第二章 材料
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材料科学基础-第二章-材料的凝固
材料的制备过程对其力学性能、物理和化学性能都会产生较大的影响。 了解材料制备的基本过程，掌握材料制备的基本理论、技术和工艺方法， 对于材料的选用，进一步提升其使用性能有着重要的意义。
制备材料的典型工艺过程：
金属材料：凝固 陶瓷材料：烧结 聚合物：反应合成
凝固与结晶：
凝固（Solidification） 物质从液态转变为固态的过程。
自由能大于体积自由能，即阻力大于驱动力，
那么尺寸在rK～ r0 范围的晶核能够成为稳定的 晶核吗？
当r ＝ rK 时，G 有极大值GK
GK
4 3
2σ
GV
3 GV
4
2σ
GV
2 σ
1 3
4
2σ
GV
2
σ
1 3
4rK2σ
1 3
SKσ
结论：
晶核半径与G的关系
当形成临界晶核时，体积自由能的降低只补偿了表面自由能的2/3，还有 1/3的表面自由能需要另外供给，即需要对形核做功。称GK为形核功。
③形核率（Nucleation Rate）
单位时间、单位体积液相中形成的晶核数目，即晶核形成的速率，记
作
•
N
，单位为cm－3·s－1。
影响形核率的因素：
形核功
随过冷度的增加，即随温度的降低，形核 功减小，形核率增大。
原子扩散能力
随过冷度的增加, 即随温度的降低, 原子
扩散能力下降, 形核困难, 形核率减小。
当 r＞rK时，随 r 的增加，体系自由能减 小，晶胚转变为晶核；
当 r＝rK时，晶胚处于亚稳状态，即可能消 失，也可能长大成为晶核；
把半径为rK的晶胚称为临界晶核，rK称为临 界晶核半径。
制备材料的典型工艺过程：
金属材料：凝固 陶瓷材料：烧结 聚合物：反应合成
凝固与结晶：
凝固（Solidification） 物质从液态转变为固态的过程。
自由能大于体积自由能，即阻力大于驱动力，
那么尺寸在rK～ r0 范围的晶核能够成为稳定的 晶核吗？
当r ＝ rK 时，G 有极大值GK
GK
4 3
2σ
GV
3 GV
4
2σ
GV
2 σ
1 3
4
2σ
GV
2
σ
1 3
4rK2σ
1 3
SKσ
结论：
晶核半径与G的关系
当形成临界晶核时，体积自由能的降低只补偿了表面自由能的2/3，还有 1/3的表面自由能需要另外供给，即需要对形核做功。称GK为形核功。
③形核率（Nucleation Rate）
单位时间、单位体积液相中形成的晶核数目，即晶核形成的速率，记
作
•
N
，单位为cm－3·s－1。
影响形核率的因素：
形核功
随过冷度的增加，即随温度的降低，形核 功减小，形核率增大。
原子扩散能力
随过冷度的增加, 即随温度的降低, 原子
扩散能力下降, 形核困难, 形核率减小。
当 r＞rK时，随 r 的增加，体系自由能减 小，晶胚转变为晶核；
当 r＝rK时，晶胚处于亚稳状态，即可能消 失，也可能长大成为晶核；
把半径为rK的晶胚称为临界晶核，rK称为临 界晶核半径。
第二章 金属材料的凝固与固态相变
1.合金的使用性能与相图的关系 溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则 合金的强度、硬度越高，电阻越大。
两相组织合金的力学和物理性能与成分 呈直线关系变化。
2 .合金的工艺性能与相图的关系 铸造性能：纯组元和共晶成分的合金的流动 性最好，缩孔集中，铸造性能好。 锻造性能：单相合金的锻造性能好。单相组 织时变形抗力小，变形均匀，因而变形能力 大。双相组织的合金变形能力差些，特别是 组织中存在有较多的化合物相时。
固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充 分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
2 .共晶相图
(1)相图分析 在共晶合金相图中，acb为液相线，adceb为固相线，合金系有 三种相，相图中有三个单相区（L、α 、β ）；三个两相区（L+α 、 L+β 、α +β ）；一条三相(L+α +β )共存线（水平线dce）。 dce为共晶线（ c点为共晶点）。 Lc → α d+ β
2.2.3 铸锭(件)的凝固
把金属熔化注入铸模，冷却后获得一定形状的铸件的工艺叫做 铸造。 1.铸锭（件）结晶组织 最典型的铸造结构，整 个铸锭明显地分为三个各具 特征的晶区。 ⑴细等轴晶区 在铸锭的 表层形成的一层厚度不大、 晶粒很细的区域。
⑵柱状晶区
⑶粗等轴晶区
2.3 铁碳合金 2.3.1 Fe-Fe3C相图
2.3.2 铁碳合金在平衡状态下的相变
根据Fe—Fe3C相图，铁碳合金可分为三类： 1)工业纯铁[wc ≤0.0218%] 2)钢[0.0218%< wc ≤2.11%
3)白口铸铁[2.11%< wc <6.69%]
工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色状。由于其强 度低、硬度低、不宜用作结构材料。
两相组织合金的力学和物理性能与成分 呈直线关系变化。
2 .合金的工艺性能与相图的关系 铸造性能：纯组元和共晶成分的合金的流动 性最好，缩孔集中，铸造性能好。 锻造性能：单相合金的锻造性能好。单相组 织时变形抗力小，变形均匀，因而变形能力 大。双相组织的合金变形能力差些，特别是 组织中存在有较多的化合物相时。
固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充 分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
2 .共晶相图
(1)相图分析 在共晶合金相图中，acb为液相线，adceb为固相线，合金系有 三种相，相图中有三个单相区（L、α 、β ）；三个两相区（L+α 、 L+β 、α +β ）；一条三相(L+α +β )共存线（水平线dce）。 dce为共晶线（ c点为共晶点）。 Lc → α d+ β
2.2.3 铸锭(件)的凝固
把金属熔化注入铸模，冷却后获得一定形状的铸件的工艺叫做 铸造。 1.铸锭（件）结晶组织 最典型的铸造结构，整 个铸锭明显地分为三个各具 特征的晶区。 ⑴细等轴晶区 在铸锭的 表层形成的一层厚度不大、 晶粒很细的区域。
⑵柱状晶区
⑶粗等轴晶区
2.3 铁碳合金 2.3.1 Fe-Fe3C相图
2.3.2 铁碳合金在平衡状态下的相变
根据Fe—Fe3C相图，铁碳合金可分为三类： 1)工业纯铁[wc ≤0.0218%] 2)钢[0.0218%< wc ≤2.11%
3)白口铸铁[2.11%< wc <6.69%]
工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色状。由于其强 度低、硬度低、不宜用作结构材料。
第二章 基本性质
• 木房子－砼房子
海洋性气候－内陆气候
第六节 声学性质（P124）
• • • • • • • •
•
一、声波作用于材料 ，分解（示意图） 第一部分反射，产生回音； 第二部分传给材料，由声能转化为动能、热能； 第三部分穿透材料，不隔音。 二、吸声性 1、含义 声波穿透材料和被材料消耗的性质称为吸声性。 2、表示 吸声系数 • α＞0.2－吸声材料 0
• 2、外因
• 物理作用：主要包括干湿的变化、温度的变化和冻融等，引 起材料的收缩和膨胀，降低耐久性。
• 化学作用：含酸、碱、盐等物质的溶液或气体，对材料 的侵蚀，降低耐久性。 • 生物作用：昆虫、菌类等对材料的蛀蚀、腐蚀，使材料 破坏，降低耐久性。 • 3、普通建筑材料的破坏 • （1）砖、石料、混凝土等无机非金属材料，多受到物理 作用而破坏； • （2）金属材料则主要由化学、电化学作用引起的锈蚀而 破坏； • （3）木材等有机材料常因生物作用而破坏； • （4）沥青材料、高分子材料在阳光、空气、热的作用下, 老化变脆或开裂而破坏。
• 式中：f――材料的强度（MPa） • F――破坏荷载（N） • A――受荷面积（mm2）
• 3、分类 P13表2.3
• 4、强度等级（或标号）
• 材料按强度值的高低划分为若干等级称为标号。 如 普通混凝土、砖、石材……。
• 5、强度等级的应用
• （1）同一种材料 • 强度越大，抵抗破坏的能力越大，越不易被破坏。 • （2）不同的材料 • 最好采用比强度：比强度是按单位质量计算的材料强度。
W含 m含－m干 100% m干
• ★3、材料含水对性质的影响 • 材料含水后：隔热保温性能↑↓ ；耐腐蚀性↑↓；
•
• • 三、耐水性 • 1、含义
第二章 产品设计材料与工艺
镀层被覆
涂层被覆
珐琅被覆：公元前3世纪在埃及有了在铜器表面的珐琅技术，
此后发展为景泰蓝工艺美术品，这种技术在工业上被称为搪瓷。
2.表面层改质
通过化学处理或氧化技术改变原有材料表面的性质。
3.表面精加工
通过切割、研磨、喷砂、抛光等技术对表面进行精加 工，改变表面的质感，以达到设计的目的。
3 五彩斑斓的黑，时尚元素融入手机背板
17世纪发明的铜板画，凃蜡-硝酸液浸蚀 金属刻蚀画
2.5 有机涂装
有机涂装即利用有机涂料对金属、塑料、木材等材 料加工成的制品，表面覆盖保护层或装饰层，有机涂装 是一种重要的产品表面处理工艺。涂装质量的优劣直接 反映了产品的外观质量，涂装不仅起到了产品防护、装 饰的功能，而且也是构成产品价值的重要因素之一。
热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836 年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有140年的历史了。 近30年来伴随冷轧带钢的飞速发展热镀锌得到了大规模 发展，成为了现在钢板表面镀锌的主要方法。
镀锌铁板作屋顶
镀镍 镍是一种微黄色的金属，电镀镍层在空气中的稳定性很高，
由于镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的 钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。电镀镍结晶细致， 具有优良的抛光性能。经抛光的镀镍层可得到镜面般的光泽 外表，同时在大气中可长期保持其光泽。所以，镀镍是非常 好的装饰方法。
优点：效率高，处理质量好。 常用方法：干法喷砂、湿法喷砂、无尘喷砂和高压水喷砂。
5. 表面精整 有些制品在表面进行修饰以前需清除表面的粗糙状
态，如：去除毛刺、沙眼、划痕、砂眼等，以获得平坦、 光滑、光亮的表面，这就需要表面精整工序来完成。表 面精整的方法有如下两种：
抛光：抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面 粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。
第二章 材料的组成结构与性能
当
r
续固溶体。
当
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连
r
形成有限型固溶体， 而不是充分必要条件。
当
r1 r2 15% ~ 30% 时，溶质与溶剂之间只能 r 这是形成连续固溶体的必要条件， 1
固 溶体或不能形成 固溶体，而容易形成中间相或化合 物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的所有金
属都属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金
属、贵金属和稀有金属等四类。
（2）金属合金 金属合金是指由两种或两种以上的
金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属
性质的物质。如青铜是铜和锡的合金，黄铜是铜和
锌的合金，硬铝是铝、铜、镁等组成的合金。二元
合金、三元合金。 2、无机非金属材料的化学组成 从化学的角度来看，无机非金属材料都是由金属元 素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制
长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组
成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。
固溶体化学式的写法
以CaO加入到ZrO2中为例，以1mol为基准，掺入 xmolCaO。
形成置换式固溶体：
CaO Ca Oo V
ZrO 2 '' Zr
O
空位模型
x
x
x
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），
是由两个 ( 或多个 ) 晶体机构相同的组元形成的，
任一组元的成分范围均为0～100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等 在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO 系统， MgO 、 CoO 同属 NaCl 型结 构，rCo2+= 8nm ，rMg2+= 8nm ，形成无限固溶体，
r
续固溶体。
当
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连
r
形成有限型固溶体， 而不是充分必要条件。
当
r1 r2 15% ~ 30% 时，溶质与溶剂之间只能 r 这是形成连续固溶体的必要条件， 1
固 溶体或不能形成 固溶体，而容易形成中间相或化合 物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的所有金
属都属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金
属、贵金属和稀有金属等四类。
（2）金属合金 金属合金是指由两种或两种以上的
金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属
性质的物质。如青铜是铜和锡的合金，黄铜是铜和
锌的合金，硬铝是铝、铜、镁等组成的合金。二元
合金、三元合金。 2、无机非金属材料的化学组成 从化学的角度来看，无机非金属材料都是由金属元 素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制
长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组
成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。
固溶体化学式的写法
以CaO加入到ZrO2中为例，以1mol为基准，掺入 xmolCaO。
形成置换式固溶体：
CaO Ca Oo V
ZrO 2 '' Zr
O
空位模型
x
x
x
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），
是由两个 ( 或多个 ) 晶体机构相同的组元形成的，
任一组元的成分范围均为0～100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等 在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO 系统， MgO 、 CoO 同属 NaCl 型结 构，rCo2+= 8nm ，rMg2+= 8nm ，形成无限固溶体，
材料力学-第二章
第二单元第二章 杆件的轴向拉压应力与材料的力学性能§2-1 引言工程实例: 连杆、螺栓、桁架、房屋立柱、桥墩……等等。
力学特征: 构件：直杆外力：合力沿杆轴作用(偏离轴线、怎样处理?)内力：在轴向载荷作用下，杆件横截面上的唯一内力分量为轴力N ，它们在该截面的两部分的大小相等、方向相反。
规定拉力为正，压力为负。
变形：轴向伸缩§2-2 拉压杆的应力一、拉压杆横截面上的应力(可演示，杆件受拉，上面所划的横线和纵线仍保持直线，仅距离改变，表明横截面仍保持为平面)平面假设→应变均匀→应力均匀AN=σ或A P =σ(拉为正，压为负)二、Saint-Venant 原理(1797-1886，原理于1855年提出)问题：杆端作用均布力，横截面应力均布。
杆端作用集中力，横截面应力均布吗? 如图, 随距离增大迅速趋于均匀。
局部力系的等效代换只影响局部。
它已由大量试验和计算证实，但一百多年以来，无数数学力学家试图严格证明它，至今仍未成功。
这是固体力学中一颗难以采撷的明珠。
三、拉压杆斜截面上的应力(低碳钢拉伸，沿45°出现滑移线，为什么?)0cos =-P Ap αα ασ=α=αcos cos AP p ασ=α=σαα2cos cos pασ=α=ταα22sin sin p ()0=ασ=σm ax ()452=ασ=τmax方位角α：逆时针方向为正剪应力τ：使研究对象有顺时针转动趋势为正。
例1和例2，看书p17,18§2-3 材料拉伸时的力学性能(构件的强度、刚度和稳定性，不仅与构件的形状、尺寸和所受外力有关，而且与材料的力学性能有关。
拉伸试验是最基本、最常用的试验。
)一、拉伸试验P18： 试样 拉伸图绘图系统放大变形传感器力传感器--→→→→二、低碳钢拉伸时的力学性能材料分类：脆性材料（玻璃、陶瓷和铸铁）、塑性材料(低碳钢：典型塑性材料)四个阶段：线性阶段（应力应变成正比，符合胡克定律，正比阶段的结束点称为比例极限）、屈服阶段(滑移线)（可听见响声，屈服极限s σ）、强化阶段（b σ强度极限）、局部变形(颈缩)阶段（名义应力↓，实际应力↑） 三(四个)特征点：比例极限、（接近弹性极限）、屈服极限、强度极限(超过强度极限、名义应力下降、实际应力仍上升)。
材料科学基础第二章
y
[111]
x
[111]
例：画出晶向
[112 ]
2.立方晶系晶面指数
晶面指数的确定方法
（a)建立坐标系，结点为原点， 三棱为方向，点阵常数为单位 （原点在标定面以外，可以采 用平移法）； (b)晶面在三个坐标上的截距a1 a2 a3 ； (c)计算其倒数 b1 b2 b3 ； (d)化成最小、整数比h：k：l ； 放在圆方括号(hkl)，不加逗号， 负号记在上方 。
3.六方晶系晶面和晶向指数
三指数表示六方晶系晶面和晶向的缺点：晶体学上等价的 晶面和晶向不具有类似的指数。 例：
晶面指数
(11 0)
（100）
[010] [100]
从晶面指数上不能明确表示等同晶面，为了克服这一缺点， 采用a1、a2、a3及c四个晶轴， a1、a2、a3之间的夹角均 为120º ，晶面指数以（hkil）表示。 根据立体几何，在三维空间中独立的坐标轴不会超过三 个可证明 ： i= - (h+k) 或 h+k+i=0
六方晶系
d hkl
h k l a b c
2 2 2
d hkl
a h2 k 2 l 2
1 l c
2
4 h 2 hk k 2 3 a2
注：以上公式是针对简单晶胞而言的，如为复杂晶胞， 例如体心、面心，在计算时应考虑晶面层数增加的影 响，如体心立方、面心立方、上下底（001）之间还有 一层同类型晶面，实际
[1 00 ]
[0 1 0]
[010]
[1 00]
y
[100]
x
[00 1]
第二章 建筑材料的基本性质(1)
m 0 V0
材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般 是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的 表观密度。称为气干表观密度。在烘干状态下 的表观密度，称为干表观密度。
一、测定材料的干质量m:
取材料样品
烘干
冷却到室温
烘箱1050C~1100C
干燥器 天平
称量质量 m
二、测定材料的自然体积Vo-----分两种情况：
比较项目 材料状态
近似密度 近似绝对 密实状态
表观密度 自然状态Байду номын сангаас
堆积密度 堆积状态
V0
材料体积 计算公式
应用
V
m V
V
m ' V'
V0
0 m0
V0
0'
m0 V0'
判断材料性质
材料用量及体积的计 算
2、材料的密实度与孔隙度
1) 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实 的程度，也就是固体物质的体积占总体积的 比例。密实度反映材料的致密程度。以D表示：
材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗 等级是以规定的试件，在标准试验方法下所 能承受的最大水压力来确定，以符号“Pn” 表示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受 0. 4、0. 6、0.8MPa的水压而不渗水。 例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表 示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定 的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透 现象。
憎水性孔壁难以使水吸入。
拓展思考—— 1、为什么房屋一楼特别潮湿？ 2、如何解决？
1、地下水沿材料毛细管上升，然后 在空气中挥发。 2、解决问题的原理与办法 阻塞毛细通道，技术措施？ 对材料中的毛细管壁进行憎水 处理
第二章钢结构材料
作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。
第二章 土木工程材料
重混凝土是表观密度大于2500Kg/m3;，用特别密实和特别重的集料制成 的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性 能。 普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1950～ 2500Kg/m3;，集料为砂、石。 轻质混凝土是表观密度小于1950Kg/m3;的混凝土。它由可以分为三类： 1．轻集料混凝土，其表观密度在800～1950Kg/m3;，轻集料包括浮石、 火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。 2．多空混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土），其表观密度是300～ 1000Kg/m3;。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。 加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。 3．大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土），其组成中无 细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500～1900Kg/m3;，是用 碎石、软石、重矿渣作集料配制的。轻骨料大孔混凝土的表观密度为
2.2 混凝土
混凝土，简称为“砼”：是指由胶凝材料将
集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通 常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料， 砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺 合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养 护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它 广泛应用于土木工程。
普通混凝土各组成材 料的作用： 砂、石对混凝土起 润滑作用，水泥和水 组成水泥浆包裹在骨 料的表面并填充骨料 的空隙中。在混凝土 拌和物中，水泥浆起 润滑作用，赋予混凝 土拌和物流动性，便 于施工；在混凝土硬 化后起胶结作用。
•
一 传统土木工程材料
1.1 石
凡采自天然岩石， 经过加工或未经加工的 石材，统称为天然石材。 分为重岩自然石和轻岩 自然石，（表观密度： 表观密度是指材料在自 然状态下，单位体积的 干质量。）
2-1工程材料的基本性能
弹性变形的特征： 弹性变形的特征： 理想的弹性变形是可逆的， （1）理想的弹性变形是可逆的，即施加外力时变 外力去除后恢复原状。 形，外力去除后恢复原状。 金属、 （2）金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或 卸载时，只要在弹性变形范围内， 卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变之 间都保持单值线性函数即服从胡克定律： 间都保持单值线性函数即服从胡克定律： 在正应力下， 在正应力下，σ＝Eε 在切应力下， 在切应力下，τ＝Gγ 弹性模量E与切变模量G 弹性模量E与切变模量G：G＝E/2(1+ν) 式中： 为泊松比，表示侧向收缩的能力， 式中：ν为泊松比，表示侧向收缩的能力，在拉伸 试验时指材料横向收缩率与纵向收缩率的比值。 试验时指材料横向收缩率与纵向收缩率的比值。
第二章 材料的基本性能
工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性 工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性 是指制造工艺过程中材料 能。金属材料的工艺性能包括铸造、焊接、锻造、 金属材料的工艺性能包括铸造、焊接、锻造、 切削加工和热处理性能等。 切削加工和热处理性能等。 使用性能是指材料制成零件或产品后， 使用性能是指材料制成零件或产品后，在使用过 是指材料制成零件或产品后 程中能适应或抵抗外界对它的 适应或抵抗外界对它的力 化学、电磁、 程中能适应或抵抗外界对它的力、化学、电磁、 温度等作用而必须具有的能力。金属材料的使用 温度等作用而必须具有的能力。 作用而必须具有的能力 性能包括力学性能、物理性能、化学性能。 性能包括力学性能、物理性能、化学性能。
A0
（名义应力）
（名义应力）
铸铁的拉伸： 铸铁的拉伸： 铸铁拉伸没有屈服极限， 铸铁拉伸没有屈服极限，只有唯一指标是 强度极限： 强度极限： FbL σ bL =
第二章 胶凝材料
熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间；
混合材：调节水泥的强度等级；
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
40 矿物组成：
第二章 无机胶凝材料
本章主要内容
石膏
石灰
水玻璃
硅酸盐水泥
掺混合材的硅酸盐水泥
其它品种水泥
概念
胶凝材料：凡是自身经过物理、化学作 用，能够由浆体变为石状体，并能将松 散材料胶结成整体的物质。
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
分类
气硬性胶凝材料：石灰、石膏等 无机胶凝材料（矿物胶凝材料） 水硬性胶凝材料：各种水泥 有机胶凝材料（沥青材料及树脂等）
凝结与硬化
胶凝材料+ 水(或溶液) 可塑性 浆体 开始失去 可塑性 开始失去 可塑性
凝结阶段
硬化阶段
初凝时间
终凝时间
§2-1 石膏
一、石膏的种类
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏（半水石膏）
高强石膏
天然二水石膏
天然二水石膏（CaSO4· 2O）矿石是生 2H 产石膏胶凝材料的主要原料，纯净的天然 二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然 石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄 色，红色，黑色等颜色。
项目 晶粒 标稠需水量 特点 % 粗大 完整 连生 细小 片状 0.40-0.45 凝结 硬化 慢 抗压强 比表面积 度 /m2.g-1 /MPa 24-40 19.3
α半水 石膏 β半水 石膏
0.70-0.80
混合材：调节水泥的强度等级；
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
40 矿物组成：
第二章 无机胶凝材料
本章主要内容
石膏
石灰
水玻璃
硅酸盐水泥
掺混合材的硅酸盐水泥
其它品种水泥
概念
胶凝材料：凡是自身经过物理、化学作 用，能够由浆体变为石状体，并能将松 散材料胶结成整体的物质。
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
分类
气硬性胶凝材料：石灰、石膏等 无机胶凝材料（矿物胶凝材料） 水硬性胶凝材料：各种水泥 有机胶凝材料（沥青材料及树脂等）
凝结与硬化
胶凝材料+ 水(或溶液) 可塑性 浆体 开始失去 可塑性 开始失去 可塑性
凝结阶段
硬化阶段
初凝时间
终凝时间
§2-1 石膏
一、石膏的种类
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏（半水石膏）
高强石膏
天然二水石膏
天然二水石膏（CaSO4· 2O）矿石是生 2H 产石膏胶凝材料的主要原料，纯净的天然 二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然 石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄 色，红色，黑色等颜色。
项目 晶粒 标稠需水量 特点 % 粗大 完整 连生 细小 片状 0.40-0.45 凝结 硬化 慢 抗压强 比表面积 度 /m2.g-1 /MPa 24-40 19.3
α半水 石膏 β半水 石膏
0.70-0.80
材料导论--第二章--材料科学与工程的四个基本要素
■ 材料学的三个重要特性
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
5
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
17
§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
5
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
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§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
第二章 结构材料
e.g. Fe, Ti
e.g. Al, Cu
fatigue limit
103
105
107
109103105107109cycles to failure (log scale)
cycles to failure (log scale)
台湾华航CI611班机(波音747-200型)资料图片
共打捞起1432件CI611的残骸，其中属于后段机身的第640件残骸因有多处金属疲劳纹， 而出现金属疲劳纹的地方又是23年前机尾擦地时做过修补的部分，飞机从后段机身先 断裂，造成机舱失压，最后空中解体。
钛合金应用在飞机结构制造已有很长的历史，但 由于它的价格昂贵，所以至今并未延伸于汽车制造上。 美国TIMET公司出产的LCB钛合金材料价格明显较通 用的飞机材料低，华格纳教授运用其研究汽车组件： 如避震系统的制造，可以减轻50%的重量。不仅如此， 研发出来的弹性钛合金相对于避震器惯用的钢材料， 能以较少的螺旋和尺寸产生一样的抗震强度，而且， 钛合金不易生锈，可以省去一般的表面防锈处理，优 点多多。
应用
1990～2000年北美（福特、通用、克莱斯勒） 平均每车镁合金使用量变化
东风汽车将脱下铝装换镁装
钛合金
钛具备重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀和良好的低温韧性等性能， 美国的超音速飞机90％的结构材料使用的是钛合金，而目前的赛车 几乎都使用了钛材
目前，汽车用钛部件主要包括： 一、阀。美国厂家利用钛合金制作进、排气阀较普遍，进气阀使用Ti －6Al－4V合金，排气阀使用Ti－6Al－2Sn－4Zn－2Mo合金。利用钛合金 制作汽车阀，不仅可以减轻重量，延长使用寿命，而且可靠性高，还可节 省燃油。 二、连杆。用钛合金制造连杆对减轻发动机重量最有效，能大大提高 性能。连杆所用材料主要是Ti－6Al－4V，其它如Ti－4Al－2Si－4Mn、Ti －7Al－4Mo等也在研制中。 三、曲轴及其它发动机部件。日本正在试制Ti－5Al－2Cr－Fe合金曲 轴，这种曲轴因需要进行防粘接处理，目前还未实用化。其它发动机部件 如摇臂、阀簧和连杆的下螺栓等也可利用Ti－6Al－4V合金制造。 四、其它部件。汽车上的螺栓、螺母等连接件和离合器圆盘、压力板 等变速器零部件，都可利用钛合金制造。采用旋转成型法制造的钛合金离 合器外壳，与钢制外壳相比，可以大大减轻飞轮的冲击破坏。
第二章 材料采集
第二章材料采集第一节材料的概念、分类及作用一、材料的概念材料，指作者为写作需要而收集的一系列事实现象和理论依据，诸如人物、事件、景物、情理、数据、例证、名言等等。
和材料相关的概念有素材、题材和资料。
在文学创作中，习惯采用“素材”和“题材”两个概念。
素材指作者通过各种途径所获得的原始材料，它一般是零乱的，不完整的。
题材有着广义和狭义的区分。
广义的题材是指作品反映的社会生活、社会现象的某一方面，如“工业题材”、“军事题材”、“改革题材”、“爱情题材”等；狭义的题材则指构成一篇或一部“叙事性”文学作品内容的一组完整的生活现象。
实用文章写作一般不使用“素材”和“题材”这两个概念。
在科学研究领域，撰写学术论文、实验报告和其它科技情报文章（如年鉴、文摘、综述等），经常使用“资料”这一概念。
资料，指作者在写作过程中用来参考和引用的各种书面材料。
相比较而言，“材料”的使用范围最广，它既包括经过作者选择提炼后写进具体文章中的内容材料，也包括作者在写作之前搜集积累的原始材料。
它是就整个文章而言的，适用于各类文体的写作。
二、材料的类别材料的分类存在多种可能性。
从不同的角度出发，使用不同的标准和要求，分出的类别就不一样。
为了写作的方便，我们可以从来源、可靠程度和组合方式三个方面对材料进行分类。
（一）直接材料和间接材料这是根据材料的来源进行划分的。
它的好处是便于通过不同途径收集材料。
直接材料，指作者运用各种感知手段或技术手段，直接从现实生活中获取的材料。
习惯上也称为第一手材料，或“活”材料。
直接材料源于收集者的见闻、采访和调查，因而其特点是真实可信程度较高。
我们知道，在现实生活中直接采集材料的过程，实际上就是证实客观事实的过程。
现实生活是材料的源泉。
自传体作品、回忆录、科学实验报告、各种新闻类文章及应用类文章等都以直接材料为主。
文学作品允许虚构，但同样以直接材料作为创作的基础。
古往今来的许多成功之作，之所以写得形象逼真，生动感人，都与作者掌握大量的活生生的直接材料分不开。
第二章 材料科学与工程的四个基本要素
第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE 四要素；– 使用性能，材料的性质，结构与成分，合成与加工两个重要内容;– 仪器与设备，分析与建模§2。
1 性质与使用性能 1。
基础概念2。
性质与性能的区别与关系 3。
材料的失效分析4. 材料（产品）使用性能的设计5. 材料性能数据库6. 其它问题2。
1。
1基础内容 材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热。
机械载荷的应。
材料性质描述• 力学性质;强度,硬度,刚度，塑性,韧性物理性质;电学性质，磁学性质，光学性质，热学性质 化学性质；催化性质，防化性质结构材料性质的表征——-—材料力学性质 强度:材料抵抗外应力的能力.塑性:外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能 力。
硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。
刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。
疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力.抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。
韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力.6强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴应力应 变2.1.1基础内容7材料的物理性质磁学性质光学性质电学性质· 导电性 · 绝缘性 · 介电性· 抗磁性 · 顺磁性 · 铁磁性· 光反射 · 光折射 · 光学损耗 · 光透性热学性质· 导热性 · 热膨胀 · 热容 · 熔化注：上面只列出了材料的主要物理性质2.1.1基础内容物理性质的交互性———-材料应用的关键点现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特 殊的物理交互性。
例如: 电学———-机械电致伸缩 机械————电学压电特性 磁学————机械磁致伸缩 电学————磁学巨磁阻效应 电学——-—光学电致发光 性能定义在某种环境或条件作用下,为描述材料的行为或结果，按照特定的 规范所获得的表征参量。
第二章 无机材料的断裂强度
(1 u2 ) c2
E
2
则，推出平面应力状态的临界应力为： c
2E C
平面应变状态的临界应力为： c
2E (1 u2 )c
Griffith推导的结果与（2.12）基本一致，只系数稍有差 别，与（2.6）理论强度公式类似。（2.6）中a为原子间 距，而上式中c为裂纹半长，可见使a、 c在同一数量级， 就可以使材料达到理论强度
键合方式
简化
th
sin
2x
σth –理论结合强 度（材料原子 间结合力的最 大值）
原子间结合力与距离的关系
将材料拉断时，产生两个新表面，因此使单位面
积的原子平面分开所作的功等于产生两个单位面
积的新表面所需的表面能，材料才能断裂。
分开单位原子平面所作
的功：v
2 0
th
sin
采用弯曲方法测量无机材料的断裂强度： 三点弯曲或四点弯曲梁实验
一般以0.5mm/min的位移速率对试样进行加载，测 出试样断裂时的临界载荷P。对于三点弯曲实验，试 样的强度3-pt由P40 式（2.24）计算；对于四点弯 曲实验，试样的强度4-pt由P40 式（2.25）计算。
导致测试误差的因素：
Griffith从能量平衡的观点出 发，认为裂纹扩展的条件是： 物体内储存的弹性应变能的 减小大于或等于开裂形成两 个新表面所需增加的表面能。 反之，裂纹不会扩展。即物 体内储存的弹性应变能的是 裂纹扩展的动力
平面应力状态下应变能的降
低为：
We
c 2
E
2
平面应变状态下应变能的降低为：We
通常， P，所以由 P控制着断裂行为。一般， P103，所以金属材料的允许裂纹尺寸比陶瓷材料 高3个数量级。
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第一节
预应力钢筋
精轧螺纹钢筋力学性质
精轧螺纹钢
第一节
预应力钢筋
桁架式挂篮
第一节
预应力钢筋 悬臂浇筑法：现浇
悬臂施工法 悬臂拼装法：预制
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 １．高强钢筋 高强钢筋又可以分为以下几种类型： ② 精轧螺纹钢筋 施工挂篮介绍： v 悬浇法的施工场地称为挂篮，箱梁梁段的模板安装、钢筋绑 扎、管道安装、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在 挂篮上进行。完成一个阶段的循环后，挂篮即可前移并固定， 进行下一阶段的悬灌，如此循环直至悬臂灌注完成。 v 常见的挂篮形式有：桁架式挂篮、菱形挂篮以及三角形挂篮
预应力钢筋
一、预应力筋的性能要求 4.低松弛性能 l 目前我国生产的预应力钢筋根据松弛性能的不同分为I级松弛 （普通松弛）和II级松弛（低松弛）两种类型。低松弛钢筋 的松弛值约为普通钢筋的1/3
第一节 二、预应力筋的分类
预应力钢筋
高强钢筋 金属类预应力筋 高强钢丝 钢绞线 碳纤维加劲塑料 非金属类预应力筋 玻璃纤维加劲塑料 芳纶纤维加劲塑料
第二节 预应力混凝土 二、预应力混凝土种类 v 混凝土的碱-集料反应：混凝土中含有活性SiO2的集料与水 泥中的碱(Na2O和K2O)在有水的条件下发生反应，形成碱-硅 酸凝胶，并吸水肿胀，导致混凝土胀裂的现象。
苏通大桥现场的环氧钢绞线
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 ４．非金属预应力筋 v 碳纤维加劲塑料（CFRP）：由碳纤维与环氧树脂复合而成。 v 玻璃纤维加劲塑料（GFRP）：由玻璃纤维与环氧树脂或聚酯 树脂复合而成。 v 芳纶纤维加劲塑料（AFRP）：由芳纶纤维与环氧树脂或乙烯 树脂复合而成
第二节 预应力混凝土
第二节 预应力混凝土 ２．低收缩、低徐变 v 《公路桥规》建议的混凝土收缩应变计算式为：
第二节 预应力混凝土 ２．低收缩、低徐变 v 在要求不十分精确的情况下， 收缩应变终极值按照下表选用
第二节 预应力混凝土 二、预应力混凝土种类 v 1.普通混凝土 v 2.高强混凝土:目前28天抗压强度超过50MPa的混凝土通常认 为是高强混凝土，80MPa以上的称为超高强混凝土 v 3.高性能混凝土（HPC）:高性能不等于高强度，一般认为高 性能混凝土主要是以耐久性作为设计的主要指标，同时满足 一定的强度等级要求，制作而成。 v 4.轻骨料混凝土 v 耐久性:混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化和碱-集 料反应
第二章 预应力材料和工艺
第一节 预应力钢筋 第二节 预应力混凝土 第三节 预应力工艺及设备
第一节
预应力钢筋
一、预应力筋的性能要求 １.高强度 v 早在19世纪中后期，就有人提出了在钢筋混凝土梁中建立预 应力的想法，并进行了试验。但当时采用的是抗拉强度低的 普通钢筋，由于混凝土的收缩、徐变等原因，施加的预应力 随着时间的延长而丧失殆尽，使这种建立预应力的努力一度 遭到失败。 v 1928年，法国工程师弗莱西奈在采用高强钢丝试验后获得成 功，并使预应力混凝土结构有了实用的可能。
二、预应力筋的分类 ３.钢绞线 v 钢绞线规格有２股、３股、７股、19股等，其中７股钢绞线 由于面积较大、柔软，可适用于先张法和后张法，施工操作 方便，已成为国内外应用最广的一种预应力筋。其抗拉强度 为1860MPa，其屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）约为 0.85。
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 ３.钢绞线 v 对于长期受不良环境影响或防腐要求很高的预应力混凝土结 构，为了提高钢绞线的防腐能力，通常采用喷涂环氧涂层的 钢绞线。日本研制的环氧厚涂层钢绞线，江苏法尔胜安装了 该生产线，苏通大桥索塔中使用
第二节 预应力混凝土
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 ２．低收缩、低徐变 εc=φεe 式中： εc —— 混凝土的徐变应变值； v εe —— 加载（σc作用）时的弹性应变 v φ—— 徐变应变与弹性应变的比例系数， 一般称为徐变系 数（亦称徐变特征值）。 v 徐变系数与徐变变形的大小有关。在影响徐变值的众多因素 中，时间是一个基本的因素。 v 徐变是随时间t延续而增加的，但又随加载龄期t0的增大而减 小，故一般将其表示为φ(t,t0)。即加载时混凝土龄期t0， 计算所考虑时刻的混凝土龄期为t的徐变系数。
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 １．高强钢筋 高强钢筋又可以分为以下几种类型： ② 精轧螺纹钢筋 v 这种钢筋在轧制时沿钢筋纵向全部轧有规律的螺纹肋条，可 用螺纹套筒连接和螺帽锚固，因此不需要再加工螺丝，也不 需要焊接。这种预应力筋可以连续多次施加预应力，重复使 用，广泛用于预应力结构竖向锚固中（如桥梁施工中的挂篮 结构）
第一节 一、预应力筋的性能要求 １.高强度
预应力钢筋
存在屈服平台
普通钢筋的应力应变图示
第一节
预应力钢筋
一、预应力筋的性能要求 １.高强度 v 预应力钢筋一般都属于没有明显屈服 点的钢筋,工程上习惯称之为硬钢。 v 在工程设计中，极限抗拉强度不作为 钢筋强度取值的依据，一般取残余应 变为0.2％所对应的应力σ0.2作为无 明显屈服点钢筋的强度限值，通常称 为条件屈服强度。 v 预应力筋的应力应变曲线为简化计算 一般取σ0.2＝0.85σb。
辽河大桥断裂：1969年经周恩来总理亲自批准的“07021 工程”，由国防经费投资建设的大型桥梁工程。坍塌原 因是预应力筋的腐蚀，因为该桥是拼装结构，直接导致 桥面板脱落。
大坝混凝土耐久性问题
第二节 预应力混凝土 二、预应力混凝土种类 v 混凝土的抗渗性：混凝土抵抗一定压力的水或者油等液体渗 透的能力 v 混凝土的抗冻性：混凝土在饱水状态下，能够抵抗多次冻融 循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 １．高强钢筋 高强钢筋又可以分为以下几种类型： ① 热处理钢筋 v 热处理钢筋是经淬火和回火调质热处理而形成的低合金钢筋。 先加热至900℃左右，并保持恒温，然后淬火，以提高钢筋的 抗拉强度，再经450℃左右的中温或低温回火处理，以改变其 塑性性能。按外形可分为光圆、螺旋和带肋几种类型。
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 ２．低收缩、低徐变 《公路规范》建议的徐变系数计算式为：
v
式中的βc(t,t0)为加载后徐变随时间发展的系数,可按下式 计算：
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 ２．低收缩、低徐变 v 收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推 移而减小的现象称为收缩。 v 收缩会引起静定混凝土构件的长度缩短，严重时会引起收缩 裂缝，对于预应力混凝土结构引起预应力损失，对于超静定 混凝土结构引起次内力。
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 ３.钢绞线 v 预应力混凝土用高强钢绞线由钢丝制造而成，方法是在绞线 机上以一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行螺旋 状绞合再经低温回火处理制成。 v 钢绞线的优点是截面集中，直径较大，材料比较柔软，且与 混凝土或灌浆材料粘结充分，施工方便。
第一节
预应力钢筋
第一节
预应力钢筋
一、预应力筋的性能要求 2. 较好的塑性 v 高强度钢材，其塑性性能一般较低，为了保证结构物在破坏 之前有较大的变形能力，必须保证预应力钢筋有足够的塑性 性能。预应力筋必须满足一定的拉断延伸率和弯折次数的要 求。 3.较好的粘结性能 v 高强钢丝通过刻痕或把钢丝扭绞形成钢绞线，以增加钢丝与 混凝土之间的粘结力
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 ２．高强度钢丝 高强钢筋又可以分为以下几种类型： v 预应力混凝土结构常用的高强度钢丝按外形分为光面钢丝、 螺旋肋钢丝和刻痕钢丝三种类型。 v 螺旋肋钢丝和刻痕钢丝，与混凝土之间的粘结性能好，适用 于先张法预应力混凝土结构，目前我国生产的螺旋肋钢丝和 刻痕钢丝的规格为d=3～12mm。
内昆铁路花土坡大桥
内昆铁路花土坡大桥
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 １．高强钢筋 高强钢筋又可以分为以下几种类型： ③冷拉钢筋 v 是指经过冷拉提高了屈服强度的热轧低合金钢筋。目前国内 可供选用的冷拉钢筋有：冷拉Ⅱ级、冷拉Ⅲ级、冷拉Ⅳ级和 冷拉５号钢钢筋。因强度较低，可焊接性能差，仅用于部分 先张法的中、小型构件。其抗拉强度不小于835MPａ，屈服 强度不小于700MPａ。
第一节
预应力钢筋
二、预应力筋的分类 ４．非金属预应力筋 非钢材预应力筋的特点： v 优点：具有质量轻，抗拉强度较高，耐腐蚀性能好，耐疲劳 和非磁性的优点。 v 缺点：受力不均匀、抗剪强度低、成本高和难以用常用的锚 具锚固等
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 1.高强度 原因： 1）为了与高强度预应力钢筋相匹配，可以充分发挥材料的强度 2）高强度混凝土具有更高的局部承压强度及与钢筋的粘结力， 故能够推迟混凝土裂缝出现，有利于预应力钢筋的锚固。 v 在我国《公路规范》中，预应力混凝土的强度等级规定不小 于C40，其对应28天、95%保证率的立方体（150ｍｍ边长）试 件抗压强度不小于40MPa，而在我国《房建规范》中，预应力 混凝土的强度等级规定为不小于C30。在一些发达国家，工厂 预制混凝土的强度一般为60～80MPa，个别企业已接近100MPa。
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 ２．低收缩、低徐变 《公路规范》建议的徐变系数计算式为：
v
式中的φ(t,t0)称为加载龄期为t0，计算考虑龄期为t时的混 凝土徐变系数；φ0为混凝土名义徐变系数,可按下式计算：
第二节 预应力混凝土 一、混凝土的性能要求 ２．低收缩、低徐变 v 因采用公式计算较为复杂，在实际桥梁设计中需考虑徐变影 响或计算阶段预应力损失时，强度等级C20—C50混凝土的名 义徐变系数可按查表的方法确定。
第二节 预应力混凝土 二、预应力混凝土种类 v 混凝土的抗侵蚀性：当混凝土所处的环境中有侵蚀性介质， 如Cl-、SO42-，这些介质对混凝土产生化学侵蚀作用