土木工程材料建筑金属材料基本分类和性质及应用
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焊接性能： 钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性能非常重要。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（1）冷弯性能 冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）
装好的试件
A0 A1 10% 0
A0
A1——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A0——表示钢材的原始截面积，mm2。 伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.冲击韧性 ——指钢材抵抗冲击荷载的能力。
试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。
冲击韧性试验原理图 韧性与试验温度有关
拉伸性能指标： 屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。
（1）屈服强度（屈服点）
上屈服点(B上)：试样首次屈服前的最大应力； 下屈服点(B下)：不计初始瞬时效应的最小应力，即屈服点。
s
FS A0
Fs —屈服阶段最小的力(首次回针所对应的力),N；
Ao —钢材的原始截面积，mm2。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
0.2
A
硬钢强度高，塑性差，拉 伸过程无明显屈服阶段， 无法直接测定屈服强度。 用条件屈服强度σ0.2来代 替屈服强度。
0 ba
0.2%
oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。
ε 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢
产生0.2%塑性变形时的应 力。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
B
C
A B下
放大后
C B B下
0
ε
钢材拉伸屈服阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
σb
B上
B
C
A B下
D
强化阶段
σb—— 抗拉强度或强度极限。
0
ε
钢材拉伸强化阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
D
DE——颈缩阶段
C上
B
C
E
A C下
0
ε
钢材拉伸颈缩阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
★
2.2 建筑钢材的主要技术性能
标准试件
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。
工作段 d0 A0
l0
头部
l
头部
非标准试件 不经过加工，直接在线材上切取的试件。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（1）拉伸试验过程
σ
D
上屈服点
B上
B
C
E
A B下 下屈服点
OB—弹性阶段 BC—屈服阶段 CD—强化阶段 DE—颈缩阶段
L1L0 10% 0
L0
Lo——试件原始标距长度，mm ； L1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。
意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；
加工性增强，安全性增强。
值有两种：5——表示L0=5d0
10——L0=10d0
d0——钢材直径
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（4）断面收缩率：塑性指标。
牌号后加“高”或“A”
特级优质钢：≤0.015%，≤0.015%，
低
牌号后加“E”
2.1 钢材的分类
2.1.3 按冶炼时脱氧程度分类
沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”
密致度 低
半镇静钢：介于F与Z之间，代号“b”
镇静钢：脱氧充分，代号“Z”
特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”
高
2.1.4 按用途分类
结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）
0
F
ε 以下屈服点的应力
钢材拉伸过程的σ-ε图 作为钢材的屈服强度
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
σB
σp
B A
弹性阶段 σp—比例极限，MPa。 σB—弹性极限，MPa。
0
ε
注：由于A、B两点 相距较近，一般认
钢材拉伸弹性阶段示意图为σp=σB 。
wk.baidu.com
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
屈服阶段
B上
B上
2.1 钢材的分类
钢材的主要化学成分：
铁：主要元素
碳：0.02%～2.06% 不可避免的元素：Si、Mn、P、S、N…
其他元素： 专门加入的合金元素： Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素
2.1 钢材的分类
2.1.1 按化学成分分类
（1）碳素钢 （碳钢） 低碳钢：< 0.25%
按含碳量分： 中碳钢：0.25% ～ 0.6% 高碳钢：> 0.6%
土木工程材料 建筑金属材料基本分类和性质及应用
金属材料的基本分类
金属材料
黑色金属：铁、钢材等 有色金属：铝、铜及其合金等
主要内容
2.1 钢材的分类 2.2 建筑钢材的主要技术性能 ★ 2.3 钢材的化学成分与晶体组织 2.4 钢材的强化与加工 ★ 2.5 钢材的锈蚀与防护 ★ 2.6 土木工程常用金属材料的性质及应用 ★
（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大拉应力。
b
Fb A0
Fb——最大拉力（N）
试验时，一般以钢材出现颈缩为准。
值得注意：强屈比的概念 可靠性参数
值越大,可靠性越高,安全性越高, 但利用率降低，浪费增大。
强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（3）伸长率：塑性指标。
HB P
2P
F D(D D2d2)
D——球体直径，mm P——规定荷载，N d——压痕直径，mm F——被试金属表面压痕面积，mm2
布氏硬度试验原理图
布氏硬度——压痕单位球体面积上所承受的荷载大小,MPa 。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.2 工艺性能 ★
冷弯性能： 常温下钢材承受弯曲变形的能力。
指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作αk J/cm2。 αk值愈大，钢材的冲击韧性愈好。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
3.耐疲劳性 疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于
屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。
一般由拉应力引起，危害极大。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
4.硬度 —试—验比方法其：更布坚氏硬硬的度其、他洛氏种硬材度料压入钢材表面的能力。
工具钢：各种工具（高碳钢）
特殊钢：具有特殊的物理、化学或机械性质
（不锈钢、耐热钢、耐酸钢）
2.2 建筑钢材的主要技术性能
本章重点 包括： 1、力学性质：
强度、弹性、塑性、韧性、硬度、耐疲劳性 2、工艺性质（可加工性）：
冷弯性能、可焊性
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.1 力学性能
1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。
（2）合金钢 ——专门加入一定量的合金元素
按合金元素总含量分：
低合金钢： < 5% 中合金钢：5%～10%
高合金钢：> 10%
2.1 钢材的分类
2.1.2 按杂质含量分类 钢材品质
含硫量 含磷量
普通钢： ≤0.050%，≤0.045%
高
优质钢： ≤0.035%，≤0.035%
高级优质钢：≤0.025%，≤0.025%，
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（1）冷弯性能 冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）
装好的试件
A0 A1 10% 0
A0
A1——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A0——表示钢材的原始截面积，mm2。 伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.冲击韧性 ——指钢材抵抗冲击荷载的能力。
试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。
冲击韧性试验原理图 韧性与试验温度有关
拉伸性能指标： 屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。
（1）屈服强度（屈服点）
上屈服点(B上)：试样首次屈服前的最大应力； 下屈服点(B下)：不计初始瞬时效应的最小应力，即屈服点。
s
FS A0
Fs —屈服阶段最小的力(首次回针所对应的力),N；
Ao —钢材的原始截面积，mm2。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
0.2
A
硬钢强度高，塑性差，拉 伸过程无明显屈服阶段， 无法直接测定屈服强度。 用条件屈服强度σ0.2来代 替屈服强度。
0 ba
0.2%
oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。
ε 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢
产生0.2%塑性变形时的应 力。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
B
C
A B下
放大后
C B B下
0
ε
钢材拉伸屈服阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
σb
B上
B
C
A B下
D
强化阶段
σb—— 抗拉强度或强度极限。
0
ε
钢材拉伸强化阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
D
DE——颈缩阶段
C上
B
C
E
A C下
0
ε
钢材拉伸颈缩阶段示意图
2.2 建筑钢材的主要技术性能
★
2.2 建筑钢材的主要技术性能
标准试件
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。
工作段 d0 A0
l0
头部
l
头部
非标准试件 不经过加工，直接在线材上切取的试件。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（1）拉伸试验过程
σ
D
上屈服点
B上
B
C
E
A B下 下屈服点
OB—弹性阶段 BC—屈服阶段 CD—强化阶段 DE—颈缩阶段
L1L0 10% 0
L0
Lo——试件原始标距长度，mm ； L1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。
意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；
加工性增强，安全性增强。
值有两种：5——表示L0=5d0
10——L0=10d0
d0——钢材直径
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（4）断面收缩率：塑性指标。
牌号后加“高”或“A”
特级优质钢：≤0.015%，≤0.015%，
低
牌号后加“E”
2.1 钢材的分类
2.1.3 按冶炼时脱氧程度分类
沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”
密致度 低
半镇静钢：介于F与Z之间，代号“b”
镇静钢：脱氧充分，代号“Z”
特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”
高
2.1.4 按用途分类
结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）
0
F
ε 以下屈服点的应力
钢材拉伸过程的σ-ε图 作为钢材的屈服强度
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
σB
σp
B A
弹性阶段 σp—比例极限，MPa。 σB—弹性极限，MPa。
0
ε
注：由于A、B两点 相距较近，一般认
钢材拉伸弹性阶段示意图为σp=σB 。
wk.baidu.com
2.2 建筑钢材的主要技术性能
σ
屈服阶段
B上
B上
2.1 钢材的分类
钢材的主要化学成分：
铁：主要元素
碳：0.02%～2.06% 不可避免的元素：Si、Mn、P、S、N…
其他元素： 专门加入的合金元素： Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素
2.1 钢材的分类
2.1.1 按化学成分分类
（1）碳素钢 （碳钢） 低碳钢：< 0.25%
按含碳量分： 中碳钢：0.25% ～ 0.6% 高碳钢：> 0.6%
土木工程材料 建筑金属材料基本分类和性质及应用
金属材料的基本分类
金属材料
黑色金属：铁、钢材等 有色金属：铝、铜及其合金等
主要内容
2.1 钢材的分类 2.2 建筑钢材的主要技术性能 ★ 2.3 钢材的化学成分与晶体组织 2.4 钢材的强化与加工 ★ 2.5 钢材的锈蚀与防护 ★ 2.6 土木工程常用金属材料的性质及应用 ★
（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大拉应力。
b
Fb A0
Fb——最大拉力（N）
试验时，一般以钢材出现颈缩为准。
值得注意：强屈比的概念 可靠性参数
值越大,可靠性越高,安全性越高, 但利用率降低，浪费增大。
强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
（3）伸长率：塑性指标。
HB P
2P
F D(D D2d2)
D——球体直径，mm P——规定荷载，N d——压痕直径，mm F——被试金属表面压痕面积，mm2
布氏硬度试验原理图
布氏硬度——压痕单位球体面积上所承受的荷载大小,MPa 。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.2 工艺性能 ★
冷弯性能： 常温下钢材承受弯曲变形的能力。
指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作αk J/cm2。 αk值愈大，钢材的冲击韧性愈好。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
3.耐疲劳性 疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于
屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。
一般由拉应力引起，危害极大。
2.2 建筑钢材的主要技术性能
4.硬度 —试—验比方法其：更布坚氏硬硬的度其、他洛氏种硬材度料压入钢材表面的能力。
工具钢：各种工具（高碳钢）
特殊钢：具有特殊的物理、化学或机械性质
（不锈钢、耐热钢、耐酸钢）
2.2 建筑钢材的主要技术性能
本章重点 包括： 1、力学性质：
强度、弹性、塑性、韧性、硬度、耐疲劳性 2、工艺性质（可加工性）：
冷弯性能、可焊性
2.2 建筑钢材的主要技术性能
2.2.1 力学性能
1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。
（2）合金钢 ——专门加入一定量的合金元素
按合金元素总含量分：
低合金钢： < 5% 中合金钢：5%～10%
高合金钢：> 10%
2.1 钢材的分类
2.1.2 按杂质含量分类 钢材品质
含硫量 含磷量
普通钢： ≤0.050%，≤0.045%
高
优质钢： ≤0.035%，≤0.035%
高级优质钢：≤0.025%，≤0.025%，