钢材的基本知识讲义.ppt

疲劳强度 受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。 钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 在一定条件下，钢材疲劳破 坏的应力值随应力循环次数的增 加而降低（如图所示）。 钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2×106次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中几种情况。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 焊接性能 焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。 钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。影响焊接质量的主要因素： 钢材的化学成分 焊接工艺 焊条质量 冷加工时效及其应用 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。 工程中常对钢筋进行冷拉或冷拔加工，以期达到提高钢材强度和节约钢材的目的。 冷拉： 　在常温下将其拉至应力超过屈服点，但小于抗拉强度时即卸荷。 　　冷加工时效： 　　　将经过冷拉的钢筋。于常温下存放15—20d，或加热到100—200℃并保持2～3h后，则钢筋强度将进一步提高，这个过程称为时效处理，前者称自然时效，后者称为人工时效、通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢筋则需采用人工时效。 C D1 C1 K1 K B O? O D σ ε 经冷拉时效后 未冷拉 动画演示冷拔 冷拔： 　是将6一8mm的光圆钢筋，通过一钨合金拔丝模孔而被强力拉拔，使其径向挤压缩小而纵向伸长。 冷加工增强机理： 钢材经冷加工产生塑性变形后，塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，晶格畸变，滑移面变得凹凸不平，对晶粒进一步滑移起阻碍作用，亦即提高了抵抗外力的能力，故屈服强度得以提高。同时，冷加工强化后的钢材，由于塑性变形后滑移面减少，从而使其塑性降低，脆性增大，且变形中产生的内应力，使钢的弹性模量降低。 钢筋经冷拉及时效以后，屈服强度得到进一步提高，且抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则要相应降低，弹性模量基本恢复。 钢与铁 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。 含碳量小于2.11％的铁碳合金称为钢。 含碳量大于2.11％的铁碳合金称为生铁。 钢材的特性 钢材是在严格的技术控制条件下生产的，与非金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大. 土木工程所用钢材主要有：用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝、钢绞线、锚夹具等。 钢的冶炼 将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。 钢主要用三种方法冶炼： 氧气转炉钢 用纯氧吹入铁液中将碳和杂质氧化 电炉钢 主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢 平炉钢 以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石中的氧使碳和杂质氧化 钢的分类 钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭(燃料)和石灰石(熔剂)等在高炉中经高温熔炼，从铁矿石中还原出铁而得。生铁的主要成分是铁，但含有较多的碳以及硫、磷、硅、锰等杂质，杂质使得生铁的性质硬而脆、塑性很差，抗拉强度很低，使用受到很大限制。炼钢的目的就是通过生铁在炼钢炉内的高温氧化作用，减少生铁中碳和硫、磷等杂质含量，以显著改善其技术性能，提高质量。将生铁中的含碳量降至2％以下，使磷、硫等杂质含量降至一定范围内即成为钢。 按化学成分分类 碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金，其含碳量为0．02％一2．06％。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢(含碳量小于0．25％)、中碳钢(含碳量为0．25％一0．60％)和高碳钢(含碳量 大于0．60％)三种。其中低碳钢在建筑工程中应用最多。 合金钢。合金钢是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而