建筑金屬材料清華土木工程材料PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1建筑金屬材料清華土木工程材料建筑金屬材料清華土木工程材料n土木工程用鋼材的技術(shù)標準第1頁/共45頁建筑金屬材料“鳥巢”的鋼結(jié)構(gòu)造型u建筑金屬材料概述u鋼材的冶煉及分類u鋼材的主要技術(shù)性能u鋼材組織和成分對性能的影響u鋼材的冷加工與熱處理u鋼材的技術(shù)標準及選用u鋼材的銹蝕與防護u其他建筑金屬材料第2頁/共45頁第3頁/共45頁第4頁/共45頁n低合金鋼：合金元素總含量小于5；n中合金鋼：合金元素總含量在510之間；n高合金鋼：合金元素總含量大于10。第5頁/共45頁磷含量0.030n特級優(yōu)質(zhì)合金鋼：硫含量0.015，磷含量0.025u 根據(jù)鋼的用途，可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼： 結(jié)構(gòu)鋼

2、結(jié)構(gòu)鋼：用作工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機械零件，土木工程中常用 工具鋼工具鋼：用過各種量具、刀具及模具的鋼 特殊鋼特殊鋼：有特殊物理、化學(xué)及機械性能，如不銹鋼、耐熱鋼等第6頁/共45頁第7頁/共45頁n鋼材的性能是合理選用的鋼材的基本依據(jù)。第8頁/共45頁u 彈性階段彈性階段：OA段，彈性極限彈性極限(Re) 應(yīng)力-應(yīng)變呈正線性關(guān)系，其比值為彈性模量。 u 屈服階段：屈服階段：AB段，應(yīng)力超過Re后，開始產(chǎn)生塑性變形；下屈服點(B下)，屈服強度（屈服強度（ ReL ）。 u 強化階段：強化階段：BC段，鋼材抵抗外力的能力重新提高，抗拉極限抗拉極限(Rm )u 頸縮階段：頸縮階段：CD段，拉斷前薄弱處截面顯

3、著縮小，產(chǎn)生“頸縮” 低碳鋼受拉時應(yīng)力-應(yīng)變圖 中碳鋼與高碳，規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標距長度0.20.2時的應(yīng)力值作為屈服強度，稱條件屈服點條件屈服點，用 R Rp0.2p0.2表示第9頁/共45頁n0.75。低碳鋼屈強比meLRR中高碳鋼屈強比mRR2 . 0p第10頁/共45頁100%00ulllu100%00uSSSZ第11頁/共45頁 u 當沖擊擺從一定高度自由落下將試件沖斷時，試件吸收的能量等于沖擊擺所做的功，缺口底部處單位面積上所消耗的功，即為沖擊韌性指標。 AHm）（hgaku 鋼材沖擊韌性與鋼材化學(xué)成分化學(xué)成分、組織狀態(tài)組織狀態(tài)以及冶煉冶煉、加工加工都有關(guān)系。鋼材中磷、硫磷、硫含

4、量較高，存在偏析、非金屬夾雜物和焊接中形成的微裂紋等都會使沖擊韌性顯著降低。 第12頁/共45頁u 鋼材的硬度是指其表面抵抗硬物壓人產(chǎn)生局部變形表面抵抗硬物壓人產(chǎn)生局部變形的能力，常用的測試方法有布氏法布氏法、洛氏法洛氏法和維氏法維氏法等，土木工程用鋼材常用布氏硬度布氏硬度表示，其代號為HB。u 硬度值往往與其他性能有一定的相關(guān)性。如鋼材的HB值值與抗拉強度抗拉強度之間就有較好的相關(guān)關(guān)系。對于碳素鋼碳素鋼： 當HB175時，Rm3.6HB；當HB175時，Rm3.5HB硬度硬度第13頁/共45頁u 鋼材的冷彎后，檢查彎曲處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。若沒有這些現(xiàn)象則認為冷彎性能合格。鋼材冷彎時

5、的彎曲角度越大，d/a越小，則表示冷彎性能越好。 u 鋼材的冷彎性能不僅能反映其塑性，更有助于暴露鋼材的內(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力、微裂紋、表面未熔合及夾雜物等缺陷。Pad第14頁/共45頁第15頁/共45頁焊接點斷裂點斷裂點第16頁/共45頁體心立方體體心立方體鐵素體鐵素體奧氏體奧氏體滲碳體滲碳體珠光體珠光體鋼的組織形式固溶體(Fe中固溶微量C)化合物( Fe和C化合物Fe3C )機械混合物(固溶體和化合物)鋼的基本組織面心立方體面心立方體第17頁/共45頁鋼的基本組織與性能組織名稱含碳量結(jié)構(gòu)特征抗拉強度（MPa）布氏硬度延伸率性能鐵素體鐵素體 0.02%C溶于溶于Fe中的固體相中的固

6、體相180280508030%50%性能與純鐵相似，即強度、性能與純鐵相似，即強度、硬度低，塑性、韌性好。硬度低，塑性、韌性好。珠光體珠光體0.8鐵素體與滲鐵素體與滲碳體的機械碳體的機械混合物混合物75015020%25%性能介于鐵素體和滲碳體之性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。有一定的塑性。滲碳體滲碳體6.69化合物化合物Fe3C 強度極高強度極高800接近于零接近于零鐵中的主要強化相，強度、鐵中的主要強化相，強度、硬度很高，脆性大。硬度很高，脆性大。奧氏體奧氏體0.8C溶于溶于Fe中的固體相中的固體相400160220 40%50%其強度

7、和硬度比鐵素體高，其強度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性好。因此，鋼材塑性、韌性好。因此，鋼材多數(shù)加熱到奧氏體進行鍛造。多數(shù)加熱到奧氏體進行鍛造。土木工程用鋼的含碳量在0.8以下，基本晶體組織由鐵素體和珠光體所組成，無滲碳體；強度較高，塑性、韌性較好。第18頁/共45頁第19頁/共45頁0.0450.0450.0080.03第20頁/共45頁冷拔模及受力示意TSINGHUA UNIVERSITY PRESS第21頁/共45頁時效時效TSINGHUA UNIVERSITY PRESSp 冷加工強化機理冷加工強化機理：冷加工產(chǎn)生塑性變形后，晶?；疲Ц窕?，抵抗外力能力提高；變形后滑移面減少，塑性降

8、低，脆性增大，彈性模量降低。 p 時效強化機理時效強化機理：滑移面缺陷處碳、氮原子富集，晶格畸變加劇，滑移、變形更難。 第22頁/共45頁熱處理熱處理溫度()727等溫處理回火淬火正火退火時間p退火退火：退火爐中緩慢冷卻，細化晶粒，均勻組織，消除鋼材中的內(nèi)應(yīng)力；使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。p正火正火：空氣中慢速冷卻，細化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力；鋼材強度和硬度提高，塑性較退火小。p淬火淬火：水中或機油中迅速冷卻，鋼材經(jīng)淬火后，強度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。第23頁/共45頁熱處理熱處理溫度()727等溫處理回火淬火正火退火時間p 回火回火：將淬火后的鋼材重加熱到723以下某一溫度范

9、圍，保溫一定時間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫。p 回火可消除鋼材淬火時產(chǎn)生消除鋼材淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織穩(wěn)定組織，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性。p 回火溫度愈高，鋼材硬度下降愈多，塑性和韌性等性能均得以改善。若鋼材淬火后隨即進行高溫回火處理，則稱調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理。第24頁/共45頁n第25頁/共45頁第26頁/共45頁第27頁/共45頁第28頁/共45頁 熱軋光圓鋼筋牌號：HPB235、HPB300； 熱軋光圓鋼筋強度低強度低，塑性和焊接性能好塑性和焊接性能好，廣泛用作小型小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的主要受力鋼筋以及各種鋼筋棍凝土結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造筋構(gòu)造筋。 熱軋帶肋鋼筋牌號：

10、HRB(F)335、HRB(F)3400、HRB(F)3500；帶“F”表示細晶粒細晶粒熱軋鋼筋；u 力學(xué)及工藝性能見表7-8、7-9。 HRB(F)335、HRB(F)400鋼筋的強度較高強度較高，塑性和焊接性能塑性和焊接性能較好較好，廣泛用于大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋； HRB(F)500強度高，塑性和焊接性能較差，可作預(yù)應(yīng)力鋼筋。第29頁/共45頁第30頁/共45頁車梁等。第31頁/共45頁u 鋼筋的公稱直徑范圍為18mm50mm，通常采用25mm、32mm 鋼筋。u 按屈服強度劃分四個級別，表示方法：代號代號“PSB”加屈屈服強度最小值服強度最小值（ 785、830、930、108

11、0 ）。如：PSB930表示屈服強度最小值為930MPa的預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋。u 預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋具有高強度、高韌性高強度、高韌性等特點，廣泛應(yīng)用于大型橋梁、公路預(yù)應(yīng)力構(gòu)件制作及巖體錨固等。 第32頁/共45頁u 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲強度高、柔性好（標距為200mm的伸長率大于1.5，彎曲180達4次以上）、無接頭、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施工方便、不需冷拉、不需焊接等優(yōu)點。u 主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊車梁、橋梁、電桿和軌枕等的預(yù)應(yīng)力鋼筋等。 第33頁/共45頁u 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線亦具有強度高、柔韌性好、無接頭、質(zhì)量穩(wěn)定和施工方便等優(yōu)點，主要用于大跨度、大負荷的后張法預(yù)應(yīng)力屋架、橋梁和薄腹板等結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。 u 鋼絞線的最大負荷隨鋼絲的根數(shù)不同而不