钢材的破坏形式与主要性能.ppt

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1、2钢结构的材料2.1钢结构对材料的要求1、较高的屈服点和抗拉强度。2、较高的塑性和韧性。可以增强结构在静载和动载下的应变能力。3、良好的工艺性能：冷加工、热加工和可焊性。4、耐火、耐腐蚀、低温、高温等。衡量结构承载能力衡量结构经较大变形后的抗拉能力，提供足够安全保障小结：承重结构：抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证。焊接结构：同时具有冷弯试验的合格保证。承受动力荷载的结构及重要的受拉或受弯的焊接结构：同时具有常温或负温冲击韧性的合格保证。2.2钢材的破坏形式塑性破坏：由于变形过大，且构件的应力达到了钢材的抗

2、拉强度。有较大的塑性变形，并出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高结构的承载能力。脆性破坏：破坏前变形很小，计算应力小于钢材屈服点。因破坏前无明显预兆，易造成严重后果，设计、施工和使用中应特别注意防止出现脆性破坏。影响脆性的因素：化学成分冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层）温度（热脆、低温冷脆）冷作硬化时效硬化应力集中同号三向主应力状态钢材由力学性能不同分成：软钢：有明显屈服台阶的钢筋(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显屈服台阶的钢筋(高强钢丝、钢绞线)2.3钢材的主要性能2.3.1受拉、受压及

3、受剪性能1强度OPESCBD低碳钢单向均匀拉伸试验应力－应变曲线P点比例极限E点弹性极限S点屈服点B点抗拉强度理想弹塑性材料的应力－应变曲线软钢：屈强比表征钢材强度储备大小。新《抗规》规定：3钢结构的钢材应符合下列规定：1)钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；取相应于残余应变=0.2%时的应力0.2作为名义屈服点。常取0.2=0.85fsu。0.2%0.2(N/mm2)o0.2－条件屈服强度无明显屈服平台钢材的应力－应变曲线0.2的定义：硬钢：2塑性性能伸长率：代表材料在单向拉伸时

4、塑性应变的能力。表示试件标距长度与试件直径之比为10时的伸长率。伸长率、截面收缩率截面收缩率新《抗规》规定：3钢结构的钢材应符合下列规定：2)钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％；钢材物理性能指标弹性模量E、剪变模量G、线性膨胀系数和质量密度。2.3.2冷弯性能钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验弯心直径冷弯角度2.3.3冲击韧性表现钢材的动力性能。韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力，用材料在断裂时所吸收的总能量（包括弹性和非弹性）来度量。是钢材强度和塑性的综合指标。钢材韧性通过冲击

5、试验，测定冲击功来表示。钢筋力学性能指标：对于有明显屈服台阶的软钢取屈服强度fy作为强度设计依据。对于无明显屈服台阶的硬钢取条件屈服强度0.2作为强度设计依据。屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能。2.3.4钢材的可焊性能在一定的焊接工艺条件下，所施焊的焊缝熔敷金属和母材金属均不产生裂纹，且焊接的接头机械性能不低于母材的机械性能。主要影响因素：钢板厚度钢材化学成分节点的条件焊接材料、工艺等可焊性分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否

6、低于母材。2.3.5钢材的特种性能（自学）耐火性能钢材在600度高温时的屈服点应高于常温时屈服点的2/3。耐候性能可在自然条件下裸露使用。Z向性能在厚度方向具有抗层状撕裂的性能。2.4影响钢材性能和脆性破坏的因素2.4.1化学成分碳C：强度、塑性、韧性和可焊性。一般不超过0.22％，焊接结构中不超过0.20％。S：降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，产生热脆。P：降低塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，产生冷脆。但能提高抗锈性。O:热脆N:冷脆。有害成分有益成分硅：提高强度。含量一般不大于0.3％。锰：提高强度。含量一般0.3％～

7、0.8％。合金元素：提高强度和抗腐蚀性。2.4.2冶炼、浇铸、轧制和热处理的影响按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。偏析：钢中化学成分不一致和不均匀性。非金属夹杂：含有硫化物与氧化物等杂质。气孔：一氧化碳气体未排出。裂纹：影响塑性。冶炼冶金缺陷热处理退火正火淬火回火轧制：改善晶粒组织。冷作硬化（应变硬化）(strainhardening)：冷加工使钢材强度增加，塑性及韧性降低的现象。注：一般钢结构中，都不利用硬化所提高的强度。时效硬化（老化）（agehardening）：高温时，氮和碳随着时间增长从纯铁中析出，使钢材强

8、度提高，塑性及韧性下降。2.4.3钢材硬化应变时效：在钢材塑性变形后加热，加快时效硬化的速度。它是应变硬化和时效硬化的复合作用。2.4.4温度影响温度升高，强度降低，塑性增大；温度降低，强度略增，塑性和韧性降低。蓝脆：当温度在250°C左右，钢材强度略有提高，同时塑性和韧性下降，材料转脆，钢材表面氧化膜