土木工程材料 第二章 建筑金屬材料.ppt

1、土木工程材料第二章建筑用鋼講座：鄭雄，第二章建筑用金屬材料，第一節(jié)鋼的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和分類1 .鋼的化學(xué)成分，鋼生產(chǎn)中不可避免的元素：硅、錳、磷、硫、氮合金元素特別添加：硅、錳、鈦、釩、鎳、鈮和稀土元素，鐵：主要元素碳：0第二章建筑用金屬材料，第二節(jié)。分類1。根據(jù)化學(xué)成分，低碳鋼含0.6%碳，(1)碳鋼，(2)合成鋼特別添加合金元素，根據(jù)合金元素含量，低合金鋼含10%合金元素，第2章建筑金屬材料，2按雜質(zhì)含量(質(zhì)量)分類，磷含量為0.045%的普通優(yōu)質(zhì)鋼：硫含量為0.035%的優(yōu)質(zhì)鋼，磷含量為0.025%的優(yōu)質(zhì)鋼，等級(jí)后添加“高”或“甲”的優(yōu)質(zhì)鋼：硫含量為0.015% 磷含量為0.015%，其

2、次是“E”代碼“F”鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧，代碼“2”半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧度在“F”和“2”之間，代碼“B”特殊鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧，代碼“TZ”，4按用途分類，結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)，機(jī)械制造(低中碳鋼)工具鋼：各種工具磷：來自礦物燃料，產(chǎn)生Fe3P，非常脆。 碳：在煉鋼的氧化過程中，它存在于鋼瓶?jī)?nèi)，弊大于利，所以被歸類為有害元素。錳：煉鋼過程中鋼中的脫氧和硫殘留具有很強(qiáng)的脫氧和硫能力，大大改善了鋼的可加工性。硅：脫氧劑，比錳強(qiáng)。兩面：當(dāng)硅含量很低時(shí)，強(qiáng)度增加；當(dāng)硅含量高時(shí)，其他性能會(huì)降低。氧：類似于碳和磷。4.鋼的晶體結(jié)構(gòu)鋼是一種鐵碳合金晶體。晶體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)原子通過金屬鍵結(jié)合在一起，這是鋼的高強(qiáng)度和良好塑性的

3、基礎(chǔ)。排列在顆粒中的不同模式的原子可以形成不同的晶格。例如，體心立方晶格是由排列在正六面體中心和頂點(diǎn)的原子組成的空間晶格。面心立方晶格是由排列在正六面體頂點(diǎn)和六個(gè)面中心的原子組成的空間晶格。鐵和碳可以以不同的形式存在，這就是所謂的晶體結(jié)構(gòu)。鋼的基本晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)碳鋼被熔煉時(shí)，在冷卻鋼液的過程中，它的鐵和鐵有以下三種結(jié)合形式：微量的碳(碳)溶解在鐵(鐵)的固溶體中；化合物鐵和碳結(jié)合形成化合物Fe3；固溶體和化合物的混合物。在一定條件下，上述三種形態(tài)的鐵合金可以形成一定形態(tài)的聚合物，稱為鋼結(jié)構(gòu)，在顯微鏡下可以觀察到它們的微觀形貌圖像，因此也稱為微結(jié)構(gòu)。鐵素體鋼中的鐵素體是鐵中的固溶體。由于鐵的體心立方

4、晶格原子間間隙小，溶碳能力差，鐵素體含量很小(小于0.02)，這決定了它的塑性和韌性很好，但強(qiáng)度和硬度很低。()滲碳體滲碳體是鐵和碳的化合物Fe3C，含量高(高達(dá)6.67)，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，硬脆性能差，抗拉強(qiáng)度低。()珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含量低(0.8)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性好，強(qiáng)度和硬度高。第2章建筑金屬材料，第2節(jié)建筑材料的主要技術(shù)性能，機(jī)械性能：強(qiáng)度、彈性和塑性技術(shù)性能(可加工性):冷彎和焊接性，第2章建筑金屬材料，1。機(jī)械性能1。拉伸性能是建筑用鋼最重要的力學(xué)性能。拉伸過程分為四個(gè)階段：OA:彈性階段AB:屈服階段BC:強(qiáng)化階段CD:頸縮階段第2章：建筑金屬材料拉

5、伸性能指標(biāo)：主要是屈服點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等。(1)屈服強(qiáng)度(屈服點(diǎn)):試樣首次屈服前的最大應(yīng)力；較低屈服強(qiáng)度：不考慮初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最小強(qiáng)度，即屈服點(diǎn)Fs，屈服階段的最小應(yīng)力(對(duì)應(yīng)于第一針返回的力)，n；敖鋼截面面積，mm2。注：有些鋼沒有明顯的屈服點(diǎn)(合金鋼、高碳鋼和其他硬鋼)，所以殘余變形為原始軌距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)的應(yīng)力應(yīng)作為屈服點(diǎn)(稱為條件屈服點(diǎn))，并記錄為0.2或P0.2.第二章，建筑金屬材料，(2)抗拉強(qiáng)度：鋼能承受的最大強(qiáng)度。相反，數(shù)值越小，可靠性和安全性越低。因此，強(qiáng)度屈服比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25?？煽啃詤?shù)，值得注意的是：強(qiáng)產(chǎn)出率的概念，值越高，可靠性和

6、安全性越高，但利用率下降，浪費(fèi)增加。第二章建筑金屬材料，(3)伸長(zhǎng)率：塑性指數(shù)。含義：值越大，塑性越強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早失效；加工性能增強(qiáng)，安全性增強(qiáng)。有兩個(gè)值：5表示l0=5d0，d0表示鋼筋直徑；10l0=10d0 .lo試樣的原始規(guī)格長(zhǎng)度，mm；l1試樣斷裂后，測(cè)量延伸量規(guī)部分的長(zhǎng)度，mm.第二章建筑金屬材料，(4)面積收縮：塑性指數(shù)。拉伸斷裂后AO試樣頸縮處的橫截面積，mm2；A1代表鋼的原始橫截面積，mm2。延伸率和面積收縮率都表明鋼在斷裂前經(jīng)歷塑性變形的能力。2.建筑金屬材料。2.沖擊韌性是指鋼抵抗沖擊載荷的能力。測(cè)試方法：標(biāo)準(zhǔn)樣品的彎曲沖擊韌性測(cè)試。指數(shù)：試樣缺口處單位橫截面積消耗

7、的功計(jì)算為ak，J/cm2。ak值越大，鋼的沖擊韌性越好。3.抗疲勞性疲勞失效：在交變載荷的反復(fù)作用下，當(dāng)應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼突然發(fā)出脆性斷裂。重大危害，沖擊韌性試驗(yàn)示意圖，第二章，建筑金屬材料，第二章。工藝性能冷彎性能：鋼在常溫下承受彎曲變形的能力。焊接性：90%以上的鋼結(jié)構(gòu)是焊接結(jié)構(gòu)，焊接性非常重要。第二章建筑金屬材料(1)冷彎性能試驗(yàn)：試樣的彎曲角度(90，180)。冷彎試驗(yàn)的意義：它能反映試樣彎曲時(shí)的塑性變形，揭示鋼中是否存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷彎試驗(yàn)還可以嚴(yán)格檢查鋼材的焊接質(zhì)量，揭示焊件彎曲表面是否存在未熔合、裂紋和夾雜等缺陷。標(biāo)準(zhǔn)：如果彎管外表面無裂紋、裂紋或

8、分層，則認(rèn)為冷彎性能合格。第2章，建筑金屬材料，(2)焊接性能，焊接方法：搭接和對(duì)接焊接要求：焊接接頭(焊縫及其附近過熱區(qū)域)不會(huì)出現(xiàn)裂紋和硬脆傾向。焊接接頭與母材一致，即拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)度不低于原鋼。影響因素：碳和合金元素等雜質(zhì)元素越多，焊接性越差。第二章建筑金屬材料第三節(jié)鋼的強(qiáng)化和加工1。冷加工是指鋼在常溫下的加工。常用冷加工方法：冷拉、冷拉、冷軋、冷捻、劃線等。特點(diǎn)：鋼在冷加工后的塑性變形可以提高其屈服強(qiáng)度。這個(gè)過程叫做冷加工強(qiáng)化處理。在第二章，建筑金屬材料，時(shí)效處理，冷拉鋼筋在室溫下儲(chǔ)存1520天，或加熱到100200并保持一段時(shí)間，這就是所謂的時(shí)效處理。自然時(shí)效后，鋼筋的屈服點(diǎn)進(jìn)一步提高

9、，塑性在冷拉后不斷降低。隨著老化過程中應(yīng)力的降低，彈性模量可以基本恢復(fù)。按照一定的制度，鋼被加熱到一定的溫度，在這個(gè)溫度下保持一定的時(shí)間，然后以一定的速度和方式冷卻，使內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化鋼的熱處理通常有以下基本方法：(1)淬火。將鋼加熱到723以上(相變溫度)，保持一定時(shí)間，然后在水中或機(jī)油中快速冷卻。這個(gè)過程叫做鋼的淬火處理。淬火后，鋼的強(qiáng)度和硬度增加，脆性增加，塑性和韌性明顯下降。鋼的熱處理通常有以下基本方法：(1)淬火。將鋼加熱到723以上(相變溫度)，保持一定時(shí)間，然后在水中或機(jī)油中快速冷卻。這個(gè)過程叫做鋼的淬火處理。淬火后，鋼的強(qiáng)度和硬度增加，脆性增加，塑性和韌性明顯下降。()回

10、火。將淬火鋼再加熱到低于723的溫度范圍，保持一定時(shí)間，然后緩慢或快速冷卻至室溫。這個(gè)過程叫做回火處理?；鼗鹂梢韵撛诖慊疬^程中的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的硬度，恢復(fù)鋼的塑性和韌性?；鼗饻囟仍礁撸摰挠捕认陆翟蕉?，塑性和韌性等性能提高。如果鋼在淬火后立即進(jìn)行高溫回火，稱為淬火和回火，其目的是提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性。()退火。退火是指將鋼加熱到723以上，并保持一定時(shí)間，然后在退火爐中緩慢冷卻。退火可以消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，使組織均勻，降低硬度，提高鋼的塑性和韌性。()正?；撻L(zhǎng)時(shí)間加熱到723以上，然后在空氣中緩慢冷卻，可以獲得均勻細(xì)小的顯微組織。正火后，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性小于退火后

11、。第二章：建筑金屬材料；4:鋼的生銹和保護(hù)；1.鋼的生銹由鋼表面和周圍介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)引起的損傷被稱為鋼的腐蝕?；瘜W(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕鋼直接與周圍介質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，大部分是由于氧化在鋼表面形成疏松的氧化物。在干燥環(huán)境中，反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度高，腐蝕迅速發(fā)展。由于鋼的成分和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各組分電極的電位不同，形成微電池。鐵失去其電子并變成Fe2，F(xiàn)e2進(jìn)入介質(zhì)溶液并與溶液中的氫氧根離子結(jié)合形成鐵(氫氧根)。腐蝕的結(jié)果是，鋼表面形成松散的氧化物，這降低了鋼結(jié)構(gòu)的橫截面和鋼的性能，從而降低了承載能力。第二章，建筑金屬材料，2。鋼的保護(hù)：防止改變鋼本身的腐蝕性，隔離環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)或

12、改變鋼表面的電化學(xué)過程。(1)耐候鋼(耐大氣腐蝕鋼)；和(2)金屬涂層電鍍或噴涂以覆蓋鋼表面。(3)非金屬用金屬材料如噴涂、搪瓷、塑料等作為保護(hù)膜覆蓋鋼的表面。(4)混凝土用鋼筋的防銹，第2章建筑金屬材料，第5節(jié)土木工程用普通鋼1。鋼結(jié)構(gòu)用鋼2?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼，第2章建筑金屬材料，1。鋼結(jié)構(gòu)用鋼1。碳素結(jié)構(gòu)鋼(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級(jí)按順序標(biāo)明：屈服點(diǎn)字母(Q)、屈服點(diǎn)值(以兆帕為單位)、質(zhì)量等級(jí)(含甲、乙)、Z和TZ(表示品牌時(shí)可省略)。示例：Q235AF指屈服點(diǎn)為235兆帕的高沸點(diǎn)鋼。Q235B指屈服點(diǎn)為235兆帕的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。第二章建筑金屬材料(二)碳素結(jié)構(gòu)鋼的選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、含碳量和

13、強(qiáng)度增加，但塑性和韌性下降。Q235鋼主要用于建筑工程，可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管和鋼筋。它具有高強(qiáng)度、良好的塑性、韌性、可焊性和可加工性，熔煉方便，成本低廉，因此在一般鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。c級(jí)和d級(jí)可用于重要的焊接結(jié)構(gòu)。Q195和Q215鋼強(qiáng)度低，但塑性和韌性好，易于冷加工。它們可以用來制造鉚釘和鋼筋。Q225和Q275鋼強(qiáng)度較高，但塑性、韌性和焊接性較差，可用于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及螺栓的加固。承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和在低溫下工作的結(jié)構(gòu)不能選用a、B級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和沸騰鋼。第2章，建筑金屬材料，2。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(1)低合金高強(qiáng)度鋼有五個(gè)等級(jí)，由三部分組成：碳含量、合金元素的種類

14、和含量。前兩位數(shù)字代表平均碳含量的一萬分之一；后續(xù)元素重合表示合金元素按主次順序添加；如果合金元素后面沒有數(shù)字，則意味著它們的平均含量低于1.5%；如果附加數(shù)字“2”，則意味著其平均含量在1.5%和2.5%之間。最后，如果附加了“B”，則表示半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。例如，16Mn是指平均碳含量為0.16%，平均碳含量小于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。第二章建筑金屬材料，(2)選用低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐低溫、抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等良好的綜合性能；它具有良好的焊接性和冷加工性，易于加工和施工。因此，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可作為高層和大跨度建筑(如大跨度橋梁、大型廳堂

15、和電視塔等)的主要結(jié)構(gòu)材料。)。與普通碳鋼相比，可節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)?shù)秃辖痄撝秀t的含量達(dá)到11.5%時(shí)，鉻在合金金屬表面形成一層惰性氧化鉻膜，成為不銹鋼。不銹鋼具有導(dǎo)熱系數(shù)低、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是溫度變化時(shí)膨脹性較大。不銹鋼既可用作承重構(gòu)件，也可用作建筑裝飾材料。第2章建筑金屬材料，2?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼1。熱軋鋼筋(1)熱軋鋼筋分為四個(gè)等級(jí)：R235、HRB335、HRB400和HRB500。品牌含義：R代表熱軋光面鋼筋，HRB代表熱軋帶肋鋼筋，其中熱軋光面鋼筋由表面光滑的碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成；熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼制成，外表面帶肋。品牌中的數(shù)字表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。第二章，建筑金屬

16、材料，(2)熱軋鋼筋因其強(qiáng)度低、塑性和焊接性好、易于冷加工而被廣泛用作普通鋼筋混凝土。HRB325和HRB400帶肋鋼筋具有高強(qiáng)度、良好的塑性和焊接性，被廣泛用作大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋。HRB500帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性和焊接性差，適用于預(yù)應(yīng)力鋼筋。為了提高強(qiáng)度和節(jié)約鋼筋，在工程中經(jīng)常根據(jù)施工規(guī)范對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉和熱軋鋼筋分為冷拉級(jí)、冷拉級(jí)、冷拉級(jí)和冷拉級(jí)，第2章，建筑金屬材料。(3)選用冷拉和熱軋鋼筋。冷拉工字鋼適用于非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。冷拉級(jí)、級(jí)、級(jí)鋼筋強(qiáng)度高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。冷拉鋼筋由于塑性和韌性差，容易發(fā)生脆性斷裂。因此，冷拉鋼筋不適用于負(fù)溫、沖擊或重復(fù)荷載下