土木工程材料金属材料学习教案

1、会计学1土木工程土木工程(tm gngchng)材料金属材料材料金属材料第一页，共103页。第2页/共103页第二页，共103页。金属材料黑色金属(hisjngsh)：铁、钢、合金钢等有色金属：铝、铜、锌、铅及合金等第3页/共103页第三页，共103页。第4页/共103页第四页，共103页。冶 炼生 铁钢 生铁(shngti)中的碳氧化，降低含C量，除去杂质元素，降低其含量第5页/共103页第五页，共103页。三种主要(zhyo)炼钢方法的特点炉种 原料 特 点 生产钢种氧气转炉 铁水，废钢 可有效除去磷、硫杂质少， 碳素钢 效率高 质量好。 低合金钢 电炉 生铁、废钢 产量低、耗电大，杂质少

2、 合金钢 质量最好，成本高 优质碳素钢平炉 生铁、废钢 时间长，成分稳定 碳素钢 质量较好、成本较高 低合金钢第6页/共103页第六页，共103页。钢转炉(zhun l)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第7页/共103页第七页，共103页。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(hjn)总含量5%5%1010第8页/共103页第八页，共103页。第9页/共103页第九页，共103页。镇静钢沸腾钢钢材性能与质量排序：特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢第10页/共103页第

3、十页，共103页。第11页/共103页第十一页，共103页。拉伸(l shn)压缩(y su)弯曲剪切扭转荷载形式第12页/共103页第十二页，共103页。第13页/共103页第十三页，共103页。第14页/共103页第十四页，共103页。l1 l0 伸长l0l1F0F1F1 F0 颈缩n=(l1 - l0 )/ l0 100%=(F0-F1)/F0100%第15页/共103页第十五页，共103页。常用低碳钢的弹性(tnxng)模量E约为2.02.1105MPa，弹性(tnxng)极限为p约为180200MPa。 E这种应力基本保持(boch)不变，而应变显著增加的现象，称为屈服。常用低碳钢的

4、屈服极限s约为185235MPa。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。 过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料的强化。抗拉强度在设计中虽不能利用，但屈强比（s /b）在设计中有着重要意义。 屈强比小，结构的安全性高。若屈强比过小，则钢材利用率低。建筑结构钢屈强比一般在0.600.75范围内较合理。普通碳素结构钢Q235的屈强比大约为0.580.63；低合金结构钢的屈强比大约为0.650.75；对有抗震要求的框架结构纵向受力钢筋要求屈强比不应超过0.80。第16页/共103页第十六页，共103页。第17页/共103页第十七页，共103页。第18

5、页/共103页第十八页，共103页。中碳钢与高碳钢（硬钢）由于材质较硬，抗拉强度(kn l qin d)高，塑性变形较小，受拉时无明显的屈服阶段 。故常以其规定残余变形为0.2%l0时的应力值作为名义屈服点，也称条件屈服点，用0.2表示。 第19页/共103页第十九页，共103页。条件屈服强度0.2 对于屈服现象不明显的硬钢，则规定以产生残余变形为0.2%时的应力。强度极限(抗拉强度b ) 表示(biosh)金属受拉时所能承受的最大应力。第20页/共103页第二十页，共103页。第21页/共103页第二十一页，共103页。越好。n随温度降低，钢材由韧性断裂转变为脆性断裂，使冲击值降低的现象称为

6、冷脆性，与之对应的温度称为冷脆转变温度。第22页/共103页第二十二页，共103页。冲击试验： 测量(cling)摆锤冲击前后的能量差摆锤的高度差摆锤的质量。 再测量(cling)试件断裂面积。摆锤试件H0H1第23页/共103页第二十三页，共103页。随时间的延长，钢材表现强度和硬度提高，但其塑性和韧性降低，这种现象称为时效。时效作用导致钢材性能改变程度(chngd)的大小叫时效敏感性。 第24页/共103页第二十四页，共103页。第25页/共103页第二十五页，共103页。力低于一定值时, 试样可以经受无限次周期循环而不破坏, 此应力值称为材料的疲劳极限(亦叫疲劳强度) 。第26页/共10

7、3页第二十六页，共103页。洛氏硬度测量原理图 布氏硬度测量原理图 第27页/共103页第二十七页，共103页。第28页/共103页第二十八页，共103页。第29页/共103页第二十九页，共103页。第30页/共103页第三十页，共103页。P钢材(gngci)的冷弯试验ad外拱面第31页/共103页第三十一页，共103页。第32页/共103页第三十二页，共103页。第33页/共103页第三十三页，共103页。钢材的重复(chngf)拉伸0 p e 0第34页/共103页第三十四页，共103页。第35页/共103页第三十五页，共103页。时效敏感性。但对于建筑上用的钢筋来说，可提高其屈服强度。

8、第36页/共103页第三十六页，共103页。第37页/共103页第三十七页，共103页。合格(hg)不合格(hg)钢材(gngci)的可焊性试验焊接点断裂点断裂点第38页/共103页第三十八页，共103页。第39页/共103页第三十九页，共103页。第40页/共103页第四十页，共103页。第41页/共103页第四十一页，共103页。第42页/共103页第四十二页，共103页。温度727C等温处理回火淬火正火退火时间钢材(gngci)的热处理工艺第43页/共103页第四十三页，共103页。组成的多晶体，各晶粒之间存在晶界。第44页/共103页第四十四页，共103页。金属金属(jnsh)晶晶体体

9、体心立方结构面心立方结构密排六方结构第45页/共103页第四十五页，共103页。化合物第46页/共103页第四十六页，共103页。第47页/共103页第四十七页，共103页。铁素体的晶体组织钢材的晶体(jngt)组织珠光体的晶体组织铁素体和珠光体珠光体与渗碳体球状珠光体动画第48页/共103页第四十八页，共103页。第49页/共103页第四十九页，共103页。化学化学元素元素强度强度韧性韧性塑性塑性其其 他他 性性 能能C C增加增加降降 低低降低焊接性能，增加冷脆性和时效倾向降低焊接性能，增加冷脆性和时效倾向SiSi增加增加影响不大影响不大可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蚀性可焊性、冷加工

10、性有所降低，提高抗腐蚀性MnMn增加增加影响不大影响不大消减硫引起的热脆性、提高耐磨性、降低焊接性消减硫引起的热脆性、提高耐磨性、降低焊接性P P稍有稍有增加增加显著降低显著降低增大冷脆性，显著降低焊接性，提高耐磨和耐蚀增大冷脆性，显著降低焊接性，提高耐磨和耐蚀性性S S降低降低降降 低低增大热脆性，降低焊接性、耐腐蚀性和机械性能增大热脆性，降低焊接性、耐腐蚀性和机械性能O O降低降低降降 低低降低机械性能，使焊接和冷弯性能变坏，增加热降低机械性能，使焊接和冷弯性能变坏，增加热脆性脆性N N提高提高降降 低低降低焊接性、使冷弯性能变坏、加剧冷脆性与时降低焊接性、使冷弯性能变坏、加剧冷脆性与时效

11、敏感性效敏感性TiTi提高提高改善改善 降低降低提高焊接性和抗蚀性提高焊接性和抗蚀性V V提高提高改善改善减少冷脆性、降低焊接性减少冷脆性、降低焊接性第50页/共103页第五十页，共103页。第51页/共103页第五十一页，共103页。障碍的例子(l zi): 铁晶体中的碳原子第52页/共103页第五十二页，共103页。第53页/共103页第五十三页，共103页。第54页/共103页第五十四页，共103页。第55页/共103页第五十五页，共103页。第56页/共103页第五十六页，共103页。第57页/共103页第五十七页，共103页。6580丝、刻痕钢丝和钢绞线等。第58页/共103页第五十

12、八页，共103页。第59页/共103页第五十九页，共103页。第60页/共103页第六十页，共103页。第61页/共103页第六十一页，共103页。第62页/共103页第六十二页，共103页。第63页/共103页第六十三页，共103页。钢结构用钢第64页/共103页第六十四页，共103页。第65页/共103页第六十五页，共103页。力筋或构造筋；、级强度高，塑性和可焊性也好，用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋。级钢筋强度高，弹塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。第66页/共103页第六十六页，共103页。有、四个级别，他们由热轧钢筋经现场(xinchng)冷拉和人工时效处理得到。 级适用于普通混

13、凝土结构中的受力筋；可用作预应力钢筋。 冷轧带肋钢筋代号为CRB，按抗拉强度分为五级：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中数值表示钢筋应达到的最小抗拉强度值。冷轧带肋钢筋的力学、工艺性质见表212。高性能建材 冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋。按其截面形状不同分为I型（矩形截面）和型（菱形截面）两种类型。代号为LZN。标记符号为原材料（母料）轧制前的公称直径（d）。标记示例：LZN10(I)冷轧扭钢筋，标志直径为10mm，矩形截面。第67页/共103页第六十七页，共103页。第

14、68页/共103页第六十八页，共103页。2)头，质量(zhling)稳定，不需焊接。3)用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。第69页/共103页第六十九页，共103页。第70页/共103页第七十页，共103页。第71页/共103页第七十一页，共103页。第72页/共103页第七十二页，共103页。第73页/共103页第七十三页，共103页。第74页/共103页第七十四页，共103页。第75页/共103页第七十五页，共103页。第76页/共103页第七十六页，共103页。第77页/共103页第七十七页，共103页。n双金属电池示意图第78页/共103页第七十八页，共103页

15、。氯离子引起的钢筋(gngjn)锈蚀机理第79页/共103页第七十九页，共103页。第80页/共103页第八十页，共103页。铁的氧化物或氢氧化物(qn yn hu w)的体积第81页/共103页第八十一页，共103页。介质隔离，以避免(bmin)或减缓腐蚀，如喷涂涂；料、搪瓷和塑料等。第82页/共103页第八十二页，共103页。 3）混凝土中钢筋的防锈，主要靠水泥石的高碱度介质，使钢筋表面形成钝化膜保护。第83页/共103页第八十三页，共103页。阳极(yngj)与阴极保护原理阴极保护方式(fngsh)阳极(yngj)保护方式第84页/共103页第八十四页，共103页。氯盐腐蚀的对策(1)在

16、近海岸区域，不使用露面混凝土；用砂浆面砖等进行表面装修。(2)海水面能浸及的部位，混凝土保护层要在100mm以上,钢筋混凝土用环氧树脂涂刷。此外，也有电化学阴极保护方法(fngf)。(3)电化学防腐原理铁（Fe）与空气中水分接触时，有Fe2+和e生成，如图 中所示，Fe(OH)3(红铁锈)生成。为了停止这一过程，施加外部电流，可抑制这一过程。防腐蚀电流施加方式，如图 所示的电流阳极方式：有以Zu系，Al系等为阳极的方式，或外部电源的方式。第85页/共103页第八十五页，共103页。第86页/共103页第八十六页，共103页。第87页/共103页第八十七页，共103页。不锈钢是加铬元素为主并加其

17、他元素的合金钢，铬含量越高，钢的抗腐蚀性越好。除铬外，不锈钢中还含有镍、锰、钛、硅等元素，这些(zhxi)元素都能影响不锈钢的强度、塑性、韧性和耐蚀性。不锈钢按其化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和高锰低铬不锈钢等几类。按不同耐腐蚀特点，又可分为普通不锈钢（简称不锈钢）和耐酸钢两类。 第88页/共103页第八十八页，共103页。龙骨支架。第89页/共103页第八十九页，共103页。轻钢龙骨(lngg)及其应用第90页/共103页第九十页，共103页。彩钢板的表面(biomin)涂层第91页/共103页第九十一页，共103页。轧制(zh zh)的彩钢板第92页/共103页第九十二页，共103页。钢结构厂房(chngfng)第93页/共103页第九十三页，共103页。第94页/共103页第九十四页，共103页。第95页/共103页第九十五页，共103页。 2）铝合金装饰板第96页/共103页第九十六页，共103页。第97页/共103页第九十七页，共103页。在现代建筑装饰方面，铜材集古朴和华贵(hugu)于一身。可用于外墙板、把手、门锁、纱窗（紫铜纱窗）、西式高级建筑的壁炉、卫生器具和五