建筑材料金属材料.pptx

第八章第八章 金属材料金属材料本本章章主主要要内内容容建建筑筑钢钢材材铝铝材材及及铝铝合合金金 金属材料包括黑色金属和有色金属两大类，黑色金属是指以铁元素为主要成分的金属及其合金，常用的黑色金属材料有钢和生铁。有色金属是指黑色金属以外的金属，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。第一节第一节 建筑钢材建筑钢材 建筑钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。刚才具有良好的技术性质：材质均匀，性能可靠，强度高，能承受较大的弹塑性变形，加工性能好。一、钢材的分类一、钢材的分类 钢按照钢分类（GB/T1330491）推荐的方法，分类如下：1、按照化学成分分为非合金钢（碳素结构钢）、低合金钢和合金钢三类。2、按质量分为普通钢、优质钢和高级优质钢。3、建筑钢材按用途的分类如下：结构钢和工具钢。二、钢材的性质二、钢材的性质（一）抗拉性能（一）抗拉性能 低碳钢的含碳量低，强度较低，塑性较好，其应力应变图（图）如图所示。从图中可以看出，低碳钢拉伸过程经历：弹性阶段（OA）屈服阶段（AB）强化阶段（BC）颈缩阶段（CD）1、屈服点：、屈服点：钢材在荷载作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并产生明显的塑性变形。在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为上屈服点（SU）；最低点所对应的应力称为下屈服点（SL）。下屈服点的应力为钢材的屈服强度，用s表示，单位为MPa。屈服强度是确定结构容许应力的主要依据。2、抗拉强度：、抗拉强度：应变随应力的增加而继续增加。C点的应力称为强度极限或抗拉强度，用b表示，单位为MPa。屈强比s/b在工程中很有意义，此值越小，表明结构的可靠性越高，即防止结构破坏的潜力越大；但此值太小时，钢材强度的有效利用率低。合理的屈强比一般在0.600.75之间。3、伸长率：、伸长率：钢材的变形速度明显加快，而承载能力明显下降。此时在试件的某一部位，截面急剧缩小，出现颈缩现象，钢材将在此处断裂。（二）冲击韧性（二）冲击韧性（三）硬度（三）硬度（四）耐疲劳性（四）耐疲劳性（五）冷弯性能（五）冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下，以一定的弯心直径和弯曲角度对钢材进行弯曲，钢材能够承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯，一般以弯曲角度、弯心直径d与钢材厚度（或直径）a的比值d/a来表示弯曲的程度。弯曲角度越大，d/a越小，表示钢材的冷弯性能越好。（六）焊接性能（六）焊接性能 钢材的可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。三、钢材的化学成分对其性能的影响三、钢材的化学成分对其性能的影响（一）钢材的化学成分（一）钢材的化学成分 以生铁冶炼钢材，经过一定的工艺处理后，钢材中除主要含有铁和碳以外，还有少量硅、锰、磷、硫、氧、氮等难以初净的化学元素。（二）微量化学元素对钢材性能的影响（二）微量化学元素对钢材性能的影响四、钢材的冷加工及热处理四、钢材的冷加工及热处理（一）冷加工（一）冷加工 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。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。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。（二）时效（二）时效 钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。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。（三）热处理（三）热处理 热处理是将钢材按一定的规则加热、保温和冷却，以获得需要性能的一种工艺过程。热处理的方法有：退火、正火、淬火和回火。五、常用建筑钢材的技术标准与选用五、常用建筑钢材的技术标准与选用 建筑钢材按用途可划分为钢结构用钢和混凝土结构用钢两大类。（一）钢结构用钢材（一）钢结构用钢材1、碳素结构钢、碳素结构钢（1）碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号 由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。如：Q235AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。Q195、Q215，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。（2）技术要求）技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。2、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢（1）低合金高强度结构钢的牌号）低合金高强度结构钢的牌号 由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。Q295，主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390，主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。2）技术要求）技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定。（二）混凝土结构用钢材（二）混凝土结构用钢材1、热扎钢筋、热扎钢筋（1）牌号）牌号热轧直条光圆钢筋：HPB235热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500。（2）技术要求）技术要求表面形状强度等级代号公称直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%冷弯d弯心直径a钢筋公称直径不小于光圆HPB23582023537025180d=a月牙肋HRB335625285033549016180d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a（3）钢材选用）钢材选用 带肋钢筋与混凝土有较大的粘结能力，因此能更好地承受外力作用。热轧带肋钢筋广泛地应用于各种建筑结构，特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。2、冷拉热扎钢筋、冷拉热扎钢筋3、冷扎带肋钢筋、冷扎带肋钢筋 冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。根据GB137882000规定，冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。C、R、B分别为冷轧、带肋、钢筋三个英文单词的首位字母，数字为抗拉强度的最小值。4、冷扎扭钢筋、冷扎扭钢筋5、热处理钢筋、热处理钢筋 热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。公称直径mm牌 号0.2b10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能 有纵肋无纵肋 6、预应力混凝土用、预应力混凝土用钢丝和钢铰线钢丝和钢铰线生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。1）分类：按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。2）用途：钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋。六、钢材的锈蚀与防止六、钢材的锈蚀与防止（一）钢材的锈蚀（一）钢材的锈蚀 1、化学锈蚀 2、电化学锈蚀（二）钢材锈蚀的防止（二）钢材锈蚀的防止 1、保护层法 2、电化学保护法 3、制成合金钢