建筑金属材料清华土木工程材料PPT学习教案

1、会计学1建筑金属材料清华土木工程材料建筑金属材料清华土木工程材料n土木工程用钢材的技术标准第1页/共45页建筑金属材料“鸟巢”的钢结构造型u建筑金属材料概述u钢材的冶炼及分类u钢材的主要技术性能u钢材组织和成分对性能的影响u钢材的冷加工与热处理u钢材的技术标准及选用u钢材的锈蚀与防护u其他建筑金属材料第2页/共45页第3页/共45页第4页/共45页n低合金钢：合金元素总含量小于5；n中合金钢：合金元素总含量在510之间；n高合金钢：合金元素总含量大于10。第5页/共45页磷含量0.030n特级优质合金钢：硫含量0.015，磷含量0.025u 根据钢的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊钢： 结构钢

2、结构钢：用作工程结构构件及机械零件，土木工程中常用 工具钢工具钢：用过各种量具、刀具及模具的钢 特殊钢特殊钢：有特殊物理、化学及机械性能，如不锈钢、耐热钢等第6页/共45页第7页/共45页n钢材的性能是合理选用的钢材的基本依据。第8页/共45页u 弹性阶段弹性阶段：OA段，弹性极限弹性极限(Re) 应力-应变呈正线性关系，其比值为弹性模量。 u 屈服阶段：屈服阶段：AB段，应力超过Re后，开始产生塑性变形；下屈服点(B下)，屈服强度（屈服强度（ ReL ）。 u 强化阶段：强化阶段：BC段，钢材抵抗外力的能力重新提高，抗拉极限抗拉极限(Rm )u 颈缩阶段：颈缩阶段：CD段，拉断前薄弱处截面显

3、著缩小，产生“颈缩” 低碳钢受拉时应力-应变图 中碳钢与高碳，规定产生残余变形为原标距长度0.20.2时的应力值作为屈服强度，称条件屈服点条件屈服点，用 R Rp0.2p0.2表示第9页/共45页n0.75。低碳钢屈强比meLRR中高碳钢屈强比mRR2 . 0p第10页/共45页100%00ulllu100%00uSSSZ第11页/共45页 u 当冲击摆从一定高度自由落下将试件冲断时，试件吸收的能量等于冲击摆所做的功，缺口底部处单位面积上所消耗的功，即为冲击韧性指标。 AHm）（hgaku 钢材冲击韧性与钢材化学成分化学成分、组织状态组织状态以及冶炼冶炼、加工加工都有关系。钢材中磷、硫磷、硫含

4、量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。 第12页/共45页u 钢材的硬度是指其表面抵抗硬物压人产生局部变形表面抵抗硬物压人产生局部变形的能力，常用的测试方法有布氏法布氏法、洛氏法洛氏法和维氏法维氏法等，土木工程用钢材常用布氏硬度布氏硬度表示，其代号为HB。u 硬度值往往与其他性能有一定的相关性。如钢材的HB值值与抗拉强度抗拉强度之间就有较好的相关关系。对于碳素钢碳素钢： 当HB175时，Rm3.6HB；当HB175时，Rm3.5HB硬度硬度第13页/共45页u 钢材的冷弯后，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。若没有这些现象则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时

5、的弯曲角度越大，d/a越小，则表示冷弯性能越好。 u 钢材的冷弯性能不仅能反映其塑性，更有助于暴露钢材的内部组织是否均匀，是否存在内应力、微裂纹、表面未熔合及夹杂物等缺陷。Pad第14页/共45页第15页/共45页焊接点断裂点断裂点第16页/共45页体心立方体体心立方体铁素体铁素体奥氏体奥氏体渗碳体渗碳体珠光体珠光体钢的组织形式固溶体(Fe中固溶微量C)化合物( Fe和C化合物Fe3C )机械混合物(固溶体和化合物)钢的基本组织面心立方体面心立方体第17页/共45页钢的基本组织与性能组织名称含碳量结构特征抗拉强度（MPa）布氏硬度延伸率性能铁素体铁素体 0.02%C溶于溶于Fe中的固体相中的固

6、体相180280508030%50%性能与纯铁相似，即强度、性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。硬度低，塑性、韧性好。珠光体珠光体0.8铁素体与渗铁素体与渗碳体的机械碳体的机械混合物混合物75015020%25%性能介于铁素体和渗碳体之性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。有一定的塑性。渗碳体渗碳体6.69化合物化合物Fe3C 强度极高强度极高800接近于零接近于零铁中的主要强化相，强度、铁中的主要强化相，强度、硬度很高，脆性大。硬度很高，脆性大。奥氏体奥氏体0.8C溶于溶于Fe中的固体相中的固体相400160220 40%50%其强度

7、和硬度比铁素体高，其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性好。因此，钢材塑性、韧性好。因此，钢材多数加热到奥氏体进行锻造。多数加热到奥氏体进行锻造。土木工程用钢的含碳量在0.8以下，基本晶体组织由铁素体和珠光体所组成，无渗碳体；强度较高，塑性、韧性较好。第18页/共45页第19页/共45页0.0450.0450.0080.03第20页/共45页冷拔模及受力示意TSINGHUA UNIVERSITY PRESS第21页/共45页时效时效TSINGHUA UNIVERSITY PRESSp 冷加工强化机理冷加工强化机理：冷加工产生塑性变形后，晶粒滑移，晶格畸变，抵抗外力能力提高；变形后滑移面减少，塑性降

8、低，脆性增大，弹性模量降低。 p 时效强化机理时效强化机理：滑移面缺陷处碳、氮原子富集，晶格畸变加剧，滑移、变形更难。 第22页/共45页热处理热处理温度()727等温处理回火淬火正火退火时间p退火退火：退火炉中缓慢冷却，细化晶粒，均匀组织，消除钢材中的内应力；使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。p正火正火：空气中慢速冷却，细化晶粒，消除内应力；钢材强度和硬度提高，塑性较退火小。p淬火淬火：水中或机油中迅速冷却，钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。第23页/共45页热处理热处理温度()727等温处理回火淬火正火退火时间p 回火回火：将淬火后的钢材重加热到723以下某一温度范

9、围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温。p 回火可消除钢材淬火时产生消除钢材淬火时产生的内应力的内应力，稳定组织稳定组织，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。p 回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理调质处理。第24页/共45页n第25页/共45页第26页/共45页第27页/共45页第28页/共45页 热轧光圆钢筋牌号：HPB235、HPB300； 热轧光圆钢筋强度低强度低，塑性和焊接性能好塑性和焊接性能好，广泛用作小型小型钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构中的主要受力钢筋以及各种钢筋棍凝土结构中的构造筋构造筋。 热轧带肋钢筋牌号：

10、HRB(F)335、HRB(F)3400、HRB(F)3500；带“F”表示细晶粒细晶粒热轧钢筋；u 力学及工艺性能见表7-8、7-9。 HRB(F)335、HRB(F)400钢筋的强度较高强度较高，塑性和焊接性能塑性和焊接性能较好较好，广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的受力筋； HRB(F)500强度高，塑性和焊接性能较差，可作预应力钢筋。第29页/共45页第30页/共45页车梁等。第31页/共45页u 钢筋的公称直径范围为18mm50mm，通常采用25mm、32mm 钢筋。u 按屈服强度划分四个级别，表示方法：代号代号“PSB”加屈屈服强度最小值服强度最小值（ 785、830、930、108

11、0 ）。如：PSB930表示屈服强度最小值为930MPa的预应力混凝土用螺纹钢筋。u 预应力混凝土用螺纹钢筋具有高强度、高韧性高强度、高韧性等特点，广泛应用于大型桥梁、公路预应力构件制作及岩体锚固等。 第32页/共45页u 预应力混凝土用钢丝强度高、柔性好（标距为200mm的伸长率大于1.5，弯曲180达4次以上）、无接头、质量稳定可靠、施工方便、不需冷拉、不需焊接等优点。u 主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆和轨枕等的预应力钢筋等。 第33页/共45页u 预应力混凝土用钢绞线亦具有强度高、柔韧性好、无接头、质量稳定和施工方便等优点，主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹板等结构的预应力筋。 u 钢绞线的最大负荷随钢丝的根数不同而不