第六章 钢材与铝合金(建筑材料)

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1、第六章钢材与铝合金第一节钢的生产、分类与晶体组织第二节钢材的技术性质第三节化学成分、热处理、加工硬化与时效对钢性质的影响第四节建筑钢材的标准与选用第五节建筑钢材的锈蚀与防止第六节铝及铝合金建筑钢材与非金属材料相比有以下优点：强度高，比强度高,品质均匀致密、结构可靠性高,具有良好的塑性和韧性，能经受冲击和振动荷载,具有良好的加工性能，可以锻压、焊接、铆接和切割，便于装配钢结构的主要缺点是：耐腐蚀性差，在使用环境中，应注意对结构的防锈等防护；耐火性差，温度达到300℃以上，钢材的强度明显下降，在火灾中，钢结构的耐火时间只有20~30分钟，第一节钢的生产、分类与晶体组织生产方法对钢材性能

2、的影响（一）冶炼氧气转炉法(氧化过程)平炉炼钢法Fe3O4电炉钢（二）钢的脱氧和铸锭1．沸腾钢(还原过程)2．镇静钢Fe3O4Fe+O23．半镇静钢半镇静钢4．特殊镇静钢（三）钢的热加工钢的脱氧和铸锭二、钢的分类（一）按照化学成分钢分为碳素钢和合金钢两种1．碳素钢（1）低碳钢C<0.25%（2）中碳钢C=0.25%~0.60%；（3）高碳钢C>0.60%.根据硫（S）、磷（P）杂质含量的多少，又可分为（1）普通碳素钢S≤0.050%,P≤0.045%（2）优质碳素钢S≤0.035%,P≤0.035%（3）高级优质碳素钢S≤0.025%,P≤0.025%（4）特优质碳素钢S≤0.01

3、5%,P≤0.025%2．合金钢常用合金钢元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量不同，合金钢可分为：（1）低合金钢合金元素总量小于5%；（2）中合金钢合金元素总含量为5%~10%；（3）高合金钢合金元素含量大于10%。（二）按用途分类1．结构钢主要用于建筑结构及机械零件的钢，一般为低、中碳钢。2．工具钢主要用各种刀具、量具及模具等工具的钢，一般为高碳钢。3．特殊钢具有特殊的物理、化学及机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢等。4．专用钢为满足特殊的使用环境条件下或使用荷载下专用钢材。如桥梁专用钢，钢轨专用钢等。三、钢材的晶体组织（二）钢中的晶体组织与性能1．同素

4、异晶转变概念2．合金的基本概念（1）固溶体以一种金属为溶剂，另一种金属或非金属为溶质，共溶后所形成的固体溶液（2）化合物两种元素发生化学作用而组成的一种新的金属化合物（3）机械混合物是两种既不溶解也不化合，而是机械混合形成的一种组成物钢中的晶体图6-1晶格构造图6-2多晶体构造图6-3Fe-Fe3C合金状态图L—液态合金；γ—奥氏体；α—铁素体；P—珠光体；Fe3C—渗碳体；Ld—莱氏体。3．钢中的晶体组织与性能（1）奥氏体是碳在γ-Fe的固溶体（2）铁素体是碳在α-Fe中的固溶体,含碳量0.02%，由于溶碳量少且晶格滑移面较多，其性质极其柔软，塑性和韧性很好，但强度和硬度较低。（

5、3）渗碳体是碳和铁形成的化合物Fe3C，其含碳量高达6.69%,外力作用下不易变形，故性质非常硬脆，抗拉强度很低，塑性及韧性几乎等于零。（4）珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，两成分相间成片状存在于同一晶粒内，含碳量为0.77%，其性质介于铁素体和渗碳体之间，既有一定的强度和硬度，也有一定的塑性和韧性。珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物铁素体珠光体表6-1室温下钢中晶体组织的机械性能名称符号组合类型σb/MPaHBW/Paδ/%ak/（J·cm-2）铁素体α碳在α-Fe中的固溶体（体心立方晶格）23078550200渗碳体Fe3C铁和碳的化合物（复杂晶格）30785000

6、珠光体P铁素体与渗碳体的层片状机械混合物750176520~2530~40图6-4铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能之间的关系第二节钢材的技术性质一、钢材的力学性能(钢材的力学性能包括弹性、塑性、强度、冲击韧性、硬度与疲劳强度等。)（一）钢材的弹性、塑性和强度1．弹性阶段（OA段)屈服强σs,σ0.22.屈服阶段（AB段）强度极限σb3.强化阶段（BC段）屈强比σs/σb4.颈缩阶段（CD段）伸长率为反映钢材在达到最大破坏荷载前的变形状况，防止突然的脆断，定义钢筋在最大力下的总伸长率用δgt表示（二）、冲击韧性冲击韧性是钢材低抗冲击荷载的能力。（三）硬度硬度是指钢材低抗硬物压入表面的

7、能力。1．布氏硬度HB=P/A2．洛氏硬度布氏硬度试验洛氏硬度试验根据布氏硬度可以估算碳素钢的抗拉强度σbHB<175时，σb=0.36HB450>HB>175时，σb=0.35HB（四）疲劳强度疲劳强度除了与材质有关外，还与所受应力的种类（拉、压或弯曲）、应力循环特征值（）、应力循环次数（N）及应力集中程度有关。一般来说，钢材强度极限愈高，其疲劳强度也高。二、钢材的工艺性能（一）冷弯性能（二）可焊性(可焊性是指钢材是否适用通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性好的钢材焊