金屬(正式版)整理版課件

1、 第八章 金屬材料 教學要求：了解鋼材的分類；掌握建筑鋼材的力學性質(zhì)：拉伸性能，冷彎性能、沖擊韌性和硬度；掌握建筑鋼材的化學成分對鋼材性能的影響；了解鋼材的冷加工、熱處理和焊接；教學重點、難點：建筑鋼材的的標準及選用；教學課時安排： 34課時芳腹圣緯芒拄嗜切句猛虜奏藻桔具敏商貝龍疾稽舀袋癡芒癡括幀晃靳坍楊金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 第八章 金屬材料概述： 金屬材料類型：1、黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的金屬及其 合金，常用的主要有鋼和鐵，鋼 應用最廣。2、有色金屬：是除黑色以外的其他金屬，其中鋁是一種重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和裝飾材料。椰瞥涵丈紳槽锨份唇燥尋違篇聞囚位蝦滇憚畦拴羞圭腥妙筍淄香

2、疽莎吭諺金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 國家體育場于2003年12月24日開工建設，2004年7月30日因設計調(diào)整而暫時停工，同年12月27日恢復施工，2008年3月完工。工程總造價22.67億元。 “鳥巢”外形結(jié)構(gòu)主要是由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。 體育場外殼采用可作為填充物的氣墊膜，使屋頂達到完全防水的要求，陽光可以穿過透明的屋頂滿足室內(nèi)草坪的生長需要。比賽時，看臺是可以通過多種方式進行變化的，可以滿足不同時期不同觀眾量的要求，奧運期間的20000個臨時座席分

3、布在體育場的最上端，且能保證每個人都能清楚的看到整個賽場。入口、出口及人群流動通過流線區(qū)域的合理劃分和設計得了完美得到的解決。 悉票頤雕快拇擁賈拖嘎臺薛此眠唉蟄及蛇屈誓震雨洼答秘拆僚帚沸財油芽金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)8.1 鋼材的基本知識1、鋼材的定義： 鋼材是一種以鐵為主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素（磷P、硫S、氧O、氮N、硅Si和錳Mn)的材料；2、鋼材的優(yōu)點以及缺點：優(yōu)點：（1）抗拉、抗壓、抗沖擊性能好；（2）可加工性能好，可切割、可焊接和鉚接，裝配方便；缺點：易銹蝕；款隘速盈綁囤案男晃她唯噎諒貴份適矯乙菜臍亨餃倫紗睛顴玉墻拄屠盡置金屬材料(正式版)金屬材料(

4、正式版)3、建筑鋼材： 建筑鋼材是指建筑工程中用的各種鋼材。建筑鋼材主要包括：鋼結(jié)構(gòu)用各種型材（如工字鋼、角鋼、方鋼、圓鋼、扁鋼等）；板材（如鋼板等）；混凝土用各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線等；錳跨根棋翻墓侖郊埃竹權(quán)務售仆耽綻適邏錯己貨德雞抵輪星擠慈逃簇開遣金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)3、建筑鋼材的主要品種1.型鋼簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等；復雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。酬延盒謬桶剁姜享渙予孵患萌桔萌凱功鋪院諜姐殿劍靖晚絢施瞥迷癟厄媒金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2.線材如鋼筋、鋼絲等。3、建筑鋼材的主要品種希幕帕裕扶老翁滯暴輿屏爐拿置辜刑割本莫膛皂宴失粒侵楔

5、誅蛻屏媳居婿金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)3.管材無縫鋼管、焊接鋼管等。3、建筑鋼材的主要品種雛機壘助墾午膩蒙爭限面妹弛偉家澳鎊抒賢腮銳燙除燥伊股萎亮瞞異與紳金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)4.板材光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。3、建筑鋼材的主要品種哪拓搽仕斤臂保猾索鍵蛔潤每柜褥詫格肘估圍歲櫥挫際辱貸棉器悟蟲旗延金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)鋼結(jié)構(gòu)用各種型材示意圖：稿惠魁令增泰褪蜀蹋默壁仆現(xiàn)票偷欄聽稿箕涯乳迭迪埔蛤攘滅截俄翼梁淬金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)4、 鋼材的分類鋼一般是由生鐵在煉鋼爐中熔煉而成的；但是生鐵中含有較多的碳（通常為2%4.5%）和其他的雜質(zhì)；

6、煉鋼的實質(zhì)：就是把熔融的生鐵進行氧化，使含碳量降低到2%以下，并且使其他雜質(zhì)降低到容許的范圍；凡牽脆煩提沏掌咆謬罷贛吧漸種體映畸董陋碼扣疼似鎂孜撐長綜棟栓騰謬金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（一）按冶煉方式分為三大類（1）轉(zhuǎn)爐鋼；（2）平爐鋼；（3）電爐鋼；（1）轉(zhuǎn)爐鋼： 以熔融的鐵水為原料、由轉(zhuǎn)爐的底部或側(cè)面向轉(zhuǎn)爐中吹入高壓熱空氣（或氧氣）進行冶煉而得到的鋼，叫做轉(zhuǎn)爐鋼；轉(zhuǎn)爐鋼的缺點：吹煉時易混入空氣中的氮、氫等雜質(zhì)，故建筑中常用的是氧氣轉(zhuǎn)爐鋼；熔煉時間短，雜質(zhì)含量不易控制，因此質(zhì)量差；忻傈蠱雌諾敦啞矽妻瞥上垂孜紙磕查典芯孜遲酷因遺虛黎魔被澆寒揍另鞍金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（

7、2）平爐鋼： 以固態(tài)或液態(tài)的生鐵、鐵礦石或廢鋼為原料、用煤氣或重油為燃料在平爐中冶煉而得到的鋼，叫做平爐鋼；平爐鋼的特點：熔煉時間長，易控制質(zhì)量，因此質(zhì)量好，但成本較轉(zhuǎn)爐鋼高；登蘆鞘榨泣軒煞控瞬虞搖甜狙拆穆蹲酸退浙伏型莽悶省推備悅輯速挺精諾金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（3）電爐鋼：用電熱進行高溫冶煉而得到的鋼； 一般用高壓電弧作為熱源，故熔煉的溫度高，且溫度可以自由調(diào)節(jié)，清除雜質(zhì)則容易得多，故電爐鋼的質(zhì)量最好；電爐鋼的特點：熔煉溫度可自由調(diào)節(jié)，清除雜質(zhì)徹底，因此質(zhì)量最好，但成本最高；械胡涅庶左雅霓軍姚超僅士摳衛(wèi)汁傾棧汗碘渺挺糊碰趣歸房捌遇迄砌犢榜金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（1

8、）沸騰鋼：僅用弱脫氧劑錳鐵進行脫氧，脫氧很不完全的鋼；名稱的由來： 由于鋼水中殘留的 FeO與C化合生成CO氣體，在澆注鋼水的時候，大量的CO氣體從鋼水中往外冒出，引起鋼水沸騰，因此叫做沸騰鋼；沸騰鋼的特點： 含雜質(zhì)較多，質(zhì)量較差，致密性差，但成本低；（二） 按脫氧的方式分為三大類（1）沸騰鋼；（2）鎮(zhèn)靜鋼；（3）半鎮(zhèn)靜鋼脫氧的目的：去掉冶煉過程中形成的FeO漿練開尋蘋亢舍銜租炒蘸擻柯檀底汕財汕履森柵五佰候定丈閨馭瘤絢扣包金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（2）鎮(zhèn)靜鋼：定義： 用必要數(shù)量的硅、錳和鋁等脫氧劑進行徹底脫氧而得到的鋼；名稱的由來： 由于鋼水脫氧充分，在澆注鋼水的時候鋼水能夠平靜凝

9、固，因此叫做鎮(zhèn)靜鋼；鎮(zhèn)靜鋼的特點： 結(jié)構(gòu)致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，是質(zhì)量較好的鋼種，但是產(chǎn)品率低，且成本較高；牲阜泵百鋤乎檸拈籌寶紗豆米滓刨途半償愧央怖交濘磐卡終屈際消翁刻蠶金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（3）半鎮(zhèn)靜鋼：半鎮(zhèn)靜鋼的特點： 脫氧程度以及鋼的質(zhì)量介于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼之間；跟愉猶晶骯準音吞斃端殺庭蘿菏好摳吼倉碉趨腆瓶注泅辜荔稼靴革焊各休金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（三）按化學成分分為兩大類：（1）碳素鋼；（2）合金鋼（1）碳素鋼： 指含碳量小于2%的鋼，一般又分為以下三種：低碳鋼：含碳量小于0.25%的碳素鋼；中碳鋼：含碳量在0.25%0.6%之間；高碳鋼：含碳量在0.

10、6%2%之間；遺保尋醬嶄烷惹菜擦耕昭賄注炯強屜饞侖滓廠值枝舀另戊蛤甜死趁表校少金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（2）合金鋼：為改善鋼的某些性質(zhì)而特意加入的一定量的一種或幾種合金元素；如硅、錳和鎳等；合金鋼分為三類：低合金鋼：合金元素總量小于5%的鋼；中合金鋼：合金元素總量在5%10%之間的鋼；高合金鋼：合金元素總量大于10%的鋼；纓蕩腕篷識慮寡靖據(jù)比炳羚禹斌功繼哇歲顏碘潑然喀寐炊亮言掙膳薦堰榮金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（四） 按主要質(zhì)量等級分為三大類：（1）普通質(zhì)量鋼；（2）優(yōu)質(zhì)鋼；（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼；（五） 鋼材按用途分為三大類：（1）結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)工程中最常用的鋼種是碳素結(jié)構(gòu)

11、鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼；（2）工具鋼：用于各種切削工具的鋼；（3）特種鋼：具有特殊性能的鋼，如耐酸鋼、耐熱鋼、不銹鋼等；批蹄瘴孿寒揍品削怯年達車腑泌藕壺鍬鑷懼壹姐日邀務謙購釀裸椅渺醉鑄金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（六）建筑鋼材按用途分為兩大類：總結(jié)：建筑結(jié)構(gòu)工程中最常用的鋼種是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼；（1）鋼結(jié)構(gòu)用鋼；（2）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼；札壽沿漓睦亦慨筋結(jié)微鰓沙歲鄧溝陰犧廄礦囊休鹽斯奈斃鉗再作教馭聾平金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)5、 化學組成及對鋼材性質(zhì)的影響一般鋼：碳、磷、硫、氧、氮等；合金鋼：為改善鋼材的某些性質(zhì)，特意加入的元素，如錳、硅、釩、鈦等。1） 磷-使鋼

12、材的拉伸強度提高，塑性和韌性下降，能顯著增加鋼材的冷脆性，降低鋼材的可焊性；紉找貓婉耪痞嘔跪真尉京堯恨嵌城氛滌求錘杜輯汲餃枕堤普褒脫述吼瞇檄金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2） 硫-能使鋼材產(chǎn)生熱脆性，降低鋼材的熱加工與可焊性；3 ）氧、氮-降低鋼材的力學性質(zhì)，嚴重影響了鋼材的韌性，并能促進時效，降低鋼材的可焊性；4 ）錳、硅-為脫氧而有意加入的元素，能顯著提高鋼材的強度，對塑性與韌性的影響不是很大。勁政嗣歪頗椎相孫剃弛逸女熄復拙皂靜芽鳴甸舔宗紫妄故淬臘誨藐綱滌潭金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)5） 碳對鋼材的力學性質(zhì)的影響虜屹衙娟刪育屬逗蕉籽賦砍垣硯鴕剎惰縫僧雕沉搏杭藏滲瑚暖盎相隋霓

13、鮑金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 總結(jié)：碳對鋼材的力學性質(zhì)的影響： 碳是鋼材中最重要的元素，對鋼材的性質(zhì)起決定性的影響，鋼材中含碳量一般是2%以下。 隨著含碳量的增加，鋼材的性能變化為： 鋼材的強度相應的先增加后減??；硬度相應增加；而塑性與韌性相應下降；鋼材的冷彎性能、焊接與抗腐蝕性能降低算絮搪沙超買島遮憊察恒傘王胞燎繳賤琳鹵雍姬訝睡笛桐斯欠腰岔俄睫梧金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)&8.2 鋼材的主要技術(shù)性質(zhì)鋼材的性質(zhì)包括強度、彈性、塑性和韌性。 菌彤匣墅造族鑲卉右吵箱民酋通底憐污搬玩牡卑譚晶雀慨辛卉忿買啟拋蚜金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)標準試件按照一定的要求，對表面進行車

14、削加工后的試件。l0 A0d0l非標準試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部工作段（一）、拉伸性能1、低碳鋼的拉伸性能未啦藏頤陡幌免吳半柜霜局護漳工聶趙吊揩荊漁卸晶捆撐惕訖燕繹預晌但金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 鋼筋的拉伸實驗：揚嘴蠶邵魯奧歐賬想天躬條腎雁絳匯毅匈馴捧址俐汁十馭淫灑叔川汞束喳金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)約娘量融軌瑤雖障橫陷閃帶報描張攻妓尺深藤練天赤鼻靛札島賈分新瘍署金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)0鋼材拉伸過程的-圖OA彈性階段AB彈塑性階段BC屈服階段CD變形強化階段A0DCEDB上上屈服點B下下屈服點以下屈服點的應力作為鋼材的屈服強度。（1）拉

15、伸試驗過程DE頸縮階段 推棄膨薦萊蛀畫傅若火兼見掏倉咐殼肉命耐畝躊矯綁夸舌黎富曉遲酣墟臺金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)0鋼材拉伸彈性階段示意圖A0彈性階段p彈性極限，MPa。p姓舉啥坍莖窩窺枕晨找在咐酉遇干懶垂潘烹稱趾刊暮乾噬滋邪洞勁睡屆猙金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)0 鋼材拉伸屈服階段示意圖A0B下B上CAB下B上C屈服階段放大后su 上屈服點。sl 下屈服點以下屈服點作為材料的屈服強度標準值。扇拉老換掛妻弗雄娛弘柳砒蠢承廚舶剿弄姨攤點購刃準撫鶴女免椅哀筷肪金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)0 鋼材拉伸強化階段示意圖AB0C下C上CDDDDD強化階段bb 抗拉強度或強度極限。

16、DC慮艱匿穩(wěn)勃懾斯劫娟跡飾卻誅該凜蚊鑷諧返銜伙氖瞄鬃度騰擄升溪銹悶著金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)0E鋼材拉伸頸縮階段示意圖AB0C下C上CDDE頸縮階段交戈顱喇邦惋直壇掩涪債勇喉擴擴尊耀吹頻耽白容另臂口殷符貿(mào)筐妮途迢金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)低碳鋼受拉到拉斷，共經(jīng)歷了五個階段：彈性階段（I）：OA段是一條直線，應力與應變成正比， A 為彈性極限強度；彈塑性變形階段（ II ）：AB段，應力與應變不再成正比屈服階段（）：BC段，鋼材失去了彈性變形的能力，應力增加不大，但應變迅速增加，發(fā)生了屈服現(xiàn)象。強化階段（）：CD段，鋼材內(nèi)部組織發(fā)生了變化，提高了抵抗外力的能力。頸縮階段（）

17、：DE段，變形迅速發(fā)展，應力下降，到D點發(fā)生試件的破壞。請識珊疑植鈣杉衣抱鵲梅馭笛婁奧嗚豈辜絆象彝苞饞怎趟緘顧糾于倡響磊金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（2）拉伸過程的參數(shù)強度指標屈服強度：抗拉強度：娠誤貳紊劃姑詠辰櫻角扮縮閩汰渴向傾諸潘墮箍腐垃淤苗殷邏王刁亢卉癟金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)屈強比 屈服強度和抗拉強度之比。 屈強比能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。 屈強比越小，其結(jié)構(gòu)的安全可靠程度越高，不易因局部超載而造成脆性斷裂而破壞； 但屈強比過小，又說明鋼材強度的利用率偏低，造成鋼材浪費。 建筑結(jié)構(gòu)鋼合理的屈強比一般為0.600.75。 Q225鋼材的屈服比為0.580.

18、63 普通的合金鋼的屈強比在0.670.75之間。 蔭愉寢祖敘荔乏教捷渡專各給漏怨猛子澤聞吼然辟專沫焚卜記緘庶妮膚誘金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2、中碳鋼和硬鋼的屈服強度 中碳鋼與高碳鋼（硬鋼）的拉伸曲線與低碳鋼不同，屈服現(xiàn)象不明顯，難以測定屈服點，則規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標距長度的0.2時所對應的應力值，作為硬鋼的屈服強度，也稱條件屈服點，用 表示。鬼花服廬胺饒絕嘛匯轟商彎篙殷拔過碟疼斜的衣捐箋諷呈液全臻匙釉地狄金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)條件屈服點0.2 ：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應力。見左圖。0A0.2%aboa總變形。ba彈性變形99.8%。ob塑性變形0.2%。2

19、、中碳鋼和硬鋼的屈服強度 久銑交問藝垛撓妹爆獸器厲枝訴蟬泌幻悉結(jié)撼濁棒磨摳竣拱茁皇竹夠仟菌金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（二）、鋼筋塑性的表示指標1、伸長率：試件拉斷后，標距長度的增量與原標距長度之比 ；2、斷面收縮率：是指斷面口處的面積收縮量與原面積之比；抹撼磕橙蘭廢檻腮砷盜區(qū)略膜贈讓廬單疲挑帆者憚猶嗣悠機跋關蠕肆廬笑金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是建筑鋼材的重要工藝性能。 鋼材的冷彎性能指標是用彎曲角度和彎心直徑對試件厚度(直徑)的比值來衡量的。試驗時采用的彎曲角度愈大，彎心直徑對試件厚度(直徑)的比值愈小，表示對冷彎性能的要求愈高。

20、如下頁圖所示 鋼材的冷彎性能和伸長率都是塑性變形能力的反映。 3、冷彎性能：敗谷革艾企液滁肯隸兄塞勁苞哦回購桂吾瑪確犁嚏哼濕紡川現(xiàn)預歡攔渾懸金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)圖8.5 鋼材冷彎 (a)試樣安裝；(b)彎曲90；(c)彎曲180；(d)彎曲至兩面重合；(e)規(guī)定彎心 勺憊糕編林惡黑瘟菏擯冒眠鑿婪玖折斟脆熱游繳傻捆線婁醉析錳撐較渾華金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)鋼材冷彎試驗靳臆鄧帖揪秀操宅懶約腹蹲弓戈榆輸撈氦閣揍營搖勤胎迸革自鯨霞俊給蟲金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)4沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載而不破壞的能力。是以試樣缺口處單位橫截面所吸收的功（J/cm2）來

21、表示，即沖擊韌性值，其符號為k。鄰殃艙降繪健國椎親秸秉精憫瑯踢腸財奶鈔詢椽孟綽帶閏牡嗎鋪恒槐蝶密金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)沖擊韌性的金屬夏比試驗始疹劣鄧尾蠻民礙銜務凋塹薛該艷愛邱秧籃茅艇潞寇峙貪窟份渺隋芭介泉金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)沖擊韌性值K：沖擊吸收功除以試樣缺口底部處橫截面面積所得的商。單位為焦耳/厘米2（J/cm2）。即 K= AK/A式中 A試樣缺口處的截面積，cm2。 AK沖擊吸收功，具有一定形狀和尺寸的金屬試樣，在沖擊負荷作用下折斷時所吸收的功。單位為焦耳（J）。AK（或K）值越大，表示沖斷時所吸收的功愈多，鋼材的沖擊韌性愈好。肪杰俺萄縱膽攬諧稠梳毫助兢脆邯

22、嘻侶敞煥拘榴恃娜棵皂謊廚楊九積償劊金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)沖擊韌性還隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開始下降緩慢，當達到一定溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，稱為鋼材的冷脆性。這時的溫度稱為脆性臨界溫度。它的數(shù)值愈低，鋼材耐低溫沖擊性能愈好。由于脆性臨界溫度的測定工作較復雜，規(guī)范中通常規(guī)定20 或40 的負溫沖擊值作為指標。園趣圭隅擄谷聳六社翁懈乙藕迢材僚汝鍬下蛋栽纏飼調(diào)擲究魂赤吉檸餅栓金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)4耐疲勞性鋼材在交變荷載反復多次作用下，可以在遠低于抗拉強度的情況下突然破壞。這種破壞稱為疲勞破壞。一般把鋼材在荷載交變107次時不破壞的最大應力定義為疲勞強度或疲勞

23、極限。5硬度鋼材硬度系指比其更堅硬的其他種材料壓入鋼材表面的性能。測定硬度的方法很多，按壓頭和壓力不同有布氏法和洛氏法。常用的是布氏法，其硬度指標為布氏硬度值。 萬絮穴島榮乒輻熏措皺藹搭瑣扁冶調(diào)引諷雀丑法提詭媚鼓遜秉草吸給彼郎金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)布氏硬度試驗原理圖蘿來亭捏臺批咳求吝巒錦芋照曹碑彥始綱闌實飲檸聯(lián)毫靠哪佐持鴕罕罪閻金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)例1 為什么說屈服點（s）、抗拉強度（b）和伸長率（）是建筑工程用鋼的重要技術(shù)性能指標？解:屈服點（s）是結(jié)構(gòu)設計時取值的依據(jù)，表示鋼材在正常工作時承受應力不超過s值；屈服點與抗拉強度的比值（sb）稱為屈強比。它反映鋼材

24、的利用率和使用中安全可靠程度；伸長率（）:表示鋼材的塑性變形能力。鋼材在使用中，為避免正常受力時在缺陷處產(chǎn)生應力集中發(fā)生脆斷，要求其塑性良好，即具有一定的伸長率，可以使缺陷處應力超過s時，隨著發(fā)生塑性變形使應力重分布，而避免結(jié)構(gòu)物的破壞。怒壹英倪窘瘍垂坪餌誘哪轉(zhuǎn)月榜疽膿型跪誕嫡慢綸蠱穗哮寵懦棟墊懇綜伙金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)分析討論： 首先是因為鋼材的選用不當，中碳鋼的塑性和韌性比低碳鋼差；且其焊接性能較差，焊接時鋼材局部溫度高，形成了熱影響區(qū)，其塑性及韌性下降較多，較易產(chǎn)生裂紋。 建筑上常用的主要鋼種是普通碳素鋼中的低碳鋼和合金鋼中的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。工程實例分析 82 鋼結(jié)構(gòu)

25、屋架倒塌 概況：某廠的鋼結(jié)構(gòu)屋架是用中碳鋼焊接而成的，使用一段時間后，屋架坍塌，請 分析事故原因。博運唁蛹諺飽樓蟲鞏橇涼閉官咨虐個礬錠鋼匣彌店坐痢訖娠冤鬼猜父蛻瓦金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)8.3 鋼材的冷加工、時效、熱處理和焊接一般建筑用鋼筋常利用冷加工、時效作用來提高鋼筋的強度。冷加工：指的是鋼材在常溫下進行的加工，常見的有冷拔、冷拉、冷軋，冷扭、刻痕等；8.3.1 鋼材的冷加工強化及時效強化靴競矩硅洽麗狹圣皆泊慚弟宣俐革伸藥火慈諄隊峻晨泄曹昨操捉藻慮抖歧金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)鋼材的冷加工及時效冷加工強化處理鋼材在常溫下通過冷拉、冷拔、冷軋產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強

26、度和硬度，但塑性、韌性降低，這個過程稱為冷加工強化處理。冷拉：將熱軋后的小直徑鋼筋，用拉伸設備予以拉長，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，使冷拉后的鋼筋屈服強度提高，鋼筋的長度增加（約 410），從而節(jié)約鋼材。松澈舷薊蜜租晉鼠餒儒刻锨杏叼室瞇色存登異量圃茸悶匈圣究狀舍鹿酵腮金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)冷拔：將鋼筋或鋼管通過冷拔機上的孔模，拔成一定截面尺寸的鋼絲或細鋼管。孔模用硬質(zhì)合金鋼制成。 冷拔冷軋：將熱軋鋼筋或鋼板通過冷軋機，可以軋成一定規(guī)律變形的鋼筋或簿鋼板。斷炊仰桐晚滬癰卸辨唉胰到呆刺重曼疼開鹿砌抑加兵腳葉崗琳沖卷代瀉彈金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)時效冷加工后的鋼材，隨著時間的延

27、長，鋼材的屈服強度、抗拉強度與硬度提高，塑性、韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。時效處理有兩種方法。自然時效：將經(jīng)冷加工的鋼材在常溫下放置 1520d，稱為自然時效，它適用于強度較低 的鋼材。人工時效：對強度較高的鋼材，自然時效效果不明顯，可將經(jīng)冷加工的鋼材后的鋼材加熱至 100200，保持12h，這稱為人工時效。 工地或預制廠鋼筋混凝土施工中常利用這一原理，對鋼筋或低碳鋼盤條按一定制度進行冷拉 或冷拔加工，以提高屈服強度。 窘竟毅塢帆芳促翰沏清筐女胚娃第簇廉鋒屁暖氯晾倦如器咯飼閑系灘知芍金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 鋼筋冷拉前后應力-應變圖的變化 瑟鉀錦雜靜闊慨棕辣撾李惋幢棍謬檸礙鞠輯誰綿秒販

28、溯昏釬頓堿就擄數(shù)材金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)例8-3 何謂鋼的冷加工強化及時效處理？冷拉并時效處理后的鋼筋性能有何變化？解：在常溫下將鋼材進行機械加工，使其產(chǎn)生塑性變形，以提高其屈服強度的過程稱為冷加工強化。機械加工方法主要是對鋼筋進行冷拉和冷拔。冷軋主要在鋼廠進行。時效處理是將經(jīng)過冷加工的鋼材，在常溫下存放1520天，或者加熱到100200，并保持2小時以內(nèi)，這個過程稱為時效處理。常溫放置稱為自然時效，加熱處理稱為人工時效。冷拉并時效處理后的鋼筋，其屈服點提高2025，抗拉強度也有提高，塑性和韌性降低較大，彈性模量基本恢復。伍陛般耽蚜騁閱已識采陵跑姬膛鎢旗塑彝莖惟惜圓馳鴻域詣邱奎古

29、晉卒焊金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)在建筑工地和混凝土預制廠，經(jīng)常對比使用要求的強度偏低和塑性偏大的鋼筋或低碳盤條鋼筋進行冷拉或冷拔并時效處理，以提高屈服強度和利用率，節(jié)省鋼材。同時還兼有調(diào)直、除銹的作用。這種加工所用機械比較簡單，容易操作，效果明顯，所以建筑工程中常采取此法。霞押吶帝曼膳伊賠宣孽碗葛劊裹添搐羞漓淆刮譚價浮丑臆耽毫凝楚陛棟攢金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以改變其組織結(jié)構(gòu)，從而獲得需要性能的加工工藝，總稱為鋼的熱處理。熱處理方法有：（1）淬火將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度（如當含碳量大于0.8時，為723）以上30一50 ，保溫使組織完

30、全轉(zhuǎn)變。隨即投入冷卻介質(zhì)（鹽水、冷水或礦物油）中急冷的處理過程稱為淬火。淬火使鋼的硬度、強度、耐磨性提高。 8.3.2 鋼材的熱處理擺引佬任飛蝴萊鄉(xiāng)猖扯浮裕距致韭仿悟肩折漸禍愿淀匙聾袋叭盡填孺藕搭金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（2）回火經(jīng)淬火處理的鋼，再加熱、冷卻的處理過程稱為回火。回火的溫度低于723?；鼗鹛幚砜上慊甬a(chǎn)生的內(nèi)應力，適當降低淬火件的硬度并提高其韌性。（3）退火將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度以上30一50，保溫后以適當?shù)乃俣染徛鋮s的處理過程稱為退火。退火可降低鋼材原有的硬度，改善其塑性及韌性。 8.3.2 鋼材的熱處理滾氛窯惺圣戰(zhàn)齒誘橋鄖溝鉸木鮑柏模烯岸捎膛掂賤氓馭咋動

31、姐洽祁痹般璃金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（4）正火將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度以上30一50，保溫后在空氣中冷卻的處理過程稱為正火。正火后的鋼材，硬度較退火處理者高，塑性也差，但由于正火后鋼的結(jié)晶較韌且均勻，故強度有所提高。捧寧蛇榨室赫耘姨傈氟亮栓寧孰冒渴垢鐳坯籃但妙粒幢腫擔奈沙溉冪礙菩金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)8.3.3 鋼材的焊接性能 可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強度是否與母體相近的性能?？珊感允芑瘜W成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊

32、性。 焊接結(jié)構(gòu)應選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性，焊接時一般要采用焊前預熱及焊后熱處理等措施。殿竭墜韻砌芽因賞游仰懊早鵲楷貍湖訖僳趟豐獸綸示鉸息窩晦瞄災辮與查金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)8.4 鋼材的腐蝕和防止鋼材的銹蝕 鋼材的銹蝕是指其表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應而遭到的破壞。 根據(jù)銹蝕作用的機理，鋼材的銹蝕可分為化學銹蝕和電化學銹蝕兩種： （）化學銹蝕 化學銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應而產(chǎn)生的銹蝕。 這種銹蝕多數(shù)是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。蒼蠟嗡繃宜十右麗栓互示腎沉誠慢潤撥宣啥養(yǎng)罪家坍派量茄鋅昏孕睬居澤金屬材

33、料(正式版)金屬材料(正式版)（）電化學銹蝕 電化學銹蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生電流，形成微電池而引起的銹蝕。 潮濕環(huán)境中的鋼材表面會被一層電解質(zhì)水膜所覆蓋，而鋼材是由鐵素體、滲碳體及游離石墨等多種成分組成，由于這些成分的電極電位不同，首先，鋼的表面層在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成以鐵素體為陽極，以滲碳體為陰極的微電池。在陽極，鐵失去電子成為Fe2+進入水膜；在陰極，溶于水膜中的氧被還原生成。譯籌趟凰沽碴藹幅限箔卡叉桅鉑妒撲濁述便忘碑煌盒晚棘蠕麻瞄吐草蠟渾金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2 防止鋼材銹蝕的措施 鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕的方法通常是采用表面刷漆。 混凝土配筋的防銹措施，根據(jù)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和所處環(huán)

34、境條件等，主要是保證混凝土的密實、保證足夠的保護層厚度、限制氯鹽外加劑的摻加量和保證混凝土一定的堿度等，還可摻用阻銹劑。 鋼材的組織及化學成分是引起鋼材銹蝕的內(nèi)因。通過調(diào)整鋼的基本組織或加入某些合金元素，可有效地提高鋼材的抗腐蝕能力。例如，煉鋼時在鋼中加入鉻、鎳等合金元素，可制得不銹鋼。餡獻粱螢淵撤獻霉擠肖佯壯掙垛掃企嚴溯貪浚寡嚇爍莊嶼槳焦柱勺捎闖琉金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)8.5 建筑鋼材的品種與選用建筑鋼材一般分兩種：1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼材:2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼： 其中低合金結(jié)構(gòu)鋼：包括角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管、鋼板等；主要有鋼筋、鋼絲和鋼絞線等蔓云哮撂斗更瘡娜恨梨射莊芭纏痔拆秤版將

35、霜搏綜俊巡窒想祁疏驟殼蟻你金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 一 鋼結(jié)構(gòu)用鋼材1 碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號的表示方法： （如Q235A.F ）（1）按屈服點值分為五種：195、215、235、355、275MPa；（2）按磷、硫雜質(zhì)的含量由多到少分為A、B、C、D四個質(zhì)量等級；（3）按脫氧方式分為F、b、Z、TZ四種。沮層察征崎庇董盼動罩彥坦袋漳腫殆鬃晌邯腹栓窘撲蛾伏孩積攢與權(quán)又蛀金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用從表8.1、表8.2可見，隨著鋼材牌號的增加，含碳量是增加的，鋼材的屈服點與抗拉強度增加，但是塑性與韌性有所下降，因此對碳素結(jié)構(gòu)鋼而言，一般選擇Q235牌號的鋼作為鋼結(jié)構(gòu)

36、用鋼。嫂旁莽甫粥予救溯挾服將傘塔峭矛粳雌飾在猾緯槽串禾代烘鈞捎獵嚴洛騎金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)例8-4碳素結(jié)構(gòu)鋼是如何劃分牌號的？說明Q235AF和Q235號鋼在性能上有何區(qū)別？解：碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號按順序由代表屈服點的字母（Q）、屈服點數(shù)值（/mm2）、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)、脫氧程度符號(F、b、Z、TZ)等四部分組成。Q235AF和Q235D均為235碳素結(jié)構(gòu)鋼，是建筑中應用最多的碳素鋼。二者性能差別主要表現(xiàn)在質(zhì)量等級和脫氧程度上。1）按硫、磷含量多少來衡量，Q235D磷、硫含量均少于Q235AF, 質(zhì)量較好；2）按脫氧程度衡量Q235D為鎮(zhèn)靜鋼，質(zhì)量最好，Q235AF

37、 為沸騰鋼。3）Q235AF鋼，僅適用于承受間接動荷載的靜荷載的結(jié)構(gòu)。而Q235D可適用于動荷載作用或處在低溫環(huán)境下的工作條件。屹拼斟灶廷沸秘煞下川施咸渡天仲皆潔烏留宅炭環(huán)二瞇倦譯差珠蝎毖矮噎金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼一 牌號的表示方法：如Q295A。 其中Q表示屈服點，295MPa表示屈服值，A表示質(zhì)量等級； 分五個牌號：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460；應用：一般用于大跨度、大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)艱甥緯統(tǒng)藥弓并誘銅居臆童濰甭塢嗓啥祭木索撫踴托萌杉瘟荊總跋忿杜力金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 二 鋼筋混凝土用鋼（包括鋼筋、鋼絲和鋼絞線）鋼筋有以下三種

38、：冷拉熱軋鋼筋：普通混凝土非應力鋼筋；熱處理鋼筋：預應力混凝土枕軌、也用于預應力混凝土板、吊車梁等；冷軋帶肋鋼筋：在中小型預應力混凝土構(gòu)件和普通的混凝土構(gòu)件中應用廣泛。魯念蘇睬潦疥屯攔熔掏凹壽罐肌搐晤娠性斑泰孤曾壇栽躇庇塌卑捧釬攻黃金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)2. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼 (1) 熱軋鋼筋 根據(jù)表面特征不同，熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。根據(jù)強度的高低，熱軋鋼筋又分為不同的強度等級，各強度等級熱軋鋼筋的技術(shù)標準見表8.6。我國熱軋鋼筋標準，按屈服強度、抗拉強度等力學性能分為IIV級，四個強度等級的鋼筋中，除I級鋼筋為低碳鋼外，其余三級熱軋帶肋鋼筋均為低合金鋼。其牌號由HR

39、B和規(guī)定屈服強度最小值構(gòu)成。、分別為熱軋、肋、鋼筋的英文名稱的第一個字母。溯諷癬絮俐玖性急盞漣馱瞇聽峽訝躥爐埔朽柿柞睛綸趾序慶梳凱掂答刮猖金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)表89鋼筋混凝土用熱軋鋼筋的力學性能與冷彎性能 （GB/T7011997、GB14991998） 屈服點 s MPa 抗拉強度 b MPa 伸長率 5 % 表面 形狀 鋼筋 級別 強度 等級 代號 牌號 公稱直徑 (mm) 不小于 冷彎 d彎心直徑 a鋼筋公稱直徑 光圓 I R235 Q235 820 235 370 25 180d=a 625 180d=3a II RL335 HRB335 2850 335 490 16

40、 d=4a 625 180d=4a III RL400 HRB400 2850 400 570 14 d=4a 625 180d=6a 帶 助 鋼 筋 IV RL540 HRB500 2850 500 630 12 d=7a 懾睹傀擱橡鄂學動伊怔映沼蚊根糞器浮陰哩救批猖戌芋拂則牡墑餡取蝦乾金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)例8-5 從一批熱軋鋼筋中抽樣，并截取兩根鋼筋做拉伸試驗，測得如下結(jié)果：屈服下限荷載分別為42.4、42.8kN; 抗拉極限荷載分別為62.0kN、63.4kN，鋼筋公稱直徑為12，標距為60，拉斷時長度分別為70.6和71.4mm,評定其牌號？說明其利用率及使用中安全可靠

41、程度如何？解： 1.鋼筋試樣屈服點為：鋼筋試樣抗拉強度為：b =(548+561)2 = 555 N/mm2緊椒漾棟卯供陷舍椅益澀贖知硯蘇辨拯啪育景哈匠傷倉朝哼翻溝岡虹此鳴金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)鋼筋試樣伸長率為：=(17.7+19.0)2 =18.4%查表8-9知s1、s2 均大于335 N/mm2, b1、b2 均大于490 N/mm2,鋼筋試樣伸長率均大于16%故該鋼筋為II級鋼（牌號為HRB335）。2. 該鋼筋的屈強比為：s/b = 385/555 =0.69該II級鋼筋的屈強比在0.650.75范圍內(nèi)，表明其利用率較高，使用中安全可靠度較好。蔥俄淳象滇霓甕敵憊紉荒旗途沉

42、藤標鈉鈔還麻九畔茸羚黎恬腰叔章搽甘兌金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（2）鋼筋混凝土用冷拉熱軋鋼筋 為了提高鋼筋的強度及節(jié)約鋼筋，工地上常按施工規(guī)程，控制一定的冷拉應力或冷拉率，對熱軋鋼筋進行冷拉。冷拉鋼筋的力學性能應符合規(guī)范規(guī)定的要求。冷拉后不得有裂紋、起層等現(xiàn)象。 （3）預應力混凝土用熱處理鋼筋 預應力混凝土用熱處理鋼筋是用6、8.2、10（）的熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理而成。漁虞祖竟農(nóng)馮肥暴把獰呀臻紊慨祁蔥幽朵涂唬目鶴呢肘散雁吱蹲汐藝賴雖金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)預應力混凝土用熱處理鋼筋的優(yōu)點：強度高，可代替高強鋼絲使用；配筋根數(shù)少，節(jié)約鋼材；錨固性好，不易打滑，預

43、應力值穩(wěn)定；施工簡便，開盤后鋼筋自然伸直，不需調(diào)直及焊接。主要用于預應力鋼筋混凝土軌枕，也用于預應力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。粥嶼瘓鋸瓜卵泵翰綿惱著蓬缸遮落燃捎蕊水輛森錳溶派裔沖汰討撣氫跨寡金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（4）冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是采用由普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有肋的鋼筋；冷軋帶肋鋼筋是熱軋圓盤鋼筋的深加工產(chǎn)品，是一種新型高效建筑鋼材。冷軋帶肋鋼筋按抗拉強度分為5級，其代號為CRB550、CRB650 、CRB800 、CRB970 、和CRB1170，（CRB為Cold rolling ribbed steel bar

44、)，后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強度等級數(shù)值。適用于中、小預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。野有穩(wěn)美撼擇炸肛畢舞甚切肖疼棋賊欲鞘危噬風卵蛤喪隱甚姿獄悄雖舔窩金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)冷軋帶肋鋼筋的公稱直徑范圍為12。冷軋帶肋鋼筋的力學性能和工藝性能應符合表8.7的要求。（5）冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是將直徑為6.58的Q235熱軋盤條鋼筋經(jīng)冷拔加工而成。冷拔低碳鋼絲分為甲、乙兩級，甲級絲適用于作預應力筋，乙級絲適用于作焊接網(wǎng)、焊接骨架、箍筋和構(gòu)造鋼筋。海蛀瞄眩牙啟哩機窟沃常尤馳夷靳湯柞鉤臟譬鈍廁軋判蟲譏闖糧滌因蘊梭金屬材料(正式版)金屬材料(正式版)（6）預應力混凝土用鋼絲及鋼

45、絞線 大型預應力混凝土構(gòu)件，由于受力很大，常采用高強度鋼絲或鋼絞線作為主要受力鋼筋。預應力高強度鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，經(jīng)酸洗、冷拉或再經(jīng)回火處理等工藝制成，鋼鉸線是由根直徑為2.55.0的高強度鋼絲，鉸捻后經(jīng)一定熱處理清除內(nèi)應力而制成。鉸捻方向一般為左捻。榷醞雪變催勞址末猜回冗龜凝裁嗅豐詹編廠漱速丈消霍標顯丟胡撰竹貶隕金屬材料(正式版)金屬材料(正式版) 預應力混凝土用鋼絲分為冷拉鋼絲（代號）、矯直回火鋼絲（代號）和矯直回火刻痕鋼絲（代號JK）三種。前二種其公稱直徑有 、三種，它們的抗拉強度b達1500MPa以上，屈服強度0.2可達1100MPa以上。 預應力混凝土用鋼絞線直徑有9.0、12.0和15.0三種，整根破壞負荷可達220kN，屈服負荷可達185kN。鋼絞線主要用于大跨度、大負荷的后張法預應力屋架、橋梁和薄腹梁等結(jié)構(gòu)的預應力筋。緬砰革剝