华中科技大学钢结构设计原理第2章钢结构材料.pptVIP

大纲要求: 1.了解钢结构的两种破坏形式； 一 基本要求： 1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。 二 钢材的组织构造和铸造缺陷 铁素体+渗碳体－珠光体 缺陷：偏析,夹杂,气孔,缩孔,裂纹,晶粒带不均等 如图为冷却速度不同 造成的不同结晶带 1表面细晶粒层 2柱状晶粒区 3心部等轴晶粒区 §2.2 钢材的破坏形式 一、塑性破坏 破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。 二、脆性破坏 坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。 一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能 （一）一次拉伸时的性能 1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃） 下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。 标准试件：lo/d=5、10；lo-标距； d --直径 （4）强化阶段(DE段) B.对无明显屈服点的钢材 3.应力应变曲线的简化 1)fy与比例极限fp相差很小； 2)超过 fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。 （2）钢材在静载作用下： 强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。 4.单向拉伸时钢材的机械性能指标 （1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。 同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。 二、冷弯性能 三、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。 (a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口（单位：mm） 由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性， 单位：J(N*m)。Cv受温度的影响 冲击韧性试验装置 钢材的机械性能指标 1、屈服点fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。 一、化学成分的影响 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%； 普通低合金钢中合金元素＜5%。 1. 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良好。 2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，塑韧性可焊性降低。不得超过0.045%。 4.锰（Mn）：合金元素,弱脱氧硫剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S,O的有害作用。 5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂,生热慢冷镇静钢 6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。 7.氧（O）：有害杂质，与S相似。 8.氮（N）：有害杂质，与P相似。 9.铜铬镍：形成保护层提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。 10 氢：有害，氢脆（薄弱处富集产生内压力裂纹，形成氢白点） 三、钢材硬化及热处理的影响 冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化. 人工时效——10％塑变，加热至250度，保温1小时后再作试验，来判断硬化性能:即能否用于易脆性破坏处。 热处理：退火,正火,淬火,回火p21 四、温度影响 250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 260～320℃产生徐变现象。 600℃左右弹性模量趋于零 ，承载能力几乎完全丧失。 当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低稳冷脆。 五、应力集中的影响 1.应力集中的概念 构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力—易导致脆性破坏的现象称为应力集中。 3.减小应力集中现象的措施 六、焊接残余应力的影响 §2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件 假定： １）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的