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钢结构制造与安装单元一讲述
钢结构制作与安装教案
单元一 建筑钢材
◆单元1 建筑钢材
单元概述:本单元讲述了钢结构所用材料、品种、规格及基本性能。
学习目标:通过理论教学和技能实训,学生能够了解钢结构所用材料、品种、规格;熟悉钢材材料的机械性能。
课题1 建筑钢材的主要力学性能
课题2 各种因素对钢材主要性能的影响
课题3 钢材的种类、规格及选择
单元一 建筑钢材
课题1 建筑钢材的主要力学性能
◆钢结构所采用的钢材在性能方面必须具有较高的强度、较好的塑性及韧性,以及良好的加工性能。对于焊接结构还要求可焊性良好。在低温下工作的结构,要求钢材在低温下也能保持较好的韧性。在易受大气侵蚀的露天环境下工作的结构,或在有害介质侵蚀的环境下工作的结构,要求钢材具有较好的抗锈能力。
1.强度
材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。强度可以通过比例极限、弹性极限、屈服极限、抗拉强度等指标来反映。
通过轴心拉力实验获得。
低碳钢单向拉伸性能曲线
2.塑性
塑性是指钢材在应力超过屈服点后,能产生显著的残余变形(塑性变形)而不立即断裂的性质。它是钢材的一个重要性能指标,用伸长率表示。
3.韧性
韧性是指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标,它是强度和塑性的综合表现,是判断钢材在动力荷载作用下是否出现脆性破坏的重要指标之一。材料的冲击韧性值,用CV表示,单位为J。
冲击试验试件的缺口形式
钢材冲击韧性的数值,随试件刻槽(缺口)的形式和试验机的种类不同而相差很大。以前我国规定采用梅氏U型缺口的试件,现用夏氏V型缺口。
4.冷弯性能
冷弯性能是指钢材在常温下加工发生
塑性变形时,对产生裂纹的抵抗能力,由
冷弯试验来确定 。
冷弯性能用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度
(90o、180o)的弯曲变形性能,检查试件弯曲部分的外面、里面和侧面是否有裂纹、裂断和分层。
5.良好的工艺性能(包括冷加工、热加工和可焊性)
良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构,而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不利影响。
此外,根据结构的具体工作条件,有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。
课题2 各种因素对钢材主要性能的影响
1.化学成分的影响
2.轧制与冶金缺陷的影响
3. 钢材硬化的影响
4. 温度影响
5.应力集中的影响
6.反复荷载作用的影响
1.化学成份的影响
基本成份为Fe,炭钢中含量占99%,C、Si、Mn为杂质元素,S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素;
C:含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓,应控制在≤0.22%,焊接结构应控制在≤0.20%;
Si:含Si适量使强度↑ 其它影响不大,有益,应控制≤0.1~0.3%;
Mn:含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响,改善热加工性能,对其它性能影响不大,有益;
S:含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓;高温时使钢材变脆-热脆现象;
P:低温时使钢材变脆-冷脆现象;其它同S;
O、N:O同S;N同P,控制含量≤0.008%。
2.轧制与冶金缺陷的影响
钢的轧制是在高温(1200~1300℃)和压力作用下将钢锭热轧成钢板或型钢。它使钢锭中的小气孔、裂纹等焊合,金属组织致密,消除了显微组织缺陷,从而改善了钢材的力学性能。
3. 钢材硬化的影响
硬化有冷作硬化和时效硬化两种。
冷作硬化是指当钢材冷加工(冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等 )超过其弹性极限卸载后产生残余塑性变形,再次加载时屈服点提高,同时塑性和韧性降低的现象,又称为应变硬化。
时效硬化:在高温时熔化于铁中的少量氮和碳,随着时间的增长逐渐从纯铁中析出,形成自由碳化物和氮化物,对纯铁体的塑性变形起遏制作用,从而使钢材的强度提高,塑性、韧性下降。这种现象称为时效硬化,俗称老化。
4. 温度影响
钢材性能随温度变化而变化。0℃以上,总的趋势是:温度升高,钢材强度降低,应变增大;反之,温度降低,钢材强度会略有增加,塑性和韧性却会降低而变脆。 低温冷脆现象:当温度从常温开始下降,特别是在负温度范围内时,钢材强度虽有提高,但其塑性和韧性降低,材料逐渐变脆,这种性质称为低温冷脆。
5.应力集中的影响
在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、
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