建筑材料第8章建筑钢材课件.ppt

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1、第八章建筑钢材本章的教学目标是：⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；⑵熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；⑶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；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。8.1金属的微观结构及钢材的化学组成8.2建筑钢材的主要力学性质8.3建材的冷加工及时效强化、热处理和焊接8.4钢材的防火和防腐蚀8.5建筑钢材的品种和选用8.1金属的微观结

2、构及钢材的化学组成8.1.1金属的微观结构概述金属的晶体结构金属晶体结构中的缺陷点缺陷；线缺陷；面缺陷金属强化的微观机理细晶强化固溶强化弥散强化变形强化8.1.2钢材的化学组成金属晶体晶格类型：金属晶体的晶格有三种类型：面心立方晶格FCC（Face-centeredcubic）体心立方晶格BCC(Body-centeredcubic)密集六方晶格HCP（Hexagonalclose-packed）金属晶体结构中的缺陷：点缺陷:由于晶体中的热振动等原因，个别能量较高的原子克服了临近原子的束缚，离开了原来的平衡位置，形成了“空位”，跑到另一个结点或结点间

3、的不平衡位置上导致晶格畸变，某些杂质的嵌入，也会导致晶格畸变，这些缺陷称为点缺陷。线缺陷：在金属晶体中某晶面间原子排列数目不相等，在晶格中形成缺列，这种晶体缺陷称为“位错”。位错有刃位错和螺位错。面缺陷：晶界处的原子排列规律受到严重干扰，使晶格发生畸变，畸变区形成一个面，这些面又交织成三维网状结构，这些缺陷称为面缺陷。金属强化的微观机理改变晶体缺陷的的数量和分布状态细晶强化：增加单位体积中晶界面积来提高屈服强度的方法固溶强化：固溶体形成较多缺陷弥散强化：散入第二相质点，增大位错运动阻力变形强化：缺陷密度增加8.1.2钢材的化学组成钢与生铁的区分在于含

4、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。1.钢材的分类：按化学成分分低碳钢（含碳量小于0.25％）碳素钢中碳钢（含碳量0.25％～0.6％）高碳钢（含碳量大于0.6％）低合金钢（合金元素小于5％）合金钢中合金钢（合金元素5％～10％）高合金钢（合金元素大于10％）建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使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。按品质（杂质含量）分类(1)普通钢：含硫量≤0.045％～0.050％；含磷量≤0.045％。　　(2)优质钢：含硫量≤0

5、.035％；含磷量≤0.035％。　　(3)高级优质钢：含硫量≤0.025％，高级优质钢的钢号后加“高”字或“A”；含磷量≤0.025％。　　(4)特级优质钢：含硫量≤0.015％，特级优质钢后加“E”；含磷量≤0.025％。按冶炼时脱氧程度分类钢按冶炼时脱氧程度可分为镇静钢、特殊镇静钢、沸腾钢和半镇静钢。两钢锭（沸腾钢和镇静钢）的纵剖面图（A）沸腾钢（B）镇静钢从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾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、

6、冲击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用于一般地建筑结构。而镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气泡产生,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地重要结构。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。钢材的基本晶体组织钢是以铁（Fe）为主的Fe-C合金。Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图象，故也称显微组织。在钢材中

7、碳原子与铁原子之间的结合有三种基本的方式：即固溶体、化合物和机械混合物。由于铁与碳的组合方式的不同，碳素钢形成的基本组织有铁素体、渗碳体、珠光体。钢材的显微组织钢材在常温下主要有三种显微组织：①铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。　　　　②渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低，是钢中的主要化学成分。　　③珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机

8、械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。片状珠光体铁针状和块状铁素体钢材的成分