七章节建筑钢材.ppt
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1、第七章 建筑钢材,1.按化学成分分类 当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳时,则称为碳素钢; 当钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其他合金元素时,则称为合金钢。 (1)碳素钢根据含碳量多少,碳素钢可分为: 低碳钢:含碳量0.25以下。 中碳钢:含碳量0.250.6。 高碳钢:含碳量大于0.6。 (2)合金钢根据合金元素的含量分: 低合金钢:合金元素总含量小于5; 中合金钢:合金元素总含量在510之间; 高合金钢:合金元素总含量大于10。,7.1 钢材的冶炼与分类,根据脱氧程度的不同,浇铸的钢锭可分为沸腾 钢、镇静钢和半镇静钢三种: 沸腾钢:是脱氧不完全的钢。沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫
2、等的偏析严重,再加上钢的致密程度较差,使它的冲击韧性和可焊性较差,特别是低温冲击韧性的降低更为显著。但成本较低。 镇静钢:是脱氧完全的钢。是质量较好的钢种,但成本较高。 半镇静钢:其脱氧程度和材质介于上述两种钢之间。,2.脱氧程度分类,3. 按质量(杂质含量)分类,根据钢材中所含有害杂质的多少工业用钢可分为: (1)普通钢:含硫量0.050;含磷量0.045。 (2)优质钢:含硫量0.035;含磷量0.035。 (3)高级优质钢:含硫量0.025;含磷量0.025。 (4)特级优质钢:含硫量0.015;含磷量0.025。 在土木工程中常用的钢种是普通碳素结构钢和普通低合金结构钢。,7.2 建筑
3、钢材的主要技术性能,钢材的技术性质主要包括力学性能(抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳和硬度等)和工艺性能(冷弯和焊接)两个方面。 7.2.1力学性能 反映钢材力学性能的主要技术指标有:抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、韧性和硬度等。 1.强度,低碳钢拉伸的应力应变曲线,六个阶段: (1)、比例弹性阶段 (2)、非比例弹性阶段 (3)、弹塑性阶段 (4)、塑性阶段或屈服阶段 (5)、应变强化阶段 (6)、颈缩破坏阶段,屈服强度,中碳钢与高碳钢(硬钢)的拉伸曲线与低碳钢不同,屈服现象不明显,难以测定屈服点,则规定产生残余变形为原标距长度的0.2时所对应的应力值,作为硬钢的屈服强度,也称条件屈服点,用
4、表示。,屈强比,屈服强度和抗拉强度之比。 屈强比能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。 屈强比越小,其结构的安全可靠程度越高,不易因局部超载而造成脆性断裂而破坏; 但屈强比过小,又说明钢材强度的利用率偏低,造成钢材浪费。 建筑结构钢合理的屈强比一般为0.600.75。 Q225钢材的屈服比为0.580.63 普通的合金钢的屈强比在0.670.75之间。,2.塑性,建筑钢材应具有很好的塑性。钢材的塑性通常用伸长率和断面收缩率表示。 (1)伸长率 通常以5和10分另表示L05d0和L010 d0时的伸长率。对于同一种钢材,其5 10。,(2)断面收缩率() 式中0试件原始截面积; 1试件拉断后颈缩
5、处的截面积。 伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越高,说明钢材塑性越大。,3.冲击韧性,冲击韧性就是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性是通过夏比(V型缺口)冲击试验来测定的。将标准弯曲试样置于冲击机的支架上,并使切槽位于受拉的一侧。用摆锤打断试件,测得试件单位截面积上所消耗的功,作为冲击韧性指标,用冲击值 表示,单位为J/cm2。 F试件断口处的截面积; Ak冲断试件所消耗的功。,4.硬度,测定钢材硬度的方法很多,如布氏法、洛氏法和维氏法。建筑钢材常用的是布氏法,所测硬度称布氏硬度。 布氏硬度是用一定直径D(毫米)的硬质钢球,在规定荷裁P(牛顿)作用下压
6、入试件表面,并持续一定时间后卸载,量出压痕直径d(毫米),然后计算每单位压痕球面积所承受的荷载值,即布氏硬度值(HB)。计算公式为: HB是以数字表示,如HB150。,硬度值往往与其他性能有一定的相关性。例如,钢材的HB值与抗拉强度之间就有较好的相关关系。对于碳素钢: 当HB175时, 0.36HB; 当HB175时, 0.35HB。 根据这些关系,我们可以在钢结构的原位上测出钢材的HB值,并估算出该钢材的,而不破坏钢结构本身。,7.2.2 工艺性能,1.冷弯性能 钢材的冷弯性能,是指它在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表示。冷弯性能是将钢材试件(圆
7、形或板形)置于冷弯机上弯曲至规定角度(90或180)观察其弯曲部位是否有裂纹、起层或断裂现象,如无,则为合格。弯曲角度越大,弯心直径对试件厚度(直径)比值越小,则表示钢材的冷弯性能越好。 钢材的冷弯示意图:,:,2. 焊接性能,钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下,在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向,焊接后钢材的力学性能,特别是强度不低于原有钢材的强度。 随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高,钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25时,可焊性明显降低;硫含量较多时,会使焊口处产生热裂纹,严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。,7.3 建筑钢材的的晶体组织和化学成分,7
8、.3.1 钢的组织及其对钢性能的影响 钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原子是以金属键相结合的,这是钢材具有较高强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格,如体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子;面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳两种元素可以不同的形态存在,这种形态称为晶体组织。,体心立方体,面心立方体,纯铁的晶格(即原子的有序排列)以下二种类型:体心立方体、面心立方体。,纯铁的同素异构晶体转变,某些金属结晶之后,当温度改变时,它的晶格类型还会随之变化。这种变化称为同素异晶转变。晶格发生转
9、变的温度称为临界温度。转变的产物称为同素异构体。 纯铁在冷却或加热过程中会依次形成如下三种不同的同素异构晶体。 铁:温度下降到1535直接由液态铁凝固而成,为体心立方晶格; 铁:温度下降到1394时,由体心立方晶格转变为面心立方晶格; 铁:温度下降到912时,由面心立方晶格转变为体心立方晶格。,纯铁的同素异晶转变,7.3.1.1 钢的基本晶体组织 碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中,其Fe和有以下三种结合形式: 固溶体铁(Fe)中固溶着微量的碳(C); 化合物铁和碳结合成化合物Fe3; 机械混合物固溶体和化合物的混合物。 以上三种形式的Fe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,
10、在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像,故也称显微组织。,7.3.1.1钢的基本组织的种类及对钢性能的影响: ()铁素体 钢材中的铁素体为在一Fe中的固溶体,由于一Fe体心立方晶格的原子间空隙小,溶碳能力较差,故铁素体含量很少(小于0.02),由此决定其塑性、韧性很好,但强度、硬度很低。 ()奥氏体 奥氏体为在一Fe中的固溶体,溶碳能力较强,高温时含碳量可达2.06,低温时下降至0.8。其强度、硬度不高,但塑性好,在高温下易于轧制成型。,()渗碳体 渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C ,其含量高(达6.67),晶体结构复杂,塑性差,性硬脆,抗拉强度低。 ()珠光体 珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物
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