第八章 金属材料分析.ppt

第 八 章 金属材料Chapter 8 Metallic Materials 三问？ 金属材料的基本概念(What) ? 金属材料具备哪些基本性质(Which) ? 如何根据土木工程应用选择金属材料(How)? 本 章 内 容 1、钢材的基本知识：铁和钢的概念。钢的分类。钢的冶炼和脱氧及其对钢质量的影响。 2、钢材的主要技术性质： 力学性质 工艺性能。 3、钢材的冷加工和热处理： 钢材的加工强化和时效处理 钢材的热处理。 4、建筑钢材的防锈：钢的锈蚀的要点 5、建筑钢材的技术标准及选用： 第一节 钢的生产、分类 一、钢的生产 钢：铁碳合金，铁Fe为主要元素： 碳C含量≤2.06％， 杂质元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。 生铁：铁碳合金，C含量高，约为2.06～6.69％，并含较多杂质的。 （一）冶炼 根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法： （二）脱氧与铸锭 沸腾钢： 碳、磷、硫等成分偏析严重，钢致密程度、焊接性能、低温下的冲击韧性较差。(F) 半镇静钢： 脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(B) 镇静钢： 脱氧充分，成分均匀纯净、杂质少、组织致密；冷脆性和时效敏感性较低，疲劳强度和可焊性较好。(Z) 特殊镇静钢： 脱氧很充分，晶粒细化，质量与性能比镇静钢更好。(TZ) （三） 热加工 热加工：是在结晶温度以上进行的压力加工，常用锻造、热压、扎制等多种方式。 热加工的作用：使内部气泡焊合，酥松结构致密，晶粒细化。 热加工效果：提高钢材的强度、塑性和质量。 二、钢材的分类 1.按冶炼设备分类 2．按冶炼时脱氧程度分类 3.按化学成分分类 4.按有害杂质含量分类 5.按用途不同分类 第二节 建筑钢材的技术性能 钢材的力学性质 钢材的工艺性能 一、钢材的力学性质 钢材的力学性能，即是指钢材在外力（载荷）作用时表现出来的性能，包括：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 （一） 强 度 强度指标根据其变形特点分下列几个： 弹性极限（σp） 表示钢材保持弹性变形, 不产生塑性变形的最大应力, 是弹性零件的设计依据。 （一） 强 度 屈服强度（ σs） 表示钢材开始发生明显塑性变形的抗力，是钢结构设计的依据。 强度极限(抗拉强度σb ) 表示金属受拉时所能承受的最大应力。 （一） 强 度 名义屈服强度?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%时的应力作为名义屈服强度（也称条件屈服强度），用?0.2 表示。 问题：屈服现象的特征是什么？ 答： 其特征是钢材拉伸试验过程中，应力不增加而塑性变形不断增加。 问题： 什么是屈强比，对选用钢材有何意义？ （二）塑 性 钢材在荷载作用下断裂前产生永久变形的能力称为钢材的塑性, 用伸长率和断面收缩率来表示。 伸长率（δ） 在拉伸试验中, 试样拉断后, 标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。 ? = [（L1—L0）/ L0] ×100% 断面收缩率（ψ）? 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。 ? = [（A0—A1）/ A0] ×100% 伸长率和断面收缩率的值越大，钢材的塑性越大 （三） 冲击韧性 钢材抵抗冲击（动）荷载作用的能力，称为冲击韧性，采用V形缺口试件，用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。 （三） 冲击韧性 测得试样冲击吸收功,用符号 Ak（J) 表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 F, 即得到材料的冲击韧度 ak。 ak = Ak/F ak （J/m2)值越大,表示冲断时吸收的功越多，钢材的冲击韧性越好。 冷脆性与时效 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冷脆性，与之对应的温度称为冷脆转变温度。 随时间的延长，钢材的强度逐渐提高，塑性和冲击韧性下降的现象称为时效。因时效而导致的性能改变的程度称为时效敏感性。 意义：在低温下使用的钢材应选用脆性转变温度低于使用温度的钢材；对于承受动荷载的重要结构应选用时效敏感性小的钢材。 （四） 硬度 钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。有布氏法和洛氏法两种方法测定。 二、钢材的工艺性能 冷弯性能