土木工程材料金屬材料學習教案

1、會計學1土木工程土木工程(tm gngchng)材料金屬材料材料金屬材料第一頁，共103頁。第2頁/共103頁第二頁，共103頁。金屬材料黑色金屬(hisjngsh)：鐵、鋼、合金鋼等有色金屬：鋁、銅、鋅、鉛及合金等第3頁/共103頁第三頁，共103頁。第4頁/共103頁第四頁，共103頁。冶 煉生 鐵鋼 生鐵(shngti)中的碳氧化，降低含C量，除去雜質元素，降低其含量第5頁/共103頁第五頁，共103頁。三種主要(zhyo)煉鋼方法的特點爐種 原料 特 點 生產(chǎn)鋼種氧氣轉爐 鐵水，廢鋼 可有效除去磷、硫雜質少， 碳素鋼 效率高 質量好。 低合金鋼 電爐 生鐵、廢鋼 產(chǎn)量低、耗電大，雜質少

2、 合金鋼 質量最好，成本高 優(yōu)質碳素鋼平爐 生鐵、廢鋼 時間長，成分穩(wěn)定 碳素鋼 質量較好、成本較高 低合金鋼第6頁/共103頁第六頁，共103頁。鋼轉爐(zhun l)鋼沸騰鋼電爐鋼平爐鋼按冶煉方法分按脫氧程度分半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼第7頁/共103頁第七頁，共103頁。鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金(hjn)總含量5%5%1010第8頁/共103頁第八頁，共103頁。第9頁/共103頁第九頁，共103頁。鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼鋼材性能與質量排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼第10頁/共103頁第

3、十頁，共103頁。第11頁/共103頁第十一頁，共103頁。拉伸(l shn)壓縮(y su)彎曲剪切扭轉荷載形式第12頁/共103頁第十二頁，共103頁。第13頁/共103頁第十三頁，共103頁。第14頁/共103頁第十四頁，共103頁。l1 l0 伸長l0l1F0F1F1 F0 頸縮n=(l1 - l0 )/ l0 100%=(F0-F1)/F0100%第15頁/共103頁第十五頁，共103頁。常用低碳鋼的彈性(tnxng)模量E約為2.02.1105MPa，彈性(tnxng)極限為p約為180200MPa。 E這種應力基本保持(boch)不變，而應變顯著增加的現(xiàn)象，稱為屈服。常用低碳鋼的

4、屈服極限s約為185235MPa。故設計中一般以屈服點作為強度取值依據(jù)。 過了屈服階段后，材料又恢復了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力。這種現(xiàn)象稱為材料的強化?？估瓘姸仍谠O計中雖不能利用，但屈強比（s /b）在設計中有著重要意義。 屈強比小，結構的安全性高。若屈強比過小，則鋼材利用率低。建筑結構鋼屈強比一般在0.600.75范圍內較合理。普通碳素結構鋼Q235的屈強比大約為0.580.63；低合金結構鋼的屈強比大約為0.650.75；對有抗震要求的框架結構縱向受力鋼筋要求屈強比不應超過0.80。第16頁/共103頁第十六頁，共103頁。第17頁/共103頁第十七頁，共103頁。第18

5、頁/共103頁第十八頁，共103頁。中碳鋼與高碳鋼（硬鋼）由于材質較硬，抗拉強度(kn l qin d)高，塑性變形較小，受拉時無明顯的屈服階段 。故常以其規(guī)定殘余變形為0.2%l0時的應力值作為名義屈服點，也稱條件屈服點，用0.2表示。 第19頁/共103頁第十九頁，共103頁。條件屈服強度0.2 對于屈服現(xiàn)象不明顯的硬鋼，則規(guī)定以產(chǎn)生殘余變形為0.2%時的應力。強度極限(抗拉強度b ) 表示(biosh)金屬受拉時所能承受的最大應力。第20頁/共103頁第二十頁，共103頁。第21頁/共103頁第二十一頁，共103頁。越好。n隨溫度降低，鋼材由韌性斷裂轉變?yōu)榇嘈詳嗔?，使沖擊值降低的現(xiàn)象稱為

6、冷脆性，與之對應的溫度稱為冷脆轉變溫度。第22頁/共103頁第二十二頁，共103頁。沖擊試驗： 測量(cling)擺錘沖擊前后的能量差擺錘的高度差擺錘的質量。 再測量(cling)試件斷裂面積。擺錘試件H0H1第23頁/共103頁第二十三頁，共103頁。隨時間的延長，鋼材表現(xiàn)強度和硬度提高，但其塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時效。時效作用導致鋼材性能改變程度(chngd)的大小叫時效敏感性。 第24頁/共103頁第二十四頁，共103頁。第25頁/共103頁第二十五頁，共103頁。力低于一定值時, 試樣可以經(jīng)受無限次周期循環(huán)而不破壞, 此應力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強度) 。第26頁/共10

7、3頁第二十六頁，共103頁。洛氏硬度測量原理圖 布氏硬度測量原理圖 第27頁/共103頁第二十七頁，共103頁。第28頁/共103頁第二十八頁，共103頁。第29頁/共103頁第二十九頁，共103頁。第30頁/共103頁第三十頁，共103頁。P鋼材(gngci)的冷彎試驗ad外拱面第31頁/共103頁第三十一頁，共103頁。第32頁/共103頁第三十二頁，共103頁。第33頁/共103頁第三十三頁，共103頁。鋼材的重復(chngf)拉伸0 p e 0第34頁/共103頁第三十四頁，共103頁。第35頁/共103頁第三十五頁，共103頁。時效敏感性。但對于建筑上用的鋼筋來說，可提高其屈服強度。

8、第36頁/共103頁第三十六頁，共103頁。第37頁/共103頁第三十七頁，共103頁。合格(hg)不合格(hg)鋼材(gngci)的可焊性試驗焊接點斷裂點斷裂點第38頁/共103頁第三十八頁，共103頁。第39頁/共103頁第三十九頁，共103頁。第40頁/共103頁第四十頁，共103頁。第41頁/共103頁第四十一頁，共103頁。第42頁/共103頁第四十二頁，共103頁。溫度727C等溫處理回火淬火正火退火時間鋼材(gngci)的熱處理工藝第43頁/共103頁第四十三頁，共103頁。組成的多晶體，各晶粒之間存在晶界。第44頁/共103頁第四十四頁，共103頁。金屬金屬(jnsh)晶晶體體

9、體心立方結構面心立方結構密排六方結構第45頁/共103頁第四十五頁，共103頁?；衔锏?6頁/共103頁第四十六頁，共103頁。第47頁/共103頁第四十七頁，共103頁。鐵素體的晶體組織鋼材的晶體(jngt)組織珠光體的晶體組織鐵素體和珠光體珠光體與滲碳體球狀珠光體動畫第48頁/共103頁第四十八頁，共103頁。第49頁/共103頁第四十九頁，共103頁。化學化學元素元素強度強度韌性韌性塑性塑性其其 他他 性性 能能C C增加增加降降 低低降低焊接性能，增加冷脆性和時效傾向降低焊接性能，增加冷脆性和時效傾向SiSi增加增加影響不大影響不大可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蝕性可焊性、冷加工

10、性有所降低，提高抗腐蝕性MnMn增加增加影響不大影響不大消減硫引起的熱脆性、提高耐磨性、降低焊接性消減硫引起的熱脆性、提高耐磨性、降低焊接性P P稍有稍有增加增加顯著降低顯著降低增大冷脆性，顯著降低焊接性，提高耐磨和耐蝕增大冷脆性，顯著降低焊接性，提高耐磨和耐蝕性性S S降低降低降降 低低增大熱脆性，降低焊接性、耐腐蝕性和機械性能增大熱脆性，降低焊接性、耐腐蝕性和機械性能O O降低降低降降 低低降低機械性能，使焊接和冷彎性能變壞，增加熱降低機械性能，使焊接和冷彎性能變壞，增加熱脆性脆性N N提高提高降降 低低降低焊接性、使冷彎性能變壞、加劇冷脆性與時降低焊接性、使冷彎性能變壞、加劇冷脆性與時效

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蝕性提高焊接性和抗蝕性V V提高提高改善改善減少冷脆性、降低焊接性減少冷脆性、降低焊接性第50頁/共103頁第五十頁，共103頁。第51頁/共103頁第五十一頁，共103頁。障礙的例子(l zi): 鐵晶體中的碳原子第52頁/共103頁第五十二頁，共103頁。第53頁/共103頁第五十三頁，共103頁。第54頁/共103頁第五十四頁，共103頁。第55頁/共103頁第五十五頁，共103頁。第56頁/共103頁第五十六頁，共103頁。第57頁/共103頁第五十七頁，共103頁。6580絲、刻痕鋼絲和鋼絞線等。第58頁/共103頁第五十

12、八頁，共103頁。第59頁/共103頁第五十九頁，共103頁。第60頁/共103頁第六十頁，共103頁。第61頁/共103頁第六十一頁，共103頁。第62頁/共103頁第六十二頁，共103頁。第63頁/共103頁第六十三頁，共103頁。鋼結構用鋼第64頁/共103頁第六十四頁，共103頁。第65頁/共103頁第六十五頁，共103頁。力筋或構造筋；、級強度高，塑性和可焊性也好，用于大中型鋼筋混凝土結構的受力筋。級鋼筋強度高，彈塑性和可焊性較差，可用作預應力鋼筋。第66頁/共103頁第六十六頁，共103頁。有、四個級別，他們由熱軋鋼筋經(jīng)現(xiàn)場(xinchng)冷拉和人工時效處理得到。 級適用于普通混

13、凝土結構中的受力筋；可用作預應力鋼筋。 冷軋帶肋鋼筋代號為CRB，按抗拉強度分為五級：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中數(shù)值表示鋼筋應達到的最小抗拉強度值。冷軋帶肋鋼筋的力學、工藝性質見表212。高性能建材 冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機調直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié)距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。按其截面形狀不同分為I型（矩形截面）和型（菱形截面）兩種類型。代號為LZN。標記符號為原材料（母料）軋制前的公稱直徑（d）。標記示例：LZN10(I)冷軋扭鋼筋，標志直徑為10mm，矩形截面。第67頁/共103頁第六十七頁，共103頁。第

14、68頁/共103頁第六十八頁，共103頁。2)頭，質量(zhling)穩(wěn)定，不需焊接。3)用途：大跨度橋梁、屋架、吊車梁、電桿、軌枕等預應力鋼筋。第69頁/共103頁第六十九頁，共103頁。第70頁/共103頁第七十頁，共103頁。第71頁/共103頁第七十一頁，共103頁。第72頁/共103頁第七十二頁，共103頁。第73頁/共103頁第七十三頁，共103頁。第74頁/共103頁第七十四頁，共103頁。第75頁/共103頁第七十五頁，共103頁。第76頁/共103頁第七十六頁，共103頁。第77頁/共103頁第七十七頁，共103頁。n雙金屬電池示意圖第78頁/共103頁第七十八頁，共103頁

15、。氯離子引起的鋼筋(gngjn)銹蝕機理第79頁/共103頁第七十九頁，共103頁。第80頁/共103頁第八十頁，共103頁。鐵的氧化物或氫氧化物(qn yn hu w)的體積第81頁/共103頁第八十一頁，共103頁。介質隔離，以避免(bmin)或減緩腐蝕，如噴涂涂；料、搪瓷和塑料等。第82頁/共103頁第八十二頁，共103頁。 3）混凝土中鋼筋的防銹，主要靠水泥石的高堿度介質，使鋼筋表面形成鈍化膜保護。第83頁/共103頁第八十三頁，共103頁。陽極(yngj)與陰極保護原理陰極保護方式(fngsh)陽極(yngj)保護方式第84頁/共103頁第八十四頁，共103頁。氯鹽腐蝕的對策(1)在

16、近海岸區(qū)域，不使用露面混凝土；用砂漿面磚等進行表面裝修。(2)海水面能浸及的部位，混凝土保護層要在100mm以上,鋼筋混凝土用環(huán)氧樹脂涂刷。此外，也有電化學陰極保護方法(fngf)。(3)電化學防腐原理鐵（Fe）與空氣中水分接觸時，有Fe2+和e生成，如圖 中所示，F(xiàn)e(OH)3(紅鐵銹)生成。為了停止這一過程，施加外部電流，可抑制這一過程。防腐蝕電流施加方式，如圖 所示的電流陽極方式：有以Zu系，Al系等為陽極的方式，或外部電源的方式。第85頁/共103頁第八十五頁，共103頁。第86頁/共103頁第八十六頁，共103頁。第87頁/共103頁第八十七頁，共103頁。不銹鋼是加鉻元素為主并加其

17、他元素的合金鋼，鉻含量越高，鋼的抗腐蝕性越好。除鉻外，不銹鋼中還含有鎳、錳、鈦、硅等元素，這些(zhxi)元素都能影響不銹鋼的強度、塑性、韌性和耐蝕性。不銹鋼按其化學成分可分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和高錳低鉻不銹鋼等幾類。按不同耐腐蝕特點，又可分為普通不銹鋼（簡稱不銹鋼）和耐酸鋼兩類。 第88頁/共103頁第八十八頁，共103頁。龍骨支架。第89頁/共103頁第八十九頁，共103頁。輕鋼龍骨(lngg)及其應用第90頁/共103頁第九十頁，共103頁。彩鋼板的表面(biomin)涂層第91頁/共103頁第九十一頁，共103頁。軋制(zh zh)的彩鋼板第92頁/共103頁第九十二頁，共103頁。鋼結構廠房(chngfng)第93頁/共103頁第九十三頁，共103頁。第94頁/共103頁第九十四頁，共103頁。第95頁/共103頁第九十五頁，共103頁。 2）鋁合金裝飾板第96頁/共103頁第九十六頁，共103頁。第97頁/共103頁第九十七頁，共103頁。在現(xiàn)代建筑裝飾方面，銅材集古樸和華貴(hugu)于一身?？捎糜谕鈮Π?、把手、門鎖、紗窗（紫銅紗窗）、西式高級建筑的壁爐、衛(wèi)生器具和五