工程材料学第2章 工程构件用钢课件.ppt

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1、第二章工程构件用钢构件用钢——工程结构钢构件的工作条件：P静，一定T使用构件用钢应满足：采用低C钢，低合金结构钢Wc＜0.2%热扎，空冷状态第一节工程构件用钢的使用性能一.力学性能特点1.工程构件的屈服现象：为何出现这种现象：金属的塑性变形过程，软位向（少量晶粒）中处于与应力成45゜滑移面上的位错先移动；挣脱且CN钉扎后，所需应力小或不变；而变形还在继续；当已移动的位错造成的应力场足以使周围晶粒（硬位向）中位错移动时，其他滑移面上位错与软位错一起运动，即：晶粒均塑变，均匀变形。实际应用中：（钢材扎制）冷轧钢板时出现皱折2.冷脆现象：构

2、件在低温使用时，发生脆性断裂时的应力小于屈服极限。原因：存在冷裂纹，缺口，淬火时效，应变时效的钢(低碳钢)使Tk↑，在使用T下，处于解理断裂区，脆性↑，冷脆倾向性的大小用Tk来衡量（Tk是光滑试样测得的）影响Tk的因素a构件表面质量b构件的冶金质量c构件的晶粒度d合金元素3.工程构件用钢的应变时效概念：构件钢在塑性变形后（高温Ac1以下）放置，其（力学性能）强度，硬度等塑性变形抗力指标增高，而极限塑性和韧性等断裂抗力指标降低的现象，称应变时效。危害：a.使材料的断裂抗力降低，成为裂纹的起源，局部变形，卷边，冲孔，剪裁。b.给冷变形工艺

3、造成困难：硬，脆，继续加工难度大，有的无法加工。控制：a.C,N↓（用低C钢），加入碳化物形成元素（Al，V，Ti，Mo），可控制或消除应变时效。b.冶炼方法，浇铸方法：平炉钢的时效敏感性＜侧吹转炉钢镇静钢的时效敏感性＜沸腾钢衡定指标：应变时效前后的ak、HRB值差与原值相比的百分数。4.淬火时效含义：淬火后放置时，使σs，HB↑，δT，φk↓的现象原因：淬火时效是过饱和C，N脱溶的结果：共格Fe2.4C-ЄFe16N2-α脆性大，（高温，过时效，Fe2.4C-Є转变Fe3C,Fe16N2-α转变Fe4N且长大）应用：焊接热影响区的淬

4、火时效—热循环（加热，冷却），构件开裂5.蓝脆：在低碳钢中在200-350℃时，光亮的钢表面存在蓝的颜色，测力学性质发现，塑性，韧性↓，强度↑，这种现象称蓝脆。二工程构件钢的耐大气腐蚀性1.大气腐蚀过程：如图所示电化学腐蚀——原电池现象（两块金属极板）—构件用钢——一块钢板上进行的（两种组织）——微电池现象。2.提高构件用钢的耐大气腐蚀途径：（1）减少微电池数量：S，C↓，要求是低碳钢（2）提高基体（α-Fe）的电极电位：抑制阳极反应，α-Fe→固溶体，Ni，Ti可溶于α-Fe中，使其电极电位增高，防止大气腐蚀。（3）利用钝化效应钝化

5、效应：指通过改变表面状态而造成基体金属表面部分电极电位增高的现象。钝化措施：迅速形成一层保护膜，使基体金属与电介质隔开，从而使阳板反应受到阻碍Cu（0.2-0.5%）P加入钢中，也提高钢的耐腐蚀性Cu+P：Wp：0.06-0.15%；WCu:0.1-0.3%效果最佳，P有益元素第二节工程构件用钢的加工工艺性能一.冷变形性能1.钢材的变形能力：指制备成必要形状的工件时的难易程度，塑变抗力→C↑M↑d↓设备功率大小不同﹤﹦﹥不同变形程度﹤﹦﹥构件钢的C、M低，不会对变形造成困难。2.产生开裂（其他缺陷）的可能性：a.φk，δT不足，是开裂

6、的原因。σs/σb来衡量材料塑性失稳的可能性，σs/σb高，易塑性失稳一般σs/σb<0.7（延伸，弯曲较大变形的钢）b.含C程度高开裂倾向大（珠光体↑，α少）c.含S程度高开裂倾向大分层裂纹源d.含P程度高开裂倾向大偏析，脆e.表面质量差开裂倾向大裂纹源3.冷变形后性能：变形后ρ↑△σs↑，塑性↓应变时效△σs↑，塑性↓二.焊接性能焊接脆性：由于钢材的成分和组织的变化而导致焊接构件脆断趋势增加的现象，即焊接脆性。1.马氏体转变脆性：产生热影响区（HAZ）Ac1以上，γ晶粒大，冷却M粗大，使σ↑，δ↓，应力（组织、热应力）经常出现裂纹

7、。原因：与C、M有关，Cz（合金元素折合成含C对它的行为影响），Cz↓焊接性能↑（Cz<0.35%，焊接性好；Cz>0.4-0.5%焊接困难，母材预热，焊后热；Cz>0.6%预热，构件保持200-400℃之间。正火处理）∴构件应为低C，低合金钢2.凝固脆性在凝固过程中，由于成分和结构变化而引起的裂纹。先结晶纯，把杂质推向液相，在晶界偏析，收缩应力作用下沿着柱状晶产生热裂纹。S，P，Si，C，Ni，Cu控制。如图3.热影响区的时效脆性：淬火时效，应变时效（淬火应力使淬角处产生微塑）4.焊接后加热脆性（开裂）：γ不锈钢，V钢，加热松弛应力

8、时开裂，往往在融合线附近粗大晶粒区，焊缝粗大组织中，主要是杂质，第二相偏析（相当于第二次回火脆）由此看来，以上这些脆性均是C，M↑所造成的。因此，为了提高保证焊接性能，构件钢往往采用低C钢，低M钢。作业题思考题第三节低合