第二章钢材与铝合金-n.ppt

第 二 章 建筑钢材 三问？ 金属材料的基本概念(What) ? 金属材料具备哪些基本性质(Which) ? 如何根据土木工程应用选择金属材料(How)? 本 章 内 容 1、钢材的基本知识：铁和钢的概念。钢的分类。钢的冶炼和脱氧及其对钢质量的影响。 2、钢材的主要技术性质： 力学性质 工艺性能。 3、钢材的晶体组织与化学成分及其对钢性能的影响： 4、钢材的冷加工和热处理： 钢材的加工强化和时效处理 钢材的热处理。 5、建筑钢材的技术标准及选用： 碳素结构钢 低合金结构钢 钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝。 6、建筑钢材的防锈：钢的锈蚀、钢材防锈的要点 第 一 节 钢的生产、分类与晶体组织 一、钢的生产 钢：铁碳合金，铁Fe为主要元素： 碳C含量≤2.11％， 杂质元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。 生铁：铁碳合金，C含量高，约为2.11％～6.69％，并含较多杂质的。 （一）冶炼 根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法： （二）脱氧与铸锭 沸腾钢： 碳、磷、硫等成分偏析严重，钢致密程度、焊接性能、低温下的冲击韧性较差。(F) 半镇静钢： 脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(B) 镇静钢： 脱氧充分，成分均匀纯净、杂质少、组织致密；冷脆性和时效敏感性较低，疲劳强度和可焊性较好。(Z) 特殊镇静钢： 脱氧很充分，晶粒细化，质量与性能比镇静钢更好。(TZ) 问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？ 答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。 脱氧程度排序： 特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢 钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢 （三） 热加工 热加工：是在再结晶温度以上进行的压力加工，常用锻造、热压、扎制等多种方式。 热加工的作用：使内部气泡焊合，酥松结构致密，晶粒细化。 热加工效果：提高钢材的强度、塑性和质量。 三、钢的晶体组织 （一）金属的晶体结构 1、金属材料都是晶体结构，金属原子按几何形状排列，形成体心立方、面心立方和密排六方等三种晶格； 2、晶格节点上的金属原子互相以金属键相结合，所有的价电子为自由电子； 3、钢材内部结构是由很多晶粒组成的多晶体，各晶粒之间存在晶界。 金属晶体结构与性能的关系 金属晶体中所有价电子呈自由电子在各离子间穿梭运动，使金属材料有良好的导电和导热性，较高的强度和良好的塑性； 金属晶体的多晶体结构的晶界能阻碍晶体的滑移，提高了抵抗塑性变形的能力； 金属材料中晶粒愈细，晶界面愈大，强度和硬度愈高，塑性和韧性愈好——细晶强化。 （二）钢中的晶体组织与性能 同素异晶间的转变： 液态铁 ? ?－Fe ? ?－Fe ? ?－Fe 体心立方 面心立方 体心立方 合金的基本概念 固溶体：一种金属溶于另一种金属中形成固体溶液 化合物：二种以上元素形成新的化合物 （二）钢中的晶体组织与性能 铁素体 碳溶于?－Fe中的固溶体。 ?－Fe为体心结构，孔隙较小，溶碳量较低，因而具有良好的塑性和韧性，强度与硬度较低。 渗碳体 铁和碳的化合物Fe3C，含碳量高达6.69％，故性质硬脆，塑性和韧性几乎为零，硬度高。 珠光体 铁素体与渗碳体的混合物，两者相间存在于同一晶体中，含碳量0.77％，其性质介于二者之间。 奥氏体 碳溶于?－Fe中的固溶体，在7270C以上存在，含碳量0.77％～2.11％，其强度与硬度不高，塑性好，故钢材在高温下热加工。 （三）钢的含碳量与性能关系 亚共析钢： 碳含量位于0.02％～0.77％之间 晶体组织为铁素体和珠光体 共析钢： 碳含量在0.77％ 晶体组织全部为珠光体 过共析钢： 碳含量在0.77％～2.11％之间 晶体组织为珠光体和渗碳体 含碳量的增加 珠光体逐渐减少，渗碳体逐渐增多 强度与硬度逐渐提高，塑性与韧性逐渐降低 第二节 建筑钢材的技术性能 钢材的力学性质 钢材的工艺性能 一、钢材的力学性质 钢材的力学性能，即是指钢材在外力（载荷）作用时表现出来的性能，包括：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 （一） 钢材力学性能特点 塑 性 钢材在荷载作用下断裂前产生永久变形的能力称为钢材的塑性,