第八章 金属材料课件

1、第八章第八章 金属材料金属材料教学目标教学目标了解钢材的分类、腐蚀与防止，铝材及铝合金了解钢材的分类、腐蚀与防止，铝材及铝合金 的相关知识。的相关知识。掌握钢材的性质与选用。掌握钢材的性质与选用。重点是区分钢结构用钢和混凝土结构用钢。重点是区分钢结构用钢和混凝土结构用钢。 建筑钢材建筑钢材指用于指用于钢结构钢结构的各种型钢、钢板、的各种型钢、钢板、钢管和用于钢管和用于混凝土结构混凝土结构的各种钢筋、钢丝等。的各种钢筋、钢丝等。性质均匀稳定、性质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等可焊接和铆接等易锈蚀、耐火性差、易锈蚀、耐火性差、维护费用大、生产能耗大等维护费用大、生

2、产能耗大等建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种1.1.型钢型钢 简单截面型钢：圆钢、方简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；钢、六角钢、八角钢等； 复杂截面型钢：工字钢、复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。角钢、槽钢、钢轨等。2.2.线材线材如钢筋、钢丝等。如钢筋、钢丝等。3.3.管材管材无缝钢管、焊接钢管等。无缝钢管、焊接钢管等。 4.4.板材板材光面钢板、花纹钢板、光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。彩色涂层钢板等。空气转炉炼钢法空气转炉炼钢法 普通钢普通钢氧气转炉炼钢法氧气转炉炼钢法 优质钢优质钢平炉炼钢法平炉炼钢法 电弧炉炼钢法电弧炉炼钢法生铁生铁铁水铁水吹入空气或氧气吹入

3、空气或氧气钢钢浇注、成型浇注、成型脱脱 氧氧熔融熔融第一节第一节 钢材的冶炼和分类钢材的冶炼和分类钢钢中碳钢中碳钢低合金钢低合金钢高碳钢高碳钢低碳钢低碳钢碳素钢碳素钢合金钢合金钢中合金钢中合金钢高合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.605%5%1010一、按化学成分一、按化学成分二、按冶炼时脱氧程度二、按冶炼时脱氧程度沸腾钢沸腾钢半镇静钢半镇静钢镇静钢镇静钢F F 一般用锰一般用锰/ /铁脱氧，不完全铁脱氧，不完全Z Z 一般用硅脱氧，完全一般用硅脱氧，完全b 用少量硅脱氧，中间用少量硅脱氧，中间四、按用途四、按用途 结构钢、工具钢、特殊性能钢（如结构钢、工具钢、特殊性能钢（

4、如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。三、按杂质含量三、按杂质含量 根据硫、磷等有害杂质的含量，分根据硫、磷等有害杂质的含量，分为普通钢、优质钢和特殊质量钢。为普通钢、优质钢和特殊质量钢。第二节第二节 钢材的性质钢材的性质 物理化学性质物理化学性质 力学性质力学性质 工艺性质工艺性质一、抗拉性能一、抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质，可采用拉伸试验测定。性质，可采用拉伸试验测定。低碳钢受拉时的应力低碳钢受拉时的应力- -应变图应变图 弹性阶段弹性阶段(OA(OA段段) ) 屈服阶段屈服阶段(AB(AB段段) )强化阶段强化

5、阶段(BC(BC段段) ) 颈缩阶段颈缩阶段(CD(CD段段) )伸长率的测量伸长率的测量 100100lll冲击韧性试验图冲击韧性试验图 (a)(a)试件尺寸；试件尺寸；(b)(b)试验装置；试验装置；(c)(c)试验机试验机 11摆锤；摆锤；22试件；试件；33试验台；试验台；44刻度盘；刻度盘；55指针指针 二、冲击韧性二、冲击韧性 指抵抗其他硬物压入钢材表面的指抵抗其他硬物压入钢材表面的能力。建筑钢材常用的是布氏硬度。根能力。建筑钢材常用的是布氏硬度。根据硬质钢球在规定荷载作用下压入试件据硬质钢球在规定荷载作用下压入试件表面后的压痕。表面后的压痕。三、硬度三、硬度四、耐疲劳性四、耐疲劳

6、性 钢材在交变荷载反复作用下突然发生断裂破钢材在交变荷载反复作用下突然发生断裂破坏的现象坏的现象, ,称为疲劳破坏。先是在局部形成细小称为疲劳破坏。先是在局部形成细小裂纹，然后逐渐扩大，最后突然发生断裂。裂纹，然后逐渐扩大，最后突然发生断裂。一般一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 工程案例工程案例钢吊车梁裂缝钢吊车梁裂缝 某钢厂原料跨吊车任务繁重，冷轧跨吊车不某钢厂原料跨吊车任务繁重，冷轧跨吊车不太常用。两者按同一标准设计，后者使用太常用。两者按同一标准设计，后者使用4040多年多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请未发现裂缝，而前

7、者因产生较多裂缝已更换。请分析原因。分析原因。 由于前者任务繁重，承受的交变荷载次数多，由于前者任务繁重，承受的交变荷载次数多，故会产生疲劳破坏。故会产生疲劳破坏。 五、冷弯性能五、冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 焊接的好坏取决于钢材与焊接材料的可焊性焊接的好坏取决于钢材与焊接材料的可焊性及焊接工艺，受化学成分及含量的影响。及焊接工艺，受化学成分及含量的影响。 低碳钢可焊性好低碳钢可焊性好 高碳钢及合金钢，为改善焊接性能，一般要采用高碳钢及合金钢，为改善焊接性能，一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。焊前预热及焊后热处理等措施。六、焊接性能六、焊

8、接性能七、冷加工七、冷加工 指钢材在常温指钢材在常温下进行的加工。常下进行的加工。常见的冷加工方式有：见的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷轧、冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。冷扭、刻痕等。八、热处理八、热处理 将钢材按一定规将钢材按一定规则加热、保温和冷却，则加热、保温和冷却，获得相应性能的工艺获得相应性能的工艺过程。常见的热处理过程。常见的热处理方法有：退火、正火、方法有：退火、正火、淬火、回火。淬火、回火。九、时效九、时效 将经过冷拉的钢筋将经过冷拉的钢筋在常温下存放在常温下存放15-20d15-20d，或或加热到加热到100-200100-200并保持并保持2-3h2-3h，则钢筋强度和，则

9、钢筋强度和硬度将进一步提高，塑性和韧性进一步降低，硬度将进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这个过程称为这个过程称为时效处理时效处理。 通常对强度较低的钢筋采用通常对强度较低的钢筋采用自然时效自然时效，强，强度较高的钢筋采用度较高的钢筋采用人工时效人工时效。第三节第三节 钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响1 1、C C 是钢的主要元素，随含是钢的主要元素，随含C C量增加，强度量增加，强度和和硬度硬度相应相应提高，提高，而而塑性塑性和和韧性韧性相应相应降低。降低。2 2、SiSi 是一种脱氧剂，是一种脱氧剂，主要是提高主要是提高强度强度，对，对塑性和塑性和韧性韧性影响不大影

10、响不大。一般认为是有益元素一般认为是有益元素。3 3、MnMn 作为脱氧除硫的元素加入钢中，可以提高钢作为脱氧除硫的元素加入钢中，可以提高钢材的硬度、强度和耐磨性材的硬度、强度和耐磨性。一般认为是有益元素一般认为是有益元素。4 4、P P 一般说来，一般说来，P P是有害杂质是有害杂质，偏析严重。偏析严重。虽虽能提高钢的强度、硬度，但使能提高钢的强度、硬度，但使塑塑性、韧性降性、韧性降低，低温时低，低温时产生裂纹产生裂纹，称为，称为“冷脆冷脆”。5 5、S S 一般来说，一般来说，S S是有害元素是有害元素，偏析严重，降偏析严重，降低韧性、疲劳强度和抗腐蚀性，常以低韧性、疲劳强度和抗腐蚀性，常

11、以FeSFeS的形式的形式存在，高温时产生裂纹，称为存在，高温时产生裂纹，称为“热脆热脆”。6 6、O O 是有害元素是有害元素，随钢中含随钢中含O O量增加，钢的量增加，钢的塑塑性、韧性性、韧性、耐腐蚀性、耐磨性降低，使加工耐腐蚀性、耐磨性降低，使加工性性能能变坏。变坏。第第四四节节 常见建筑钢材的技术标准与选用常见建筑钢材的技术标准与选用一、钢结构用钢一、钢结构用钢v例如：例如：Q235Q235AFAF 表示屈服点为表示屈服点为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢。级沸腾钢。碳素结构钢碳素结构钢 屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、脱屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、脱氧方法四部分

12、按顺序组成。氧方法四部分按顺序组成。低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢v例如：例如：Q295Q295E E 表示屈服点为表示屈服点为295MPa295MPa的的E E级级低合金低合金高强度结构钢高强度结构钢。可用作高层及大跨度建筑的主体结构材料。可用作高层及大跨度建筑的主体结构材料。 屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、三屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、三部分按顺序组成。部分按顺序组成。二、混凝土结构用钢二、混凝土结构用钢 热轧钢筋热轧钢筋 根据表面特征分为光圆钢筋和带肋钢筋。根据表面特征分为光圆钢筋和带肋钢筋。 HPB235HPB235热轧光圆钢筋，由碳素结构钢轧制而成，热轧光圆钢筋，

13、由碳素结构钢轧制而成，表面光圆，强度较低。表面光圆，强度较低。HRB400HRB400热轧带肋钢筋，由低合金钢轧制而成，热轧带肋钢筋，由低合金钢轧制而成，外表带肋，强度较高。外表带肋，强度较高。 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋CRB550CRB550、CRB650CRB650等等 冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋 LZNLZN第第五五节节 钢材的锈蚀和防止钢材的锈蚀和防止 钢材与周围介质发生作用而引起破坏的现象。钢材与周围介质发生作用而引起破坏的现象。一、化学腐蚀一、化学腐蚀 氧化铁，在干燥环境中腐蚀缓慢，温度高和氧化铁，在干燥环境中腐蚀缓慢，温度高和湿度大时腐蚀速度快。湿度大时腐蚀速度快。二、电化学腐蚀二、电化学腐蚀 当有电解质溶液当有电解质溶液( (水水) )存在时，会在钢材表存在时，会在钢材表面形成局部原电池。面形成局部原电池。 防止防止保护层法保护层法 防锈漆防锈漆/ /塑料涂层等塑料涂层等电化学保护法电化学保护法 更活泼的金属（镁更活泼的金属（镁/ /锌）锌）制成合