Металлы. 
Архитектурно-строительные конструкции

Металлы подразделяются на черные металлы (железо, чугун, сталь и др.) и благородные, или драгоценные, металлы (золото, серебро, платина). Встречается также разделение на легкие (алюминий, магний, натрий и др.) и тяжелые металлы (железо, медь, серебро, золото, платина и др.).

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, где углерода содержится не более 2%. Стали имеют высокую прочность, пластичность, хорошо обрабатываются термически и механически. Стали классифицируются по назначению (конструкционные, инструментальные и специальные), химическому составу (углеродистые и легированные), способу получения (стали обыкновенного качества и стали качественные конструкционные), качеству и другим признакам. Чугун — это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2%. В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые, ковкие и серые. Белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью. Он является исходным материалом для получения ковкого чугуна (КЧ). Серые чугуны (СЧ) характеризуются хорошими литейными свойствами, средней прочностью и удовлетворительной износостойкостью.

Алюминий — серебристо-белый металл, растворимый в некоторых кислотах и щелочах. 11а воздухе алюминий быстро покрывается плотной оксидной пленкой, предохраняющей поверхность изделия от дальнейшего окисления. Основные физические характеристики алюминия представлены в табл. 2.1. Технически чистый алюминий имеет низкую прочность ( МПа), поэтому применяют его сплавы, повышая временно? е сопротивление легированного алюминия в 2−5 раз.

Латунь — сплав меди с цинком. Бронза — сплав меди с другими элементами (свинец, железо, алюминий и др.).

Если достичь предела пропорциональности в материале металлического образца, а затем разгрузить образец, то его длина вернется в исходное состояние, т. е. если напряжение? в материале находится в пределах , то говорят, что материал работает в упругой стадии. После достижения предела упругости в материале появляются некоторые малые остаточные деформации. Если линейные деформации образца начинают расти без увеличения нагрузки, то напряжение в материале образца достигло предела текучести , т. е. . За пределами упругой деформации, вплоть до разрушения образца, полная деформация будет состоять из упругой и пластической (остаточной) составляющих.

При максимальном усилии Fmax во время испытания стальных образцов на растяжение начинается полное разрушение внутренних связей материала. При этом в образце в месте разрыва появляется шейка (рис. 2.1). Напряжение.

называется пределом прочности на растяжение. Через А в формуле обозначена первоначальная площадь поперечного сечения образца. Для пластических материалов условно принимают.

где - предел прочности на сжатие. На самом деле предела проч`ности на сжатие не существует.

Для испытания пластических материалов на сжатие используются образцы другой формы (рис. 2.2), чем при испытании на растяжение (см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Образцы из малоуглеродистой стали (хорошо видны шейки на трех образцах).

Рис. 2.2. Исходный образец из малоуглеродистой стали для испытания на сжатие (слева), затем промежуточный этап испытания и справа — конец испытания.

Хрупкие материалы на растяжение работают значительно хуже, чем на сжатие. Они не имеют площадки текучести, поэтому механические характеристики хрупкого металла, например чугуна, определяются только двумя показателями: - предел прочности на растяжение и - предел прочности на сжатие (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Исходный образец из чугуна для испытания на сжатие (слева), затем промежуточные этапы испытания и справа — конец испытания.

Таким образом, физико-механические свойства конструкционных пластических металлов характеризуются следующими параметрами: , а хрупких металлов — .