeho přenos tepla je horší než u hliníku: ale díky tomu se kov „nepotí“ a je na něm méně kondenzace.
Na základě výsledků srovnání je zřejmé, že pro provádění úkolů, které vyžadují nízkou hmotnost kovu, pevnost a spolehlivost, nerezová ocel je lepší než hliník.
Hliník se dnes používá téměř ve všech průmyslových odvětvích, od výroby potravinářského náčiní až po tvorbu trupů kosmických lodí. Pro jednoho nebo druhého výrobní procesy Vhodné jsou pouze určité druhy hliníku, které mají určité fyzikální a chemické vlastnosti.
Hlavními vlastnostmi kovu jsou vysoká tepelná vodivost, kujnost a tažnost, odolnost proti korozi, nízká hmotnost a nízký ohmický odpor. Jsou přímo závislé na procentu nečistot obsažených v jeho složení a také na technologii výroby nebo obohacování. V souladu s tím se rozlišují hlavní třídy hliníku.
Druhy hliníku
Všechny druhy kovů jsou popsány a zahrnuty jednotný systém uznávané národní a mezinárodní normy: evropské EN, americké ASTM a mezinárodní ISO. V naší zemi jsou třídy hliníku definovány GOST 11069 a 4784. Všechny dokumenty jsou posuzovány samostatně. Samotný kov je přitom rozdělen do tříd a slitiny nemají specificky definované znaky.
V souladu s národními a mezinárodními normami by se měly rozlišovat dva typy mikrostruktury nelegovaného hliníku:
- vysoká čistota s procentem vyšším než 99,95 %;
- technická čistota, obsahující cca 1 % nečistot a přísad.
Za nečistoty jsou nejčastěji považovány sloučeniny železa a křemíku. V mezinárodní standard ISO má samostatnou řadu pro hliník a jeho slitiny.
Třídy hliníku
Technický typ materiálu je rozdělen do určitých tříd, které jsou přiřazeny příslušným normám, například AD0 podle GOST 4784-97. Zároveň do klasifikace patří i vysokofrekvenční kov, aby nedošlo k záměně. Tato specifikace obsahuje následující třídy:
- Primární (A5, A95, A7E).
- Technické (AD1, AD000, ADS).
- Deformovatelné (AMg2, D1).
- Slévárna (VAL10M, AK12pch).
- Pro dezoxidaci oceli (AV86, AV97F).
Kromě toho existují také kategorie slitin - sloučeniny hliníku, které se používají k vytváření slitin ze zlata, stříbra, platiny a dalších drahých kovů.
Primární hliník
Primární hliník (třída A5) - typický příklad tato skupina. Získává se obohacováním oxidu hlinitého. Kov se v přírodě nenachází v čisté formě kvůli jeho vysoké chemické aktivitě. V kombinaci s dalšími prvky tvoří bauxit, nefelin a alunit. Následně se z těchto rud získává oxid hlinitý a z něj se pomocí složitých chemických a fyzikálních procesů získává čistý hliník.
GOST 11069 stanoví požadavky na jakosti primárního hliníku, které je třeba zohlednit při použití vertikálních a vodorovné pruhy nesmazatelný nátěr různé barvy. Našel tento materiál široké uplatnění ve vyspělých průmyslových odvětvích, zejména tam, kde se od surovin vyžadují vysoké technické vlastnosti.
Technický hliník
Technický hliník je materiál s podílem cizích nečistot nižším než 1 %. Velmi často se také nazývá nedopovaný. Technické značky hliník podle GOST 4784-97 se vyznačují velmi nízkou pevností, ale vysokou odolností proti korozi. Díky nepřítomnosti legujících částic ve směsi se na kovovém povrchu rychle vytvoří ochranný oxidový film, který je stabilní.
Druhy technického hliníku se vyznačují dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. Jejich molekulární mřížka neobsahuje prakticky žádné nečistoty, které by rozptylovaly tok elektronů. Díky těmto vlastnostem se materiál aktivně používá při výrobě nástrojů, při výrobě topných a teplosměnných zařízení a osvětlovacích předmětů.
Tvářený hliník
Deformovatelný hliník zahrnuje materiál, který je podroben tepelnému a studenému tlakovému zpracování: válcování, lisování, tažení a další typy. V důsledku plastických deformací se z něj získávají polotovary různých podélných průřezů: hliníková tyč, plech, pás, deska, profily a další.
Hlavní značky deformovatelného materiálu používaného v domácí výrobě jsou uvedeny v regulační dokumenty: GOST 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 a OCT1 90026. Charakteristický rys Deformovatelná surovina je pevná struktura roztoku s vysokým obsahem eutektika - kapalné fáze, která je v rovnováze se dvěma nebo více pevnými skupenstvími hmoty.
Rozsah použití deformovatelného hliníku, jako je ten, kde se používá hliníková tyč, je poměrně široký. Používá se jak v oblastech vyžadujících vysoké technická charakteristika z materiálů - při stavbě lodí a letadel a v staveniště jako slitina pro svařování.
Odlévaný hliník
Slévárenské druhy hliníku se používají pro výrobu tvarových výrobků. Jejich hlavní rys je kombinací vysoké měrné pevnosti a nízké hustoty, která umožňuje odlévání výrobků složité tvary bez tvorby trhlin.
Podle účelu se slévárenské druhy běžně dělí do skupin:
- Vysoce hermetické materiály (AL2, AL9, AL4M).
- Materiály s vysokou pevností a tepelnou odolností (AL 19, AL5, AL33).
- Látky s vysokou antikorozní odolností.
Velmi často se výkonnostní charakteristiky výrobků z litého hliníku zvyšují různé typy tepelné zpracování.
Hliník pro dezoxidaci
Na kvalitu vyráběných výrobků má vliv i to, co hliník má fyzikální vlastnosti. A použití nekvalitních materiálů se neomezuje pouze na vytváření polotovarů. Velmi často se používá k dezoxidaci oceli - odstranění kyslíku z roztaveného železa, který je v ní rozpuštěn a tím se zvyšuje mechanické vlastnosti kov Pro tento proces nejčastěji používané značky jsou AB86 a AB97F.
V současné době lze nejběžnější systémy NVF na ruském trhu rozdělit do tří velkých skupin:
- systémy s podplášťovými konstrukcemi z hliníkových slitin;
- systémy s podplášťovou konstrukcí z pozinkované oceli s polymerní povlak;
- systémy s podplášťovou konstrukcí z nerezové oceli.
Nejlepší pevnostní a tepelné vlastnosti mají bezesporu podplášťové konstrukce z nerezové oceli.
Srovnávací analýza fyzikálních a mechanických vlastností materiálů
*Vlastnosti nerezové oceli a pozinkované oceli se mírně liší.
Tepelné a pevnostní charakteristiky nerezové oceli a hliníku
1. S ohledem na 3x nižší nosnost a 5,5x vyšší tepelnou vodivost než hliník je držák z hliníkové slitiny silnějším „studeným mostem“ než držák z nerezové oceli. Ukazatelem toho je koeficient tepelné stejnoměrnosti obvodové konstrukce. Podle výzkumných údajů byl součinitel tepelné stejnoměrnosti obvodové konstrukce při použití nerezového systému 0,86-0,92 au hliníkových systémů 0,6-0,7, což vyžaduje pokládku větší tloušťky izolace a odpovídajícím způsobem zvýšit náklady na fasádu.
Pro Moskvu je požadovaný tepelný odpor stěn s přihlédnutím ke koeficientu tepelné rovnoměrnosti pro nerezovou konzolu - 3,13/0,92=3,4 (m2,°C)/W, pro hliníkovou konzolu - 3,13/0,7= 4,47 (m2.°C)/W, tzn. 1,07 (m 2 °C)/W vyšší. Při použití hliníkových držáků by tedy měla být tloušťka izolace (s koeficientem tepelné vodivosti 0,045 W/(m°C) téměř o 5 cm více (1,07 * 0,045 = 0,048 m).
2. Vzhledem k větší tloušťce a tepelné vodivosti hliníkových konzol může podle výpočtů provedených ve Výzkumném ústavu stavební fyziky při teplotě venkovního vzduchu -27 °C teplota na kotvě klesnout až na -3,5 °C. a ještě nižší, protože v oblasti výpočtů průřez hliníková konzola byla předpokládána na 1,8 cm2, zatímco ve skutečnosti je to 4-7 cm2. Při použití nerezové konzoly byla teplota na kotvě +8 °C. To znamená, že při použití hliníkových konzol kotva pracuje v zóně střídání teplot, kde je možná kondenzace vlhkosti na kotvě s následným zamrznutím. Tím se postupně naruší materiál konstrukční vrstvy stěny kolem kotvy a tím se sníží její nosnost, což je důležité zejména u stěn z materiálu s nízkou nosná kapacita(pěnový beton, duté cihly atd.). Tepelně izolační podložky pod držák zároveň díky své malé tloušťce (3-8 mm) a vysoké (vzhledem k izolaci) tepelné vodivosti snižují tepelné ztráty pouze o 1-2 %, tzn. prakticky neporušují „studený most“ a mají malý vliv na teplotu kotvy.
3. Nízká tepelná roztažnost vedení. Teplotní deformace hliníkové slitiny je 2,5krát větší než u nerezové oceli. Nerez má více nízký koeficient tepelná roztažnost (10 10 -6 °C -1), ve srovnání s hliníkem (25 10 -6 °C -1). Podle toho bude prodloužení 3metrových vodítek s teplotním rozdílem od -15 °C do +50 °C 2 mm pro ocel a 5 mm pro hliník. Pro kompenzaci tepelné roztažnosti hliníkového vedení je tedy nutné celá řada Události:
konkrétně úvod do subsystému doplňkové prvky- pohyblivé vodicí lišty (pro držáky tvaru U) nebo oválné otvory s pouzdry pro nýty - není tuhá fixace (u držáků tvaru L).
To nevyhnutelně vede ke složitějšímu a nákladnějšímu subsystému nebo nesprávné instalaci (často se stává, že montéři nepoužijí průchodky nebo nesprávně připevní sestavu přídavnými prvky).
V důsledku těchto opatření dopadá tíhové zatížení pouze na nosné konzoly (horní a spodní) a ostatní slouží pouze jako podpěra, což znamená, že kotvy nejsou zatěžovány rovnoměrně a s tím je třeba počítat při navrhování. projektová dokumentace, což se často prostě nedělá. V ocelových systémech je celé zatížení rozloženo rovnoměrně - všechny uzly jsou pevně fixovány - drobné tepelné roztažnosti jsou kompenzovány provozem všech prvků ve fázi pružné deformace.
Konstrukce svorky umožňuje, aby mezera mezi deskami v nerezových systémech byla od 4 mm, zatímco u hliníkových systémů - nejméně 7 mm, což také mnoha zákazníkům nevyhovuje a kazí vzhled budova. Kromě toho musí příchytka zajistit volný pohyb obkladových desek o míru vysunutí vodítek, jinak dojde ke zničení desek (zejména na spoji vodítek) nebo k ohnutí příchytky (obojí může vést k vypadávání obkladových desek). V ocelovém systému nehrozí vybočení upínacích ramen, ke kterému může časem dojít u hliníkových systémů vlivem velkých teplotních deformací.
Požární vlastnosti nerezové oceli a hliníku
Teplota tání nerezové oceli je 1800 °C a hliníku 630/670 °C (v závislosti na slitině). Teplota ohně při vnitřní povrch dlaždice (podle výsledků zkoušek Regionálního certifikačního centra „OPYTNOE“) dosahuje 750 °C. Při použití hliníkových konstrukcí tak může dojít k roztavení spodní konstrukce a zborcení části fasády (v oblasti okenního otvoru) a při teplotě 800-900°C samotný hliník podporuje hoření. Nerezová ocel se v ohni netaví, proto je podle požadavků nejvýhodnější požární bezpečnost. Například v Moskvě během výstavby výškové budovy Hliníkové spodní konstrukce se nesmí používat vůbec.
Korozivní vlastnosti
Jediným spolehlivým zdrojem o korozní odolnosti konkrétní konstrukce spodního pláště, a tedy i životnosti, je dnes odborný posudek ExpertKorr-MISiS.
Nejodolnější konstrukce jsou vyrobeny z nerezové oceli. Životnost takových systémů je minimálně 40 let v městské průmyslové atmosféře se střední agresivitou a minimálně 50 let v podmíněně čisté atmosféře s nízkou agresivitou.
Slitiny hliníku mají díky svému oxidovému filmu vysokou odolnost proti korozi, ale v podmínkách vysoký obsah V atmosféře chloridů a síry může docházet k rychle se rozvíjející mezikrystalické korozi, která vede k výraznému poklesu pevnosti konstrukčních prvků a jejich destrukci. Životnost konstrukce z hliníkových slitin tak v městské průmyslové atmosféře průměrné agresivity nepřesahuje 15 let. Podle požadavků společnosti Rosstroy však v případě použití hliníkových slitin pro výrobu prvků spodní konstrukce NVF musí mít všechny prvky nutně anodický povlak. Přítomnost anodického povlaku zvyšuje životnost spodní konstrukce z hliníkové slitiny. Ale při instalaci spodní konstrukce jsou její různé prvky spojeny nýty, pro které jsou vyvrtány otvory, což způsobuje porušení anodického povlaku v oblasti upevnění, tj. nevyhnutelně vznikají oblasti bez anodického povlaku. Ocelové jádro hliníkového nýtu navíc spolu s hliníkovým médiem prvku tvoří galvanický pár, což vede i k rozvoji aktivních procesů mezikrystalové koroze v místech uchycení prvků spodní stavby. Stojí za zmínku, že nízká cena konkrétního systému NVF se spodní konstrukcí z hliníkové slitiny je často způsobena právě chybějícím ochranným anodickým povlakem na prvcích systému. Bezohlední výrobci takových substruktur šetří drahé elektrochemické procesy eloxování výrobků.
Pozinkovaná ocel má z hlediska trvanlivosti konstrukce nedostatečnou odolnost proti korozi. Ale po nanesení polymerního povlaku bude životnost spodní konstrukce z pozinkované oceli s polymerním povlakem 30 let v městské průmyslové atmosféře se střední agresivitou a 40 let v podmíněně čisté atmosféře s nízkou agresivitou.
Po porovnání výše uvedených ukazatelů hliníkových a ocelových spodních konstrukcí můžeme konstatovat, že ocelové spodní stavby výrazně převyšují hliníkové ve všech ohledech.
Popis hliníku: Hliník nemá polymorfní transformace a má plošně centrovanou krychlovou mřížku s periodou a = 0,4041 nm. Hliník a jeho slitiny se dobře hodí k deformaci za tepla i za studena - válcování, kování, lisování, tažení, ohýbání, lisování plechů a další operace.
Všechny hliníkové slitiny lze spojovat bodové svařování a speciální slitiny lze svařovat tavením a jinými druhy svařování. Deformovatelné hliníkové slitiny se dělí na kalitelné a nekalitelné tepelné zpracování.
Všechny vlastnosti slitin jsou dány nejen způsobem získání polotovaru a tepelného zpracování, ale především chemické složení a zejména povaha fází, které zpevňují každou slitinu. Vlastnosti stárnutí hliníkových slitin závisí na typech stárnutí: zónové, fázové nebo koagulační.
Ve fázi koagulačního stárnutí (T2 a T3) se výrazně zvyšuje korozní odolnost a to nejvíce optimální kombinace charakteristiky pevnosti, odolnosti proti korozi pod napětím, exfoliační korozi, lomové houževnatosti (K 1c) a tažnosti (zejména ve vertikálním směru).
Stav polotovarů, povaha pokovení a směr řezání vzorků jsou označeny následovně - Legenda válcovaný hliník:
M - Měkký, žíhaný
T - Vytvrzené a přirozeně stárnuté
T1 - Vytvrzené a uměle stárnuté
T2 - Kalené a uměle stárnuté podle režimu, který poskytuje vyšší hodnoty lomové houževnatosti a lepší odolnost vůči korozi pod napětím
TZ - Kalené a uměle stárnuté podle režimu, který poskytuje nejvyšší odolnost proti korozi pod napětím a lomovou houževnatost
N - tvářené za studena (barevné opracování plechů ze slitin jako je dural cca 5-7%)
P - Polotvrzené
H1 - Silně zbarvené za studena (plechy zpracovávající za studena přibližně 20 %)
TPP - Vytvrzený a přirozeně stárnutý, zvýšená pevnost
GK - válcované za tepla (plechy, desky)
B - Technologické opláštění
A - Normální pokovování
UP – zesílený obklad (8 % na stranu)
D - Podélný směr(podél vlákna)
P - Příčný směr
B - Směr nadmořské výšky (tloušťka)
X - Směr akordu
R - Radiální směr
PD, DP, VD, VP, ХР, РХ - Směr řezání vzorku používaný ke stanovení lomové houževnatosti a rychlosti růstu únavových trhlin. První písmeno charakterizuje směr osy vzorku, druhé - směr roviny, například: PV - osa vzorku se shoduje s šířkou polotovaru a rovina trhliny je rovnoběžná s výškou nebo tloušťkou .
Analýza a získávání vzorků hliníku: Rudy. V současné době se hliník vyrábí pouze z jednoho druhu rudy – bauxitu. Běžně používané bauxity obsahují 50-60 % A 12 O 3,<30% Fe 2 О 3 , несколько процентов SiО 2 , ТiО 2 , иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.
Vzorky z bauxitu se odebírají podle obecných pravidel se zvláštním zřetelem na možnost absorpce vlhkosti materiálem a také na různé poměry velkých a malých částic. Hmotnost vzorku závisí na velikosti zkoušeného vzorku: z každých 20 tun je nutné vybrat minimálně 5 kg na celkový vzorek.
Při odběru vzorků bauxitu v kuželovitých svazcích se ze všech velkých kusů o hmotnosti > 2 kg ležících v kruhu o poloměru 1 m odlomí malé kousky a odnesou se do lopaty. Chybějící objem je vyplněn malé částice materiál odebraný z bočního povrchu testovaného kužele.
Vybraný materiál se shromažďuje v těsně uzavřených nádobách.
Veškerý materiál vzorku se v drtiči rozdrtí na částice o velikosti 20 mm, nasype do kužele, redukuje a znovu rozdrtí na částice o velikosti<10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.
Další příprava vzorku pro analýzu se provádí po vysušení při 105 °C. Velikost částic vzorku pro analýzu musí být menší než 0,09 mm, množství materiálu je 50 kg.
Připravené vzorky bauxitu jsou velmi náchylné ke stratifikaci. Pokud vzorky sestávají z částic o velikosti<0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава. Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.
Vzorky z tekutých fluoridových tavenin používaných při elektrolýze roztaveného hliníku jako elektrolyty se odebírají ocelovou naběračkou z tekuté taveniny po odstranění pevných usazenin z povrchu lázně. Kapalný vzorek taveniny se nalije do formy a získá se malý ingot o rozměrech 150 x 25 x 25 mm; poté se celý vzorek rozdrtí na velikost částic laboratorního vzorku menší než 0,09 mm...
Tavení hliníku: V závislosti na rozsahu výroby, povaze odlévání a energetických možnostech lze tavení hliníkových slitin provádět v kelímkových pecích, v odporových elektrických pecích a v indukčních elektrických pecích.
Tavení hliníkových slitin by mělo zajistit nejen vysokou kvalitu hotové slitiny, ale také vysokou produktivitu celků a navíc minimální náklady na odlévání.
Nejprogresivnější metodou tavení hliníkových slitin je metoda indukčního ohřevu průmyslovými frekvenčními proudy.
Technologie přípravy slitin hliníku sestává ze stejných technologických kroků jako technologie přípravy slitin na bázi jakýchkoli jiných kovů.
1. Při tavení čerstvých hrubých kovů a slitin se hliník nejprve naloží (celý nebo po částech) a poté se slitiny rozpustí.
2. Při provádění tavení za použití předběžné slitiny surového železa nebo surového siluminu ve vsázce se nejprve naloží a roztaví surové slitiny a poté se přidá požadované množství hliníku a slitin.
3. V případě, že je vsázka tvořena odpady a surovými kovy, je nakládána v následujícím pořadí: primární hliník surové, vadné odlitky (ingoty), odpady (prvotřídní) a rafinované přetavení a slitiny.
Měď lze do taveniny zavádět nejen ve formě slitiny, ale také ve formě elektrolytické mědi nebo odpadu (zavádění rozpuštěním).
