第5章金属材料

1、济宁职业技术学院建筑工程系第5章 建筑材料5.1 建筑钢材一、钢及其特性钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。5.1.1 钢材的分类1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。5.1.1 钢材的分类2.线材如钢筋、钢丝等。5.1.1 钢材的分类3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。5.1.1 钢材的分类4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板5.1.1 钢材

2、的分类1.按冶炼方法分2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢5.1.1 钢材的分类3.按化学成分分4.按用途分 分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金总含量5%5%10105.1.2 钢材的化学成分及对钢材性能的影响1.碳 碳是决定钢材性能的主要元素.随含碳梁的增加,钢材的强度和硬度相应提高,而塑性和韧性相应降低.2.硫,磷

3、磷与碳相似,能使钢的屈服点和抗拉强度提高,塑性和韧性降低,显著增加钢的冷脆性.3.氧.氮 降低了钢的力学性能,应被严格限制.4.硅,锰5.1.3 钢材的力学性能 标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0l 非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段1、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能0钢材拉伸过程的-图OB弹性阶段BC屈服阶段CD强化阶段DE颈缩阶段A0BCB0DCEDFEC上上屈服点C下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段p比例极限，MPa。pBB弹性极限，MPa。注：由于A、B两点相距较

4、近，一般认为p=B 。0 钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后0 钢材拉伸强化阶段示意图AB0C下C上CD D D D D强化阶段bb 抗拉强度或强度极限。DC0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE颈缩阶段（2）拉伸过程的参数强度指标屈服强度：抗拉强度：塑性指标伸长率：0AFss0AFbb%100001lll2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。0A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑

5、性变形0.2%。二、 1.冲击韧性定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值k表示。k 越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。2. 弹性模量在应力应变曲线的弹性阶段中,应力和应变的比值称为弹性模量.弹性模量是衡量钢材抵抗变形能力的指标.3. 塑性1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）

6、；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。 通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。三、工艺性能2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。5.1.4 钢材的冷加工强化和时效1.冷

7、加工强化 冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。 建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。 对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。 四、钢材的冷加工强化和时效2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。 自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d； 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。 5.1.5 钢材的焊接性与耐火性1.

8、钢材的焊接性可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。 可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。2.钢材的耐火性钢材是典型的不燃性材料,但钢材却是不耐火的材料.当温度达到600以上时,其强度紧存20以下.这时强度已经不能承受其自身重力作用,钢结构建筑将发生严重的扭曲,变形,乃至垮塌.进

9、行钢结构建筑设计和施工时,应进行钢结构防火处理.通常工程中采用:1)涂覆钢结构防火涂料.2)包封法处理,用耐火的保温材料将钢结构包封起来.3)水冷却法,即对空心钢柱,可在其内部充水保证钢结构的冷却.建筑构件的耐火能力,用耐火极限来表示.将构件在规定的时间-温度曲线条件下进行耐火实验，将材料或构件从受到火灾时刻起，到其失去支撑能力，完全破坏，失去隔火能力时刻止，用小时（h)表示的时间，称为材料和构件的耐火极限。5.1.6 建筑钢材的防锈建筑钢材在如下条件适宜时会发生锈蚀：1.有氧气存在2.有水存在3.有电流作用在一般情况下，如钢材在碱性环境（PH12.5）钢材不应锈蚀，但若钢材和氯离子接触，氯离

10、子会破坏钢材的钝化作用，使钢材在很高的环境下，发生快速锈蚀钢材的锈蚀对土木工程材料和结构的破坏性主要表现(1) 锈蚀膨胀导致砂浆保护层和混凝土开裂。(2)钢筋截面面积减小，乃至锈蚀，严重降低钢结构的承载力（3）焊缝，焊点开裂，导致结构突然坍塌。（4）钢结构锈蚀后，锈色锈迹影响装饰性，且与混凝土粘结力大大降低。保护锈蚀采用如下方法（1）钢材的合金化。（2）钢材的表面涂漆处理（3）钢材的表面镀锌处理，也称阴极保护。（4）外加电流保护，也称阳极保护。（5）钢材的表面涂塑处理。（6）在土木工程中，采用钢筋混凝土，使得钢筋被混凝土的碱性环境保护5.1.7 建筑钢材的技术标准及选用1.钢结构用钢（1）普通

11、碳素结构钢1）牌号碳素结构钢的牌号有Q195,Q215,Q235,Q255,Q275.以Q表示该种钢材的屈服点，以数字表示屈服点值，以A,B,C,D,表示质量等级。以F，b,Z,TZ,表示沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，特镇静钢，如Q235-B.F表示屈服点是235MPa.质量等级，脱氧程度为沸腾钢的碳素结构钢。2）技术指标见表5-3， 5-4 5-5（2）低合金钢质量较稳定，具有良好的塑性，韧性和适当的焊接性，性能大大优于普通碳素结构钢，构建钢结构时，选用低合金钢比普通碳素结构钢，能减轻结构自重，增大结构跨度，节约钢材，提高使用寿命，是建筑结构用钢的发展方向。钢筋混凝土用钢分为（1）热轧钢筋强度等

12、级可分为I,II,III,IV级从钢筋表面状态分为光圆钢筋和带肋钢筋。I级只用非预应力混凝土结构，II,III级钢筋即可用非预应力也可用于预应力混凝土，IV只用与预应力混凝土。（2）预应力混凝土热处理钢筋指热轧中碳低合金钢筋，经淬火，回火调质处理的钢筋。使用时用机械切割，不能用电焊气割，不能焊接，以免强度降低。（3）冷拔低碳钢筋采用6.5mm,8mm碳素结构钢盘条，在常温经冷拔制成的3mm,4mm,5mm圆界面钢丝，用于小型预应力构件，焊接或绑扎骨架，网片或箍筋。（4）预应力钢丝，刻痕钢丝，钢绞线。5.1.8 建筑装饰用钢材制品1.不锈钢及其制品（1）不锈钢的一般特性不锈钢是加铬元素为主加其他

13、元素的合金钢。铬含量越多，抗腐蚀性越好。常用不锈钢有40多种，建筑装饰工程常用薄型不锈钢钢板。(2)普通不锈钢装饰制品建筑装饰用最多的是厚度小于2mm的薄钢板用的最多。主要特点：耐腐蚀强，经不同表面加工可形成不同的光泽度和反射能力，安装方便，装饰效果好，具时代感在建筑上用屋面，幕墙，隔墙，门，窗，内外墙饰面，栏杆扶手。（3）彩色不锈钢板用厅堂墙板，天花板，车箱板，建筑装潢，招牌等装饰用。采用彩色不锈钢板装饰墙面，不仅坚固耐用，美观新颖，具有时代感。2.彩色涂层钢板用建筑外墙板，屋面板，3.塑料复合钢板在Q235,Q215钢板上，覆以厚0.2-0.4mm软质或半软质聚氯乙烯膜而成，被用在汽车外壳

14、，家具物品。4 彩色涂层压型钢板具有重量轻，抗震好，耐久强，色彩鲜艳，易加工，施工方便。用建筑屋盖，墙板，墙壁粘贴。5.钢门帘板6.轻钢龙骨7.铁艺5.2 建筑铝材5.2.1 铝的特性1.铝属于轻金属,密度紧为钢的1/32.铝的熔点低3.铝呈银白色,反射能力强4.铝具有很好的导热导电性5.铝是活泼的金属材料,它暴露在空气中,表面易生成致密而坚固的氧化铝薄膜,可以阻止铝继续氧化,从而起到保护作用.,所以在大气中耐腐蚀性较强,铝不能和酸碱接触,否则会发生反应被腐蚀.5.2.2 铝合金的分类与牌号铝的强度很低,为提高其实用价值,常在铝中加入适量的铜,镁,锰,硅,锌等元素组成铝合金.铝合金按加工方法分

15、为变形铝合金和铸造铝合金,建筑用主要为变形铝合金.建筑用铝合金型材主要采用2AXX,2BXX和5AXX,5BXX两种变形铝合金制成.5.2.3 铝合金的表面处理为提高铝合金的性能,必须进行表面处理,经处理过的铝合金耐腐,耐磨,耐光,耐气候性均好,色泽也美观大方,主要处理方法1.阳极氧化处理2.表面着色处理5.2.4 铝合金的特性和应用1.铝合金的性能不仅用于建筑装修,还能用于建筑结构刚度和承受弯曲的能力较小2.铝合金的应用5.2.5 建筑装饰铝合金制品1.铝合金门窗特点1)重量轻2)密封性好3)色泽美观4)耐腐蚀5)铝合金门窗强度高,刚度好,坚固耐用6)便于工业化生产铝合金门窗的性能1)强度2)气密性3)水密性4)开闭力5)隔声性6)隔热性铝合金门窗的技术标准按其风压强度,气密性,水密性三指标将产品分为A.B.C三类2.铝合金装饰板1)铝合金花纹板2)铝合金波纹板3)铝合金穿孔板3.吊顶龙骨 具有不锈,质轻美观,