《钢材的破坏形式》PPT课件

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1、第二章钢结构的材料§2.3钢材的破坏形式两种性质完全不同的破坏形式：塑性破坏（延性破坏)脆性破坏（脆性断裂)脆性破坏破坏前无明显变形，平均应力亦小(可能小于屈服点fy)，没有任何预兆，是突然发生的，危险性大，应尽量避免。破坏断口平直和呈有光泽的晶粒状。断裂从应力集中处发生。塑性破坏塑性破坏的特征是构件应力超过屈服点(fy)，并达到抗拉极限强度(fu)后，构件产生明显的变形并断裂；塑性破坏的断口常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。塑性破坏在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。理想弹塑性材料能否发生脆性破坏？§2.4影响

2、钢材性能的一般因素化学成分的影响钢材生产过程的影响硬化的影响温度的影响应力集中的影响板厚、直径的影响残余应力应力状态反复荷载作用（疲劳问题）▼(下一节)化学成分的影响基本元素铁,约占99%其他元素有益元素碳、硅、锰、钒<1.5%有害元素硫、磷、氧、氮<1.0%碳在普通碳素钢中，碳是除铁以外最主要的元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳的含量提高，钢材的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性、特别是低温冲击韧性下降。同时，钢材的可焊性、耐腐蚀性能、疲劳强度和冷弯性能也明显下降。因此结构用钢的含碳量不宜太高，一般不超过0.22％，

3、在焊接结构中则应低于0.2％。硅硅是强脱氧剂，用以制成质量较高的镇静钢。适量的硅可以使钢材强度大为提高，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性均无明显不良影响。一般镇静钢的含硅量为0.10％～0.3％，硅含量过大(达1％左右)，则会降低钢材的塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。锰锰是弱脱氧剂。适量的锰含量可以有效地提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能，并能改善钢材的冷脆倾向，而又不显著降低钢材的塑性和冲击韧性。锰在普通碳素钢中的含量约为0.3％~0.8％。锰有强化纯铁体和珠光体的双重作用，是一种十分有效的合金成分，但

4、含量过高将使钢材变得脆而硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。因此，锰是我国低合金钢的主要合金元素，含量一般为1.2％～1.6％钒钒可提高钢材的强度，细化晶粒，提高淬硬性，但有时有硬化作用。它是添加合金成分，能提高钢材强度和抗锈蚀性能，而不显著降低塑性。硫有害元素。硫与铁的化合物为硫化铁，散布在纯铁体晶粒间层中，使钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等大大降低。高温(800～1200℃)时，硫化铁即熔化而使钢材变脆和发生裂缝，这种现象称为钢材的“热脆”。硫的含量过大不利于进行钢材焊接和热加工。因此，钢材中应严格控制含硫量，一般不超过0.05

5、％，在焊接结构中不超过0.045％。磷有害元素。磷和纯铁体结成不稳定的固熔体，有增大纯铁体晶粒的害处。磷的存在使钢材的强度和抗锈性提高，但将严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能等，特别是在低温时能使钢材变得很脆(冷脆)，不利于钢材冷加工。因此，磷的含量也应严格控制，一般不超过0.050％，在焊接结构中不超过0.045％。氧和氮有害元素。它们容易从铁液中逸出，故含量甚少。氧和氮能使钢材变得极脆。氧的作用与硫类似，使钢材发生热脆，一般要求含氧量小于0.05％。氮和磷作用类似，使钢材发生冷脆，一般应小于0.008％。钢材生产过程的影响钢材生

6、产过程介绍（动画）结构用钢需经过冶炼、浇铸、轧制和矫正等工序才能成材，多道工序对钢材的材性都有一定影响。冶金缺陷：偏析、非金属夹杂、裂纹、分层。冶炼冶炼方法主要有平炉炼钢法和转炉炼钢法；冶炼过程主要是控制钢材的化学成分，从而达到控制钢材性能的目的。浇铸浇铸就是把钢水转变为钢坯的过程。浇铸时要对钢水进行脱氧，根据脱氧程度的不同，钢可分为:沸腾钢镇静钢半镇静钢。特殊镇静钢沸腾钢沸腾钢是用锰作为脱氧剂，由于锰的脱氧能力较差，不能充分脱氧。钢液中还含有较多的氧化铁，浇铸时氧化铁和碳相互作用，形成一氧化碳气体逸出，使钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。沸腾

7、钢的塑性、韧性和可焊性较差，容易发生时效和变脆，轧成的钢板和型钢中常有夹层和偏析现象。但沸腾钢生产周期短，消耗脱氧剂少，轧钢时切头很小，成品率高，所以成本较低，在土木建筑工程中仍大量地采用沸腾钢。镇静钢镇静钢是用硅作为主要脱氧剂，硅的脱氧能力很强，它是锰脱氧能力的5倍。没有沸腾现象，浇铸时钢锭模内液面平静，称为镇静钢。它的晶粒较细，使组织致密，气泡少，偏析度小。镇静钢成品率低，成本较高。镇静钢的屈服点高于沸腾钢，镇静钢与沸腾钢相比，还具有冲击韧性较高，冷弯性能、可焊性和抗锈蚀性较好，时效敏感性较小等优点。特殊镇静钢特殊镇静钢是在采用锰和

8、硅脱氧之后，再用铝或钛进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中有害氧化物，并把氮化合成非常细小的氮化铝或氮化钛，能明显改善各种力学性能，提高钢材的可焊性。轧制轧制是将钢锭热轧成钢板和型钢，改善了钢材的内部组织和力学