土木工程材料第08章金属材料ppt课件.ppt

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1、第八章钢材钢的冶炼和分类建筑钢材的主要技术性能钢的化学成分对钢性能的影响钢材的冷加工和热处理建筑用钢钢结构用钢材钢筋混凝土用钢材钢材可用作主要的结构材料、也可以用作连接材料、围护材料和饰面材料等。优点：品质均匀塑性和韧性好高的抗拉强度易于加工成板材、型材和线材良好的焊接和铆接性能缺点：易锈蚀、维护费用高耐火性差生产能耗大8.1钢的冶炼和分类钢的冶炼钢和铁的主要成分是铁和碳。合碳量大于2.06％的为生铁，含碳量为0.02%～2.06％的为钢第一步：生铁的冶炼是将铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁

2、。原料中的杂质则和石灰石等化合成熔渣。铁矿石铁水＋矿渣冶炼8.1钢的冶炼和分类钢的冶炼第二步：钢的冶炼是以铁水或生铁作为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼。与生铁的冶炼相反，是用氧化的方法来除去铁中的碳及部分杂质.铁水或铁块、废钢钢水＋钢渣冶炼炼钢生产工艺示意图钢材的分类碳素钢（非合金钢）按照碳的含量分(1)低碳钢含碳量小于0.25％；(2)中碳钢含碳量为0.25％～0.6％；(3)高碳钢含碳量大于0.6％。合金钢按照掺入合金元素(一种或多种)的总量分(1)低合金钢合金元素总含量小于5％；(2)中合金钢合金元素总含量为5％～10％；(3)高合金钢合金元素总含量大于10％。按冶炼时的脱氧程度分

3、:沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢镇静钢沸腾钢8.2钢材的技术性质力学性能强度塑性韧性耐疲劳性工艺性能冷弯性能焊接性能强度四个阶段：Ⅰ弹性阶段Ⅱ屈服阶段Ⅲ强化阶段Ⅳ颈缩阶段Ⅰ弹性阶段（OA段）弹性极限，用p表示。此阶段应力与应变成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，/=E。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。常用低碳钢的弹性模量E=(2.0～2.1)105MPa，p=180～200MPa。Ⅱ屈服阶段（AB段）应力超过p后，应变增加很快，而应力基本保持不变。这种现象称为屈服。此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。－

4、曲线上开始发生屈服的点Ｂ，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用s表示。钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。常用低碳钢的s为185～235MPa。预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点：抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段，不能测定屈服点，故常用发生残余变形0.2%时的应力作为规定的屈服极限，用0.2表示。Ⅲ强化阶段当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，－曲线又开始上升，称为强化阶段。曲线最高点Ｃ所对应的应力称为抗拉

5、强度，用b表示。常用低碳钢的b为375～500MPa。屈强比（s/b）—屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。0.63～0.75范围最合适。Ⅳ颈缩阶段应力超过b后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现颈缩现象，－曲线开始下降，直至Ｄ点，试件被拉断。力学性能塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，是钢材的重要性能指标伸长率断面收缩率力学性能塑性伸长率反映了钢材塑性大小情况，在工程中具有重要意义。塑性良好

6、的钢材，偶尔超载、产生塑性变形，会使内部应力重新分布，不致由于应力集中而发生脆断。钢材在塑性破坏前，有明显的变形和变形持续时间，便于发现和补救。力学性能韧性韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力,通常用冲击韧性值来表示.力学性能韧性对于重要的结构以及承受动荷载作用的结构,特别是处于低温条件下,为了防止脆性破坏,应保证钢材具有一定的冲击韧性。冷脆性:当温度降低到一定程度时,冲击韧性大幅度下降而使钢材呈脆性,这一现象称为冷脆性。钢材的冲击韧性与温度的关系影响冲击韧性的因素钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都比较敏感。如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的

7、微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。K值还与试验温度有关。某些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，K突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性。K剧烈改变的温度区间称为脆性转变温度。时效，冷加工和动力加载情况下时效敏感。承受动荷载、负温结构等需检验钢材的冲击韧性。耐疲劳性钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏