第八章金属材料优秀课件.ppt

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1、第八章金属材料第1页，本讲稿共119页8.1 钢材的冶炼与分类8.1.1 钢的冶炼钢是由生铁冶炼而成。生铁的主要成分是铁，炼钢的目的是将生铁中的含碳量降至2%以下，使硫、磷、等杂质含量降至一定范围内，改善技术性能，提高质量。第2页，本讲稿共119页根据炼钢设备的不同，建筑钢材的冶炼方法可分为：1、氧气转炉炼钢2、平炉炼钢3、电炉炼钢第3页，本讲稿共119页氧气转炉炼钢以熔融的铁水为原料，由炉顶向转炉内吹入高压氧气，使铁水中的碳和硫等杂质氧化除去，得到较纯净的钢水。转炉炼钢周期短，生产效率高，杂质清除较充分，钢的质量较好，已成为现代炼钢的主要方法。第4页，本讲稿共119页平炉炼钢以固态或液态生铁

2、、适量铁矿石和废钢作原料，利用废钢铁和铁矿石中的氧使杂质氧化。冶炼时间长，有足够的时间调整和控制成分，去除杂质更为彻底，钢质量高。但设备一次投资大，燃料热效率较低，冶炼时间较长，成本较高。第5页，本讲稿共119页 电炉炼钢用电加热进行高温冶炼，原料主要是废钢及生铁，电炉熔炼温度高，温度可以自由调节，清除杂质较易。电炉钢的质量最好，但成本也最高。第6页，本讲稿共119页脱氧：炼钢结束时应加入一定量的脱氧剂使氧化铁还原成铁。化学偏析：铸锭冷却过程中，钢内某些元素在铁的液相中的溶解度大于固相，这些元素便向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭中分布不均匀。第7页，本讲稿共119页8.1.2 钢的

3、分类（一）按化学成分分类1、碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢2、合金钢：低合金钢、中合金钢、高合金钢第8页，本讲稿共119页碳素钢的主要成分是铁，其次为碳，此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%0.60%）高碳钢（含碳量大于0.60%）第9页，本讲稿共119页合金钢是在炼钢过程中，加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金钢（合金含量为5%10%）高合金钢（合金元素含量大于10%）第10页，本讲稿共119页（二）按冶炼时脱氧程度分类 1、沸

4、腾钢：脱氧不充分的钢，当钢液注入锭模时会有大量CO2逸出呈沸腾状。2、镇静钢：脱氧完全的钢，注入锭模时钢液平静地冷却凝固。3、半镇静钢：介于沸腾钢与镇静钢之间。4、特殊镇静钢第11页，本讲稿共119页（三）按有害杂质含量分类1、普通质量钢2、优质钢3、特殊优质钢第12页，本讲稿共119页（四）按其主要性能及使用特性1、结构钢2、工具钢：含碳量一般较高，以便于进行热处理。主要用于刀具，模具等各种工具。3、特殊性能钢：4、专门用途钢：桥梁钢，铁道用钢，般舶用钢，压力容器用钢及低温压力容器用钢。第13页，本讲稿共119页（六）按加工工艺分类 1、压钢：指用热轧、冷轧、冷拨等工艺加工所得的各种钢材。2

5、、锻钢：指经锤打或锻压成型的钢材。3、铸钢：钢液直接浇铸成型的钢。（七）按钢材产品分类 1、型材（角钢、槽钢、工字钢）2、板材 3、线材 4、管材第14页，本讲稿共119页8.2 钢材的技术性质1、力学性能（1）抗拉性能 （2）硬度（3）冲击韧性 （4）耐疲劳性 2、工艺性能（1）焊接 性能 （2）冷弯性能第15页，本讲稿共119页钢材受拉变形曲线第16页，本讲稿共119页8.2.1 钢材的抗拉性能（）弹性阶段（OA段）试件发生弹性变形，应力应变呈线性关系，直线斜率为弹性模量，即/=E。点相对应的应力为弹性级限p。第17页，本讲稿共119页弹性模量是产生单位弹性应变时所需的应力大小，反映了钢材

6、抵抗变形的能力。常用低碳钢的弹性模量E=（2.02.1）105Mpa，弹性极限p=180200MPa。弹性变形在卸载后可以完全恢复。第18页，本讲稿共119页（）屈服阶段（段）应力超过p时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。到达屈服点B后，应力发生很小的波动，应变却急剧增长，出现屈服台阶。第19页，本讲稿共119页一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为屈服极限值s。常用低碳钢的s为185235MPa。有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有0.2%残余应变所对应的应力为名义屈服极限值0.2 。第20页，本讲稿共119页钢材名义屈服极限值第21页，本讲稿共

7、119页钢材受力达屈服点后，变形为弹塑性变形，且迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。设计中一般以屈服点作为强度取值依据。塑性变形在卸载后不能恢复。第22页，本讲稿共119页钢材受拉变形、卸载曲线第23页，本讲稿共119页（3）强化阶段（BC段）超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高。对应的最高点C的应力称为抗拉极限强度b。常用低碳钢的b为375500 MPa。第24页，本讲稿共119页s/b称为屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全；但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.850.63，合金钢的

8、屈强比为0.650.75。第25页，本讲稿共119页（4）颈缩阶段（CD段）钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”。由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。第26页，本讲稿共119页钢材颈缩现象第27页，本讲稿共119页（5）伸长率伸长率是试件拉断后，标距长度的伸长量L与原标距长度L0的比值。伸长率是衡量钢材塑性的重要技术指标，伸长率愈大，塑性就越好。第28页，本讲稿共119页钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，故原始标距L0与试件直径d0之比愈大，颈缩处的伸长值在总伸长值中所占的比例就愈小，则伸长率值也愈

9、小。钢 材 拉 伸 试 件 取 L0=5d0或L0=10d0，则其伸长率5大于10。第29页，本讲稿共119页：抗拉屈服强度：抗拉极限强度第30页，本讲稿共119页8.2.2 硬度钢材的硬度指其表面局部体积内抵钢材的硬度指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。抗外物压入产生塑性变形的能力。测定钢材硬度较常用的为布氏法和测定钢材硬度较常用的为布氏法和洛氏法（洛氏法（根据压头压入试件的深度大小表示材料的硬度值。）。）。第31页，本讲稿共119页测定原理：利用直径为D(mm)的淬火钢球，以P(N)的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得直径为d(mm)的压痕。以荷载P除以压

10、痕表面积F(mm2)，所得的应力值即为试件的布氏硬度值HB，HB值越大，表示钢材越硬。第32页，本讲稿共119页钢球压头，标记为HBS；硬质合金钢球压头，标记为HBW。布氏硬度除了可判断材质软硬外，还可以定性判断钢材的抗拉强度、耐磨性和热处理效果。第33页，本讲稿共119页8.2.3 钢材的冲击韧性冲击韧性是抵抗冲击荷载的能力。冲击试验是将重摆从一定高度自由落下将中间开有V型缺口试件冲断，以试件在缺口处所吸收的功（W(h1-h2)）除以试样缺口处的截面积(A)，为冲击韧性kv，单位为J/cm2。第34页，本讲稿共119页8.2.4 钢材的耐疲劳性钢材在交变荷载的反复作用下，在应力远小于抗拉强度

11、时就发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳性。疲劳极限指疲劳试验时，试件在变幅应力作用下，在规定的周期内不发生断裂所能承受的最大应力。第35页，本讲稿共119页钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，荷载变化不大或只承受压应力，以及荷载循环次数小于105次的钢结构一般不会发生疲劳破坏。钢材内部组织状态、成分偏析及各种缺陷，造成应力集中的各种因素都是决定其耐疲劳性能的主要因素。第36页，本讲稿共119页8.2.5 钢材的焊接性能焊接：采用加热或加热加压的方法使两个分离的金属件联结在一起的方法。焊接性能：在给定的构造型式和焊接工艺条件下，获得符合质量要求的焊接的性能。钢材的可焊性与钢材的含碳量、化学成分、钢

12、材的塑性和冲击韧性密切有关。第37页，本讲稿共119页8.2.6 钢材的冷弯性能冷弯性能是指在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验是用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度（180或90）时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。第38页，本讲稿共119页钢材的冷弯性能是衡量钢材塑性的重要技术指标，并能揭示钢材内部组织均匀程度，是否存在内应力及缺陷等。第39页，本讲稿共119页8.3 钢材的组织、化学成分8.3.1 钢材的组织（一）钢材的晶体结构钢材是铁碳合金晶体，各个原子以金属键相互结合。具有很高的强度和良好的塑性。第40页，本讲稿共119页（1）1390910，晶格为面心立方晶格，称Fe（2）温

13、度低于723，晶格转变成体心立方晶格，称Fe第41页，本讲稿共119页（二）钢材的基本组织铁碳合金晶体的三种型态：1、固溶体：铁中固溶着微量的碳或其它元素；间隙固溶体和置换固溶体2、化合物：铁和碳结合成化合物Fe3C；3、机械混合物：固溶碳和化合物的混合物。第42页，本讲稿共119页钢的基本组织：（1）铁素体：C在Fe中的固溶体，含C量小于0.02%，塑性、韧性很好，但强度、硬度很低。（2）奥氏体：C在Fe中的固溶体，高温时含碳量为2.06%，低温时为0.8%，强度、塑性和韧性都较好。第43页，本讲稿共119页（3）渗碳体：铁和碳的化合物Fe3C，含C量为6.67%，塑性差。（4）珠光体：铁素

14、体和渗碳体的机械混合物，含C量为0.8%，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。第44页，本讲稿共119页（5）莱氏体：温度高于723 时，是奥氏体与渗碳体的机械混合物；温度低于723 时，是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量为4.3%，性能介于珠光体与渗碳体。第45页，本讲稿共119页8.3.2 钢材的化学成分钢除主要成分Fe以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素。第46页，本讲稿共119页1、碳（C）对钢材的强度、塑性、韧性、可焊性、时效敏感性、耐大气锈蚀能力等性能都有影响。一般工程用碳素钢均为低碳钢，含碳小于0

15、.25%，工程用低合金钢含碳小于0.52%。第47页，本讲稿共119页2、硅（Si）炼钢时起脱氧和减少钢内气泡的作用。硅含量小于1.0%时，能提高钢的机械强度。硅含量大于1.0%时，塑性和韧性显著降低，脆性增加，可焊性变差。第48页，本讲稿共119页3、锰（Mn）：炼钢时起脱氧（MnO）去硫（MnS）作用。提高钢材的强度和硬度，但使伸长率和 可焊性降低。含锰量为11%14%的高锰钢具有较高的耐磨性。第49页，本讲稿共119页4、磷（P）：使钢材塑性和韧性显著下降，加大钢材的冷脆性，并使钢材可焊性显著降低。5、硫（S）：是钢的有害元素，使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低，并使钢材

16、在热加工过程中出现热脆现象。第50页，本讲稿共119页6、氧（O）：氧与硫的作用相似，降低钢的机械性能，特别是韧性，并使可焊性变差，引起热脆现象。7、氮（N）对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材强度提高，塑性特别是韧性显著下降，并加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。第51页，本讲稿共119页8、钛（Ti）：能细化晶粒，改善韧性，能显著提高强度，并能减少时效倾向，改善可焊性。钛是常用的微量合金元素。9、钒（V）：可减弱碳和氧的不利影响，细化晶粒，提高强度，钒也是合金钢常用的微量合金元素。第52页，本讲稿共119页8.4 钢材的压延加工与热处理一、压力热加工将加热到9001200 的钢材通过

17、碾压或锻压工艺而获得一定形状或大小的钢材或零件。第53页，本讲稿共119页二、冷加工及冷加工强化钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。第54页，本讲稿共119页钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过屈服点达到E点，但小于抗拉强度时即卸荷。如立即重新拉伸，则新的屈服点将高于原来的屈服点而达到E点，以后的应力应变关系将与原来的曲线ECD相似。弹性屈服强化破坏第55页，本讲稿共119页如果钢筋在卸载后，经过一段时间再拉伸，则新的屈服强度还会进一步提高到A。原因：晶粒破碎细化、晶格发生拉长、压扁或歪扭等畸变，晶界处位错密度增加

18、。第56页，本讲稿共119页工程应用建筑工程中对大量使用的钢筋，往往需同时采用冷加工和时效处理。钢筋采用冷加工具有明显的经济效益：冷拉钢筋的屈服点一般可提高20%25%，冷拔钢筋的屈服点一般可提高40%90。第57页，本讲稿共119页三、钢材的热处理与焊接 钢材的热处理钢材加热到一定的温度，以一定的速度和方式进行冷却，使内部晶体组织和显微结构发生改变，或者消除内应力，从而获得满足需求的性能，这一过程就是钢材的热处理。第58页，本讲稿共119页热处理的基本方法：1、退火 2、淬火3、回火 4、正火 5、调质处理第59页，本讲稿共119页1、退火将钢材加热至某一温度，保持相当时间后，在退火炉中缓慢

19、冷却，这个过程称为退火。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。第60页，本讲稿共119页2、淬火将钢材加热至某一温度，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。第61页，本讲稿共119页3、回火回火是将淬火后的钢材重新加热到某一温度，保温一定时间后再缓慢地或很快地冷却至室温。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，塑性和韧性恢复愈好。第62页，本讲稿共119页4、正火正火是将钢材加热到某一温度，并保持足够长时间，

20、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，塑性比退火后的小。第63页，本讲稿共119页5、调质处理对钢材进行多次淬火、高温回火等多种热处理的的综合过程称为调质处理。调质处理使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。第64页，本讲稿共119页 钢材的焊接（一）钢材焊接基本方法1、融化焊：金属焊条在电弧的高温下熔融成钢水，滴在焊件接缝处，使两部分的钢材熔合成一体。2、电阻焊：通过电流把焊件接头加热熔融，随即加压熔合成一体。第65页，本讲稿共119页（二）影响焊接质量的主要因素1、钢材本身的焊接性能 2、焊接工艺 3、焊条材料 第66页，本讲稿共119页四、钢的时效

21、硬化随时间的延长，强度和硬度逐渐增加，塑性和韧性逐渐降低的现象称为时效硬化。分为热时效和冷加工时效。第67页，本讲稿共119页8.6 建筑钢材的牌号及应用建筑工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，前者主要应用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝。二者所用的钢制品原料多为碳素钢和低合金钢。第68页，本讲稿共119页8.6.1 钢结构用钢材（一）碳素结构钢1、碳素结构钢的牌号（1）代表屈服点的字母（Q）（2）屈服点值（195275 MPa）（3）质量等级符号（AD）、（4）脱氧程度符号（F、b、z、TZ）第69页，本讲稿共119页脱氧程度F 沸腾钢 b 半镇定钢z 镇定钢 TZ 特殊镇定钢例

22、如 Q235A F表示：屈服点为235 MPa的平炉或氧气转炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。第70页，本讲稿共119页2、碳素结构钢的技术要求碳素结构钢的技术要求包括（1）化学成分（2）力学性能各项要求应分别符合国家标准的规定或双方协议的内容。第71页，本讲稿共119页（1）碳素结构钢的特性及应用Q235钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也好，是建筑工程中常用的碳素结构钢。Q195和Q215号钢的塑性很好，但强度太低；Q255和Q275号钢的强度很高，但塑性较差。第72页，本讲稿共119页（二）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是在低碳钢基础上加入适量

23、的合金元素：锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀土元素。第73页，本讲稿共119页低合金高强度结构钢的牌号（1）表示屈服点的字母Q（2）屈服点数值（295460）（3）质量等级（A、B、C、D、E）质量等级 E 要求做40的冲击试验第74页，本讲稿共119页2、低合金钢的性能及应用低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物中。第75页，本讲稿共119页（三）优质碳素结构钢及合金结构钢1、优质碳素结构钢优质碳素结构钢是在生产过

24、程中对质量控制较严，生产出的质量稳定的碳素钢。按其含锰量，有普通含锰量（0.8%）和较高含锰量（0.7%1.2%）。第76页，本讲稿共119页优质碳素结构钢的牌号（1）含碳量的万分量的两位数（2）较高含锰量需加“Mn”符号（3）沸腾钢需加“F”符号如08F，表示含碳量为0.08%，普通含锰量的沸腾钢25Mn，表示含碳量为0.25%，较高含锰量的镇静钢第77页，本讲稿共119页2、合金结构钢合金钢是合金元素含量较高的钢。合金结构钢牌号：（1）由含碳量的万分量的两位数（2）主要合金元素符号及含量的百分计的一位数第78页，本讲稿共119页合金元素的含量按四舍五入原则标记，如含量小于1.5%时只标写元

25、素符号；含量为1.5%2.49%，则标注“2”；含量为2.5%3.49%时，则标注“3”；其余类推。如35Mn2，表示含碳量为0.35%，含锰量为1.5%2.49%。34CrNi3Mo，45SiMnV第79页，本讲稿共119页（四）专门用途钢专门用途钢是在低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢及合金结构钢的基础上，适当调整合金元素含量或严格控制S、P含量，改善质量等级，使钢材性能满足特定要求而冶炼的钢种。第80页，本讲稿共119页专门用途钢牌号的表示方法是在基础钢牌号后面加专门符号，例如q表示桥梁、R表示容器、DR表示低温容器等。常 用 的 专 用 钢 有：16Mnq、15MnNbR、16MnDR

26、、09Mn2VDR等。第81页，本讲稿共119页钢材的选用一般工程结构：Q235-A，Q235-B。Q345-A，Q345-B等。闸门的构件：Q275、35Mn2、40Cr水电站压力钢管：Q235、Q345、Q390；16MnR、15MnVR。严寒地区的水工钢结构：第82页，本讲稿共119页8.6.2 钢筋混凝土结构用钢筋及钢丝钢筋混凝土结构用钢筋及钢丝是由碳素钢和低合金钢加工的。主要产品有：热轧钢筋、冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋、预应力混凝土钢丝及钢绞线等。第83页，本讲稿共119页将钢材在高温下轧制而成。根据强度高低，分为I、II、III、四个级别。钢筋强度等级有、级。

27、级：塑性和焊接性能比较好，但强度稍低，而且与混凝土的粘结稍差。应用在厚度不大的板中以及钢筋混凝土结构的构造筋。级钢筋：强度、塑性及可焊性比较好，为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成月牙肋。应用十分广泛。（一）热轧钢筋第84页，本讲稿共119页级钢筋：塑性及可焊性比较好，但强度高，如果用于普通钢筋混凝土结构构件中，充分发挥强度的同时，会使混凝土裂缝开展得很宽。冷拉后用作预应力钢筋。钢筋：不用于普通钢筋混凝土结构，经冷拉后用作预应力混凝土结构。第85页，本讲稿共119页热轧光圆钢筋（R）：R235，I级热轧带肋钢筋（HRB）：HRB335（II级）、HRB400（III级）、HRB500（I

28、II、IV级之间）余热处理钢筋（KL）：KL400（III级）再生钢筋：RR235，RRW235，I 级第86页，本讲稿共119页（二）冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是用低碳钢或低合金钢热轧圆盘条，经冷轧或冷拔后，在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋代号为LL，后跟钢筋抗拉强度等级。如LL550（Q215，d=412mm）：普通钢筋混凝土结构LL650（Q235，d=46mm）LL800（24MnTi，d=5mm）LL650及LL800适宜用作中小型预应力混凝土结构的预应力钢筋。第87页，本讲稿共119页（三）冷拉钢筋冷拉钢筋可用热轧钢筋制成。冷拉级钢筋适用于钢筋混凝土结构中的受拉钢筋，

29、不用于水工钢筋混凝土轴心受拉及小偏心受拉构件。冷拉、级钢筋可用作预应力混凝土结构的预应力钢筋。钢筋冷拉后性质变脆，承受冲击荷载或重复荷载的构件及处于负温下的结构，不宜采用冷拉钢筋。第88页，本讲稿共119页（四）预应力混凝土用热处理钢筋热处理钢筋是强度最高的等高肋钢筋，强度可达到1000MPa。不必再进行冷拉，可直接用作预应力钢筋。第89页，本讲稿共119页（五）预应力混凝土用钢丝及钢绞线1、预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝是将优质碳素钢热轧盘条经淬火、回火等调度处理后，冷拉加工制成的高强度钢丝，简称预应力钢丝。第90页，本讲稿共119页预应力钢丝分冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。钢丝外形有光

30、面、刻痕及螺旋肋三种。冷拉钢丝RCD；消除应力钢丝S；消除应力刻痕钢丝SI；消除应力螺旋肋钢丝SH。预应力钢丝强度高、柔性好、质量稳定、施工简便、安全可靠，主要用于大型预应力混凝土结构及电杆、轨枕等预制构件。第91页，本讲稿共119页2、预应力混凝土用钢铰线预应力混凝土用钢绞线是用圆形断面的预应力混凝土用钢丝捻制而成的。钢绞线分为两股、三股及七股绞线三种。钢绞线主要用于大型预应力混凝土结构，以及岩土锚固工程等。第92页，本讲稿共119页8.7 建筑钢材的锈蚀与防护8.7.1 钢材的锈蚀锈蚀使受力面积减小，造成应力集中，导致结构承载力下降。尤其在反复荷载情况下，将产生锈蚀疲劳现象，使疲劳强度大为

31、降低，出现脆性断裂。第93页，本讲稿共119页钢材腐蚀的原因1、化学锈蚀化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。如：高温中氧化形成Fe3O4，常温下表面形成氧化保护膜FeO。第94页，本讲稿共119页2、电化学锈蚀电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。电化学锈蚀是建筑钢材在存放和使用中发生锈蚀的主要形式。第95页，本讲稿共119页存放在湿润空气中的钢材，表面为一层电解质水膜所覆盖。由于表面成分或者受力变形的不均匀性，使邻近的局部产生电极电位的差别，因而建立许多微电池。阳极区：铁被氧化成Fe+离子

32、进入水膜。阴极区：氧被还原成OH-离子。两者结合成为不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化成为 疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)3。第96页，本讲稿共119页二、腐蚀类型均匀腐蚀晶间腐蚀与孔蚀应力腐蚀疲劳腐蚀冲刷腐蚀第97页，本讲稿共119页三、防止锈蚀的方法（一）保护膜法保护膜法是在钢材表面涂一层保护层，以隔离空气或其它介质。常用的保护层有搪瓷、涂料、耐腐蚀金属（铅、锡等）、塑料等，或经化学处理使钢材表面形成氧化膜（发蓝处理）或磷酸盐膜。第98页，本讲稿共119页1、钢结构防锈方法是采用表面刷漆和喷镀、浸镀耐腐蚀金属层等措施。2、混凝土配筋的防锈措施，主要是保证混凝土的密实度、保证足够的保

33、护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等。还可掺用阻锈剂。第99页，本讲稿共119页3、对于预应力钢筋，对锈蚀破坏较敏感，重要的预应力承重结构，除禁止掺用氯盐外，应对原材料进行严格检验。4、钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因，通过调整基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高钢材的抗腐蚀能力。第100页，本讲稿共119页（二）阴极保护法（1）牺牲阳极保护法：锌、镁等活泼金属为阳极，在介质中而遭到腐蚀，钢结构为阴极得到保护。（2）外加电流保护法：在钢结构的附近，安放一些废钢铁或其它难熔金属。直流电源的负极接在被保护的钢结构上，阳极接在废钢铁或难熔金属上。第101页，本讲稿共1

34、19页8.9 铝和铝合金8.9.1 铝的冶炼及其特性（一）铝的冶炼炼铝的主要原料是铝钒土，其主要成分为一水铝（Al2O3H2O）和三水铝（Al2O33H2O），另外还含少量氧化铁、石英和硅酸盐等。第102页，本讲稿共119页铝的冶炼是先从铝矿石中提炼出Al2O3，然后再电解得到金属铝，然后用反射炉将电解出来的铝进行提纯，最后浇入铸锭制成铝锭。高纯度铝的纯度可达99.996%，普通纯铝的纯度在99.5%以上。第103页，本讲稿共119页（二）纯铝的特性铝属于有色金属中的轻金属，密度为2.7 g/cm3，是钢的三分之一，熔点较低，为660，导电性和导热性均很好。第104页，本讲稿共119页铝的化学

35、性质很活泼，在空气中易生成一层氧化铝薄膜，使铝具有一定耐腐蚀性。但纯铝不能与卤属元素接触，不耐碱，不耐强酸。铝与电极电位高的金属接触并且有电解质存在时，会产生电化学腐蚀。用于铝制品的连接件应用不锈钢件。第105页，本讲稿共119页固态铝具有很好的塑性，易于加工成型，但纯铝的强度和硬度很低，不能满足使用要求，故工程中不用纯铝制品。第106页，本讲稿共119页8.9.2 铝合金及其特性铝中加入适量的某些合金元素制成铝合金，再经冷加工或热处理，可以大幅度地提高其强度，可近似于低合金钢的强度。铝中最常加入的合金元素有铜（Cu）、镁（Mg）、硅（Si）、锰（Mn）、锌（Zn）等。第107页，本讲稿共11

36、9页铝合金克服了纯铝强度和硬度过低的不足，又仍能保持铝的轻质、耐腐蚀、易加工等优良性能，故在建筑工程中尤其在装饰领域中应用越来越广泛。第108页，本讲稿共119页8.9.3 铝合金的分类根据铝合金的成分及生产工艺特点，分为变形铝合金ZL和铸造铝合金。建筑铝合金主要为变形铝合金：（1）不能热处理强化铝合金（2）可以热处理强化铝合金第109页，本讲稿共119页1、防锈铝合金LFAlMn或AlMg合金，不能热处理强化，耐腐蚀性较高，抛光性好，强度较纯铝高，塑性和焊接性良好，切削加工性能不好。用于承受中等或低等荷载以及要求耐腐蚀和光洁表面的构件、管道。第110页，本讲稿共119页2、硬铝合金LYAlM

37、gSi和AlCuMg合金，淬火时效处理后强度高，可做承重结构，耐腐蚀性好，但塑性较低，可焊性较差，大多采用铆接。AlMgSi合金是生产门窗、货架、柜台的主要材料。第111页，本讲稿共119页3、超硬铝合金LCAlZnMg Cu合金，热处理后强度比硬铝合金更高，可做承重结构和高荷载零 件，塑性和耐腐蚀性中等，切削加工性和点焊性能良好。第112页，本讲稿共119页4、锻铝合金LDAlMg SiCu合金，强度较高，良好的高温塑性和可焊性，易腐蚀适宜做承受中等荷载的构件。第113页，本讲稿共119页8.9.4 铝合金型材的生产建筑铝合金型材的生产有挤压法和轧制法两种。一般采用挤压法，只有在生产批量较大

38、、尺寸和表面要求较低的中、小规格棒材及断面形状简单的型材时才采用轧制法。第114页，本讲稿共119页8.9.5 铝合金的表面处理由于铝材表面的自然氧化膜很薄而耐腐蚀性有限，为了提高铝材的抗蚀性，可用人工方法增加其氧化膜厚度，并且在氧化处理的同时，还可进行表面着色处理，以增加铝合金制品的外观美。第115页，本讲稿共119页8.9.6 常用铝合金制品（一）铝合金门窗铝合金门窗质量轻、气密性、水密性和隔声性好，色泽美观、不锈蚀，不褪色，比普通门窗强度高，刚度大，更坚固耐用。第116页，本讲稿共119页（二）铝合金装饰板（1）铝合金花纹板：采用铝合金坯料，用一定花纹轧辊制成，通过表面处理可获得各种美丽

39、的颜色，用于建筑墙面装饰、楼梯踏板等处。第117页，本讲稿共119页（2）波纹板：表面轧制成波浪形或梯形，用于屋面和墙面等。（3）冲孔板：将铝合金平板经机械穿孔而成，是一种降低噪音并兼有装饰效果，可用于建筑中改善音质条件或降低音量。第118页，本讲稿共119页(1)钢与生铁在化学成分上有何区别?钢按化学成分不同可分为哪些种类?(2)钢中含碳量对各项性能的影响?(3)什么称为钢材的屈强比?其大小对使用性能有何影响?(4)钢材的冷加工对性能有何影响?什么是自然时效和人工时效?(5)低合金高强结构钢与碳素结构钢有哪些不同?(6)说明Q235C与Q390D所属的钢种及各符号的意义?(7)热轧钢筋按什么性能指标划分等级?并说明各级钢筋的用途。(8)对于有冲击、震动荷载和在低温下工作的结构采用什么钢材?第119页，本讲稿共119页