建筑材装饰料讲稿第9章金属装饰材料(10)

9.金属装饰材料中国民生银行大厦武汉，地下3层，地上68层，建筑总高度331.3米，六层以下为钢骨混凝土结构、钢筋混凝土结构，六层以上转换成钢框架支撑结构体系钢及其特性钢理论上，含碳量小于2.06%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2.06%，称为生铁；含碳量小于0.04%，称为工业纯铁。铁：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素钢的特点材质均匀、性能可靠、强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工(可铸造、锻压、焊接、铆接、切割等）；装配施工方便；但是，钢材易锈蚀、耐火性差、维修费用大。9.1建筑装饰用钢材及其制品9.1.1钢铁的基本知识铁：ρ：7.86g/cm3熔点：1535℃沸点：2750℃延展性导热导电1.钢的冶炼和脱氧钢是由生铁冶炼而成的。生铁：由铁矿石（磁铁矿、赤铁矿）、焦碳、少量的石灰石等在高温作用下进行还原反应和其他化学反应，而得到的铁碳合金。铁矿石中的氧化铁形成金属铁再吸收碳而成生铁。FeCSPSiMn硬而脆塑性差抗拉强度低冶炼；将熔融的生铁进行氧化，将碳的含量降低到一定程度，同时去掉有害杂质SP在冶炼过程中由于氧化作用，使部分铁被氧化，钢的质量↓，在冶炼后期精练时，向炉内加入脱氧剂进行脱氧，使氧化铁还原为铁。2.钢铁的分类（1）.按化学成分分类）量＞高合金钢（合金元素总）～量中合金钢（合金元素总）量＜低合金钢（合金元素总合金钢％）高碳钢（含碳量＞）～中碳钢（含碳量％）低碳钢（含碳量＜碳素钢按化学成分分10%10%5%5%0.600.60%0.25%0.251.（2）.按冶炼时脱氧程度分类沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“Ｆ”。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。在铸锭冷却过程中，钢内某些元素在铁的液相中溶解度大于固相中，这些元素便向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成份分布不均匀，这种现象为化学偏析。镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“ｂ”。特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。（3）.按有害杂质含量分类接钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：普通钢：磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.055%。优质钢：磷含量不大于0.03%；硫含量不大于0.035%。高级优质钢：磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.025%。特级优质钢：磷含量不大于0.015%；硫含量不大于0.025%。9.1.2建筑钢材的技术性能力学性能工艺性能化学性能抗拉性能冲击韧性疲劳强度硬度冷弯性能可焊性•标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0A0d0l•非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段一、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能σε0钢材拉伸过程的σ-ε图OA—弹性阶段AB—屈服阶段BC—强化阶段CD—颈缩阶段A0BB0ECEDB上上屈服点B下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程σε0钢材拉伸弹性阶段示意图A0弹性阶段σp—弹性极限，MPa。弹性阶段：应力与应变成正比、产生弹性变形；弹性模量E=σ/ε,弹性模量反映钢材抵抗变形的能力,即刚度，E↑，不易变形。是计算结构受力变形的重要指标.σpσε0B下B上BAB下B上B屈服阶段放大后屈服阶段：应力与应变不再成正比、产生塑性变形；屈服强度σs(屈服点)过屈服点,结构会产生较大变形,不能满足要求,屈服强度是设计时钢材强度的取值依据.σε0钢材拉伸强化阶段示意图A0B下B上BDDDC强化阶段σb钢材恢复了抵抗变形的能力。σb——抗拉强度或强度极限。强化阶段：对外力的抵抗能力提高；屈强比σs/σb反应了钢材的安全可靠程度和利用率。屈强比越小，安全可靠性越高结构越安全。屈强比过小，利用率太低，造成浪费。通常0.6-0.75σε0DA0B下B上BCCD——颈缩阶段颈缩阶段：局部收缩并在最细处断裂；伸长率δ＝（L1-L0）/L0衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好,可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。三个重要的指标1.屈服强度σs结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度σb钢材所能承受的最大应力屈强比屈强比值越小可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大3.伸长率δ衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好,可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。bsbsAF0LLαOApACDBB上B下sbsbbs%100001LLL2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能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。条件屈服点σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。二.冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。Ak=p(H-h)/A试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。影响冲击韧性的因素钢的化学成分;例：S、P↑存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，冲击韧性↓冶炼及轧制质量质量↑冲击韧性↑温度温度↓，冲击韧性↓冲击韧性试验原理图冲击韧性随温度降低而下降,开始缓慢,当达到一定温度范围时,突然下降很快而呈脆性,这种性质称为钢材的冷脆性.时效:随着时间的增加,钢材的机械性能、强度↑塑性、韧性↓的现象称为时效。因时效而使性能改变的程度为时效敏感性。N、O多，时效敏感性大三、疲劳强度危害极大事故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。用疲劳极限表示：试件在交变应力下，作用107周次，不发生疲劳破坏的最大应力值。四、钢材的硬度硬度――是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。方法：布氏法。HB是弹性、塑性、强度综合反映。布氏硬度值大、材料强度大,塑性变形抵抗力越强.测定方法定义五.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格.通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。六.可焊性可焊性是指在钢材在通常的焊接方法和工艺条件下获得良好焊接接头的性能。焊接方式：搭接、对接焊接要求：①焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。②焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。1.碳是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于0.8%时，由于钢材变脆，强度反而下降。2.硅、锰加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。强度、硬度、耐磨性提高。9.1.3钢的化学成分对钢材性能的影响含碳量对热轧碳素钢性质的影响σb—抗拉强度；αk—冲击韧性；HB—硬度；δ—伸长率；φ—面积缩减率3.硫、磷硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。4.氧、氮降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。5.铝、钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。9.1.4钢材的冷加工1.冷加工强化—冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化处理。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。2.时效处理——将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20d，或加热到100～200℃并保持一段时间,这个过程称为时效处理。自然时效作用:钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。∵时效过程中应力的消减，∴弹性模量可基本恢复。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。人工时效3.钢材的热处理按照一定的制度，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，再以一定的速度和方式进行冷却，以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变，或者消除钢中的内应力，从而获得人们所需求的机械力学性能，这一过程就称为钢材的热处理。钢材的热处理通常有以下几种基本方法：(１)淬火。将钢材加热至723℃（相变温度）以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。(２)回火。将淬火后的钢材重新加热到723℃以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。（３）退火。退火是指将钢材加热至723℃以上某一温度，保持相当时间后，在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。（４）正火。是将钢材加热到723℃以上某一温度，并保持相当长时间，然后在空气中缓慢冷却，则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小（5）调质处理：多次淬火和回火。9.2建筑装饰钢材1.不锈钢1.1定义:是以铬元素为主要元素的合金钢,通常是指含铬12%以上的具有耐腐蚀性能的铁基合金。含铬量越高，耐腐蚀性能越好。2Cr13Mn9Ni4NiMnTiSi强度、塑性、韧性、耐腐蚀性表面光泽性好1.2不锈钢制品1）.不锈钢薄板2）.彩色涂层钢板3）.彩色压型钢板4）.轻钢龙骨：罩面板装饰中的骨架材料。5）.不锈钢管材6）.不锈钢角材与槽材2.建筑装饰用铝及铝合金制品2.1铝的特性银白色金属,密度小,熔点低,导电性及导热性好,强度低,塑性高,易加工.耐酸腐蚀性好.铝在低温环境中强度和韧性不下降。铝在空气中被氧化形成致密的氧化膜，但与电极电位搞的金属接触会发生电化学反应。2.2铝合金在铝中加MgMnCuSiZn等合金元素形成的铝基合金称为铝合金质量轻,机械强度高,耐腐蚀性和低温变脆性改善弹性模量小,热膨胀系数大,耐热性低,不易焊接（1）变形铝合金①防锈铝合金Al-Mn-Mg耐腐蚀性高；塑性、可焊性好；家具门窗等。②硬铝合金Al-Cu-Mg时效，承重轻型结构、飞机制造业③超硬铝合金Al-Zn-Cu-Mg强度高；抗腐蚀性差；高温软化快，受力大的重要构件④锻压铝合金Al-Mg-Si、Al-Mg-Si-Cu热塑性好；机械性能较好承重构件，铝合金门窗、幕墙。（2）铸造铝合金用于制作铸件的铝合金。流动性大；收缩小；抗热裂性好Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn