土木工程材料 建筑材料第十三讲

第六章

金属材料§6.1钢材的生产和分类§6.1.1钢材的生产定义：钢：以铁为主要元素，含碳量在2.11％以下，并含少量其他元素的材料。铁：含碳量在2.11～6.69％，并含杂质较多的铁碳合金。钢材：生铁经冶炼、铸锭、轧制和热处理等工艺过程生产而成的材料。1一、钢的冶炼 1.冶炼过程钢的冶炼就是通过生铁在炼钢炉内的高温氧化作用，将生铁中的碳氧化，使含碳量降至要求的范围，同时，将其中的硫、磷等有害杂质含量降至一定范围内的过程。钢经过冶炼后，质量提高，技术性能显著改善。22.冶炼方法三种方法：平炉、氧气转炉和电炉炼钢。3二、钢的铸锭1.定义：经冶炼后的钢水浇入锭模，形成柱状的钢锭的工艺过程称为铸锭。2.根据脱氧程度的不同，可以分为镇静钢，非镇静钢和沸腾钢。沸腾钢：脱氧不充分，铸锭时有大量CO气体外逸，引起钢水剧烈沸腾，称沸腾钢。镇静钢：镇静钢的脱氧充分，铸锭时钢水平静地凝固，故称为镇静钢。非镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间。4三、压力加工和热处理1.目的钢在铸锭过程中，常会出现偏析、缩孔、气泡、晶粒粗大和组织不致密等缺陷。因此，工业上使用的钢材，都要在铸锭后，再经压力加工才能使用。2.方法热加工是将钢加热，在再结晶温度以上完成的压力加工。冷加工是在再结晶温度以下完成的压力加工。53.结果钢经压力加工后，可使内部的气孔焊合，疏松组织密实，消除铸造显微缺陷，并细化晶粒，提高强度和质量。6§6.2钢材的分类按碳的含量：高碳钢：含碳量大于0.6%。中碳钢：含碳量为0.25%～0.6%。低碳钢：含碳量小于0.25%。按化学成分钢材可分为:低合金钢：合金元素含量小于5%；中合金钢：合金元素含量为5%～10%；高合金钢：合金元素含量大于10%；按主要质量钢材分为普通钢、优质钢和高级优质钢等。（主要对硫、磷有害杂质的限制不同）。按冶炼时的脱氧程度钢材分为特殊镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和沸腾钢（F）。按用途钢材分为结构钢、工具钢和特殊钢。7§6.2钢材的力学性能§6.2.1抗拉性能一、弹性阶段（O→A）1.弹性模量E=σ/ε2.钢材的弹性模量（2.0～2.1）x105Mpa二、屈服阶段（A→B）设计中以屈服强度作为强度取值的依据。8三、强化阶段（B→C）应用：抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高，但是，强屈比太大，钢材强度的利用率偏低，浪费材料。钢材的强屈比一般应不低于1.2，用于抗震结构的普通钢筋实测的强屈比应不低于1.25。9四、紧缩阶段（C→D）伸长率：钢材的原标距为：l0=5d0或l0=10d0，伸长率分别用δ5和δ10表示。五、硬钢特点：其抗拉强度高，无明显屈服阶段，伸长率小。屈服强度：采用产生残余变形为0.2%的应力σ0.2为屈服强度10§6.2.2冷弯性能冷弯性能反应钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能指标。（钢筋的弯钩）钢材的冷弯性能，常用弯曲的角度α，弯心直径d与试件直径d的比值（d/α）来表示。弯曲角度愈大，d/α愈小，试件的弯曲程度愈高。钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映。伸长率反映的是钢材在均匀变形条件下的塑性变形能力，冷弯性能则是钢材在局部变形条件下的塑性变形能力。冷弯性能可揭示钢材内部结构是否均匀、是否存在内应力和夹杂物等缺陷。

11§6.烈2.币3冲漠击韧唉性冲击建韧性指钢衡材抵绘抗冲别击荷祸载的纽奉能力雕。αk值越抽大，鹿表明障钢材途的冲表击韧竭性愈汉好。赶钢材敢的冲芦击韧货性受轨钢的池化学楼成分屯、组世织状歪态、鹊冶炼孕和轧卫制质俯量、邪使用锋温度猾和时每间的架影响集。冷脆列性：钢材纱的冲柏击韧积性随刻温度蒜降低陕而下蛋降，举其规贝律是剧开始盗下降别缓慢穷，当须达到斜某一虚温度异范围强时，电突然缘瑞大幅玻度下验降，饿而呈钟脆性党。时效最：随着奖时间里的延拴长，汪钢材粱的强谣度逐膛渐提删高，艰塑性氏和冲狼击韧辣性下砍降的凑现象伯。12§6.纷2.桨4耐绩疲劳陕性1.络定义眯：疲劳含破坏芽：钢岩材在循交变情荷载眠反复辱作用列下，竟在应柿力远库低于匆抗拉蒜强度压的情屯况下毕发生旋突然亡破坏贯。疲劳剑强度各：将竿承受梢交变犁荷载挽达1最07周次改时不稠破坏帽的最痰大应饭力定杆义为猛疲劳茫强度充。2.猪破坏满的产昌生原巡寿因钢材训的疲兼劳破氏坏是疗拉应完力引怖起的近。首嫌先在兰局部教开始鸽形成碎微细厨裂纹搂，其夺后由认于裂素纹尖士端处院产生脾应力棒集中嚼而使撕裂纹兵逐渐钢扩展废直至睛疲劳母断裂问。钢蜡材内洗部的劳晶体缺结构户、偏嗽析以加及最朵大应肿力处政的表钢面质斥量等译因素夜均会窑明显现影响首疲劳仍强度籍。13§6.页2.孝5硬烧度定义菜：是今指钢脚材抵贼抗硬际物压含入产巧生局府部变厕形的夫能力劲。测试巩方法酿：布盒氏法毕、洛种氏法熔和维设氏法般。14§6.奋3钢瞒的晶飞体组尖织与券化学董成分§6.设3.挺1钢窑的晶诱体组脖织一、棍铁元兴素的爽同素匹异构都现象定义检：某些桐金属申在温栋度改劲变时贿其晶号格随谅之变井化的丈现象屠。转变先过程章：纯铁白在从蜜液态蚕转变捷为固到态晶爽体并用逐渐柱冷却差到室兴温的网过程弃中，鞭发生家两次慰晶格梳形式落的转还变，筝在1灵34衫9℃句以上屑时，抹形成埋体心骗立方井晶格李，称δ-蒙Fe锹；由1毯39璃4℃旱降至针91杨2℃霜时，讯转变茶为面发心立沫方晶黄格，翠称γ-秒Fe阻；降至倚91隙2℃毁以下焦，又死转变野为体销心立康方晶遭格，挨称α-健Fe市。15二、口钢的怨基本鹊晶体浪组织(一啊)齐铁素投体铁素旺体是培碳溶印于α-画Fe中的砌固溶拦体。铁素裕体具筝有良搂好塑侧性，就但强狠度、引硬度端较低命。(二拼)昼渗碳恒体渗碳由体是便铁与尝碳形晌成的Fe3C化合寨物。渗碳馆体中集含碳杏量极调高（博6.条69敲％）绢，塑宜性小恭，伸址长率染近似题为零；硬度纵高，布寒氏硬耍度HB可达纳80亚0；抗拉猛强度轿值较归低。16(三阶)站珠光氏体珠光双体是柔铁素缓体和云渗碳数体的孟机械吊混合闲物，道平均泰含碳与量为娘0.孙77午%，毯通常罚是在梦铁素痛体基吹体上肠分布驶着硬啦脆的之呈层围状构店造的祸渗碳控体。私珠光答体的链性能椅除强宫度外握，介狡于铁糖素体卖和渗肉碳体腊之间曾。(四绸)奥火氏体奥氏而体存斤在于凭72换7℃铅以上墙的钢盼中，冠它是悲碳溶朋于γ-硬Fe中的浇固溶沈体。严奥氏霜体中锯碳的高溶解返度随发温度裙而变突化于薪0.袍77绳％～座2.餐11稳％之恭间，托其强咳度、局硬度字不高朋，塑委性好耀，故泼钢材熊在高塞温条储件下丽容易杀轧制李成材康。17三、上晶体钢组织赴含量仅与含份碳量英的关茧系18§6容.3幕.2挠化学狗成分否对钢妥材性占能的朴影响一、杀碳(C)影响所：含袋碳量盆增加蜓，钢棕的强凭度和喇硬度山增加答，塑疤性和怒韧性侄下降顺。含军碳量摄大于飞1.O％时，牺钢材考变脆孩，强造度反境而下杨降。尘含碳春量增锤加，缘瑞还会高使焊牧接性喘能、绣耐锈缺蚀性瓜能下研降，考并增粮加钢嗽的冷英脆性众和时屡效敏挂感性倍。含按碳量脑大于绪0.描3％咱时，魄焊接况性明驴显下比降。二、五硫(S)热脆汪性19三、拣磷(P)有害普元素谨之一盘，含柄量不房诚超过居0.衡04楚5%达，磷讲的存淹在使敌钢材轻的冷逗脆性鞠增加也。但裂可以针使钢肌的强猴度、安耐磨团性、膊耐蚀乏性增昂加。四、柱硅、舅锰主要捞是为饮脱氧谷除硫矿而加际入的您元素岩。五、畏氧、吧氮氧会撑使钢顾具有贫热脆秃性，抹氮引去起冷歉