پاورپوینت مصالح فلزی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بسم الله الرحمن الرحیم 

مصالح فلزی

اسلاید 2 :

تاريخچه

بشر از ديرباز با فلزات گوناگون آشنا بوده و از آنها براي ساخت نيزه و ديگر ابزارهاي دست ساز استفاده ميكرده است. به طوري كه اولين نشانه هاي استفاده از فلزات در ابزار سازي، در ميان سومريان و مصريان به سالهاي قبل از ميلاد مسيح باز ميگردد. اما تنها از اوايل قرن 18 ميلادي با پيشرفت صنعت، استفاده از فلزات وارد صنعت ساختمان سازي شد. ابتدا از آهن براي تزئينات و كلافبندي ساختمانها استفاده ميشد و در اواخر قرن 18 ، اولين بناها با سازه فلزي ساخته شدند. كريستال پالاس در شيكاگو يكي از اين ساختمانهاست. به تدريج استفاده از فلزات ديگر نظير چدن، فولاد (اواخر قرن 19 ميلادي)، آلومينيوم، مس و. در ساختمان سازي رواج يافت به طوري كه امروزه فلزات بخش مهمي از صنعت ساختمان را به خود اختصاص داده اند.

اسلاید 3 :

ضرورت استفاده و كاربرد فلزات

امروزه با مشاهده ساختمانهاي بديع و آسمان خراشهاي عظيم، بازتاب تأثير فلزات درزندگي انسان كاملاً آشكار است. در واقع اگر فلز نبود، زندگي و تمدن بشري به چنين مرحله اي نميرسيد.

فلزات گروهي از عناصر هستند كه خواص مشترك معيني دارند. اين مواد گرما والكتريسيته را به خوبي هدايت ميكنند، بر همين مبنا ظروف آشپزي و سيمهاي برق از فلز ساخته ميشوند. فلزات همچنين بسيار محكماند لذا از آنها در ساخت سازه هاي ساختماني استفاده ميكنند. فلزات به راحتي قابل شكل دادن هستند، بنابراين ميتوان از آنها مفتولهاي ظريف سيمي تا قطعات بزرگ آهني را توليد كرد. علاوه بر اينها،ويژگي قابل بازيافت بودن فلزات، مزاياي استفاده از آنها را دو چندان كرده است. انواع مختلف فلزات شباهتهاي زيادي با هم دارند ولي در عين حال تفاوتهايي نيز دارند كه مشخص ميكند يك فلز تا چه حد براي يك كاربرد خاص مناسب است.

از 109 عنصري كه امروزه شناخته شده است، 87 عنصر فلز است. از فلزات به ندرت به شكل خالص استفاده مي شود؛ معمولاً با مخلوط كردن يك فلز با فلزات ديگر يا غير فلزات، آلياژي از آن را توليد كرده و مورد استفاده قرار ميدهند.

اسلاید 4 :

خواص عمومي فلزات

همان گونه كه ذكر شد، فلزات گوناگون شباهتهاي زيادي با هم دارند كه از آن جمله ميتوان به موارد زير اشاره كرد.

• شكل ظاهري فلزات: اين مواد ظاهري درخشنده و براق دارند و ميتوان آنها را صيقل داد.

• ساختار فلزات: ساختار و شكل واقعي فلزات به اندازه يون و تعداد الكترونهايي كه هر يون در حوزه اشتراكي دارد و نيز انرژي يونها و الكترونها بستگي دارد. هر قدر فلز گرمتر شود، اين انرژي افزايش خواهد يافت. بنابراين يك فلز ممكن است در حرارتهاي مختلف، شكلهاي متنوعي را اختيار كند. اما در بيشتر آرايشها، يونها كاملاً پهلوي هم قرار دارند و معمولاً تراكم در فلزات بيشتر از مواد ديگر است.

• تغيير شكل پذيري فلزات: بسياري از فلزات هنگام سرد بودن، به سختي تغيير شكل ميپذيرند. ولي اگر گرم شوند، به راحتي در اثر كوبيدن به صورت ورقه يا مفتنول سيمي در ميآيند. علت اين امر اين است كه بسياري از فلزات در حرارت خاصي آرايش يونهاي خود را تغيير ميدهند بنابراين قابليت شكل پذيري پيدا ميكنند. البته ممكن است با تغيير آرايش يونها،برخي از خصوصيات ديگر فلز نيز دگرگون شود.

اسلاید 5 :

• هدايت الكتريكي: تفاوت عمده فلزات با ديگر مواد، در توانايي هدايت الكتريسيته است. چون الكترونهاي آنها براي حركت مانعي ندارند.

• هدايت گرمايي: هادي خوب گرما جسمي است كه ذرات آن طوري آرايش يافته باشند كه بتوانند آزادانه نوسان يافته و به ذرات مجاور خود نيز امكان نوسان آزاد را بدهند. گرم شدن، همان نوسانات سريع يونها و الكترون هاست. در فلزات چون گروه الكترونهاي غبار مانند يونها را احاطه ميكنند، حرارت به خوبي هدايت ميشود.• مقاومت فلزات: مقصود از مقاومت، ميزان باري است كه فلز ميتواند تحمل كرده و نشكند. بسياري از فلزات در زير فشار متغير مانند نوسانات، راحتتر از زماني كه باري سنگين را تحمل ميكنند، ميشكنند.فلزات را بر اساس منبع توليد آنها به دو گروه عمده فلزات آهني و فلزات غيرآهني تقسيم ميكنند. فلزات آهني (آهن، چدن و فولاد) مصرف بيشتري در ساختمان -سازي دارند. در ادامه اين دو گروه از فلزات بررسي خواهند شد.

اسلاید 6 :

فلزات آهني

فلزات آهني فلزاتي هستند كه از آهن (سنگ آهن) توليد ميشوند و شامل آهن، چدن و فولاد ميباشند. با گداختن سنگ آهن در كورههاي آهن گدازي، آهن خام توليد ميكنند و با آهن خام نيز آهن معمولي، چدن و فولاد ميسازند. در واقع چدن و فولاد آلياژهايي از آهن هستند. 

آلياژ (چند جوش) تركيبي از فلزات مختلف است كه در صورت لزوم مواد افزودني غير فلزي نيز به آن افزوده ميشود.

كاربرد فلزات آهني از تمامي فلزات بيشتر است و 95 % فلزات توليد شده درسراسر جهان را تشكيل ميدهند.

آهن

آهن يكي از رايجترين عناصر زمين است.)فلزي سنگين، درخشان و خاكستري رنگ است كه از سنگ معدن Fe) اين عنصرآهن استخراج ميگردد و به ندرت به حالت آزاد (عنصري) در طبيعت يافت ميشود.

كاربرد آهن از همه فلزات بيشتر است.

قيمت پايين و مقاومت بالاي تركيبات آهن، استفاده از آنها را در صنايع مختلف و نيز ساختمان سازي اجتناب ناپذير ميكند. اين فلز در ساختمان به صورت نبشي، ناوداني، ورق، ميخ، پيچ و مهره و. به كار ميرود.

اسلاید 7 :

آهن گدازي و توليد آهن خام

سنگ آهن را در كوره با حرارت بالا ذوب ميكنند. ماده مذاب حاصل شامل فلز آهن و ناخالصيهاي سنگ آهن است ولي چون وزن مخصوص اين ناخالصيها با فلز مذاب متفاوت است، بنابراين ناخالصيها از آهن مذاب جدا شده و روي سطح آن شناور مي شوند. از اين رو آنها را سرباره يا تفاله كوره آهن گدازي مينامند. سرباره را توسط شير تخليه فوقاني و آهن مذاب را توسط شير تخليه تحتاني از كوره خارج ميكنند. فلز به دست آمده را آهن خام مينامند. هنگام تخليه آهن خام مقداري ناخالصي هم همراه آن تخلیع میشوند. به طوري كه آهن خام 10-5% ناخالصيهايي نظير گوگرد، سيليس، فسفر، منگنز و كربن دارد.آهن خام بدون حالت خميري از جامد به مايع تبديل ميشود. بنابراين قابليت چكبراي اينكه سنگ آهن در درجه حرارت پايينتر ذوب شود، به آن گداز آور مي افزايند.ش خواري خوبي ندارد و قابل نورد شدن هم نيست.

اسلاید 8 :

آهن خالص (آهن نرم – آهن ورزيده)اين آهن فقط 02\0 كربن دارد و به دليل مخلوط شدن مقداري سرباره با آن، حالت فيبري دارد.

دماي ذوب آن بالا و حدود 1540 درجه سانتيگراد است به همين علت جوشكاري با آن امكان پذير نيست.

مقاومت کششی این نوع آهن بالاست به خاظر همین خاصیت انعطاف پذیری دارد بنابراین در زمان قدیم برای وسایل و قسمت هایی که باید کشش را تحمل میکردند استفاده میشده.

همچنین در دمای سرخ به راحتی پرس کاری می شود به همین خاطر مقاومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگی نشان میدهد.

آهن خام

این نوع آهن 2% کربن دارد و با کربنیزاسیون آهن خام و آهن قراضه در یک کوره به دست می آید.دمای ذوب آن پایین(حدود 1130 درجه سانتی گراد) است و روان بودن بالای آن پس از ذوب،آن را برای ریخته گری مناسب می سازد،ولی برخلاف آهن نرم،نمی توان روی آن در حالت مذاب کار کرد و عموما یک ماده شکننده است و مقاومت آن در برابر خوردگی بالاست.

اسلاید 9 :

چدن

چدن آلياژي از آهن، كربن و سيليسيم است كه از آهن خام خاكستري ساخته ميشود. براي ساخت چدن، آهن خام را همراه با مقداري آهن قراضه در كوره هاي مخصوص ذوب ميكنند تا مقداري از كربن آن بسوزد و ناخالصيهايي نظير گوگرد و فسفر كه خصوصيات آن را تا حد زيادي تحت تأثير قرار ميدهند به صورت سرباره خارج گردند.

فلز مذاب باقي مانده چدن نام دارد.

فسفر چدن را ترد و آبكي ميكند و سبب ميگردد كه حين كار از هم گسيخته شود و گوگرد نيز چدن را كند روان ميكند

جنس چدن بستگي به سرعت سرد شدن و نيز جنس آهن خامي دارد كه در ساخت آن مصرف ميشود.به خاطر قيمت نسبتاً پايين و نيز ويژگيهاي چدن سبب استفاده از آن در صنايع مختلف شده است. در صنعت ساختمان از چدن براي ساخت لوله هاي آب و فاضلاب، نرده، كف پوش، يراق آلات و. استفاده ميكنند

اسلاید 10 :

خواص چدن

چدن نيز مانند آهن خام، بدون حالت خميري از جامد به مايع تبديل ميشود. بنابراين قابليت چكش خواري خوبي ندارد. چدن سخت و شكننده است، مقاومت آن در برابر آتش بيشتر از فولاد بوده و دير زنگ ميزند. هر يك متر چدن به ازاي هر يك درجه افزایش دما،01\0 ميليمتر افزايش طول خواهد داشت. مقاومت كششي چدن بايد حداقل 1400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و مقاومت خمشي آن2700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد.

اسلاید 11 :

فولاد

فولاد عنصر نيست بلكه معروفترين آلياژ است كه بين 5\1_2\0% كربن دارد. فولاد پرمصرفترين فلز آهني است. اين فلز را از آهن خام سفيد ميسازند.بدين ترتيب كه آهن خام سفيد را همراه با مقداري آهن قراضه حرارت ميدهند تا كربن آن بسوزد و برخي از ناخالصي هاي آن نيز به صورت سرباره خارج شود. در حال حاضر تقريباً50% توليد كنوني فولاد در دنيا از آهن قراضه است.

اسلاید 12 :

خواص فولاد

فولاد به علت قابليت شكل پذيري و مقاومت زياد، يكي از مهمترين مصالح ساختماني به شمار ميرود. خواص فولاد به درصد كربن موجود در آن، عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن و فلزهاي آلياژ دهنده موجود در آن بستگي دارد.

• انبساط حرارتي: با افزايش دما تا 100 درجه، فولاد 2% منبسط ميشود.

• قابليت شكل پذيري: فولاد را ميتوان به هر شكل دلخواهي در آورد. درمورد نحوه شكل دادن به فولاد در مباحث آتي صحبت خواهد شد.

• قابليت اتصال: با استفاده از اتصال خشك (پيچ و مهره يا تا كردن) و اتصال تر (جوشكاري) ميتوان قطعات مختلف فولادي را به يكديگر متصل كرد.

اسلاید 13 :

• اكسيداسيون: فولاد در برابر رطوبت و نمكها به سرعت زنگ ميزند (اكسيد ميشود) و يا پوسيده ميگردد. همان گونه كه قبلاً ذكر شد، برايمقابله با زنگ زدگي فولاد ميتوان عناصري نظير كرم، مس، واناديم و نيكل هنگام استفاده بايد را به آلياژ آن اضافه كرد. اين گونه فولادها طوري قرار داده شوند كه آب باران از روي آنها بر مواد ديگر مخصوصاً بتن و شيشه نچكد چون باعث ايجاد لكه روي آنها ميشود.

همچنين براي جلوگيري از زنگ زدگي فولاد، ميتوان سطح آن را قلع اندود (حلبي)، روي اندود (آهن سفيد) و يا با مواد آلي و پلاستيكي رنگ كرد.

• مقاومتهاي مكانيكي: مقاومت كششي فولادهاي مختلف متفاوت است. امروزه مقاطع مختلف فولاد را بر اساس مقاومت كششي آنها به صورت نامگذاري ميكنند كه مقاومت ST و 52 ST50 ،ST45 ،ST37 ،ST33كششي هر يك به ترتيب 5200،5000،4500،3700،3300 است.

مقاومت فشاري، برشي، خمشي، ضربهاي و نيز سختي فولادهاي مختلف برحسب آلياژ آنها متفاوت است. خواص مكانيكي فولاد را ميتوان با عمليات مختلف گرمايي و سپس سرد كردن تحت شرايط مختلف، تغيير داد.سرد كردن فولاد ميتواند به صورت سريع در آب يا روغن (آبديده كردن) و يا به آهستگي به وسيله دستگاه خنك كننده يا در هوا صورت گيرد. تأثير هر يك از اين روشها بر فولاد، متفاوت خواهد بود.

اسلاید 14 :

انواع فولاد

كليترين دسته بندي براي فولاد بر حسب ميزان كربن در آن است كه بدين شرح است:

1. فولاد نرم:درصد كربن در اين فولاد كم و حدود 2\0% است. اين فولاد را نميتوان در ابزار سازي به كار برد بلكه از آن براي ساخت سيم، لوله، ورق فولادي و تيرهاي فولادي مورد استفاده در سازه ساختمانها استفاده ميكنند.

2. فولاد متوسط:درصد كربن در اين فولاد بين 6\0_2\0% است. اين فولاد در ساخت ريل، ديگ بخار و ماشين آلات به كار ميرود.

3. فولاد سخت:درصد كربن در اين فولاد زياد و بين 5\1_6\0% است. از اين فولاد براي ساخت ابزار آلات، مته، فنر، كارد و چنگال و. استفاده ميكنند.

همان طور كه قبلاً اشاره شد، با افزودن برخي عناصر به فولاد، فولادهاي ويژه اي جهت مصارف خاص، توليد ميكنند. من جمله فولاد ضد زنگ، فولاد مقاوم در برابر آب و هوا فولاد مقاوم در برابر گرما و. .

اسلاید 15 :

فولاد ريزي (شكل دادن به فولاد)

فولاد را به روشهاي مختلفي كه در زير شرح داده شدهاند، شكل ميدهند.

• ريخته گري:در اين روش فولاد مذاب را در قالب هاي ويژه اي ميريزند تا به شكل دلخواه درآيد. چون فولاد هنگام گرفتن، كمي منقبض میشود،قالب را از هر جهت 2_5\1% بزرگتر ميسازند.

• آهنگري:در اين روش فولاد را حرارت داده تا به حالت خميردر آيد. سپس آن را زير فشار پرس ميكنند يا با ضربات چكش شكل مي دهند. پرچ و گل ميخ را با اين روش ميسازند.

• نورد:در اين روش فولاد را حرات ميدهند تا به حالت خميردرآيد. سپس آن را از ميان غلتك هاي مخصوص عبور ميدهند تا به شكل دلخواه درآيد. نورد كردن روشي ارزان قيمت است كه اكثر قطعات ساختماني نظير تيرها، ريلها، ورقها، ميلگردها و حتي لوله ها را به اين روش ميسازند. نورد به دو صورت سرد و گرم انجام ميگيرد. نورد سردبراي فولادهايي با مقطع نازك كه حرارت خود را زود از دست ميدهند،استفاده ميشود. در روش نورد گرم نيز فولاد را 900_1250 درجه سانتی گراد حرارت ميدهند تا خميري شود.

اسلاید 16 :

• كشيدن:با كشيدن سرد يا كمي گرم ميتوان از ميله هاي فولادي كلفت، ميله هاي فولادي نازك و سيم فولادي تهيه كرد. مقاومت كششي و سختي ميله يا سيم فولادي سرد كشيده شده از حالت گرم كشيده شده بيشتر است. براي توليد كابلهاي فولادي، يك دسته ميله فولادي را دور هم مي پيچند تا به صورت كلاف درآيند

• شكل دهي سرد:در اين روش ورقهاي فولادي را توسط دستگاه مخصوص شكل ميدهند. اين روش از نورد گرم ارزانتر است و پروفيلهاي در و پنجره را با اين روش ميسازند.

در اشكال زير انواع تيرها و ورقهاي فولادي مورد استفاده در سازه ساختمان ها كه به روشهاي مختلف شكل داده شدهاند، مشاهده ميشود.

اسلاید 17 :

محافظت از فولاد

جهت محافظت از قطعات فولادي مختلف به كار رفته در ساختمانها، موارد زير بايد مد نظر قرار گيرند:

− قطعات فولادي بايد در مكاني تميز و عاري از رطوبت نگهداري شوند تا از زنگ زدگي در آنها جلوگيري به عمل آيد. استفاده از قطعات زنگ زده و پوسيده مجاز نيست مگر اينكه به وسيله ماسه پاشي (سند پلاست) يا برس زني كاملاً تميز گردند. در اين حالت نيز چنانچه سطح مقطع تيرها ضعيف شده باشد، بايد سطح مقطع ضعيف شده در محاسبات اعمال شود.

− روكش كردن فلزات آهني در ايجاد ظاهري زيبا و جلوگيري از خوردگي در آن ها بسيار مؤثر است. روشهاي روكش كردن فلزات آهني عبارتند از: نقاشي كردن، لعاب كاري، روكش پلاستيكي، آب كاري، گالوانيزه كردن (فرو بردن در فلز مذاب يا از طريق پاشيدن) و. .

− قطعات فولادي نبايد در مجاورت گچ و آهك قرار گيرند. زيرا اين مواد باعث خوردگي در فولاد و برخي ديگر از فلزات ميشوند.

− قطعات فولادي كه داخل بتن قرار ميگيرند به هيچ وجه نبايد رنگ يا روغن زده شوند.

اسلاید 18 :

− قطعات فولادي فقط بين 1_5\0 ساعت در برابر آتش مقاومت ميكنند. از اين رو جهت محافظت از آنها در برابر آتش، از مواد عايق حرارتي مختلفي استفاده ميكنند. برخي از اين مواد عبارتند از: پوششهاي تختهاي از جنسسيمان، گچ و. (بسته به ضخامتشان از 4_5\1 ساعت مقاومت)، پوشش هاي پاشيدني از جنس سيمان و فيبرهاي معدني ( 4 ساعت مقاومت)، رنگهاي پوشش دهنده اسفنجي ( 2 ساعت مقاومت)، آجر و بتن ( 2 ساعت مقاومت).

اسلاید 19 :

فلزات غير آهني
كاربرد فلزات آهني از فلزات غير آهني بيشتر است. علت اين امر قيمت بالاي فلزات غير آهني است. ولي در مقابل، اين فلزات مزيتهاي بي شماري از نظر كارايي و مقامت در برابر وسيدگي دارند. در ادامه مهمترين فلزات غيرآهني مورد استفاده در ساختمان بررسي خواهند شد.

اسلاید 20 :

آلومينيوم
آلومينيوم فلزي نقرهاي رنگ، جلا پذير، سبك، نرم، انعطاف پذير و با قابليت
شكل پذيري بالاست كه پر مصرفترين فلز غير آهني به شمار ميآيد و بعد از فولاد
كه جزء سنگهاي رسوبي است، بيشترين كاربرد را دارد. اين فلز از بوكسيت
به كمك الكتروليز استخراج ميشود. بوكسيت را سنگ آلومينيوم نيز مينامند.
آلومینیوم يا به صورت خالص با عيار 7\99_99% و يا به صورت آلياژ با فلزات ديگر توليد ميشود كه هر يك خواص ويژه و كاربردهاي متفاوتي دارند.
آلومینیوم خالص نرم و ضعيف است ولي آلياژهاي آن از مقاومت بيشتري برخوردارند.