土木工程材料金属材料PPT学习教案
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
F1 ＜ F0 颈缩
=[(F0-F1)/F0]×100%
第15页/共103页
常用低碳钢的弹性模量E约为2.0～2.1×105M Pa， 弹性极 限为 p约为180～200MPa。
（1）弹性阶段（OA段）
这种应力基本保持不变，而应变显著 增加的 现象， 称为屈 服。常 用低碳 钢的屈 服极限 s约为185～235MPa。故设 计中一 般以屈 服点作 为强度 取值依 据。
热处理可大幅度地改善金属 材料的工艺性能和使用性能， 绝大多数机械零件必须经过
第40页/共103页
热处理。
热处理对钢材性质的影响
退火可降低钢的硬度，提高塑性和韧性，消除加工处 理中形成的缺陷和内应力；
正火提高塑性和韧性，强度降低较小，使三者之间良 好配合；
淬火提高钢材的硬度和耐磨性，但降低了塑性和韧性； 回火消除淬火后钢材的内应力和脆性； 淬火和高温回火的联合处理称为调值，可使钢材既有
1. 钢中的S、P等有害杂质含量 (成分偏析程度)；
2. 环境温度 第24页/共103页
3. 钢的时效
3．耐疲劳性
钢构件若在交变应力（随时间进行周期性交替变更的应力）的反 复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂，这 种现象称为“疲劳破坏”。
当应力作用方式、大小或方向等交替变更时，裂纹两面的材料时 而紧压或张开，形成了断口光滑的疲劳裂纹扩展区。随着裂纹向 纵深发展，在疲劳破坏的最后阶段，裂纹尖端由于应力集中而引 起剩余截面的脆性断裂，形成断口粗糙的瞬时断裂区。
问题：
直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能 使用经冷加工的钢材吗？为什么？
答：不能。
因为冷加工后钢材的塑性和韧 性大大降低，可焊性变差，增 加了焊接后的硬脆倾向，为了 防止钢结构发生突然的脆性断 裂，所以不能采用。
第39页/共103页
热处理对钢材性质的影响
热处理是将钢材在一定介质 中加热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织，从 而获得所需性能的工艺。
钢材抵抗冲击（动）荷载作用的能力，称为冲击
韧性，采用V形缺口试件，用一次摆锤冲击弯曲试 验来测定。 测得试样冲击吸收功,用符号W（J) 表示。用冲击 吸收功除以试样缺口处截面积 S0, 即得到材料的冲 击韧度 ak。 ak （J/m2)值越大,表示冲断时吸收的功越多，钢 材的冲击韧性越好。 随温度降低，钢材由韧性断裂转变为脆性断裂， 使冲击值降低的现象称为冷脆性，与之对应的温 度称为冷脆转变温度。
土木工程材料金属材料
会计学
1
本章提要
金属材料的基本概念 金属材料具备的基本性质 如何根据土木工程应用选择金属材料 本章重点：建筑钢材的基本性能及应用。 本章难点：钢材冷加工强化与时效处理的
机理。
第2页/共103页
概述
金属材料的通常分类
金属材料
黑色金属：铁、钢、合金钢等
有色金属：铝、铜、锌、铅及合金等
钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢
第10页/共103页
2.2 建筑钢材的力学性能 与工艺性能
2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能
第11页/共103页
2.2.1 力学性能
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。
条则件规屈定服以强产度 生残0.余2 对变于形屈为服0.2现%象时不的明应显力的。硬钢，
强度极限(抗拉强度第σ20b页)/共表103示页 金属受拉时所能承受
的最大应力。
问题：屈服现象的特征
答：
是什么？
其特征是：钢材拉伸试验过程中，应力不增加而 塑性变形不断增加。
第21页/共103页
2．冲击韧性
第25页/共103页
疲劳强度
在交变应力（动荷载）作用下，
虽然钢构件所承受的应力低于材 料的屈服点，但经过较长时间的 工作而产生裂纹或突然发生完全 断裂的过程，称为疲劳破坏。
材料承受的交变应力(σ )与材料
断裂前承受交变应力的循环次数
(N)之间的关系可用疲劳曲线来
表示。
第26页/共103页
钢材承受的交变应力越大, 则断
钢
生铁中的碳氧化，降低含C量 ，除去杂质元素，降低其含备的不同，炼钢方法有转炉、平炉 和电炉三种方法：
三种主要炼钢方法的特点
炉种 原料
特点
生产钢种
平炉 生铁、废钢 氧气转炉 铁水，废钢
钢电炉 生铁、废钢 素钢
时间长，成分稳定 质量较好、成本较高
碳素钢 低合金钢
第16页/共103页
问题：
什么是屈强比，对选用钢材有何意义？
第17页/共103页
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, 用伸长率和断 面收缩率来表示。
伸长率（δ） 在拉伸试验中, 试样拉断
后, 标距的伸长与原始标距的百分比称 为伸长率。 = [（l1—l0）/ l0] ×100%
2.按化学成分分
碳素钢
钢
合金钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢
低合金钢 中合金钢 高合金钢
C＜0.25% C=0.25%～0.60％
C＞0.60％
合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％
第8页/共103页
2.1.2 钢材的分类
3．按有害杂质含量分类 按硫（S）和磷（P）的含量多少，可分为
普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质 钢四种。 4．按用途不同分类 按钢的用途不同，可分为结构钢、工具钢 和特殊钢三种。
冷加工硬化原理：
钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生 相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，经格歪扭，构成滑移 面的凹凸不平，从而给使用中的变形造成附加阻力，提高 了钢材对外力作用下重新滑移产生的抵抗力。
加工硬化的效果：
➢ 屈服强度提高 ➢ 塑性和韧性降低 ➢ 可焊性变坏 ➢ 硬脆倾向增加等。
第22页/共103页
H0
冲击试验：
H1
测量摆锤冲击前后的能量 差＝摆锤的高度差×摆锤的 质量。
再测量试件断裂面积。
第23页/共103页
摆锤 试件
问题： 钢材的冲击韧性的影响因素？
答：钢材的冲击韧性对钢材内 部的各种缺陷和环境温度非 常敏感，因此，冲击韧性主 要受下列因素影响： 随时间的延长，钢材表现强度和硬度提高，但其塑性和韧性降低，这种现象称为时效。时效作用导致钢材性能改变程度的大小叫时效敏感性。
３ 可焊性
1、定义：钢材在焊接后，焊头联结的牢固程度和硬 脆倾向大小的性能；
2、测量：将焊接的钢材试件进行拉伸试验，要求断 裂处不在焊接点上。
3、影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。
第37页/共103页
合格
不合格
焊接点
断裂点
断裂点
钢材的可焊性试验
第38页/共103页
4．硬度
钢材抵抗另一硬物体压入其内的 能力叫硬度，即受压时抵抗局 部塑性变形的能力。有布氏法 和洛氏法两种方法测定。
布氏硬度测量原理图
洛氏硬度测量原理图
第27页/共103页
问题：
钢材的疲劳破坏过程怎样？其疲劳强度与 哪些因素有关？
答：疲劳破坏过程包括再交变应力作用下，疲劳裂 缝的产生→扩展→突然断裂。
点，也称条件屈服点，用0.2表示。
第19页/共103页
图16.1 低碳钢单向拉伸应力－应变图
强度概念小结
钢材抵抗塑性变形或断裂的能力 称为其强度，钢材的强度用拉伸 试验测定。强度指标根据其变形 特点分下列几个：
弹塑性性极变限形（的σ最P大）应表力示, 是钢弹材性保零持件弹的性设变计形依, 不据产。生 屈形服的强抗度力（，是σ钢s）结表构示设钢计材的开依始据发。生明显塑性变
其主要影响因素有： 1. 内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）； 2. 成分偏析； 3. 过大的内应力，截面沿纵向的突变； 4. 表面状态； 5. 受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。
第28页/共103页
2.2.2 工艺性能
1．冷弯性能 2．冷加工性能及时
效处理 3．焊接性能 4．钢材的热处理
可有效除去磷、硫杂质少， 碳素钢
效率高 质量好。
低合金
产量低、耗电大，杂质少 合金钢
质量最好，成本高
优质碳
第6页/共103页
2.1.2 钢材的分类
1.按冶炼方法分 平炉钢
按冶炼方法分
转炉钢
按炉衬材 料分为 酸性钢 和碱性 钢
电炉钢
钢
沸腾钢
按脱氧程度分
半镇静钢 镇静钢
特殊镇静钢
第7页/共103页
2.1.2 钢材的分类
第3页/共103页
2.1 钢材的冶炼与分类
2.1.1 钢的冶炼 2.1.2 钢材的分类
第4页/共103页
2.1.1 钢的冶炼
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生.69铁％，并含较多冶杂质炼的。
第33页/共103页
钢材的重复拉伸
σ
0 0’
p
e
第34页/共103页
（2）时效处理
将经过冷加工的钢筋，在常温下存放15~20天，或 在100~120C保持一定时间，其强度进一步提高， 弹性模量基本恢复，这个过程称为时效处理。
时效硬化原理： 由于溶于铁素体中的过饱和的氮和氧原子，随着时 间的增长慢慢地以Fe4N和FeO从铁素体中析出，形 成渗碳体分布于晶体的滑移面或晶界面上，阻碍晶 粒的滑移，增加抵抗塑性变形的能力，从而使钢材 的强度和硬度增加、塑性和冲击韧性降低。
第30页/共103页
P
a
d
钢材的冷弯试验
第31页/共103页
外拱面
2．冷加工性能及时效 处理
（1）冷加工强化 （2）钢材的时效
处理
第32页/共103页
（1）冷加工处理
将钢材在其结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工，如 在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等冷加工处理。
由于冷塑性变形引起强度增高而塑性和韧性降低的现象称 为加工硬化，或形变硬化。
断面收缩率（ψ） 试样拉断后, 缩颈处
截面积的最大缩减量与原横断面积的百 分比称为断面收缩率。
= [（F0—F1）/ F0] ×100% 伸长率和断面收缩率的值越大，钢材的
塑性越大
第18页/共103页
中碳钢与高碳钢（硬钢）由于材质较硬 ，抗拉强度高，塑性变形较小，受拉时 无明显的屈服阶段 。故常以其规定残余 变形为0.2%l0时的应力值作为名义屈服
第29页/共103页
1．冷弯性能
1、定义：常温下钢材能承受较大的弯曲变形而 不破坏的能力，衡量钢材的冷塑性变形能力；
2、评价指标：用不同弯曲角度和不同弯心半径 d相对于钢材厚度a的比值（d/a）表示；
3、试验方法：按一定的角与d/a值进行冷弯， 试件弯曲处的外拱面及两个侧面不出现裂缝 和起层现象为合格。
第9页/共103页
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
拉伸 压缩
弯曲 荷载形式
第12页/共103页
剪切
扭转
1．2抗.2拉.1性能力学性能
2．冲击韧性 3．耐疲劳性 4．硬度
第13页/共103页
1．抗拉 性能拉伸 试验机与 样品的安
装
第14页/共103页
F
l0
1
F
0
l1 ＞ l0 伸长 l1 n=[(l1 - l0 )/ l0 ]×100%
E
（2）屈服阶段（AB段）
（3）强化阶段（BC段） 过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗 变形的 能力， 要使它 继续变 形必须 增加拉 力。这 种现象 称为材 料的强 化。抗 拉强度 在设计 中虽不 能利用 ，但屈 强比（ s /b）在设计中有着重要意义。
（4）颈缩阶段（CD）
屈强比小，结构的安全性高。若屈强 比过小 ，则钢 材利用 率低。 建筑结 构钢屈 强比一 般在0.60～0.75范围内 较合理 。普通 碳素结 构钢Q235的 屈强比 大约为0.58～0.63；低 合金结 构钢的 屈强比 大约为 0.65～0.75； 对有抗 震要求 的框架 结构纵 向受力 钢筋要 求屈强 比不应 超过0.80。
第35页/共103页
时效处理
钢材产生实效的难易程度称为时 效敏感性，用时效敏感系数表示：
C值越大，时效敏感性越大。
为了尽快取得强化效果，可将冷拉过的钢筋加热 到100~200C保持2小时，以加速时效的发展，这 种方法称为人工实效。
实际意义：承受动载或处于中温的钢结构，要求 钢材具有较小的时效敏感性。但对于建筑上用的 钢筋来说，可提高其第3屈6页/服共10强3页度。
=[(F0-F1)/F0]×100%
第15页/共103页
常用低碳钢的弹性模量E约为2.0～2.1×105M Pa， 弹性极 限为 p约为180～200MPa。
（1）弹性阶段（OA段）
这种应力基本保持不变，而应变显著 增加的 现象， 称为屈 服。常 用低碳 钢的屈 服极限 s约为185～235MPa。故设 计中一 般以屈 服点作 为强度 取值依 据。
热处理可大幅度地改善金属 材料的工艺性能和使用性能， 绝大多数机械零件必须经过
第40页/共103页
热处理。
热处理对钢材性质的影响
退火可降低钢的硬度，提高塑性和韧性，消除加工处 理中形成的缺陷和内应力；
正火提高塑性和韧性，强度降低较小，使三者之间良 好配合；
淬火提高钢材的硬度和耐磨性，但降低了塑性和韧性； 回火消除淬火后钢材的内应力和脆性； 淬火和高温回火的联合处理称为调值，可使钢材既有
1. 钢中的S、P等有害杂质含量 (成分偏析程度)；
2. 环境温度 第24页/共103页
3. 钢的时效
3．耐疲劳性
钢构件若在交变应力（随时间进行周期性交替变更的应力）的反 复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂，这 种现象称为“疲劳破坏”。
当应力作用方式、大小或方向等交替变更时，裂纹两面的材料时 而紧压或张开，形成了断口光滑的疲劳裂纹扩展区。随着裂纹向 纵深发展，在疲劳破坏的最后阶段，裂纹尖端由于应力集中而引 起剩余截面的脆性断裂，形成断口粗糙的瞬时断裂区。
问题：
直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能 使用经冷加工的钢材吗？为什么？
答：不能。
因为冷加工后钢材的塑性和韧 性大大降低，可焊性变差，增 加了焊接后的硬脆倾向，为了 防止钢结构发生突然的脆性断 裂，所以不能采用。
第39页/共103页
热处理对钢材性质的影响
热处理是将钢材在一定介质 中加热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织，从 而获得所需性能的工艺。
钢材抵抗冲击（动）荷载作用的能力，称为冲击
韧性，采用V形缺口试件，用一次摆锤冲击弯曲试 验来测定。 测得试样冲击吸收功,用符号W（J) 表示。用冲击 吸收功除以试样缺口处截面积 S0, 即得到材料的冲 击韧度 ak。 ak （J/m2)值越大,表示冲断时吸收的功越多，钢 材的冲击韧性越好。 随温度降低，钢材由韧性断裂转变为脆性断裂， 使冲击值降低的现象称为冷脆性，与之对应的温 度称为冷脆转变温度。
土木工程材料金属材料
会计学
1
本章提要
金属材料的基本概念 金属材料具备的基本性质 如何根据土木工程应用选择金属材料 本章重点：建筑钢材的基本性能及应用。 本章难点：钢材冷加工强化与时效处理的
机理。
第2页/共103页
概述
金属材料的通常分类
金属材料
黑色金属：铁、钢、合金钢等
有色金属：铝、铜、锌、铅及合金等
钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢
第10页/共103页
2.2 建筑钢材的力学性能 与工艺性能
2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能
第11页/共103页
2.2.1 力学性能
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。
条则件规屈定服以强产度 生残0.余2 对变于形屈为服0.2现%象时不的明应显力的。硬钢，
强度极限(抗拉强度第σ20b页)/共表103示页 金属受拉时所能承受
的最大应力。
问题：屈服现象的特征
答：
是什么？
其特征是：钢材拉伸试验过程中，应力不增加而 塑性变形不断增加。
第21页/共103页
2．冲击韧性
第25页/共103页
疲劳强度
在交变应力（动荷载）作用下，
虽然钢构件所承受的应力低于材 料的屈服点，但经过较长时间的 工作而产生裂纹或突然发生完全 断裂的过程，称为疲劳破坏。
材料承受的交变应力(σ )与材料
断裂前承受交变应力的循环次数
(N)之间的关系可用疲劳曲线来
表示。
第26页/共103页
钢材承受的交变应力越大, 则断
钢
生铁中的碳氧化，降低含C量 ，除去杂质元素，降低其含备的不同，炼钢方法有转炉、平炉 和电炉三种方法：
三种主要炼钢方法的特点
炉种 原料
特点
生产钢种
平炉 生铁、废钢 氧气转炉 铁水，废钢
钢电炉 生铁、废钢 素钢
时间长，成分稳定 质量较好、成本较高
碳素钢 低合金钢
第16页/共103页
问题：
什么是屈强比，对选用钢材有何意义？
第17页/共103页
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, 用伸长率和断 面收缩率来表示。
伸长率（δ） 在拉伸试验中, 试样拉断
后, 标距的伸长与原始标距的百分比称 为伸长率。 = [（l1—l0）/ l0] ×100%
2.按化学成分分
碳素钢
钢
合金钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢
低合金钢 中合金钢 高合金钢
C＜0.25% C=0.25%～0.60％
C＞0.60％
合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％
第8页/共103页
2.1.2 钢材的分类
3．按有害杂质含量分类 按硫（S）和磷（P）的含量多少，可分为
普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质 钢四种。 4．按用途不同分类 按钢的用途不同，可分为结构钢、工具钢 和特殊钢三种。
冷加工硬化原理：
钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生 相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，经格歪扭，构成滑移 面的凹凸不平，从而给使用中的变形造成附加阻力，提高 了钢材对外力作用下重新滑移产生的抵抗力。
加工硬化的效果：
➢ 屈服强度提高 ➢ 塑性和韧性降低 ➢ 可焊性变坏 ➢ 硬脆倾向增加等。
第22页/共103页
H0
冲击试验：
H1
测量摆锤冲击前后的能量 差＝摆锤的高度差×摆锤的 质量。
再测量试件断裂面积。
第23页/共103页
摆锤 试件
问题： 钢材的冲击韧性的影响因素？
答：钢材的冲击韧性对钢材内 部的各种缺陷和环境温度非 常敏感，因此，冲击韧性主 要受下列因素影响： 随时间的延长，钢材表现强度和硬度提高，但其塑性和韧性降低，这种现象称为时效。时效作用导致钢材性能改变程度的大小叫时效敏感性。
３ 可焊性
1、定义：钢材在焊接后，焊头联结的牢固程度和硬 脆倾向大小的性能；
2、测量：将焊接的钢材试件进行拉伸试验，要求断 裂处不在焊接点上。
3、影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。
第37页/共103页
合格
不合格
焊接点
断裂点
断裂点
钢材的可焊性试验
第38页/共103页
4．硬度
钢材抵抗另一硬物体压入其内的 能力叫硬度，即受压时抵抗局 部塑性变形的能力。有布氏法 和洛氏法两种方法测定。
布氏硬度测量原理图
洛氏硬度测量原理图
第27页/共103页
问题：
钢材的疲劳破坏过程怎样？其疲劳强度与 哪些因素有关？
答：疲劳破坏过程包括再交变应力作用下，疲劳裂 缝的产生→扩展→突然断裂。
点，也称条件屈服点，用0.2表示。
第19页/共103页
图16.1 低碳钢单向拉伸应力－应变图
强度概念小结
钢材抵抗塑性变形或断裂的能力 称为其强度，钢材的强度用拉伸 试验测定。强度指标根据其变形 特点分下列几个：
弹塑性性极变限形（的σ最P大）应表力示, 是钢弹材性保零持件弹的性设变计形依, 不据产。生 屈形服的强抗度力（，是σ钢s）结表构示设钢计材的开依始据发。生明显塑性变
其主要影响因素有： 1. 内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）； 2. 成分偏析； 3. 过大的内应力，截面沿纵向的突变； 4. 表面状态； 5. 受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。
第28页/共103页
2.2.2 工艺性能
1．冷弯性能 2．冷加工性能及时
效处理 3．焊接性能 4．钢材的热处理
可有效除去磷、硫杂质少， 碳素钢
效率高 质量好。
低合金
产量低、耗电大，杂质少 合金钢
质量最好，成本高
优质碳
第6页/共103页
2.1.2 钢材的分类
1.按冶炼方法分 平炉钢
按冶炼方法分
转炉钢
按炉衬材 料分为 酸性钢 和碱性 钢
电炉钢
钢
沸腾钢
按脱氧程度分
半镇静钢 镇静钢
特殊镇静钢
第7页/共103页
2.1.2 钢材的分类
第3页/共103页
2.1 钢材的冶炼与分类
2.1.1 钢的冶炼 2.1.2 钢材的分类
第4页/共103页
2.1.1 钢的冶炼
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生.69铁％，并含较多冶杂质炼的。
第33页/共103页
钢材的重复拉伸
σ
0 0’
p
e
第34页/共103页
（2）时效处理
将经过冷加工的钢筋，在常温下存放15~20天，或 在100~120C保持一定时间，其强度进一步提高， 弹性模量基本恢复，这个过程称为时效处理。
时效硬化原理： 由于溶于铁素体中的过饱和的氮和氧原子，随着时 间的增长慢慢地以Fe4N和FeO从铁素体中析出，形 成渗碳体分布于晶体的滑移面或晶界面上，阻碍晶 粒的滑移，增加抵抗塑性变形的能力，从而使钢材 的强度和硬度增加、塑性和冲击韧性降低。
第30页/共103页
P
a
d
钢材的冷弯试验
第31页/共103页
外拱面
2．冷加工性能及时效 处理
（1）冷加工强化 （2）钢材的时效
处理
第32页/共103页
（1）冷加工处理
将钢材在其结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工，如 在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等冷加工处理。
由于冷塑性变形引起强度增高而塑性和韧性降低的现象称 为加工硬化，或形变硬化。
断面收缩率（ψ） 试样拉断后, 缩颈处
截面积的最大缩减量与原横断面积的百 分比称为断面收缩率。
= [（F0—F1）/ F0] ×100% 伸长率和断面收缩率的值越大，钢材的
塑性越大
第18页/共103页
中碳钢与高碳钢（硬钢）由于材质较硬 ，抗拉强度高，塑性变形较小，受拉时 无明显的屈服阶段 。故常以其规定残余 变形为0.2%l0时的应力值作为名义屈服
第29页/共103页
1．冷弯性能
1、定义：常温下钢材能承受较大的弯曲变形而 不破坏的能力，衡量钢材的冷塑性变形能力；
2、评价指标：用不同弯曲角度和不同弯心半径 d相对于钢材厚度a的比值（d/a）表示；
3、试验方法：按一定的角与d/a值进行冷弯， 试件弯曲处的外拱面及两个侧面不出现裂缝 和起层现象为合格。
第9页/共103页
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
拉伸 压缩
弯曲 荷载形式
第12页/共103页
剪切
扭转
1．2抗.2拉.1性能力学性能
2．冲击韧性 3．耐疲劳性 4．硬度
第13页/共103页
1．抗拉 性能拉伸 试验机与 样品的安
装
第14页/共103页
F
l0
1
F
0
l1 ＞ l0 伸长 l1 n=[(l1 - l0 )/ l0 ]×100%
E
（2）屈服阶段（AB段）
（3）强化阶段（BC段） 过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗 变形的 能力， 要使它 继续变 形必须 增加拉 力。这 种现象 称为材 料的强 化。抗 拉强度 在设计 中虽不 能利用 ，但屈 强比（ s /b）在设计中有着重要意义。
（4）颈缩阶段（CD）
屈强比小，结构的安全性高。若屈强 比过小 ，则钢 材利用 率低。 建筑结 构钢屈 强比一 般在0.60～0.75范围内 较合理 。普通 碳素结 构钢Q235的 屈强比 大约为0.58～0.63；低 合金结 构钢的 屈强比 大约为 0.65～0.75； 对有抗 震要求 的框架 结构纵 向受力 钢筋要 求屈强 比不应 超过0.80。
第35页/共103页
时效处理
钢材产生实效的难易程度称为时 效敏感性，用时效敏感系数表示：
C值越大，时效敏感性越大。
为了尽快取得强化效果，可将冷拉过的钢筋加热 到100~200C保持2小时，以加速时效的发展，这 种方法称为人工实效。
实际意义：承受动载或处于中温的钢结构，要求 钢材具有较小的时效敏感性。但对于建筑上用的 钢筋来说，可提高其第3屈6页/服共10强3页度。