06.05.Урок 42-43 для учнів 11 групи з матеріалознавства.

Тема: Метали й металеві вироби. Корозія матеріалів та засоби захисту від неї. Модуль МЛ 2-3.3

Мета: вивчення цієї теми дозволить Вам знати:

 • загальні відомості про метали і сплави. Класифікація металів і сплавів;

• загальні відомості про виробництво сталі;

• види і марки сталей, що застосовують в будівельних конструкціях;

•асортимент сталевих профілів. Класифікація арматурної сталі за способом     виробництва і профілем стержнів;

•корозія кам’яних матеріалів та спосіб захисту від неї;

• корозія металевих матеріалів та спосіб захисту від неї.

1.   Загальні відомості про метали і сплави. Класифікація металів і сплавів.

Метали – кристалічні речовини, характерними властивостями яких є висока міцність, пластичність, тепло- і електропровідність, особливий блиск. Широке використання металів у будівництві та інших галузях економіки пояснюється сполученням у них високих фізико-механічних властивостей з технологічністю. Міцність на розтяг металів практично така ж, як і на стиск. Так, міцність сталі більш ніж в 10...15 разів перевищує міцність бетону на стиск і в 100...200 разів на вигин і розтягання.
Незважаючи на унікальні міцнісні й технологічні характеристики, слід зазначити, що висока теплопровідність металів робить їх уразливими при дії вогню, отже металеві конструкції мають потребу в тепловій ізоляції. Великі збитки економіці завдає корозія металів..

Сплави - ​​це системи, що складаються з декількох металів або металів і неметалів. У будівництві застосовують сплави заліза з вуглецем (сталь, чавун), міді та олова (бронза) і міді та цинку (латунь) і ін

Застосовувані в будівництві метали ділять на дві групи: чорні і кольорові. До чорних металів належать залізо й сплави на його основі (чавун і сталь). Сталь - сплав заліза з вуглецем (до 2,14%) та іншими елементами. За хімічним складом розрізняють, сталі вуглецеві та леговані, а за призначенням - конструкційні, інструментальні і спеціальні. Чавун - сплав заліза з вуглецем (більше 2,14%), деякою кількістю марганцю (до 2%), кремнію (до 5%), а іноді й інших елементів. Залежно від будови і складу чавун буває білий, сірий і ковкий.

До кольоровим металам відносяться всі метали і сплави на основі алюмінію, міді, цинку, титану. Метали дуже технологічні: по-перше, вироби з них можна отримувати різними індустріальними методами (прокатом, волочінням, штампуванням і т. п.), по-друге, металеві вироби і конструкції легко з'єднуються один з одним за допомогою болтів, заклепок і зварки.

2.               Загальні відомості про виробництво сталі

Сталь - залізовуглеродний сплав з вмістом вуглецю до 2,14%. Сталь виробляють з переробного чавуну.

 Сталь отримують в конвертерах, мартенах і електропечах.

Конвертерний спосіб. Сталь отримують шляхом продувки повітря через чавун. Розрізняють кислий і оснóвний способи отримання сталі.

Кислий бесемерівський полягає в тому, що в конвертер, що знаходиться в похилому положенні заливають чавун, переводять його у вертикальне положення і починають продувати повітрям. 

Мартенівський спосіб. 1864г. Мартен, побудував регенератавную піч, в якій отримують сталь за основним і кислим способом. В якості палива застосовують колошникового (доменний) або генераторний газ.

Отримання сталі в електропечах  електрометалургійний спосіб. Джерело тепла електродуги, що утворює між вугільними електродами і металевою шихтою. Процес включає два періоди. У першому - відбувається окислення Mn, Si, С, Р за рахунок кисню руди. До складу шихти вводять також вапно, тому утворені сильноосновними шлаки утримують весь фосфор.

При отриманні легованих сталей в цей період в розплавлений метал вводять легуючі добавки, сталь отримують заданого хімічного складу. Виплавлену сталь розливають на злитки або переробляють в заготовки методом безперервного розливання.

Виготовлення сталевих виробів. Сталеві зливки - напівфабрикат, з якого отримують необхідні вироби. В основному застосовують обробку сталі тиском: метал під дією прикладеної сили деформується, зберігаючи придбану форму. Для полегшення обробки сталь часто попередньо нагрівають. 

3.     Види і марки сталей, що застосовують в будівельних конструкціях.

За призначенням вуглецеві сталі підрозділяються на конструкційні й інструментальні. Конструкційні сталі містять вуглець не більше 0,65%. Їх застосовують для виготовлення арматур залізобетонних конструкцій. У свою чергу, конструкційні сталі, які використовуються в будівництві, підрозділяють на сталі звичайної якості, якісні й спеціальні.
Сталь вуглецева звичайної якості підрозділяється на групи А,Б,В.
При поставці сталей групи А споживачу гарантують механічні властивості без уточнення хімічного складу. Виготовляють марки Ст 0, Ст 1 и т.д. до Ст 6. Чим більше номер сталі, тим більше в ній % вмісту вуглецю.
Сталі групи Б (БСт0,БСт1,БСт3 и т.д.) поставляють із гарантованим хімічним складом. Сталі групи В – з гарантованими хімічним складом і механічними властивостями.

4.     Асортимент сталевих профілів. Класифікація арматурної сталі за способом виробництва і профілем стержнів.

Сталеві конструкції виконують із прокатних елементів різного профілю, трубчастих і гнутих профілів, смуговий і листової сталі. У будівництві найчастіше застосовують такі прокатні і гнуті профілі: двотаврові балки, швелери, куточки одно-та нерівнополичні, квадратні і прямокутні труби. Кожен профіль випускають декількох типорозмірів, регламентованих стандартів.

Стрижнева арматурна сталь представляє собою гарячекатані стрижні діаметром 6 ... 80 мм. У залежності від марки сталі та відповідно фізико-механічних показників стрижневу арматуру поділяють на шість класів. З підвищенням класу збільшується межа міцності і знижується відносне подовження при розриві арматурної сталі.

Арматурні стрижні класу А-I гладкі, А-II ... А-VI - періодичного профілю, що покращує їх зчеплення з бетоном. Стрижневу арматуру діаметром більше 10 мм поставляють у вигляді прутків довжиною від 6 до 18м; діаметром 6 ... 9мм - в бухтах і випрямляють в стержні на місці застосування.

Сталеву арматурний дріт виготовляють двох класів: В-I - з низьковуглецевої сталі (межа міцності 550 ... 580 МПа) і В-II - з високовуглецевої або легованої сталі (межа міцності 1300 ... 1900 МПа). Дріт отримують із сталевих прутів шляхом витяжки; при цьому вона зміцнюється в результаті зміни структури металу (явище наклепу). Дріт класу В-I призначена для армування бетону без попереднього напруження, а В-II - для попередньо напруженого армування. Якщо на дроті роблять рифлення для поліпшення зчеплення з бетоном, то в позначення додають букву р (наприклад, Вр-I або Вр-II). З сталевого дроту виготовляють також арматурні сітки і каркаси, розкручуються пасма (трьох-, семи-і двенадцатіпроволочние) марок П-3, П-7 і П-12 і сталеві канати. Канати і пасма використовують для напруженої арматури

 

5.     Корозія кам’яних матеріалів та засоби захисту від неї

Під час експлуатації в спорудах природні кам'яні матеріали постійно зазнають впливу навколишнього середовища. Найважливіші причини їхньої корозії — атмосферні фактори, дія підземних вод, тваринних організмів, а також механічні навантаження конструкцій.

Найбільш активні фізико-хімічні фактори — це багаторазове зволоження й висихання чи заморожування й відтавання, дія мінералізованих вод і повітря, забрудненого промисловими газами. Під дією цих факторів у кам'яному матеріалі послаблюються кристалізаційні зв'язки, руйнуються нестійкі мінерали, у камені утворюються мікротріщини, мінерали втрачають блиск, порода поступово, руйнується. Щодо облицювальних матеріалів, то чим більший вміст у них погодонестійких мінералів, більша пористість і шорсткіша поверхня, тим інтенсивніше відбувається процес корозії.

Засоби захисту природного каміння від корозії: конструктивний захист відкритих частин споруд; створення на поверхні каменя захисного шару, що перешкоджає проникненню всередину агресивних речовин.

До конструктивних заходів належать: організація стоку води, уникання в конструктивних елементах –виступів, а також надання виробам якомога гладшої поверхні аж до полірованої.

Щоб підвищити непроникність матеріалів, застосовують цілий ряд способів. Наприклад, покривають нагріту поверхню каменю оліфою, безбарвними лаками, мінеральними маслами, розчинами парафіну, стеарину, металевих мил у летких органічних розчинниках. Останнім часом набула поширення обробка гідрофобізуючими кремнійорганічними рідинами — етилсиліконатом натрію ГКЖ-10, метилсиліконатом натрію ГКЖ-11 та поліетилгідросилоксановою рідиною ГКЖ-94 (рідина 136-41).

Консервування каменю — це послідовне просочування його верхнього шару двома розчинами, внаслідок реакції між якими утворюються нерозчинні речовини, що кольматують пори й мікротріщини. До таких способів належать силікатування, флюатування, а також модифікування-полімерами.

Силікатування полягає в .просочуванні верхнього шару каменя розчином рідкого скла, а після.просихання — розчином хлориду кальцію.

Флюатування (хремнефторизацію) застосовують для обробки вапняків та інших порід, що містять кальцит. Каміння, просочують розчинами кремнефтористих солей.

При цьому утворюються кремнезем, вуглекислота й нерозчинні фтористі солі.

Флюатуванням можна захищати від корозії й некарбонатні породи. Для цього їх спочатку просочують розчином кальцієвої солі, так званим аванфлюатом (наприклад, хлоридом кальцію), а потім — розчином флюату.

Можна також просочувати пористі кам’яні матеріали полімерами. Цей метод найефективніший для обробки пористих гірських порід.

Корозія металевих матеріалів та засоби захисту від неї

За звичайних умов метали можуть вступати в хімічні реакції з речовинами, що містяться в навколишньому середовищі, ― киснем і водою. На поверхні металів з’являються плями, метал становиться крихким і не витримує навантажень. Це призводить до руйнування металевих виробів, на виготовлення яких було затрачено велику кількість сировини, енергію та багато людських зусиль.

Корозією називають мимовільне руйнування металів і сплавів під впливом навколишнього середовища.

Яскравий приклад корозії ― іржа на поверхні сталевих і чавунних виробів. Щорічно через корозію втрачають біля чверті всього виробленого у світі заліза. Витрати на ремонт або заміну суден, автомобілів, приладів і комунікацій, водопровідних труб у багато разів перевищують вартість металу, з якого вони виготовлені. Продукти корозії забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на життя та здоров'я людей.

Хімічна корозія відбувається в різних хімічних виробництвах. В атмосфері активних газів (водню, сірководню, хлору), в середовищі кислот, лугів, солей, а також у розплавах солей і інших речовин відбуваються специфічні реакції із залученням металевих матеріалів, із яких зроблені апарати, в яких здійснюється хімічний процес. Газова корозія відбувається при підвищених температурах. Під її вплив попадають арматура печей, деталі двигунів внутрішнього згоряння. Електрохімічна корозія відбувається, якщо метал міститься у будь-якому водному розчині.

Найбільш активними компонентами навколишнього середовища, які діють на метали, є кисень О₂, водяна пара Н₂О, карбон(IV) оксид СО₂, сульфур(IV) оксид SО₂, нітроген(IV) оксид NО₂. Дуже сильно прискорюється процес корозії при контакті металів з солоною водою. З цієї причини кораблі іржавіють у морській воді швидше, ніж у прісній.

Суть корозії полягає в окисненні металів. Продуктами корозії можуть бути оксиди, гідроксиди, солі тощо. Наприклад, корозії заліза можна схематично описати таким рівнянням:

4Fe + 6H₂O + 3O₂ → 4Fe(OH)₃.

Зупинити корозію неможливо, але її можна сповільнити. Існує багато засобів захисту металів від корозії, але основним прийомом є запобігання контакту заліза з повітрям. Для цього металеві вироби фарбують, покривають лаком або вкривають шаром мастила. У більшості випадків цього достатньо, щоб метал не руйнувався протягом декількох десятків або навіть сотень років. Інший спосіб захисту металів від корозії електрохімічне покриття поверхні металу чи сплаву іншими металами, які є стійкими до корозії (нікелювання, хромування, оцинковування, сріблення й золотіння). У техніці дуже часто використовують спеціальні корозійностійкі сплави. Для уповільнення корозії металевих виробів у кислому середовищі також використовують спеціальні речовини ― інгібітори.

Модуль МЛ 2-3.3

Тест

І варіант

1.     Які фактори впливають на виникнення корозії кам’яних виробів?

а) багаторазове зволоження й висихання;

б) вплив сонічних променів;

в) механічні пошкодження

2.     Які засоби захисту кам’яних виробів  від корозії ви знаєте?

а) висихання каменю;

б) змочування водою;

в) покриття поверхонь каменів етилсиліконатом натрію ГКЖ-10.

3.     Які заходи належать до конструктивних?

а) організація стоку води;

б) покриття поверхонь лаком;

в) покриття поверхонь розчинами парафіну.

4.     Що таке флюат спосіб?

а) каміння просочують розчинами полімерів;

б) каміння просочують розчинами кремнефтористих солей;

в) каміння просочують розчинами хлориду кальцію.

5.     Що таке консервування каменю?

а) послідовне просочування верхнього шару каменю двома розчинами;

б) послідовне просочування верхнього шару каменю трьома розчинами;

в) послідовне просочування верхнього шару каменю одним розчинами.

      6.   Чи застосовують у будівництві двотаврові балки?

а) ні;

б) так.

      7.    Сталевий арматурний дріт виготовляють двох класів?

а) ні;

б) так.

8. Як отримують сталь при конвекторниму способі?

а) продувкою повітря через чавун;

б) продувкою повітря через мідь;

в) продувкою повітря через олово.

9. Чи мають метали особливий блиск?

а) ні;

б) так.

10.  Сплав заліза з вуглицем це?

а) сталь, чавун;

б) бронза;

в) латунь.

11.  Чи можна зупинити корозію металів?

 а) ні;

б) так.

12. Чи належить до чорних металів сталь?

 а) ні;

б) так.

 

Тест

ІІ варіант

1.     Які фактори вливають на виникнення  корозії металевих виробів?

а) дія кисню;

б) дія сонічних променів;

в) механічні пошкодження.

2.     Які засоби захисту металу від корозії ви знаєте?

а) фарбування;

б) висушування;

в) покриття водною фарбою.

3.     Що означає нікелювання металу?

а) покриття поверхні металу чи сплаву іншими металами;

б) висушування;

в) покриття водною фарбою.

4.      Чи покривають метал лакофарбовими матеріалами для запобігання корозії?

а) ні;

б) так.

     5.    Арматурні стрижні класу А-I є:

а) гладкими;

б) періодичного профілю..

6. Чи бувають сплави заліза з вуглецем?

 а) ні;

б) так.

7. Чи належить до чорних металів залізо?

 а) ні;

б) так.

8. Чи є метал кристалічною речовиною?

 а) ні;

б) так.

9. Теплопровідність металу – це ?

 а) перевага;

б) тнедолік.

10. Які із цих груп застосовують для виготовлення арматур залізобетонних конструкцій?

 а) конструкційні;

 б) інструментальні;

1.      Для чого виготовляють арматурні стрижні періодичного профілю?

а) простіші у виготовленні;

б) для кращого щеплення з бетоном;

в) для усунення корозії.

2.     На скількі класів поділяють стрижневу арматуру?

а) 5;

б) 6;

в) 4.