机械装备金属结构设计 第2版 作者 徐格宁 第二章.ppt

5.轧制钢板和型钢 表2-8　高强度螺栓、螺母和垫圈 6.铝合金 铝合金是一种轻金属，它主要由铝、镁、铜、锰、锌、硅等元素炼成。在国外，已有很多起重机金属结构、建筑结构用铝合金制造。 铝合金的力学性能很好，与Q235钢相比，有如下优点： 1)铝合金密度小(质量密度为2.64~2.8g/cm3)，铝合金的结构比钢结构自重减轻40%~60%。 2)铝合金强度与钢材(Q235)相近。但用于焊接结构的铝合金强度则低一些。 3)铝合金在低温下冲击韧度并不降低。 4)铝合金抗腐蚀性强，仅与其它金属接触处易腐蚀，不接触处则不易腐蚀。 铝合金主要有以下缺点： 1)铝合金弹性模量低，只为钢材的1/3，因此铝合金结构的弹性变形比钢结构大2倍，且受压杆件的临界应力较低，易于失稳。 2)线膨胀系数高，α=(2.2~2.4)×10-5，约为钢材的2倍，因此温度增高时产生的变形较大。 3)强度随温度增高而降低，焊接结构的焊缝处，由于焊接退火使强度显著降低。 4)铝合金应在保护气体中施焊(如氩气焊等)，需要专用设备，或采用铆接结构。 5)铝合金疲劳强度低，对应力集中较敏感。 6)铝合金价格贵，比钢材贵10倍左右，但制造出金属结构的差价并不大；因为钢的密度比铝大2倍左右，一吨铝合金制造的构件要比钢材的多许多，所以尽管铝合金有许多缺点，但采用铝合金制造金属结构仍是减轻自重的有效方法之一。 二、材料的选择 (1)结构重要性 　重要场合工作的结构材料要好些，主要受力构件比次要受力构件的材料要好些，格构式构件的材料不低于实腹构件。(2)载荷特征 　一般受动载荷或交变载荷的结构材料应好些，有应力集中的构件材料应有良好的塑性。(3)工作级别 　工作级别较高的结构材料要好些。(4)工作环境 　要考虑工作环境温度及变化幅度、有无侵蚀性气体、物质等影响。 (5)钢材性能与厚度 　不同标号的钢材其性能不同。(6)连接方式 　焊接结构所用的材质要比铆接结构好些，否则难以保证焊接性。 (7)市场供应 　钢材价格的波动性和市场现货、期货的供应周期与采购周期和生产周期的科学匹配情况，也是选材时必须考虑的因素。 三、影响脆性破坏因素的评价和钢材质量组别的选择 1.对影响脆性破坏因素的评价 2.所要求的钢材质量组别的确定 表2-9　与总评价系数有关的钢材质量组别的划分 表2-10　钢材质量组别及钢材牌号 表2-10　钢材质量组别及钢材牌号 第二章　材料 第一节　钢材的力学特性及影响因素第二节　材料的类别、特征和选择 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 第一节　钢材的力学特性及影响因素 焊接性 (1)焊接工艺 　钢材的焊接过程使连接处受热不均匀，导致钢材的结晶组织发生变化，当温度在200~300℃之间时，钢材会发生蓝脆现象而提高了脆性。(2)碳的质量分数 　钢材中碳含量过多，虽能提高钢材的强度，但却降低了钢材的塑性和焊接性，高碳钢的焊接性明显恶化。 图2-3　钢材的σ-ε曲线a)同号平面应力状态　b)异号平面应力状态 4.焊接  焊接过程中，焊缝和主体金属都经过了高温和冷却的变化，靠近焊缝的主体金属结晶组织和力学性能都起了变化。熔合缝处的金属韧性降低了，离开焊缝温度在1100~1400℃之间的金属为大粒组织，其韧性明显下降；位于900~1100℃之间的金属为细粒组织，其强度增大；位于200~350℃之间的金属则变为脆化区。 焊接金属凝固时，晶粒之间会产生不均匀的应力和收缩，容易引起裂缝和残余应力。 3.温度和加载速度 5.应力集中  结构中的应力分布通常都是不均匀的，三向应力可能由三向载荷所引起，但更多情况是由于结构不连续、截面形状突变形成的缺口效应所产生，在孔洞、凹角、裂缝、厚度改变和不平处主应力线将发生转折绕行，应力作用线比较密集和弯曲，出现局部高峰应力，产生应力集中现象(图2-4)，其中σox为平均应力。 应力集中高峰点，总是存在着同号的三向拉应力场，它提高了钢材的强度，阻碍了塑性变形的发展，因而增加了脆性，如带突变缺口的试件，其破坏已呈现为脆性。 6.加工硬化 钢材经冷加工、冷弯和剪切会使其产生局部塑性变形，产生硬化或冷化现象，使材料强度提高，塑性、韧性降低，加速时效，材质变硬脆。 图2-4　应力集中现象 第二节　材料的类别、特征和选择 一、材料的类别和特征 1.碳素结构钢 表2-1　金属结构常用的材料分类、特点及表示方法 表2-1　金属结构常用的材料分类、特点及表示方法 表2