第七章金属概述.ppt

7.4 化学成分、热处理、加工硬化与时效对钢性质的影响 一、化学成分对钢材性质的影响 化学 元素 强度 韧性 塑性 其 他 性 能 C 增加 降 低 降低焊接性能，增加冷脆性和时效倾向 Si 增加 影响不大 可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蚀性 Mn 增加 影响不大 消减硫引起的热脆性、提高耐磨性、降低焊接性 P 稍有 增加 显著降低 增大冷脆性，显著降低焊接性，提高耐磨和耐蚀性 S 降低 降 低 增大热脆性，降低焊接性、耐腐蚀性和机械性能 O 降低 降 低 降低机械性能，使焊接和冷弯性能变坏，增加热脆性 N 提高 降 低 降低焊接性、使冷弯性能变坏、加剧冷脆性与时效敏感性 Ti 提高 改善 降低 提高焊接性和抗蚀性 V 提高 改善 减少冷脆性、降低焊接性 二、热处理对钢材性质的影响 热处理是将钢材在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。 热处理可大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能，绝大多数机械零件必须经过热处理。 热处理形式：退火、正火、淬火、回火。 温度 727?C 等温处理 回火 淬火 正火 退火 时间 钢材的热处理工艺 热处理对钢材性质的影响 退火可降低钢的硬度，提高塑性和韧性，消除加工处理中形成的缺陷和内应力； 正火提高塑性和韧性，强度降低较小，使三者之间良好配合； 淬火提高钢材的硬度和耐磨性，但降低了塑性和韧性； 回火消除淬火后钢材的内应力和脆性； 淬火和高温回火的联合处理称为调质，可使钢材既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性。 三、加工硬化与时效对钢材性质的影响 1、冷加工处理 2、时效处理 1、冷加工处理 将钢材在其结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工，如在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等冷加工处理。 由于冷塑性变形引起强度增高而塑性和韧性降低的现象称为加工硬化，或形变硬化。 冷加工硬化原理： 钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，经格歪扭，构成滑移面的凹凸不平，从而给使用中的变形造成附加阻力，提高了钢材对外力作用下重新滑移产生的抵抗力。 加工硬化的效果： 屈服强度提高 塑性和韧性降低 可焊形变坏 硬脆倾向增加等。 钢材的重复拉伸 0 σ ? ?p ?e 0’ 问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？ 答：不能。 因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。 2、时效处理 将经过冷加工的钢筋，在常温下存放15~20天，或在100~120?C保持一定时间，其强度进一步提高，弹性模量基本恢复，这个过程称为时效处理。 时效硬化原理： 由于溶于铁素体中的过饱和的氮和氧原子，随着时间的增长慢慢地以Fe4N和FeO从铁素体中析出，形成渗碳体分布于晶体的滑移面或晶界面上，阻碍晶粒的滑移，增加抵抗塑性变形的能力，从而使钢材的强度和硬度增加、塑性和冲击韧性降低。 时效处理 钢材产生实效的难易程度称为时效敏感性，用时效敏感系数表示： C值越大，时效敏感性越大。 为了尽快取得强化效果，可将冷拉过的钢筋加热到100~200?C保持2小时，以加速时效的发展，这种方法称为人工实效。 实际意义：承受动载或处于中温的钢结构，要求钢材具有较小的时效敏感性。但对于建筑上用的钢筋来说，可提高其屈服强度。 建筑钢材主要有三大类： 钢结构用钢； 钢筋混凝土结构用钢； 其它用途用钢。 7.5 建筑钢材的标准与选用 一、钢结构用钢 钢结构用钢有： 碳素结构钢 优质结构钢 低合金结构钢 （一） 碳素结构钢 1、钢的牌号： 根据国标GB700-2006，碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235和Q275五个牌号，每个牌号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。 牌号的顺序：屈服强度字母Q、屈服强度数值、 质量等级（A、B、C、D）、 脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。 例如：Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾（F）碳素结构钢。 2、钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。 碳素结构钢 3、选用原则：应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。 例如