Алюминий своими свойствами существенным образом отличается от стали. Плотность алюминия (ρ) равна 2,7 т/м³, то есть почти в три раза меньше плотности стали. Значение модуля продольной упругости алюминия (E) составляет 71 000 МПа, а модуля сдвига (G) — 27 000 МПа, это примерно в три раза меньше, чем аналогичные значения модулей стали.
У алюминия нет площадки текучести. Прямая упругих деформаций непосредственным образом переходит в кривую линию пластично-упругих деформаций. Алюминий очень пластичный металл: удлинение его структуры при разрыве достигает 40-50%, однако прочность его весьма низкая и составляет 6...7 кН/см², а условный предел текучести при этом равен 2...3 кН/см². Чистый металл быстро покрывается прочной пленкой оксида, препятствующей развитию коррозии в дальнейшем.
Из-за низких значений прочности, технически чистый металл, очень редко применяют в строительных конструкциях. Существенное увеличение прочности алюминия достигают путем легирования (соединения) его с марганцем, магнием, медью, цинком, кремнием и другими элементами.
Характеристики алюминиевых сплавов:
а — диаграммы растяжения; 1 — алюминий в чистом виде; 2 — сплав 1915; 3 — сплав 1915Т1; 4 — сталь С245; б — зависимости временного сопротивления (1) и условного предела текучести (2) от температуры
Временное сопротивление алюминиевых сплавов (легированного алюминия) с различными составами легирующих добавок в два-пять раз выше, чем технически чистого металла, однако относительное удлинение при этом соответственно в два-три раза ниже. С увеличением температуры прочность алюминия понижается и при температурах выше 300 °С близка к нулю.
Особенностью ряда алюминиевых многокомпонентных сплавов Аl—Mg—Si, Аl—Mg—Zn, Аl—Cu—Mg, является способность этих сплавов к дальнейшему увеличению показателя прочности в результате старения после термической обработки; такие многокомпонентные сплавы называются термически упрочняемыми.
Временное сопротивление некоторых сплавов с высокой прочностью (система Аl—Mg—Zn) после термообработки и искусственного старения превышает 40 кН/см2, при этом относительное удлинение всего 5-10 %. Термообработка сплавов двойной композиции (Al—Мn, Аl—Mg) не приводит к упрочнению, такие сплавы называются термически неупрочняемыми.
Увеличение условного предела текучести изделий из таких сплавов в полтора-два раза может быть достигнуто (нагартовкой) холодной деформацией, при этом относительное удлинение также существенно понижается. Важно отметить, что показатели основных физических свойств сплавов алюминия вне зависимости от состава добавляемых элементов и состояния практически не имеют отличий от показателей для алюминия в чистом виде.
Стойкость сплавов к коррозии зависит от состава добавляемых элементов, состояния поставки, а также степени агрессивности внешней среды.
Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов изготавливаются на специализированных заводах: ленты и листы — прокаткой через валки на специальных станах; профили и трубы — при помощи метода экструзии на горизонтальных гидравлических прессах, который позволяет получить профили с сечением самой разнообразной формы, в том числе с замкнутыми полостями.
Марки сплавов
На заводских полуфабрикатах указывают марку сплава, а также состояние поставки:
- М — мягкое (отожженное)
- Н — нагартованное
- Н2 — полунагартованное
- Т — закаленное, а также естественно состаренное в течение трёх-шести суток при комнатной температуре
- Т1 — искусственно состаренное и закаленное в течение нескольких часов при повышенной температуре
- Т4 — не полностью закаленное и естественно состаренное
- Т5 — не полностью закаленное и искусственно состаренное
Полуфабрикаты, поставляемые без обработки, дополнительного обозначения не имеют.
Из большого числа марок алюминия к применению в строительстве рекомендуются следующие:
- термически неупрочняемые сплавы: АМг2М и АМг2МН2 (листы); АД1 и АМцМ; АМг2М (трубы)
- термически упрочняемые сплавы: АД31Т4, АД31Т1; и АД31Т5 (профили)
- 1925 и 1925Т; 1915 и 1915Т; 1935, 1935Т, АД31Т (профили и трубы)
Все указанные выше сплавы, кроме сплава 1925Т, который используют только для клепаных конструкций, отлично свариваются. Для литых деталей используют литейный сплав марки АЛ8.
Особенности алюминиевых сплавов
- малый вес
- устойчивость к холоду
- отсутствие искрообразования
- стойкость к коррозии
- антимагнитность
- долговечность
- хороший вид
Благодаря вышеперечисленным свойствам, конструкции из алюминия имеют перспективы применения во многочисленных областях строительства. Тем не менее высокая стоимость алюминиевых сплавов ограничивает их использование в строительных конструкциях.
