加工方法對鋼材性能的影響

1、土木工程材料 加工方法對鋼材性能的影響 三類加工方法 冷加工是指在常溫下，通過冷拉、冷 拔冷軋或冷扭等方式，使鋼材產(chǎn)生塑 性變形的機(jī)械加工方法 熱加工是指將鋼材加熱到塑性變形階 段后，再進(jìn)行整體成型加工的方法主 要有加熱鍛造和熱軋兩種 熱處理是將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行加 熱、保溫和冷卻，以改變其金相組織 和顯微結(jié)構(gòu)組織，從而獲得所需性能 的一種工藝過程 冷加工強(qiáng)化和時效強(qiáng)化對鋼材性能的影響 鋼筋經(jīng)冷拉時效后的鋼筋經(jīng)冷拉時效后的-曲線如圖曲線如圖2-82-8所示。圖所示。圖 中中OBCDOBCD是鋼筋未經(jīng)冷拉時的是鋼筋未經(jīng)冷拉時的-曲線，曲線，OKCDOKCD為為 鋼筋冷拉而未經(jīng)時效的鋼筋冷拉而未

2、經(jīng)時效的-曲線，曲線，OKCDOKCD 是鋼筋經(jīng)冷拉時效后的是鋼筋經(jīng)冷拉時效后的-曲線。冷拉就是將鋼曲線。冷拉就是將鋼 筋拉至超過其屈服強(qiáng)度的某一點(diǎn)筋拉至超過其屈服強(qiáng)度的某一點(diǎn)K K，然后緩慢卸載，然后緩慢卸載， 由于鋼筋已產(chǎn)生塑性變形，故曲線沿著與由于鋼筋已產(chǎn)生塑性變形，故曲線沿著與OBOB近于平近于平 行的直線行的直線KOKO回到回到OO點(diǎn)，點(diǎn)，OOOO為殘余應(yīng)變。如立為殘余應(yīng)變。如立 即重新張拉，則即重新張拉，則-曲線沿曲線沿OKOK上升至上升至K K點(diǎn)屈服，點(diǎn)屈服， 然后仍沿原來的然后仍沿原來的-曲線發(fā)展，表明鋼材冷拉后曲線發(fā)展，表明鋼材冷拉后 屈服強(qiáng)度提高。若在屈服強(qiáng)度提高。若在K

3、K點(diǎn)卸荷后，不立即張拉，而點(diǎn)卸荷后，不立即張拉，而 是經(jīng)過時效處理后再張拉，則其是經(jīng)過時效處理后再張拉，則其-曲線將沿曲線將沿 OKCDOKCD發(fā)展，表明鋼筋冷拉時效后，屈服強(qiáng)發(fā)展，表明鋼筋冷拉時效后，屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。 冷拉 冷拉機(jī)械及鋼材 冷拔 冷拔是將鋼筋用強(qiáng)力拔過 截面小于鋼筋截面的拔絲 模。在冷拔過程中，鋼筋 不僅受拉，而且同時受到 擠壓作用。經(jīng)過一次或多 次冷拔后得到的冷拔低碳 鋼絲，其屈服強(qiáng)度可提高 40%-60%，但已失去軟鋼 的塑性和韌性，變得硬脆 。 冷軋 冷軋是將圓鋼在軋鋼機(jī)上 輾軋成斷面按一定規(guī)律變 化的鋼筋。冷軋能提高鋼 材的強(qiáng)度

4、及與混凝土之間 的粘結(jié)力。由于鋼材在冷 扎時縱向和橫向同時變形 ，因而能較好地保持其塑 性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。 鋼材的冷加工強(qiáng)化和時效處理 產(chǎn)生冷加工強(qiáng)化的原因是：鋼材在冷加工變形時，由于晶 粒間已產(chǎn)生滑移，晶粒形狀改變，有的被拉長，有的被壓 扁，甚至變成纖維狀。同時在滑移區(qū)域，晶粒破碎，晶格 歪扭，從而對繼續(xù)滑移造成阻力，要使它重新產(chǎn)生滑移就 必須增加外力，這就意味著屈服強(qiáng)度有所提高，但由于減 少了可以利用的滑移面，故鋼的塑性降低。另外，在塑性 變形中產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，鋼材的彈性模量降低。 鋼材經(jīng)冷加工后，隨著時間的延長，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉 強(qiáng)度逐漸提高，而塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變 時

5、效，簡稱時效。 經(jīng)過冷拉的鋼筋在常溫下存放(1520)d；或加熱到(100 200)并保持一定時間。這個過程稱為時效處理，前者稱 為自然時效，后者稱為人工時效。 冷加工后再經(jīng)時效處理的鋼材，其屈服強(qiáng)度和抗拉極限度 強(qiáng)度增加，硬度增加，塑性和韌性降低，即為冷加工強(qiáng)化。 熱加工對鋼材性能的影響 在金屬學(xué)中，把高于金屬再結(jié)晶溫度的加工叫熱 加工。熱加工可分為金屬鑄造、熱扎、鍛造、焊 接和金屬熱處理等工藝。有時也將熱切割、熱噴 涂等工藝包括在內(nèi)。熱加工能使金屬零件在成形 的同時改善它的組織，或者使已成形的零件改變 結(jié)晶狀態(tài)以改善零件的機(jī)械性能。鑄造、焊接是 將金屬熔化再凝固成型。 建筑用鋼的熱加工方式

6、基本用熱軋，通過熱軋能 夠消除鋼材中的氣泡，細(xì)化晶粒，提高鋼材的質(zhì) 量。 熱加工方式 超音頻感應(yīng)加熱 熱噴涂加工 熱加工 熱處理 退火退火正火正火 淬火淬火回火 熱處理是將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以改變熱處理是將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以改變 其晶體組織，或清除鋼中應(yīng)力，從而得到所需性能的一其晶體組織，或清除鋼中應(yīng)力，從而得到所需性能的一 種工藝種工藝 常用的熱處理方法 1.退火 退火是將鋼材加熱至一定溫度，保持一定時間后，在退火爐中緩慢冷 卻至室溫的過程。按加熱溫度可分為低溫退火和完全退火等，低溫退火是指 加熱至723（鐵素體基本組織轉(zhuǎn)變溫度）以下的退火工藝；完全退火是指加

7、熱至723以上的退火工藝。退火使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。 2.正火 正火是將鋼材加熱至723以上，保持一定時間后，在空氣中緩慢冷 卻的過程。與退火相比，正火后鋼材的強(qiáng)度和硬度較高，而塑性降低。 3.淬火 淬火是將鋼材加熱至723以上，保持一定時間后，放入水或油等冷 卻介質(zhì)中急冷的過程。淬火使鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性明顯降低 。 4.回火 回火是將淬火后的鋼材重新加熱至723以下，保持一定時間后，緩 慢冷卻至室溫的過程。回火可消除鋼材淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，其硬度稍有降 低，塑性和韌性得到改善。 熱處理 熱處理工藝供應(yīng)鋼熱處理 有關(guān)建筑鋼材的熱處理 建筑鋼材有時也可采用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ㄟM(jìn)行強(qiáng)化，其強(qiáng)化的微觀機(jī)理主要 體現(xiàn)以下幾個方面： 1.細(xì)晶強(qiáng)化 在鋼的冶煉中，加入某些合金元素，會使鋼液凝固時結(jié)晶核心增多，即單位 體積內(nèi)晶粒的數(shù)目增多，晶粒就越細(xì)，晶界也就越多，對晶體中位錯運(yùn)動的 阻力增大，從而使鋼的強(qiáng)度提高，稱為細(xì)晶強(qiáng)化。 2.固溶強(qiáng)化 在鋼的冶煉中，加入某些合金元素形成固溶體，由于固溶體中溶質(zhì)原子與溶 劑原子的大小不同，會使鋼晶體中的晶格發(fā)生畸變