Металлы делятся на две основные группы:
- черные металлы — металлы и сплавы, в которых основным компонентом является железо (уд. вес 7,85);
- цветные металлы — металлы и сплавы, в которых основным компонентом является не железо, а другой элемент, например: алюминий, медь и др.
Наибольшее значение в строительстве имеют черные металлы. К группе черных металлов относятся стали и чугун: представляющие собой, сплавы железа с углеродом, марганцем, кремнием и другими элементами. Сплавы, содержащие С, Мп, Si, а также Р и S, являющиеся почти неизбежными металлургическими спутниками технического железа, в которых углерод играет главную роль, называются железоуглеродистыми.
Углеродистые стали
В зависимости от содержания С различают:
- стали — сплавы, содержащие С до 1,7% (иногда считают до 2%);
- чугуны — сплавы, содержащие С >1,7% (или больше 2%).
Если Мп в сталях 1% и Si 0,8%, то стали называют углеродистыми, даже если содержание С в них значительно ниже, чем содержание Мп и Si.
При содержании С >0,25% стали называют низкоуглеродистыми. Низкоуглеродистые стали наиболее широко применяются в строительстве. Из них сооружают мосты, стропильные фермы, каркасы высотных зданий, гидротехнические сооружения, резервуары, трубопроводы, изготовляют арматуру для железобетона и т. п.
Стали с содержанием С от 0,25 до 0,6%; называют среднеуглеродистыми. Из них изготовляют главным образом детали машин, передающие усилия или крутящие моменты, например: шатуны, оси, валы и пр., а также железнодорожны рельсы.
При содержании С от 0,6 до 1,7% стали называют выскоуглеродистыми. Такие стали применяют для изготовления инструментов, необходимых при обработке металла, дерева, камня, например, пил, резцов, напильников и пр.
Легированная сталь
Стали, в которые, кроме пяти указанных выше элементов (С, Mn, Si, P, S), введены для повышения механических свойств добавочные, так называемые легирующие компоненты, называются легированными сталями. Легирующими компонентами являются: Ni, Cr, Мп (более 1%), Si (более 0,8%), W, V, Мо, Си, А1, В, Ti, и др. Легированная сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов не превышает 2,5%, называется низколегированной. В строительном деле успешно применяют низколегированные хромомедистые стали и хромо-никелемедистые стали.
При суммарном содержании легирующих компонентов от 2,5 до 10% стали называются среднелегированными. Их применяют главным образом для изготовления деталей машин, работающих при высоких напряжениях, под ударной и переменной нагрузкой.
При суммарном содержании легирующих компонентов более 10% стали называют высоколегированными. В строительном деле некоторые высоколегированные нержавеющие стали применяются для архитектурно-художественных деталей и сооружений.
Чугуны
Чугуны в отливках содержат 2—4 % С, а также больше Мn и Si, чем углеродистые стали. Чугуны являются хорошим и дешевым материалом для машиностроения. В строительном деле чугуны применяются главным образом для сжатых элементов конструкций, например, опорные части ферм, тюбинги (в туннелях метрополитенов), элементы арок и сводов, канализационные трубы; используются чугуны также для архитектурно-художественных деталей (ограды, ворота, решетки, колонны и т. п.).
При содержании Mn>2%, Si>4,%, P>1,5% или при наличии легирующих добавок (например, Ni, Cr, Mo) чугуны называются легированными. Такие чугуны имеют высокие механические свойства и применяются для изготовления ответственных деталей в машиностроении.