文档介绍：第三章结构材料的力学性能及选用
学习要点:
结构材料的力学性能,主要是指材料的强度和变形的本构关系;
明确其关系,是掌握结构构件的受力性能的基础。
第一节建筑钢材
含碳量低于2%的铁碳合金,为建筑钢材;在建筑结构中,大量的使用普通碳素钢和普通低合金钢材。
一、钢材的力学性能
1,应力——应变曲线;
有明显屈服点的低碳钢
无明显屈服点的钢材
2,强度——3个强度
3,塑性——伸长率
4,弹性模量
5,钢材的五项机械性能指标:屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、180度冷弯和冲击韧性。
钢结构在使用过程中要承受各种形式的作用,所以要求钢材必须具有能够抵抗各种作用的能力,这种能力统称为钢材的力学性能或称作钢材的机械性能。钢材的机械性能主要指屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能及冲击韧性等。
1).屈服强度(屈服点):是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。钢材的应力到达屈服强度后,应变急剧增长,使结构的变形也迅速增加以至不能正常使用。所以钢材的强度设计值一般都取用屈服强度。
2).抗拉强度:是钢材应力应变图中的最大应力值,是破坏前能够承受的最大应力,是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。屈强比是钢材强度储备的系数。屈强比越低,安全储备越大,屈强比越高,安全储备越小。
3).伸长率:是试件被拉断时的最大应变值,是衡量钢材塑性性能的指标。塑性是指在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。
屈服强度、抗拉强度和伸长率可通过钢材的拉伸试验测定。也是钢材的最基本的指标。
4).冷弯性能:是钢材经过冷弯180°后外侧表面抵抗裂纹产生的能力。以不出现裂纹为合格,也是表示钢材塑性性能的指标。同时通过冷弯,可以检验钢材颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷,在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标。冷弯性能用冷弯试验来检验。
5).冲击韧性:是表示在动力荷载作用下,抵抗脆性破坏的能力。是衡量钢材抵抗动力荷载能力的指标。用冲击韧性值AKV或CV表示。(试件刻槽处单位面积所消耗的功)
二、化学元素对钢材质量的影响
钢材的质量及性能是根据需要而确定的,不同的需要,要有不同的元素含量.     ( 1 )碳;含量碳越高,刚的硬度就越高,但是它的可塑性和韧性就越差.     ( 2 )硫;是钢中的有害杂物,含硫较高的钢在高温进行压力加工时,容易脆裂,通常叫作热脆性。氧和氮是有害元素。氧能使钢热脆,其作用比硫剧烈。氮能使钢冷脆。    ( 3 )磷;能使钢的可塑性及韧性明显下降,特别的在低温下更为严重,,,在低碳钢中含有较高的硫和磷,能使其切削易断,对改善钢的可切削性是有利的.
( 4 )锰;能提高钢的强度,能消弱和消除硫的不良影响,并能提高钢的淬透性,含锰量很高的高合金钢(高锰钢)具有良好的耐磨性和其它的物理性能.     ( 5 )硅;它可以提高钢的硬度,但是可塑性和韧性下降,电工用的钢中含有一定量的硅,能改善软磁性能.    ( 6 )钨;能提高钢的红硬性和热强性,并能提高钢的耐磨性.     ( 7 )铬;能提高钢的淬透性和耐磨性,能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用.     ( 8 )钒;能细化钢的晶粒组织,提高钢的强度,,可增加钢的淬透性;反之,当它在碳化物形态存在时,就会降低它的淬透性.
( 9 )钼;可明显的提高钢的淬透性和热强性,防止回火脆性,提高剩磁和娇顽力.    ( 10 )钛;能细化钢的晶粒组织,,钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象.     ( 11 )镍;能提高钢的强度和韧性,,可显著改变钢和合金的一些物理性能,提高钢的抗腐蚀能力.     ( 12 )硼;当钢中含有微量的( - %)硼时,钢的淬透性可以成倍的提高.     ( 13 )铝;能细化钢的晶粒组织,,还能提高钢的抗氧化性,提高钢的耐磨性和疲劳强度等.     ( 14 )铜;它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能,特别是和磷配合使用时更为明显.
三、冶炼、浇注及轧制
普通碳素钢是由平炉或氧气顶吹转炉冶炼成的。浇注过程中因脱氧程度不同,分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。镇静钢在浇注时加入强脱氧剂,故氧气杂质少且晶粒较细,偏析等缺陷不严重,所以钢材性能比沸腾钢好。
在浇注时形成的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔及裂纹等。偏析是金属结晶后化学成分分布不均匀;非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质;气泡是浇注时由氧化铁与碳作用生成的CO气体不能充分逸出而形成的。这些缺陷都将影响钢材的力学性能。