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建筑材料 第八章 金属材料 主要授课内容： 建筑钢材 铝合金 第一节 建筑钢材 　　 钢材是指用于土木工程中的各种型钢、钢板、钢筋、钢丝等。 　　　采用各种型钢和钢板制作的钢结构，具有强度高、自重轻等特点，适用于大跨度结构、多层及高层结构、受动力荷载的结构和重型工业厂房结构等。 一、钢材的分类 　 钢的分类方法很多，通常有以下几种分类方法。 1 按冶炼时脱氧程度分类 　2 按化学成分分类 3 按有害杂质含量分类 4 按用途分类 1 按冶炼时脱氧程度分类 　 ⑴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，故被广泛用于一般工程。 ⑵镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，含硫量较少，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要结构工程。 ⑶半镇静钢是质量较好的钢。 ⑷特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。 2 按化学成分分类 ⑴碳素钢 化学成分主要是铁、碳，故也称碳钢或铁碳合金，含碳量为0.02%～2.06%，还含有极少量硅、锰和微量硫、磷等元素。 a低碳钢：含碳量小于0.25%； b中碳钢：含碳量为0.25%～0.60%； c高碳钢：含碳量大于0.6%。 　低碳钢在土木工程中应用最广泛。 ⑵合金钢 炼钢过程中，为改善钢材的性能，特意加入某些合金元素而制得。常用合金元素：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 a低合金钢：合金元素总含量小于5%； 　 b中合金钢：合金元素总含量为5%～10%； 　 c高合金钢：合金元素总含量大于10%。 　低合金钢为土木工程中常用的主要钢种。 3 按有害杂质（P 、S ）含量分类 (1)普通钢：磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.050%； (2)优质钢：磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.035%； (3)高级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.025%； (4)特级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.015%。 4 按用途分类 （1）结构钢：主要用于工程结构及机械零件的钢，一般为低、中碳钢。 （2）工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具的钢，一般为高碳钢。 （3）特殊钢：具有特殊的物理、化学及机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。 二、钢材的技术性能 1 力学性能 ⑴抗拉性能 ⑵冲击韧性 ⑶硬度 ⑷耐疲劳性 ⑴ 抗拉性能 　　　抗拉性能是钢材最重要的技术性质。根据低碳钢受拉时的应力－应变曲线（如下图8-1-1），可了解到抗拉性能的下列特征指标。 屈服强度 抗拉强度 伸长率 (a)屈服强度 屈服强度是钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。 在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为屈服上限；锯齿形的最低点所对应的应力称为屈服下限。屈服上限与试验过程中的许多因素有关。屈服下限比较稳定，容易测试，所以规范规定以屈服下限的应力值作为钢材的屈服强度，用 表示。 中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%残余变形所对应的应力值作为名义屈服强度，用　　表示。 屈服强度对钢材使用意义重大:当构件的实际应力超过屈服强度时，将产生不可恢复的永久变形；当应力超过屈服强度时，受力较高部位的应力不再提高，而自动将荷载重新分配给某些应力较低部位。 (b)抗拉强度（强度极限） 抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时，钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。抗拉强度用 表示。 　　　抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值，即“屈强比” 。对工程应用有较大意义。屈强比愈小，反映钢材在应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～0.75。 　　钢材拉伸时塑性变形在试件标距内的分布不均匀，颈缩处的伸长较大，故试件原始标距（L0）与直径（d0）之比愈大。颈缩处的伸长值在总伸长值中所占比例愈小，计算所得伸长率也愈小。通常钢材拉伸试件取L0=5d，或L0=10d，其伸长率分别以 和 表示。对于相同钢材，　大于　 。　　　 (2)冲击韧性 　　　 冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用试件冲断时单位面积上所吸收的能量来表示。冲