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材料学各论8金属材料北京建筑工程学院建筑与城市规划学院房志勇2019年12月24日金属材料建筑钢材金属学的一般概念金属材料建筑钢材建筑钢材1、基本概念1）钢材的重要性在各种金属材料中，钢材是最重要的建筑材料之一，主要用于钢筋混凝土结构和钢结构建筑钢材1、基本概念2）建筑钢材所谓建筑钢材，是指用于钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢，以及用于围护结构和装修工程的各种深加工钢板、复合板材建筑钢材1、基本概念3）铁与钢的概念均为铁碳合金，仅仅是含碳量不同（一般以含碳量2.06作为铁与钢的分界）建筑钢材1、基本概念4）钢材的化学组成①主要组成：铁、碳、合金元素②其他组成：硅、锰、磷、硫、氧、氮等等建筑钢材1、基本概念4）钢材的金相组成①铁素体：碳溶于α-Fe晶格形成的固溶体②渗碳体：铁与碳的化合物，Fe3C③珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物建筑钢材2、钢材的分类1）按照杂质含量分类2）按照主要化学成分分类3）按照主要用途分类4）按照脱氧程度分类5）按照冶炼方式分类钢材按杂质含量分类钢材普通钢优质钢高级优质钢钢材按化学成分分类金属碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢钢材按主要用途分类钢材结构钢工具钢特殊钢钢材按脱氧程度分类钢材沸腾钢镇静钢半镇静钢钢材按冶炼方式分类钢材平炉钢转炉钢电炉钢空气转炉钢氧气转炉钢建筑钢材3、钢材的技术性质1）抗拉性能①是建筑钢材最重要的性能之一②屈服点、抗拉强度、伸长率，是钢材抗拉性能的主要技术指标钢材抗拉应力应变图钢材抗拉性能和应用分析弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段材料形变弹性变形塑性变形塑性变形快速变形直至断裂应力极限比例极限σp屈服极限σs强度极限σb应用形式屈强比：应用范围在受力状态下计算结构变形的指标确定钢材许用应力的标准反映钢材的利用率和可靠性反映钢材的塑性大小εσ=Ebsσσ001δLLL=建筑钢材3、钢材的技术性质2）冲击韧性①是建筑钢材抵抗冲击荷载的性能②冲击韧性通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定建筑钢材3、钢材的技术性质2）冲击韧性FhHPka)(—=建筑钢材3、钢材的技术性质3）硬度①定义：钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力建筑钢材3、钢材的技术性质3）硬度②表示方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，以布氏硬度（HB）为主建筑钢材3、钢材的技术性质3）硬度③应用：HB值与钢材的强度之间保持一定的正比例关系，可以根据HB值推测钢材的强度，但是不能用于成品检验HB值与钢材强度之间的关系HB值强度计算值＞175R=0.35×HB值＜175R=0.36×HB值建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质1）冷弯性能①定义：钢材在常温下承受弯曲变形的能力建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质1）冷弯性能②试验方法：建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质1）冷弯性能③影响因素：弯曲角度、弯心直径与钢材直径（或：厚度）的比值建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质2）冷加工强化现象①概念：钢材在常温下进行机械加工后，其性能发生变化的一种现象建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质2）冷加工强化现象②性能变化规律：强度增加、硬度提高、塑性降低、韧性降低冷加工时的应力应变图建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质3）时效作用①概念：钢材在常温下，未进行任何机械加工，其性能也会发生变化的一种现象建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质3）时效作用②性能变化规律：强度增加、塑性降低、韧性降低建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质3）时效作用③时效敏感性：随着时间的延长，钢材的冲击韧性降低和其他性能变化的程度建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质4）冷脆性①概念：钢材在环境温度低于一定数值时，钢材的冲击韧性大幅度下降，钢材出现脆性断裂的性质冲击韧性值变化示意图建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素1）冷却速度的影响①急冷：（要求同学自己分析）②缓冷：（要求同学自己分析）建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素2）杂质的影响①主要杂质：磷、硫建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素2）杂质的影响②低共融现象：低共融现象T1T201001000T3建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素2）杂质的影响③主要影响：a)磷：含量增加时：强度增加、耐磨性增加、耐腐蚀性增加、塑性降低、韧性降低；是增加钢材冷脆性的主要因素建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素2）杂质的影响③主要影响：b)硫：含量增加时：所有机械性能都降低、尤其是：耐磨性、耐腐蚀性、韧性；是增加钢材热脆性的主要因素建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素3）金相组成的影响铁素体珠光体渗碳体0含碳量，%2.00.8各组分相对含量，%建筑钢材6、建筑钢材的技术标准1）碳素钢①牌号组成方法：屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号建筑钢材6、建筑钢材的技术标准1）碳素钢②组成说明：见下页钢材牌号组成说明屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号Q195215235255275ABCD多少F—沸腾钢b—半镇静钢Z—镇静钢TZ—特殊钢空位—镇静钢或特殊镇静钢建筑钢材6、建筑钢材的技术标准2）合金钢①涉及范围：低合金高强度结构钢建筑钢材6、建筑钢材的技术标准2）合金钢②牌号组成方法：屈服点代号+屈服点值+质量等级符号建筑钢材6、建筑钢材的技术标准3）示例①牌号：a)Q235—A.Fb)Q215—B建筑钢材6、建筑钢材的技术标准3）示例②问题：a)哪一种是碳素钢？哪一种是合金钢？b)在这两种钢材中，哪一种钢材的P、S含量高？建筑钢材6、建筑钢材的技术标准3）示例③提示1：a)无法判断碳素钢还是合金钢b)合金钢屈服点标准值：295、345、390、420、460建筑钢材6、建筑钢材的技术标准3）示例③提示2：a)无法准确判断钢材的P、S绝对含量高低b)只能判断钢材的总体杂质相对含量高低建筑钢材7、建筑钢材的选用1）碳素钢①塑性较好②化学性能稳定③适宜于各种加工④在适当超载情况下会突然破坏建筑钢材7、建筑钢材的选用2）合金钢①具有良好的塑性、韧性、强度②焊接性能好③适用于：大跨度结构、承受动荷载结构、承受冲击荷载结构建筑钢材7、建筑钢材的选用3）一条选用钢材的重要规定对于承受动荷载和冲击荷载的结构，一般不得选用脆性临界转变温度范围高和时效敏感性强的钢材！！！important建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋①低碳钢热轧圆盘条a)主要用途中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋或者箍筋。也可用作冷加工原料建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋①低碳钢热轧圆盘条b)常用牌号Q215、Q235建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋②热轧带肋钢筋a)主要用途具有较高的强度，塑性，可焊性也比较好，与混凝土之间的握裹力较好，可用于钢筋混凝土结构的受力钢筋，以及预应力钢筋建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋②热轧带肋钢筋b)常用牌号HRB335、HRB400、HRB500注：HRB是Hotrolledribbedsteelbar的缩写建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋③冷轧带肋钢筋a)主要用途适用于中、小型预应力混凝土结构构件，以及普通钢筋混凝土结构构件建筑钢材8、常用建筑钢材1）钢筋③冷轧带肋钢筋b)常用牌号CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1270注：CRB是Coldrollingsteelwiresandbar的缩写建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢①热轧型钢a)主要用途可用于大跨度、承受动荷载的钢结构中建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢①热轧型钢b)主要形式角钢（等边或者不等边）、I字钢、槽钢、T形钢、H形钢、Z形钢等建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢①热轧型钢c)常用牌号Q235-A、Q345、Q390建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢②冷弯薄壁型钢a)主要用途一般用于轻钢结构b)壁厚：2~6mmc)常见形式：分：开口和空心两类建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢③钢板a)分类I.按照生产温度分为：热轧和冷轧两类钢板建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢③钢板a)分类II.按照成分分为：碳素钢板和合金钢钢板两类建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢③钢板a)分类III.按照厚度分为：厚板（厚度＞4mm）和薄板（厚度=0.35~4mm）两类建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢③钢板b)选用I.合金钢板一般用于重型结构、大跨度结构II.厚板可用于钢结构的承力构件建筑钢材8、常用建筑钢材2）型钢③钢板b)压型钢板I.薄钢板经辊压、冷弯形成的V形、U形等截面II.板面可通过镀锌、刷涂层等方法形成保护层金属材料金属学的一般概念金属的分类金属黑色金属有色金属金属的分类2金属钢材难熔金属贵金属稀有金属复合金属材料金属纤维材料及其制品金属爆炸复合技术(现场)金属爆炸复合技术(结构)讨论题①问题1：石膏的生产和硬化过程是一个可逆反应，为什么石膏硬化后会稳定的存在？②问题2：为什么石膏可以单独作为建筑材料、装饰材料使用？③问题3：为什么石膏的抗火性能好，但其使用环境温度不宜太高？④问题4：水玻璃的模数与其性质有什么关系？讨论题⑤问题5：对建筑石膏的初凝时间和终凝时间各有什么规定？⑥问题6：试简述石膏的主要技术性质⑦问题7：为什么水玻璃的凝结硬化必须加入促凝剂？试举一例⑧问题8：水玻璃的浓度与水玻璃的性质有什么关系？