钢材的破坏形式.pptx

会计学 1 钢材的破坏形式 脆性破坏 破坏前无明显变形，平均应力亦小(可能小于屈服点fy)，没有任何预兆，是突然发生的，危险性大，应尽量避免。 破坏断口平直和呈有光泽的晶粒状。 断裂从应力集中处发生。 第1页/共31页 塑性破坏 塑性破坏的特征是构件应力超过屈服点(fy)，并达到抗拉极限强度(fu)后，构件产生明显的变形并断裂； 塑性破坏的断口常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。 塑性破坏在破坏前有很明显的变形，并有较长的变形持续时间，便于发现和补救。 理想弹塑性材料能否发生脆性破坏？ 第2页/共31页 §2.4 影响钢材性能的一般因素 化学成分的影响 钢材生产过程的影响 硬化的影响 温度的影响 应力集中的影响 板厚、直径的影响 残余应力 应力状态 反复荷载作用（疲劳问题） ▼(下一节) 第3页/共31页 化学成分的影响 基本元素 铁,约占99% 其他元素 有益元素 碳、硅、锰、钒 1.5% 有害元素 硫、磷、氧、氮 1.0% 第4页/共31页 碳 在普通碳素钢中，碳是除铁以外最主要的元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。 碳的含量提高，钢材的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性、特别是低温冲击韧性下降。同时，钢材的可焊性、耐腐蚀性能、疲劳强度和冷弯性能也明显下降。因此结构用钢的含碳量不宜太高，一般不超过0.22％，在焊接结构中则应低于0.2％。 第5页/共31页 硅 硅是强脱氧剂，用以制成质量较高的镇静钢。 适量的硅可以使钢材强度大为提高，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性均无明显不良影响。一般镇静钢的含硅量为0.10％～0.3％，硅含量过大(达1％左右)，则会降低钢材的塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。 第6页/共31页 锰 锰是弱脱氧剂。适量的锰含量可以有效地提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能，并能改善钢材的冷脆倾向，而又不显著降低钢材的塑性和冲击韧性。 锰在普通碳素钢中的含量约为0.3％~0.8％。锰有强化纯铁体和珠光体的双重作用，是一种十分有效的合金成分，但含量过高将使钢材变得脆而硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。因此，锰是我国低合金钢的主要合金元素，含量一般为1.2％～1.6％ 第7页/共31页 钒 钒可提高钢材的强度，细化晶粒，提高淬硬性，但有时有硬化作用。它是添加合金成分，能提高钢材强度和抗锈蚀性能，而不显著降低塑性。 第8页/共31页 硫 有害元素。硫与铁的化合物为硫化铁，散布在纯铁体晶粒间层中，使钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等大大降低。高温(800～1200℃ )时，硫化铁即熔化而使钢材变脆和发生裂缝，这种现象称为钢材的“热脆”。硫的含量过大不利于进行钢材焊接和热加工。因此，钢材中应严格控制含硫量，一般不超过0.05％，在焊接结构中不超过0.045％。 第9页/共31页 磷 有害元素。磷和纯铁体结成不稳定的固熔体，有增大纯铁体晶粒的害处。磷的存在使钢材的强度和抗锈性提高，但将严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能等，特别是在低温时能使钢材变得很脆(冷脆)，不利于钢材冷加工。因此，磷的含量也应严格控制，一般不超过0.050％，在焊接结构中不超过 0.045％。 第10页/共31页 氧和氮 有害元素。它们容易从铁液中逸出，故含量甚少。氧和氮能使钢材变得极脆。氧的作用与硫类似，使钢材发生热脆，一般要求含氧量小于0.05％。氮和磷作用类似，使钢材发生冷脆，一般应小于0.008％。 第11页/共31页 钢材生产过程的影响 钢材生产过程介绍（动画） 结构用钢需经过冶炼、浇铸、轧制和矫正等工序才能成材，多道工序对钢材的材性都有一定影响。 冶金缺陷：偏析、非金属夹杂、裂纹、分层。 第12页/共31页 冶炼 冶炼方法主要有平炉炼钢法和转炉炼钢法； 冶炼过程主要是控制钢材的化学成分，从而达到控制钢材性能的目的。 第13页/共31页 浇铸 浇铸就是把钢水转变为钢坯的过程。 浇铸时要对钢水进行脱氧，根据脱氧程度的不同，钢可分为: 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢。 特殊镇静钢 第14页/共31页 沸腾钢 沸腾钢是用锰作为脱氧剂，由于锰的脱氧能力较差，不能充分脱氧。钢液中还含有较多的氧化铁，浇铸时氧化铁和碳相互作用，形成一氧化碳气体逸出，使钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。 沸腾钢的塑性、韧性和可焊性较差，容易发生时效和变脆，轧成的钢板和型钢中常有夹层和偏析现象。但沸腾钢生产周期短，消耗脱氧剂少，轧钢时切头很小，成品率高，所以成本较低，