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1、材料学各论8,金属材料 北京建筑工程学院 建筑与城市规划学院 房志勇 2020年8月,金属材料,建筑钢材 金属学的一般概念,金属材料,建筑钢材,建筑钢材,1、基本概念 1)钢材的重要性 在各种金属材料中,钢材是最重要的建筑材料之一,主要用于钢筋混凝土结构和钢结构,建筑钢材,1、基本概念 2)建筑钢材 所谓建筑钢材,是指用于钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢,以及用于围护结构和装修工程的各种深加工钢板、复合板材,建筑钢材,1、基本概念 3)铁与钢的概念 均为铁碳合金,仅仅是含碳量不同(一般以含碳量2.06作为铁与钢的分界),建筑钢材,1、基本概念 4)钢材的化学组成 主要组成:铁、
2、碳、合金元素 其他组成:硅、锰、磷、硫、氧、氮等等,建筑钢材,1、基本概念 4)钢材的金相组成 铁素体:碳溶于-Fe晶格形成的固溶体 渗碳体:铁与碳的化合物,Fe3C 珠光体:铁素体与渗碳体的机械混合物,建筑钢材,2、钢材的分类 1)按照杂质含量分类 2)按照主要化学成分分类 3)按照主要用途分类 4)按照脱氧程度分类 5)按照冶炼方式分类,钢材按杂质含量分类,钢材按化学成分分类,钢材按主要用途分类,钢材按脱氧程度分类,钢材按冶炼方式分类,建筑钢材,3、钢材的技术性质 1)抗拉性能 是建筑钢材最重要的性能之一 屈服点、抗拉强度、伸长率,是钢材抗拉性能的主要技术指标,钢材抗拉应力应变图,钢材抗拉
3、性能和应用分析,建筑钢材,3、钢材的技术性质 2)冲击韧性 是建筑钢材抵抗冲击荷载的性能 冲击韧性通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定,建筑钢材,3、钢材的技术性质 2)冲击韧性,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3)硬度 定义:,钢材表面局部体积内抵抗外物 压入产生塑性变形的能力,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3)硬度 表示方法: 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等,以布氏硬度(HB)为主,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3)硬度 应用: HB值与钢材的强度之间保持一定的正比例关系,可以根据HB值推测钢材的强度,但是不能用于成品检验,HB值与钢材强度之间的关系,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1)冷弯
4、性能 定义: 钢材在常温下承受弯曲变形的能力,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1)冷弯性能 试验方法:,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1)冷弯性能 影响因素 : 弯曲角度、弯心直径与钢材直径(或:厚度)的比值,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 2)冷加工强化现象 概念: 钢材在常温下进行机械加工后,其性能发生变化的一种现象,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 2)冷加工强化现象 性能变化规律 : 强度增加、硬度提高、塑性降低、韧性降低,冷加工时的应力应变图,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 3)时效作用 概念: 钢材在常温下,未进行任何机械加工,其性能也会发生变化的一种现象,建筑钢材,4、
5、建筑钢材的工艺性质 3)时效作用 性能变化规律 : 强度增加、塑性降低、韧性降低,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 3)时效作用 时效敏感性 : 随着时间的延长,钢材的冲击韧性降低和其他性能变化的程度,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 4)冷脆性 概念 : 钢材在环境温度低于一定数值时,钢材的冲击韧性大幅度下降,钢材出现脆性断裂的性质,冲击韧性值变化示意图,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 1)冷却速度的影响 急冷:(要求同学自己分析) 缓冷:(要求同学自己分析),建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2)杂质的影响 主要杂质 : 磷、硫,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2)杂质的影
6、响 低共融现象 :,低共融现象,T1,T2,0 100,100 0,T3,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2)杂质的影响 主要影响 : 磷:含量增加时:强度增加、耐磨性增加、耐腐蚀性增加、塑性降低、韧性降低;是增加钢材冷脆性的主要因素,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2)杂质的影响 主要影响 : 硫:含量增加时:所有机械性能都降低、尤其是:耐磨性、耐腐蚀性、韧性;是增加钢材热脆性的主要因素,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 3)金相组成的影响,铁素体,珠光体,渗碳体,0,含碳量,%,2.0,0.8,各组分相对含量,%,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 1)碳素钢 牌号组成方法
7、:,屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 1)碳素钢 组成说明 : 见下页,钢材牌号组成说明,屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号,Q,195 215 235 255 275,A B C D,多,少,F沸腾钢 b半镇静钢 Z镇静钢 TZ特殊钢 空位镇静钢或 特殊镇静钢,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 2)合金钢 涉及范围 : 低合金高强度结构钢,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 2)合金钢 牌号组成方法 :,屈服点代号+屈服点值+质量等级符号,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3)示例 牌号: Q235A.F Q215B,建筑钢材,6、建筑钢
8、材的技术标准 3)示例 问题: 哪一种是碳素钢?哪一种是合金钢? 在这两种钢材中,哪一种钢材的P、S含量高?,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3)示例 提示1: 无法判断碳素钢还是合金钢 合金钢屈服点标准值:295、345、390、420、460,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3)示例 提示2: 无法准确判断钢材的P、S绝对含量高低 只能判断钢材的总体杂质相对含量高低,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 1)碳素钢 塑性较好 化学性能稳定 适宜于各种加工 在适当超载情况下不会突然破坏,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 2)合金钢 具有良好的塑性、韧性、强度 焊接性能好 适用于:大跨度结构、承受动荷
9、载结构、承受冲击荷载结构,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 3)一条选用钢材的重要规定 对于承受动荷载和冲击荷载的结构,一般不得选用脆性临界转变温度范围高和时效敏感性强的钢材,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 低碳钢热轧圆盘条 主要用途 中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋或者箍筋。也可用作冷加工原料,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 低碳钢热轧圆盘条 常用牌号 Q215、Q235,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 热轧带肋钢筋 主要用途 具有较高的强度,塑性,可焊性也比较好,与混凝土之间的握裹力较好,可用于钢筋混凝土结构的受力钢筋,以及预应力钢筋,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 热
10、轧带肋钢筋 常用牌号 HRB335、HRB400、HRB500 注:HRB是Hot rolled ribbed steel bar的缩写,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 冷轧带肋钢筋 主要用途 适用于中、小型预应力混凝土结构构件,以及普通钢筋混凝土结构构件,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1)钢筋 冷轧带肋钢筋 常用牌号 CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1270 注:CRB是Cold rolling steel wires and bar的缩写,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 热轧型钢 主要用途 可用于大跨度、承受动荷载的钢结构中,建筑钢材,8、常用建筑钢
11、材 2)型钢 热轧型钢 主要形式 角钢(等边或者不等边)、I字钢、槽钢、T形钢、H形钢、Z形钢等,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 热轧型钢 常用牌号 Q235-A、Q345、Q390,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 冷弯薄壁型钢 主要用途 一般用于轻钢结构 壁厚:26mm 常见形式:分:开口和空心两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 钢板 分类 按照生产温度 分为:热轧和冷轧两类钢板,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 钢板 分类 按照成分 分为:碳素钢板和合金钢钢板两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 钢板 分类 按照厚度 分为:厚板(厚度4mm)和薄板(厚度=0.
12、354mm)两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 钢板 选用 合金钢板一般用于重型结构、大跨度结构 厚板可用于钢结构的承力构件,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2)型钢 钢板 压型钢板 薄钢板经辊压、冷弯形成的V形、U形等截面 板面可通过镀锌、刷涂层等方法形成保护层,金属材料,金属学的一般概念,金属的分类,金属的分类2,金属爆炸复合技术 (现场),金属爆炸复合技术 (结构),课堂讨论题,1、如何区分铁与钢? 2、简述铁素体、渗碳体、珠光体的性能 3、为什么说屈强比反映了可靠性和利用率? 4、设计中,钢材强度应该以哪一个为准? 5、对于承受动荷载和冲击荷载的结构,在选用钢材时,应该注意什么?,课堂讨论题,6、简述碳素钢钢号的组成方法 7、简述合金钢钢号的组成方法 8、简述磷对于钢材性能的影响 9、简述硫对于钢材性能的影响 10、简述冷加工对于钢材性能的影响 11、简述时效作用对于钢材性能的影响,