Марки алюмінію. Нержавіюча сталь або алюміній

В даний час найбільш поширеними на російському ринку системи НВФ можна розділити на три великі групи:

• системи з підлицювальною конструкцією з алюмінієвих сплавів;
• системи з підлицювальною конструкцією з оцинкованої сталі з полімерним покриттям;
• системи з підлицювальною конструкцією з нержавіючої сталі.

Найкращі міцнісні та теплофізичні показники, безумовно, мають підлицювальні конструкції з нержавіючої сталі.

Порівняльний аналіз фізико-механічних властивостей матеріалів

*Властивості нержавіючої та оцинкованої сталі відрізняються незначно.

Теплотехнічні та міцнісні характеристики нержавіючої сталі та алюмінію

1. Враховуючи в 3 рази меншу несучу здатність та в 5,5 разів більшу теплопровідність алюмінію, кронштейн із алюмінієвого сплаву є сильнішим "мостом холоду", ніж кронштейн із нержавіючої сталі. Показником цього є коефіцієнт теплотехнічної однорідності огороджувальної конструкції. За даними досліджень коефіцієнт теплотехнічної однорідності огороджувальної конструкції при застосуванні системи з нержавіючої сталі становив 0,86-0,92, а для алюмінієвих систем він дорівнює 0,6-0,7, що змушує закладати більшу товщину утеплювача і, відповідно, збільшувати вартість фасаду .

Для м. Москви необхідний опір теплопередачі стін з урахуванням коефіцієнта теплотехнічної однорідності становить нержавіючий кронштейн - 3,13/0,92=3,4 (м2.°C)/Вт, для алюмінієвого кронштейна - 3,13/0,7= 4,47 (м 2 .°C)/Вт, тобто. на 1,07 (м 2 .°C)/Вт вище. Звідси при використанні алюмінієвих кронштейнів товщина утеплювача (з коефіцієнтом теплопровідності 0,045 Вт/(м.°C) повинна прийматися майже на 5 см більше (1,07*0,045=0,048 м)).

2. Через більшу товщину та теплопровідність алюмінієвих кронштейнів за розрахунками, проведеними в НДІ Будівельної фізики, при температурі зовнішнього повітря -27 °C температура на анкері може опускатися до -3,5 °C і навіть нижче, т.к. у розрахунках площа поперечного перерізу алюмінієвого кронштейна приймалася 1,8 см 2 тоді як реально вона становить 4-7 см 2 . При застосуванні кронштейна з нержавіючої сталі температура на анкері склала +8 °C. Тобто, при застосуванні алюмінієвих кронштейнів анкер працює в зоні знакозмінних температур, де можлива конденсація вологи на анкері з наступним замерзанням. Це буде поступово руйнувати матеріал конструктивного шару стіни навколо анкера і відповідно знижувати його здатність, що несе, що особливо актуально для стін з матеріалу з низькою несучою здатністю (пінобетон, пустотіла цегла та ін.). При цьому теплоізоляційні прокладки під кронштейн через їх малу товщину (3-8 мм) і високу (щодо утеплювача) теплопровідність знижують втрати втрати всього на 1-2 %, тобто. практично не розривають "міст холоду" і мало впливають на температуру анкера.

3. Низьке температурне розширення напрямних. Температурні деформації алюмінієвого сплаву у 2,5 рази більші, ніж нержавіючої сталі. Нержавіюча сталь має нижчий коефіцієнт температурного розширення (10 10 -6 °C -1) порівняно з алюмінієм (25 10 -6 °C -1). Відповідно подовження 3-метрових напрямних при перепаді температур від -15 °C до +50 °C становитиме 2 мм для сталі та 5 мм для алюмінію. Тому для компенсації температурного розширення алюмінієвої напрямної необхідна ціла низка заходів:

а саме - введення в підсистему додаткових елементів - рухомих санок (для П-подібних кронштейнів) або овальних отворів із втулками для заклепок - не жорстка фіксація (для L-образних кронштейнів).

Це неминуче призводить до ускладнення та подорожчання підсистеми або неправильного монтажу (оскільки часто буває, що монтажники не використовує втулки або неправильно фіксує вузол з додатковими елементами).

В результаті цих заходів вагове навантаження припадає тільки на несучі кронштейни (верхній і нижній), а інші служать лише як опора, а це означає, що анкери навантажені не рівномірно і це обов'язково потрібно враховувати при розробці проектної документації, що часто просто не роблять. У сталевих системах все навантаження розподіляється рівномірно - всі вузли жорстко зафіксовані - незначні температурні розширення компенсуються з допомогою роботи всіх елементів на стадії пружної деформації.

Конструкція клямера дозволяє робити зазор між плитами в системах з нержавіючої сталі від 4 мм, тоді як в алюмінієвих системах - не менше 7 мм, що до того ж не влаштовує багатьох замовників та псує зовнішній виглядбудівлі. Крім того, клямер повинен забезпечувати вільне переміщення плит облицювання на величину подовження напрямних, інакше відбуватиметься руйнування плит (особливо на стику напрямних) або розгинання клямеру (і те, й інше може призвести до випадання плит облицювання). У сталевій системі немає небезпеки розгинання лапок клямера, що може з часом відбутися в алюмінієвих системах через великі температурні деформації.

Протипожежні властивості нержавіючої сталі та алюмінію

Температура плавлення нержавіючої сталі 1800 ° C, а алюмінію 630/670 ° C (залежно від сплаву). Температура при пожежі на внутрішній поверхні плитки (за результатами випробувань МООУ «Регіональний сертифікаційний центр «ДОСВІДНЕ») досягає 750 °C. Таким чином, при застосуванні алюмінієвих конструкцій може статися розплавлення підконструкції та обвалення частини фасаду (в зоні віконного отвору), а при температурі 800-900 ° С алюміній сам по собі підтримує горіння. Нержавіюча сталь при пожежі не плавиться, тому найкраща за вимогами пожежної безпеки. Наприклад - м. Москва під час будівництва висотних будівель алюмінієві підконструкції взагалі допускаються до застосування.

Корозійні властивості

На сьогоднішній день єдиним достовірним джерелом про корозійну стійкість тієї чи іншої підлицювальної конструкції, а відповідно і довговічності, є експертний висновок «ЕкспертКор-МІСіС».

Найбільш довговічними є конструкції із нержавіючих сталей. Термін служби таких систем становить не менше 40 років у міській промисловій атмосфері середньої агресивності та не менше 50 років в умовах умовно-чистої атмосфери слабкої агресивності.

Алюмінієві сплави, завдяки оксидній плівці, мають високу корозійну стійкість, але в умовах підвищеного вмісту в атмосфері хлоридів і сірки можливе виникнення міжкристалітної корозії, що швидко розвивається, що призводить до істотного зниження міцності елементів конструкції і їх руйнування. Таким чином, термін служби конструкції із алюмінієвих сплавів в умовах міської промислової атмосфери середньої агресивності не перевищує 15 років. Однак, за вимогами Росстрою, у разі застосування алюмінієвих сплавів для виготовлення елементів підконструкції НВФ, всі елементи обов'язковому порядкуповинні мати анодне покриття. Наявність анодного покриття збільшує термін служби підконструкції із алюмінієвого сплаву. Але при монтажі підконструкції різні її елементи з'єднуються заклепками, навіщо свердляться отвори, що викликає порушення анодного покриття ділянці кріплення, т. е. неминуче створюються ділянки без анодного покриття. Крім того, сталевий осердя алюмінієвої заклепки спільно з алюмінієвим середовищем елемента становить гальванічну пару, що також веде до розвитку активних процесів міжкристалітної корозії у місцях кріплення елементів підконструкції. Варто відзначити, що найчастіше дешевизна тієї чи іншої системи НВФ з підконструкцією з алюмінієвого сплаву обумовлена ​​саме відсутністю анодного захисного покриття на елементах системи. Несумлінні виробники таких підконструкцій заощаджують на дорогих електрохімічних процесах анодування виробів.

Недостатню корозійну стійкість, з точки зору довговічності конструкції, має оцинкована сталь. Але після нанесення полімерного покриття термін служби підконструкції з оцинкованої сталі з полімерним покриттям складе 30 років за умов міської промислової атмосфери середньої агресивності, і 40 років за умов умовно-чистої атмосфери слабкої агресивності.

Порівнявши перелічені вище показники алюмінієвих і сталевих підконструкцій, можна зробити висновок - сталеві підконструкції за всіма показниками значно перевершують алюмінієві.

Ви можете сказати, який алюмінієвий лист застосовується на кожній картинці? Важко?
Давайте разом спробуємо розібратися в основних алюмінієвих сплавах та їх застосуванні.

Спочатку розглянемо стан алюмінієвих листів.

ГОСТ 21631-76 визначає нам 7 можливих станів листа, зупинимося тільки на найпоширеніших:

1) відпалені - М;

М'який алюмінієвий лист легко піддається деформації.

2) напівнагартовані – Н2;

Алюмінієвий лист жорсткіший, ніж у стані "М", також легко піддається деформації (витримує згинання до 90град.). Добре тримає форму, жорсткий стан перетворює утворення вм'ятин, тому найчастіше застосовується в теплоізоляції труб.

3) нагартовані - Н;

Нагартуваннямназивають спосіб зміцнення металу за допомогою холодної деформації (додаткова прокатка на верстаті).

4) загартовані та природно зістарені – Т;

Тверді алюмінієві листи. Більш складний у обробці (при згинанні під 90 град лопається). Застосовується в деталях та вузлах з високим навантаженням.

Сплави 1105, ВД1.

Лист алюмінієвий технічний застосовується як ізоляційний та оздоблювальний матеріал. Мала вага листа та його гнучкість забезпечують невисокі витрати та зручність під час проведення ізоляційних робіт. Найчастіше застосовувані сплави 1105АН2, ВД1АН2. Також для теплоізоляції використовується сплав АД1Н2.

Сплави групи "алюміній-магній": АМГ2, АМГ3, АМГ5, АМГ6.

Кислотостійкий алюмінієвий лист виготовляють із алюмінію, легованого магнієм та марганцем. Марки АМг2М, АМг3М, АМг5М, АМг6М мають високі антикорозійні характеристики, що чудово зварюються. Тому їх широко застосовують у виробництві зварних ємностей, баків для палива та інших деталей у літакобудуванні. Відмінно підходить як для промислового суднобудування, так і для приватного виготовлення катерів, човнів, катамаранів.

Сплави АД1, А5.

Харчовий алюмінієвий лист виготовляється з марок первинного алюмінію - нагартований (А5Н, АД1Н), напівнагартований (А5Н2, АД1Н2), відпалений (А5М, АД1М).

Сплав АМЦ.

Листи з алюмінію марки АМц мають підвищену пластичність, легко піддаються деформації. Використовуються в напівнагартованому та нагартованому стані в автомобілебудуванні для виготовлення радіаторів, рам, заклепок. Також може застосовуватись у харчовому виробництві, але без прямого контакту з харчовими продуктами.

Сплави Д16, Д19, В95.

Д16АМ – це дюралюміній відпалений, з нормальним плакуванням. Д16АМ відноситься до високоміцного вигляду дюралюмінію, відрізняється стійкістю до зовнішніх впливів. Д16АМ не стає крихким на морозі, тому застосовується в умовах, за яких застосування інших видів сталі стає неможливим. Найбільш широке застосування лист зі сплаву Д16АМ знаходить у виробництві різних деталей, що виготовляються методом штампування.

Д16АТ - виготовляється зі сплаву алюмінію з легуючими елементами, основним з яких є мідь. Сплав використовують виготовлення гнутих профілів. Перевагою Д16АТ можна виділити те, що деталь такого сплаву відразу виходить твердої, без додаткової термообробки.

Д16Т – дюралюміній, виготовлений зі сплаву алюмінію з міддю та марганцем. Д16Т має гарну пластичність і підвищені втомні характеристики. Спектр застосування металу широкий. Д16Т застосовують у будівництві, авіабудуванні, суднобудуванні, виробництві меблів та інших галузях.

В95 – міцний авіаційний сплав. Застосовується для обшивок верху крила (плит, листів), стрингерів (гнутих листових та пресованих), балок, стійок та інших елементів фюзеляжу та крила сучасних літаків (ТУ-204, Іл-96, Бе-200) та інших високонавантажених конструкцій, що працюють у здебільшого на стиск.

Сплави Д16, В95 не зварюються аргоно-дуговим та газовим зварюванням. Тому для зчленування напівфабрикатів (товстих листів, профілів та панелей) найчастіше застосовують заклепувальні сполуки.

Визнані міжнародні та національні стандарти (раніше німецькі DIN, а зараз європейські EN, американські стандарти ASTM, міжнародні ISO) так само як і наші ГОСТи розглядають окремо алюміній та алюмінієві сплави. У цьому алюміній підрозділяється на марки (grades), а чи не на метали (alloys).

Марки алюмінію поділяються на:

• алюміній високої чистоти (99,95%) та
• технічний алюміній, що містить до 1% домішок чи добавок.

Мікроструктура технічного алюмінію є переважно невеликі кількості сполук заліза і кремнію в алюмінієвій матриці.

Технічний алюміній

Нелегований алюміній – технічний алюміній – залежно від його чистоти – вмісту домішок – поділяють на марки. Їх так і називають, наприклад, алюміній марки АД0 згідно з ГОСТ 4784-97 або алюміній марки 1050 EN 573-3.

Для алюмінію в міжнародної класифікаціїалюмінію та алюмінієвих сплавів виділено окрему серію 1ххх (або 1000).

Марки алюмінію у стандартах

Марки алюмінію у стандарті EN 573-3

Стандарт EN 573-3 називає різні за чистотою варіанти алюмінію, наприклад, «Алюміній EN AW 1050A», а алюмінієві сплави, наприклад, «Сплав EN AW 6060». Разом з тим, часто алюміній називають сплавом, наприклад так: «алюмінієвий сплав 1050А».

Марки алюмінію ГОСТ 4784

У наших стандартах, наприклад, у ГОСТ 4784-97 «Алюміній та алюмінієві сплави деформовані» та інших стандартах з алюмінію та алюмінієвих сплавів, замість поняття «позначення» застосовується близьке поняття «марка», правда з англійським еквівалентом «grade». Відповідно до стандарту формально повинні застосовуватися вирази типу «алюміній марки АД0» та «алюмінієвий сплав марки АД31».

Насправді слово «марка» застосовують лише алюмінію, а алюмінієві сплави часто називають просто «алюмінієвими сплавами» без жодних марок, наприклад, «алюмінієвий сплав АД31». І це, на наш погляд, цілком узгоджується з ухваленим міжнародним підходом.

Марка алюмінію та маркування алюмінію

Найгірше те, що термін «марка» нерідко плутають із терміном «маркування».

За ГОСТ 2.314-68 маркування– це сукупність знаків, що характеризують виріб, наприклад позначення, шифр, номер партії (серії), порядковий номер, дата виготовлення, товарний знак підприємства-виробника, маркаматеріалу, монтажні чи транспортні знаки тощо. Таким чином, позначення або маркасплаву є лише невеликою частиною маркуванняі аж ніяк не самим маркуванням.

Для позначення марки алюмінію або сплаву на одному з торців зливка, чушки і т. д. фарбою, що не змивається, наносять кольорові смуги - ось це вже маркування. Наприклад, за ГОСТ 11069-2001 алюміній марки А995 маркують чотирма вертикальними зеленими смугами.

Марки алюмінію за ГОСТ 11069 та ГОСТ 4784

Марки алюмінію задають два основні стандарти:

• ГОСТ 11069-2001 (ДСТУ ГОСТ 11069:2003) з первинного алюмінію у формі чушок, злитків, катанки, стрічки та в рідкому стані;
• ГОСТ 4784-97 по алюмінієвому деформуванню для виготовлення напівфабрикатів методом гарячої або холодної деформації, а також слябів і злитків.

ГОСТ 11069

ГОСТ 11069-2001 (таблиця 1) позначає марки алюмінію за цифрами після коми у процентному вмісті алюмінію: А999, А995, А99, А85, А8, А7, А6, А5 та А0. Найбільш чистий алюміній – алюміній особливої ​​чистоти А999 – містить щонайменше 99,999 % алюмінію, а сума всіх домішок становить трохи більше 0,001 %. Його застосовують переважно для лабораторних дослідів. У промисловості застосовують також алюміній високої чистоти (вміст алюмінію від 99,95 до 99,995%) та технічної чистоти (вміст алюмінію від 99,0 до 99,85%. Основними (постійними) домішками алюмінію є залізо та кремній.

ГОСТ 4784

ДЕРЖСТАНДАРТ 4784-97 включає алюміній, які застосовується при виготовленні продукції методами обробки металів тиском. Тут цифри нічого корисного не говорять (таблиця 2): АД000, АД00, АД0, АД1 та АТ. Модифікації з літерою Е (електротехнічні) містять знижений вміст кремнію для покращення електричної провідності. На відміну від ГОСТ 11069, ГОСТ 4784 не виключає і вторинний алюміній, тобто алюміній, отриманий з брухту.