钢材的其他性质.pptx

钢材的其他性质;钢材的化学成分及对性能的影响 钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。 （1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8％。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。;（2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。 （３）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%～２％范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。;（４）硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。 （５）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。 ;（６）氧：为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。 （７）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。 ;（８）钛：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。 （９）钒：钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向。 ;钢材的晶体组织 钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原子是以金属键相结合的，这是钢材具有较高强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格，如体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子；面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳两种元素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织。;碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其Fe和Ｃ有以下三种结合形式： 固溶体——铁（Fe）中固溶着微量的碳(C)； 化合物——铁和碳结合成化合物Fe3Ｃ； 机械混合物——固溶体和化合物的混合物。 以上三种形式的Fe—Ｃ合金，于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像，故也称显微组织。;钢的基本组织主要有以下几种： （１）铁素体 钢材中的铁素体为Ｃ在α一Fe中的固溶体，由于α一Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含Ｃ量很少（小于0.02％），由此决定其塑性、韧性很好，但强度、硬度很低。 （２）奥氏体 奥氏体为Ｃ在γ一Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06％，低温时下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性好，在高温下易于轧制成型。;（３）渗碳体 渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C ，其含Ｃ量高（达6.67％），晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。 （４）珠光体 珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含Ｃ量较低（0.8％），层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。 ;钢材的冷加工和热处理 1. 钢材的冷加工 冷加工是指钢材在常温下进行的加工，建筑钢材常见的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使产生塑性变形，从而提高屈服强度，这个过程称为钢材的冷加工强化。 冷加工强化的原理是：钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格严重畸变，对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量Ｅ降低。; 工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度。 将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20ｄ，或加热到100～200°Ｃ并保持一段时间，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。;时效钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象称为时效。钢材在自然条件下的时效是非常缓慢的，若经过冷加工或使用中经常受到振动、冲击荷载作用时，时效将迅速发展。钢材经冷加工后在常温下搁置15~20天或加热至100~200℃保持2h以内，钢材的屈服强度、抗拉强度及硬度都