《建筑金属材料》PPT课件

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1、第2章建筑金属材料材料综合选用本章学习指导常见问题及解答历史回顾2.1钢的分类2.2建筑钢材的力学与工艺性能2.3钢材的组成结构及对性能的影响2.4钢材的强化与加工2.5土木工程常用金属材料的性质及应用2.6钢材的腐蚀与防护创新能力培养练习题本章学习指导本章共6个知识点。本章的教学目标是：⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；⑵熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素；⑶熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；⑷掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。本章的难点是钢材的塑性、韧性、耐

2、疲劳性，以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其性能，来理解其应用。还需说明的是，除钢材外，铝合金近年迅速发展，对其在土木工程中的应用亦应有所了解。建议课内学时数为5学时,课外学时2学时。历史回顾广州海珠桥的钢材广州海珠桥已经“年逾七旬”，但其使用的钢材预计已有百年历史。2004年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进

3、行加固等。基础知识2.1钢的分类钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。2.1.1按化学成分分类2.1.2按品质（杂质含量）分类2.1.3按冶炼时脱氧程度分类2.1.1按化学成分分类1.碳素钢低碳钢：含碳量<0.25％　　中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％　　高碳钢：含碳量>0.60％2.合金钢低合金钢：合金元素总含量<5.0％　　中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％　　高合金钢：合金元素总含量>10％建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使

4、用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成的产品。合金钢亦有少量应用。2.1.2按品质（杂质含量）分类1.普通钢：含硫量≤0.050％；含磷量≤0.045％。2.优质钢：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。3.高级优质钢：含硫量≤0.025％；含磷量≤0.025％。4.特级优质钢：含硫量≤0.015％；含磷量≤0.025％。2.1.3按冶炼时脱氧程度分类1.沸腾钢炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其

5、代号为“F”。其冲击韧性和可焊性较差。2.镇静钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”。3.半镇静钢指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b”。4.特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。观察与讨论讨论AB2.1钢的分类钢材的冶炼脱氧程度与性能下图为沸腾钢（图A）与镇静钢（图B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。讨论从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾

6、钢是脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用于一般建筑结构。而镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气体产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好，但成本高。镇静钢可用于承受冲击荷载的重要结构。此外，还有比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好，称特殊镇静钢，其使用于特别重要的结构工程。脱氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的钢，称为半镇静钢，其质量较好。2.1钢的分类工程实例分析2.

7、1钢的分类现象原因分析某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌。原因分析首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；其次是焊接性能较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。2.1钢的分类基础知识2.2建筑钢材的力学与工艺性能2.2.1抗拉性能2.2.2冲击韧性2.2.3耐疲劳性2.2.4工艺性能2.2.1抗拉性能在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。测定钢材强度的主要方法是拉伸试验，钢材受

8、拉时，在产生应力的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映钢材的主要力学特征。从右图低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到被拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶