大工13秋《建筑材料》辅导资料十四

建筑材料辅导资料十四

主题：第六章第三、四节“建筑钢材的技术性质”，“主要钢种及其应用”辅导资料

学习时间：2013年12月30日－2014年1月5日

内容：

我们这周将继续学习本门课的第六章，建筑钢材的相关知识。希望通过下面的内容，能够增加同学们对建筑钢材技术性质及应用方面知识的理解。

一、学习要求

1、重点掌握建筑钢材的主要技术性质。掌握钢材受拉经历的四个阶段，弹性极限、弹性模量、条件屈服强度、屈强比、伸长率等概念。重点掌握抗拉性能与屈服强度的概念及其作用。掌握冲击韧性的概念；冲击韧性的影响因素；低温冷脆性的概念。了解硬度的概念及常用的测定方法；

2、掌握二种主要的工艺性能；冷弯性能的概念及其作用；影响钢材可焊性的主要因素，改善可焊性的措施；

3、了解纯铁及其同素异品转变；碳原子与铁原子之间三种基本结合类型；钢的四种基本组织形式。掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的概念及其对钢材性质的影响。掌握冷脆性、热脆性的概念。了解其它有害杂质与合金元素对钢材的影响；

4、了解钢材冷加工的概念，冷加工强化的原因、时效强化的概念。掌握淬火、回火、退火、正火的概念及其对钢材的影响；

5、掌握碳素钢牌号的表示方法，了解低合金结构钢的性能及应用。了解钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝。了解沸腾钢的限制使用条件；

6、掌握低合金结构钢牌号的表示方法，了解低合金结构的性能及应用。了解钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝。了解钢筋的防锈措施；

7、了解钢的锈蚀原因及钢材防锈的主要措施。对铝及铝合金这节内容只要求一般了解。

重点掌握内容：

1．重点：建筑钢材的主要技术性能。

2．难点：建筑钢材的标准与选用。

二、主要内容

（一）建筑钢材的技术性质

力学性质：抗拉强度、弹性、塑性、冲击韧性、冷脆性、硬度；

工艺性质：冷弯、可焊性、热处理、冷加工及时效；

耐久性：锈蚀。

1、力学性质

可用低碳钢受拉时的应力——应变图来阐明，图中明显地分为四个阶段：

图1 低碳钢受拉时应力-应变曲线

弹性阶段(OA段)

在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为比例极限。此阶段应力与应变成正比。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标

屈服阶段(AB段)

当荷载增大，试件应力超过A时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形，塑性应变急剧增加，曲线出现波动的小平台，这种现象称为屈服。图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，故—般以B下点对应的应力作为屈服点бs 。

强化阶段(BC段)

当荷载超过屈服点以后，由试件内部组织结构发生变化，晶粒重新排列，抵抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。钢材受拉断裂前的最大应力值称为极限抗拉强度бb。

颈缩阶段(CD段)

当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。

（1）抗拉强度

1）屈服强度：

钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。

2）屈强比

屈强比(σs/σb)：屈服强度和抗拉强度的比值。

在工程上很有意义，此值越小，结构的可靠性越高，即防止结构破坏的潜力越大。但此值太小时，钢材的强度有效利用率太低，合理的屈强比，一般在0.6～0.75之间（Q225钢材的屈服比为0.58～0.63，普通的合金钢的屈强比在0.67～0.75之间。) 。所以屈服强度和抗拉强度是钢材力学性质的主要检验指标。

（2）疲劳强度

1）受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。

2）疲劳强度在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低（如图示）。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2×106次应力循环为基准。

3）破坏原因分析：钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开

始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。

（3）弹性

钢材在静荷载作用下受拉开始阶段，应力和应变成正比，这一阶段称为弹性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性。这个阶段的最大应力称为比例极限бp。

应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力称为弹性极限бe。事实上，бp与бe相当接近。

（4）塑性

钢材的塑性通常用伸长率或断面收缩率指标来表示。

（5）冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。

（6）冷脆性

图2 钢材的冲击韧性与温度的关系

（7）硬度

硬度是指在表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的能力。

建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。

2、工艺性质

定义：工艺性质为建筑钢材某种工艺过程中表现出的性质。

内容：冷弯；可焊性；热冷加工；时效。

（1）冷弯

定义：冷弯性质是指在常温条件下，承受弯曲变形的能力。

（2）可焊性

定义：可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度不得低于原钢材的性质。焊接是钢结构的主要连接形式。

可焊性影响因素：

可焊性主要受化学元素及其含量的影响；

含碳量高将增加焊接的硬脆性，含碳量小于0.5%的碳素钢具有良好的可焊性。加入合金元素如硅、锰、钒、钛等，也将增大焊接的硬脆性，降低可焊性。特别是硫能使焊接产生热裂纹及硬脆性。

（3）热处理

定义：热处理是指将钢材按一定规则加热保温和冷却，以改变其组织，从而获得需要性能的一种工艺。

热处理的方法有：正火、退火、淬火和回火。

1）正火

钢材经过加热至相变温度以上变为奥氏体之后，置于空气中冷却，通过这种