文档介绍：金属材料
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例7-1 钢材如何按化学成分分类?土木工程中常用什么钢材?
解
钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢可以分为:
低碳钢(%)
中碳钢(合碳量 %~%)
高碳钢(%)
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合金钢可以分为:
低合金钢(%)
中合金钢(合金元素总含量 %~%)
高合金钢(%)
土木工程中常用的钢材主要是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。
[评注] 碳素钢在冶炼时不特意掺加合金,故又称非合金钢。
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例7-2 为什么说屈服点(σs)、抗拉强度(σb)和伸长率(δ)是建筑工程用钢的重要技术性能指标?
解
屈服点(σs)是结构设计时取值的依据,表示钢材在正常工作时承受应力不超过σs值;屈服点与抗拉强度的比值(σs/σb)称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度;
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伸长率(δ)表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中,为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断,要求其塑性良好,即具有一定的伸长率,可以使缺陷处应力超过σs时,随着发生塑性变形使应力重分布,而避免结构物的破坏。
[评注] 常温下将钢材加工成一定形状,也要求钢材要具有一定塑性(伸长率)。但伸长率不能过大,否则会使钢材在使用中发生超过允许的变形值。
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例7-3 什么是钢材的冷弯性能?它的表示方法及实际意义是什么?
解
冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能,常用弯曲的角度、弯心直径d与试件直径(或厚度a)的比值来表示。弯曲角度愈大,d/a愈小,说明试件受弯程度愈高。当按规定的弯曲角度和d/a值对试件进行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂或起层,即认为冷弯性能合格。
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冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。因此,可以利用冷弯的方法,使焊口处受到不均匀变形,来检验建筑钢材各种焊接接头的焊接质量。
[评注] 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的,而冷弯性能则是在更严格条件下钢材局部变形的能力。它可揭示钢材内部结构是否均匀,是否存在内应力和夹杂物等缺陷。
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例7-4 低温冷脆性、脆性转变温度、时效和时效敏感性的概念及其实际意义是什么?
解
钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降,当达到某一温度时,其冲击韧性值显著降低的现象称为钢材的低温冷脆性。出现低温冷脆性时的温度(范围),称为脆性转变温度(范围)。
随时间的推移,钢材的机械强度提高,而塑性和韧性降低的现象称为时效。因时效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材的时效敏感性。
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承受动荷载的结构,选用钢材时,必须按规范要求测定其冲击韧性值。处于低温条件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环境最低温度的钢材。若在严寒地区,露天焊接钢结构,受振动荷载作用时,要选用脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。
[评注] 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下,钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功,称为冲击功(值)来表示。
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例7-5简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。
解:碳素钢中基本组织的相对含量与其含C量关系密切,%时,钢的基本组织由铁素体和珠光体组成,其间随着含C量提高,铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多,钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、韧性逐渐降低。
%时,钢的基本组织仅为珠光体。%时,钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成,此后随含C量增加,