1、第第05章章 建筑金屬資料建筑金屬資料第第 2頁(yè)頁(yè)n金屬資料是一種或兩種以上的金屬元素或金金屬資料是一種或兩種以上的金屬元素或金屬與某些非金屬元素組成的合金的總稱(chēng)。屬與某些非金屬元素組成的合金的總稱(chēng)。n金屬資料普通分為兩大類(lèi)：金屬資料普通分為兩大類(lèi)：n黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的鐵金屬黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的鐵金屬及其合金，鋼和鐵是鐵碳合金。及其合金，鋼和鐵是鐵碳合金。n含碳量小于含碳量小于2.11的鐵碳合金稱(chēng)為鋼。的鐵碳合金稱(chēng)為鋼。n含碳量大于含碳量大于2.11的鐵碳合金稱(chēng)為生鐵。的鐵碳合金稱(chēng)為生鐵。n有色金屬：是除黑色金屬以外的其它金屬，有色金屬：是除黑色金屬以外的其它金屬，如

2、鋁、鉛、鋅、銅、錫等金屬及其合金，其如鋁、鉛、鋅、銅、錫等金屬及其合金，其中鋁合金是一種重要的輕質(zhì)構(gòu)造資料。中鋁合金是一種重要的輕質(zhì)構(gòu)造資料。第第 3頁(yè)頁(yè)5.1 鋼的消費(fèi)與分類(lèi)鋼的消費(fèi)與分類(lèi) n鋼材的消費(fèi)可鋼材的消費(fèi)可分為三個(gè)過(guò)程：分為三個(gè)過(guò)程：n冶煉冶煉n鑄錠鑄錠n壓力加工壓力加工n其消費(fèi)流程的其消費(fèi)流程的概略如下圖。概略如下圖。 第第 4頁(yè)頁(yè)5.1.1鋼的冶煉鋼的冶煉 n主要的鐵礦石有赤鐵礦主要的鐵礦石有赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦、磁鐵礦(Fe3O4)、菱鐵礦菱鐵礦(FeCO3)、褐鐵礦、褐鐵礦Fe2O32Fe(OH)3和黃和黃鐵礦鐵礦(FeS2)。 第第 5頁(yè)頁(yè)n把鐵礦石、焦炭、石灰石

3、把鐵礦石、焦炭、石灰石(助熔劑助熔劑)按一定比例按一定比例裝入高爐中，在爐內(nèi)高溫條件下，焦炭中的裝入高爐中，在爐內(nèi)高溫條件下，焦炭中的碳與礦石中的氧化鐵發(fā)生化學(xué)反響，將礦石碳與礦石中的氧化鐵發(fā)生化學(xué)反響，將礦石中的鐵復(fù)原出來(lái)，生成的一氧化碳和二氧化中的鐵復(fù)原出來(lái)，生成的一氧化碳和二氧化碳由爐頂排出，使礦石中的鐵和氧分別，此碳由爐頂排出，使礦石中的鐵和氧分別，此過(guò)程稱(chēng)為煉鐵。其化學(xué)反響式如下：過(guò)程稱(chēng)為煉鐵。其化學(xué)反響式如下：n C+FeOFe+CO 第第 6頁(yè)頁(yè)第第 7頁(yè)頁(yè)n將鐵在煉鋼爐中進(jìn)一步熔煉，并供應(yīng)足夠的氧氣，將鐵在煉鋼爐中進(jìn)一步熔煉，并供應(yīng)足夠的氧氣，經(jīng)過(guò)爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧

4、化成一氧化經(jīng)過(guò)爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳?xì)怏w而逸出，其它雜質(zhì)那么構(gòu)成氧化物進(jìn)入爐渣碳?xì)怏w而逸出，其它雜質(zhì)那么構(gòu)成氧化物進(jìn)入爐渣中除去，這樣可得到含碳量符合要求的產(chǎn)品，即為中除去，這樣可得到含碳量符合要求的產(chǎn)品，即為鋼，此過(guò)程稱(chēng)為煉鋼。煉鋼的過(guò)程根本上是一個(gè)氧鋼，此過(guò)程稱(chēng)為煉鋼。煉鋼的過(guò)程根本上是一個(gè)氧化過(guò)程?；^(guò)程。 n碳被氧化構(gòu)成碳被氧化構(gòu)成COCO氣體而逸出，硅、錳等構(gòu)成氧化硅氣體而逸出，硅、錳等構(gòu)成氧化硅和氧化錳進(jìn)入渣中除去；和氧化錳進(jìn)入渣中除去；n磷和硫在石灰的作用下，構(gòu)成磷和硫在石灰的作用下，構(gòu)成CaOCaO4P2O54P2O5和和CaSCaS，亦進(jìn)入渣中被排除。亦進(jìn)

5、入渣中被排除。n在冶煉后期應(yīng)參與脫氧劑以除去鋼液中的氧，這個(gè)在冶煉后期應(yīng)參與脫氧劑以除去鋼液中的氧，這個(gè)步驟稱(chēng)為步驟稱(chēng)為“脫氧。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵和脫氧。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵和鋁錠等。鋁錠等。 第第 8頁(yè)頁(yè)煉鋼的主要反響過(guò)程煉鋼的主要反響過(guò)程: n產(chǎn)生氧化劑：產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO 氧氣氧氣n除硅，錳，碳等雜質(zhì)：除硅，錳，碳等雜質(zhì)：n Si+2FeO=SiO2+2Fen Mn+FeO=MnO+Fen C+FeO=CO+Fen造渣：造渣： CaO+SiO2=CaSiO3 生石灰硫、磷雜生石灰硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用構(gòu)成爐渣被除去。質(zhì)與生石灰作用構(gòu)成爐渣被除去。n脫氧：脫氧：

6、Si+2FeO=SiO2+2Fe 脫氧劑：硅鐵，錳脫氧劑：硅鐵，錳鐵調(diào)理合金元素鐵調(diào)理合金元素第第 9頁(yè)頁(yè)1. 轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼法 n轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼n根據(jù)風(fēng)口位置分：底吹、頂吹、根據(jù)風(fēng)口位置分：底吹、頂吹、側(cè)吹三種；側(cè)吹三種；n根據(jù)所鼓風(fēng)的不同分：空氣轉(zhuǎn)根據(jù)所鼓風(fēng)的不同分：空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐；爐和氧氣轉(zhuǎn)爐；n根據(jù)爐襯資料的不同分：酸性根據(jù)爐襯資料的不同分：酸性轉(zhuǎn)爐和堿性轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐和堿性轉(zhuǎn)爐。n轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是熔化的轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是熔化的高溫鐵水及部分廢鋼。轉(zhuǎn)爐煉高溫鐵水及部分廢鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼不需求另外運(yùn)用燃料。鋼不需求另外運(yùn)用燃料。n空氣轉(zhuǎn)爐法只能用來(lái)煉制普通空氣轉(zhuǎn)爐法只能用來(lái)煉制普

7、通碳素鋼。但其本錢(qián)較低。碳素鋼。但其本錢(qián)較低。n氧氣轉(zhuǎn)爐法可煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和氧氣轉(zhuǎn)爐法可煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。合金鋼。第第 10頁(yè)頁(yè)2.平爐煉鋼法平爐煉鋼法 也叫馬丁法也叫馬丁法 n根據(jù)所用耐火資料不同分為堿性平爐和酸性根據(jù)所用耐火資料不同分為堿性平爐和酸性平爐。平爐。 n平爐煉鋼法是以固體或液體生鐵、鐵礦石或平爐煉鋼法是以固體或液體生鐵、鐵礦石或廢鋼作原料。反響所需的熱量是由熄滅氣體廢鋼作原料。反響所需的熱量是由熄滅氣體燃料高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣或液體燃料燃料高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣或液體燃料重油所提供。重油所提供。 n平爐可煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。但由于設(shè)平爐可煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。但由于設(shè)備投

8、資較大，燃料熱效率不高，冶煉時(shí)間較備投資較大，燃料熱效率不高，冶煉時(shí)間較長(zhǎng)，故其本錢(qián)較高。長(zhǎng)，故其本錢(qián)較高。n視頻：鞍鋼平改轉(zhuǎn)工程視頻：鞍鋼平改轉(zhuǎn)工程第第 11頁(yè)頁(yè)3.電爐煉鋼法電爐煉鋼法 n電爐的種類(lèi)很多，分電弧爐、感應(yīng)爐、電渣爐三種。電爐鋼電爐的種類(lèi)很多，分電弧爐、感應(yīng)爐、電渣爐三種。電爐鋼的質(zhì)量最好，但本錢(qián)高，主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊性的質(zhì)量最好，但本錢(qián)高，主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊性能鋼。能鋼。n表表51 三種煉鋼法列表比較三種煉鋼法列表比較 爐名爐名原料原料氧的來(lái)源氧的來(lái)源熱的來(lái)源熱的來(lái)源產(chǎn)品及優(yōu)缺陷產(chǎn)品及優(yōu)缺陷轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐液態(tài)生鐵液態(tài)生鐵空氣空氣雜質(zhì)氧化時(shí)雜質(zhì)氧化時(shí)放出的熱放出的

9、熱出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鐵的耗出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鐵的耗損率較大，管理不便。鋼質(zhì)量較差。損率較大，管理不便。鋼質(zhì)量較差。氧氣氧氣出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鋼質(zhì)量出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鋼質(zhì)量較高。較高。平爐平爐廢鐵、廢鋼廢鐵、廢鋼及鐵礦石及鐵礦石空氣、氧化空氣、氧化鐵、鐵礦石鐵、鐵礦石氣體燃料熄氣體燃料熄滅滅制合金鋼。質(zhì)量高，管理方便。反響時(shí)制合金鋼。質(zhì)量高，管理方便。反響時(shí)間較長(zhǎng)，耗費(fèi)燃料，建立費(fèi)用高。間較長(zhǎng)，耗費(fèi)燃料，建立費(fèi)用高。電爐電爐同上同上氧化鐵、鐵氧化鐵、鐵礦石礦石電能電能制鎢等高級(jí)合金鋼。反響時(shí)間較平爐短，制鎢等高級(jí)合金鋼。反響時(shí)間較平爐短，管理方便，電能耗費(fèi)

10、量大，本錢(qián)高。管理方便，電能耗費(fèi)量大，本錢(qián)高。第第 12頁(yè)頁(yè)5.1.2 鋼的鑄錠鋼的鑄錠 n冶煉后的鋼水注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠鋼坯，這種冶煉后的鋼水注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠鋼坯，這種工藝稱(chēng)為鑄錠。工藝稱(chēng)為鑄錠。 n在鑄錠冷卻過(guò)程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解在鑄錠冷卻過(guò)程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導(dǎo)致度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導(dǎo)致化學(xué)成分在鋼錠截面上分布不均勻，這種景象稱(chēng)為化學(xué)偏析，化學(xué)成分在鋼錠截面上分布不均勻，這種景象稱(chēng)為化學(xué)偏析，其中尤以硫、磷最為嚴(yán)重。偏析景象對(duì)鋼的質(zhì)量有很大影響。其中尤以硫

11、、磷最為嚴(yán)重。偏析景象對(duì)鋼的質(zhì)量有很大影響。 n根據(jù)脫氧程度的不同，澆鑄的鋼錠可分為：根據(jù)脫氧程度的不同，澆鑄的鋼錠可分為： n沸騰鋼：是脫氧不完全的鋼。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)磷、硫沸騰鋼：是脫氧不完全的鋼。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)磷、硫等的偏析嚴(yán)重，再加上鋼的致密程度較差，使它的沖擊韌性等的偏析嚴(yán)重，再加上鋼的致密程度較差，使它的沖擊韌性和可焊性較差，特別是低溫沖擊韌性的降低更為顯著。但本和可焊性較差，特別是低溫沖擊韌性的降低更為顯著。但本錢(qián)較低。錢(qián)較低。n鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧完全的鋼。是質(zhì)量較好的鋼種，但本錢(qián)較高。鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧完全的鋼。是質(zhì)量較好的鋼種，但本錢(qián)較高。n半鎮(zhèn)靜鋼：其脫氧程度和材質(zhì)介于上

12、述兩種鋼之間。半鎮(zhèn)靜鋼：其脫氧程度和材質(zhì)介于上述兩種鋼之間。 n特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，質(zhì)量最特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，質(zhì)量最好。好。第第 13頁(yè)頁(yè)兩鋼錠的縱剖面兩鋼錠的縱剖面 (A)沸騰鋼縱剖面圖沸騰鋼縱剖面圖 (B)鎮(zhèn)靜鋼縱剖面圖鎮(zhèn)靜鋼縱剖面圖第第 14頁(yè)頁(yè)5.1.3 鋼的壓力加工鋼的壓力加工 n壓力加工可分為冷加工和熱加工。壓力加工可分為冷加工和熱加工。n熱加工是將鋼錠加熱到塑性形狀，依托外力來(lái)改動(dòng)熱加工是將鋼錠加熱到塑性形狀，依托外力來(lái)改動(dòng)外形的加工。常用的熱加工方式有碾軋和鍛造。外形的加工。常用的熱加工方式有碾軋和鍛造。n1.碾軋：將鋼坯加熱

13、碾軋：將鋼坯加熱9001250至塑性形狀，至塑性形狀，軋成所需外形的鋼材。工程上常用的鋼筋、工字鋼、軋成所需外形的鋼材。工程上常用的鋼筋、工字鋼、角鋼及鋼板等都是碾軋制成的。角鋼及鋼板等都是碾軋制成的。n2.鍛造：將鋼材加熱至塑性形狀，用錘擊或靜壓的鍛造：將鋼材加熱至塑性形狀，用錘擊或靜壓的方法，使之加工成一定外形的制品。如建筑及機(jī)械方法，使之加工成一定外形的制品。如建筑及機(jī)械用的鋼零件。用的鋼零件。 n鋼材經(jīng)熱加工后，其內(nèi)部氣泡由于外力的擠壓而焊鋼材經(jīng)熱加工后，其內(nèi)部氣泡由于外力的擠壓而焊合，疏松組織密實(shí)，從而提高了鋼的強(qiáng)度和質(zhì)量，合，疏松組織密實(shí)，從而提高了鋼的強(qiáng)度和質(zhì)量，普通碾軋的次數(shù)越

14、多，鋼的強(qiáng)度提高也越大。普通碾軋的次數(shù)越多，鋼的強(qiáng)度提高也越大。第第 15頁(yè)頁(yè)5.1.4 鋼的分類(lèi)鋼的分類(lèi) n1.按化學(xué)成分分類(lèi)按化學(xué)成分分類(lèi) n當(dāng)鋼材組分元素中含量?jī)H次于鐵元素的成分為碳時(shí)，當(dāng)鋼材組分元素中含量?jī)H次于鐵元素的成分為碳時(shí)，那么稱(chēng)為碳素鋼；那么稱(chēng)為碳素鋼；n當(dāng)鋼材組分元素中含量?jī)H次于鐵元素的成分為其他當(dāng)鋼材組分元素中含量?jī)H次于鐵元素的成分為其他合金元素時(shí)，那么稱(chēng)為合金鋼。合金元素時(shí)，那么稱(chēng)為合金鋼。 n(1)碳素鋼碳素鋼根據(jù)含碳量多少，碳素鋼可分為：根據(jù)含碳量多少，碳素鋼可分為：n低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量0.25以下。以下。n中碳鋼：含碳量中碳鋼：含碳量0.250.6。n高碳

15、鋼：含碳量大于高碳鋼：含碳量大于0.6。n(2)合金鋼合金鋼根據(jù)合金元素的含量，合金鋼可分為：根據(jù)合金元素的含量，合金鋼可分為：n低合金鋼：合金元素總含量小于低合金鋼：合金元素總含量小于5；n中合金鋼：合金元素總含量在中合金鋼：合金元素總含量在510之間；之間；n高合金鋼：合金元素總含量大于高合金鋼：合金元素總含量大于10。 第第 16頁(yè)頁(yè)2.按用途分類(lèi)按用途分類(lèi) n鋼材按照用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼和特殊鋼材按照用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼和特殊性能鋼三類(lèi)。性能鋼三類(lèi)。n1構(gòu)造鋼：工程構(gòu)造構(gòu)件用鋼、機(jī)械制造構(gòu)造鋼：工程構(gòu)造構(gòu)件用鋼、機(jī)械制造用鋼。用鋼。n2工具鋼：根據(jù)化學(xué)成分不同分碳素工具工具鋼：

16、根據(jù)化學(xué)成分不同分碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼，廣泛用于各鋼、合金工具鋼和高速工具鋼，廣泛用于各種刃具、模具、量具等。種刃具、模具、量具等。n3特殊性能鋼：具有特殊物理、化學(xué)或機(jī)特殊性能鋼：具有特殊物理、化學(xué)或機(jī)械性能的鋼，多為高合金鋼，如不銹鋼、耐械性能的鋼，多為高合金鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。第第 17頁(yè)頁(yè) 3. 按質(zhì)量雜質(zhì)含量分類(lèi)按質(zhì)量雜質(zhì)含量分類(lèi) n根據(jù)鋼材中所含有害雜質(zhì)的多少工業(yè)用鋼可分為：根據(jù)鋼材中所含有害雜質(zhì)的多少工業(yè)用鋼可分為： n(1)普通鋼：含硫量普通鋼：含硫量0.050；含磷量；含磷量0.045。 n(2)優(yōu)質(zhì)鋼

17、：含硫量?jī)?yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035；含磷量；含磷量0.035。n(3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025；含磷量；含磷量0.025。n(4)特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015；含磷量；含磷量0.025。n在土木工程中常用的鋼種是普通碳素構(gòu)造鋼和普通在土木工程中常用的鋼種是普通碳素構(gòu)造鋼和普通低合金構(gòu)造鋼。低合金構(gòu)造鋼。第第 18頁(yè)頁(yè)5.2 建筑鋼材的主要技術(shù)性能建筑鋼材的主要技術(shù)性能 n鋼材的技術(shù)性質(zhì)主要包括力學(xué)性能和工藝性鋼材的技術(shù)性質(zhì)主要包括力學(xué)性能和工藝性能兩個(gè)方面。能兩個(gè)方面。 n5.2.1力學(xué)性能力學(xué)性能 n主要技術(shù)目的有：抗拉屈服強(qiáng)度、抗拉極限主要技術(shù)目的有：

18、抗拉屈服強(qiáng)度、抗拉極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、韌性和硬度等。強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、韌性和硬度等。 n1.拉伸性能拉伸性能 拉伸實(shí)驗(yàn)視頻拉伸實(shí)驗(yàn)視頻 第第 19頁(yè)頁(yè)低碳鋼拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)低碳鋼拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn) 圖圖5 59 9 低碳鋼拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)低碳鋼拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)第第 20頁(yè)頁(yè)硬鋼的屈服強(qiáng)度硬鋼的屈服強(qiáng)度 n規(guī)定產(chǎn)生剩余變形為原標(biāo)距長(zhǎng)度的規(guī)定產(chǎn)生剩余變形為原標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，也稱(chēng)條件屈服點(diǎn)，應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，也稱(chēng)條件屈服點(diǎn)，用用0.2表示。表示。第第 21頁(yè)頁(yè)屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比 n屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之比。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之比。n屈強(qiáng)比能反映鋼材的

19、利用率和構(gòu)造平安可靠程度。屈強(qiáng)比能反映鋼材的利用率和構(gòu)造平安可靠程度。n屈強(qiáng)比越小，其構(gòu)造的平安可靠程度越高，不易因屈強(qiáng)比越小，其構(gòu)造的平安可靠程度越高，不易因部分超載而呵斥脆性斷裂而破壞；部分超載而呵斥脆性斷裂而破壞；n屈強(qiáng)比過(guò)小，又闡明鋼材強(qiáng)度的利用率偏低，呵斥屈強(qiáng)比過(guò)小，又闡明鋼材強(qiáng)度的利用率偏低，呵斥鋼材浪費(fèi)。鋼材浪費(fèi)。n建筑構(gòu)造鋼合理的屈強(qiáng)比普通為建筑構(gòu)造鋼合理的屈強(qiáng)比普通為0.600.75。nQ225鋼材的屈服比為鋼材的屈服比為0.580.63n普通的合金鋼的屈強(qiáng)比在普通的合金鋼的屈強(qiáng)比在0.670.75之間。之間。 s=b/屈強(qiáng)比第第 22頁(yè)頁(yè)兩種鋼材的選用兩種鋼材的選用 n察看

20、圖中察看圖中、兩種低碳鋼的應(yīng)力兩種低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的差別。討論：應(yīng)變曲線(xiàn)的差別。討論： n(1) 假設(shè)對(duì)于變形要求嚴(yán)厲的構(gòu)件，假設(shè)對(duì)于變形要求嚴(yán)厲的構(gòu)件，、兩種低碳鋼選用誰(shuí)兩種低碳鋼選用誰(shuí)者更適宜。者更適宜。 n(2) 運(yùn)用運(yùn)用、兩種鋼材，哪一個(gè)平安性較高。兩種鋼材，哪一個(gè)平安性較高。 兩種低碳鋼的應(yīng)力兩種低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn)第第 23頁(yè)頁(yè)2.塑性塑性 n鋼材的塑性通常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示。鋼材的塑性通常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示。 n1伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率n n通常以通常以5和和10分另表示分另表示L05d0和和L010 d0時(shí)的伸時(shí)的伸長(zhǎng)率。對(duì)于同一種鋼材，其長(zhǎng)率。對(duì)于同一種

21、鋼材，其5 10。 100100lll %第第 24頁(yè)頁(yè)n2斷面收縮率斷面收縮率() n式中：式中：0試件原始截面積；試件原始截面積；n 1試件拉斷后頸縮處的截面積。試件拉斷后頸縮處的截面積。n伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的才干。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越性變形的才干。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越高，闡明鋼材塑性越大。高，闡明鋼材塑性越大。 010AAA 第第 25頁(yè)頁(yè)3.沖擊韌性沖擊韌性 n沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的才干。沖擊韌性是經(jīng)過(guò)夏沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的才干。沖擊韌性是經(jīng)過(guò)夏比比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。將規(guī)范彎曲試樣置于沖型

22、缺口沖擊實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。將規(guī)范彎曲試樣置于沖擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)。用擺錘打斷試件，擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)。用擺錘打斷試件，測(cè)得試件單位截面積上所耗費(fèi)的功，作為沖擊韌性目的，用測(cè)得試件單位截面積上所耗費(fèi)的功，作為沖擊韌性目的，用沖擊值沖擊值ak表示，單位為表示，單位為J/cm2。 nF試件斷口處的截面積；試件斷口處的截面積；nAk沖斷試件所耗費(fèi)的功。沖斷試件所耗費(fèi)的功。kkAaF沖擊韌性實(shí)驗(yàn)沖擊韌性實(shí)驗(yàn)第第 26頁(yè)頁(yè)影響鋼材沖擊韌性的要素影響鋼材沖擊韌性的要素 n鋼材的沖擊韌性對(duì)鋼的化學(xué)成分、鋼材的沖擊韌性對(duì)鋼的化學(xué)成分、內(nèi)部組織形狀，以及冶煉、軋制內(nèi)部組織形狀，以及

23、冶煉、軋制質(zhì)量都較敏感。質(zhì)量都較敏感。n鋼中磷、硫含量較高，存在偏析鋼中磷、硫含量較高，存在偏析或非金屬夾雜物，以及焊接中構(gòu)或非金屬夾雜物，以及焊接中構(gòu)成的微裂紋等，都會(huì)使沖擊值顯成的微裂紋等，都會(huì)使沖擊值顯著降低。著降低。 n沖擊值與實(shí)驗(yàn)溫度有關(guān)。沖擊值與實(shí)驗(yàn)溫度有關(guān)。n當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度范圍時(shí)，沖擊值當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度范圍時(shí)，沖擊值忽然大幅度下降，資料無(wú)明顯塑忽然大幅度下降，資料無(wú)明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱(chēng)為鋼材的冷脆性，這時(shí)的溫質(zhì)稱(chēng)為鋼材的冷脆性，這時(shí)的溫度稱(chēng)為脆性臨界溫度。度稱(chēng)為脆性臨界溫度。n通常根據(jù)氣溫條件規(guī)定通常根據(jù)氣溫條件規(guī)定20或或40的負(fù)溫沖

24、擊值目的。的負(fù)溫沖擊值目的。第第 27頁(yè)頁(yè)時(shí)效時(shí)效n隨時(shí)間的延伸而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖隨時(shí)間的延伸而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性下降，這種景象稱(chēng)為時(shí)效。擊韌性下降，這種景象稱(chēng)為時(shí)效。n完成時(shí)效變化的過(guò)程可達(dá)數(shù)十年。鋼材如經(jīng)完成時(shí)效變化的過(guò)程可達(dá)數(shù)十年。鋼材如經(jīng)受冷加工變形，或運(yùn)用中經(jīng)受振動(dòng)和反復(fù)荷受冷加工變形，或運(yùn)用中經(jīng)受振動(dòng)和反復(fù)荷載的影響，時(shí)效可迅速開(kāi)展。載的影響，時(shí)效可迅速開(kāi)展。n因時(shí)效而導(dǎo)致性能改動(dòng)的程度稱(chēng)為時(shí)效敏感因時(shí)效而導(dǎo)致性能改動(dòng)的程度稱(chēng)為時(shí)效敏感性。性。n時(shí)效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過(guò)時(shí)效以后，其時(shí)效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過(guò)時(shí)效以后，其沖擊韌性和塑性的降低愈顯著，對(duì)于接受動(dòng)沖擊

25、韌性和塑性的降低愈顯著，對(duì)于接受動(dòng)荷載的構(gòu)造物，如橋梁等，應(yīng)選用時(shí)效敏感荷載的構(gòu)造物，如橋梁等，應(yīng)選用時(shí)效敏感性較小的鋼材。性較小的鋼材。 第第 28頁(yè)頁(yè)普通低合金鋼沖擊韌性目的普通低合金鋼沖擊韌性目的 n時(shí)效沖擊功，是按規(guī)范方法將樣坯拉伸后制成試件時(shí)效沖擊功，是按規(guī)范方法將樣坯拉伸后制成試件經(jīng)熱處置，然后進(jìn)展常溫沖擊韌性實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果。經(jīng)熱處置，然后進(jìn)展常溫沖擊韌性實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果。 kA沖擊功沖擊功J J不小于不小于常溫時(shí)常溫時(shí) 20204040時(shí)效時(shí)效595969693030343430303434第第 29頁(yè)頁(yè)兩種鋼材低溫沖擊韌性的比較兩種鋼材低溫沖擊韌性的比較 n請(qǐng)察看圖中請(qǐng)察看圖中、

26、兩低合金鋼曲線(xiàn)，假設(shè)在東北地兩低合金鋼曲線(xiàn)，假設(shè)在東北地域，應(yīng)選用何種鋼更有利？域，應(yīng)選用何種鋼更有利？ 兩種低合金鋼沖擊值兩種低合金鋼沖擊值- -溫度曲線(xiàn)溫度曲線(xiàn)第第 30頁(yè)頁(yè)4.耐疲勞性耐疲勞性 n受交變荷載反復(fù)作用，受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下忽然服強(qiáng)度的情況下忽然發(fā)生脆性斷裂破壞的發(fā)生脆性斷裂破壞的景象，稱(chēng)為疲勞破壞。景象，稱(chēng)為疲勞破壞。 n鋼材在無(wú)窮次交變荷鋼材在無(wú)窮次交變荷載作用下而不至引起載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度極值，稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度極限，實(shí)踐丈量時(shí)常以限，實(shí)踐丈量時(shí)常以2106次應(yīng)力循環(huán)為次應(yīng)力

27、循環(huán)為基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)。 鋼材疲勞曲線(xiàn)表示圖鋼材疲勞曲線(xiàn)表示圖第第 31頁(yè)頁(yè)5.硬度硬度 n測(cè)定鋼材硬度的方法很多，如布氏法、測(cè)定鋼材硬度的方法很多，如布氏法、洛氏法和維氏法。建筑鋼材常用的是洛氏法和維氏法。建筑鋼材常用的是布氏法，所測(cè)硬度稱(chēng)布氏硬度。布氏法，所測(cè)硬度稱(chēng)布氏硬度。 n布氏硬度是用一定直徑布氏硬度是用一定直徑D(毫米毫米)的硬的硬質(zhì)鋼球，在規(guī)定荷裁質(zhì)鋼球，在規(guī)定荷裁P(牛頓牛頓)作用下作用下壓入試件外表，并繼續(xù)一定時(shí)間后卸壓入試件外表，并繼續(xù)一定時(shí)間后卸載，量出壓痕直徑載，量出壓痕直徑d(毫米毫米)，然后計(jì)，然后計(jì)算每單位壓痕球面積所接受的荷載值，算每單位壓痕球面積所接受的荷載值，即布

28、氏硬度值即布氏硬度值(HB)。計(jì)算公式為：。計(jì)算公式為： nHB是以是以10MPa計(jì)的數(shù)字表示，如計(jì)的數(shù)字表示，如HB150，即表示，即表示HB值為值為1500兆帕。兆帕。222PHBD DDd()第第 32頁(yè)頁(yè)n布氏硬度采用的鋼球直徑布氏硬度采用的鋼球直徑D分為分為10、5、2.5毫毫米三種。實(shí)驗(yàn)時(shí)，米三種。實(shí)驗(yàn)時(shí)，D和和P應(yīng)按規(guī)定選取。普通應(yīng)按規(guī)定選取。普通硬度較大的鋼材應(yīng)選用較大的硬度較大的鋼材應(yīng)選用較大的P/D2。nHB140的鋼材，的鋼材，P/D2應(yīng)采用應(yīng)采用30，nHB140的鋼材，的鋼材，P/D2那么應(yīng)采用那么應(yīng)采用10。n由于壓痕附近的金屬將產(chǎn)生塑性變形，其影由于壓痕附近的金屬

29、將產(chǎn)生塑性變形，其影響深度可達(dá)壓痕深度的響深度可達(dá)壓痕深度的810倍以上，所以試倍以上，所以試件厚度普通應(yīng)大于壓痕深度的件厚度普通應(yīng)大于壓痕深度的10倍。荷載堅(jiān)倍。荷載堅(jiān)持時(shí)間以持時(shí)間以1015s為宜。為宜。 第第 33頁(yè)頁(yè)n鋼材的鋼材的HB值與抗拉強(qiáng)度之間有較好的相關(guān)關(guān)值與抗拉強(qiáng)度之間有較好的相關(guān)關(guān)系。對(duì)于碳素鋼：系。對(duì)于碳素鋼：n當(dāng)當(dāng)HB175時(shí)，時(shí)，b0.36HB；n當(dāng)當(dāng)HB175時(shí)，時(shí)，b 0.35HB。n根據(jù)這些關(guān)系，我們可以在鋼構(gòu)造的原位上根據(jù)這些關(guān)系，我們可以在鋼構(gòu)造的原位上測(cè)出鋼材的測(cè)出鋼材的HB值，并估算出該鋼材的值，并估算出該鋼材的b ，而，而不破壞鋼構(gòu)造本身。不破壞鋼構(gòu)造

30、本身。 n布氏硬度測(cè)定法比較準(zhǔn)確，用途較廣，其缺布氏硬度測(cè)定法比較準(zhǔn)確，用途較廣，其缺陷是不能丈量硬度較高陷是不能丈量硬度較高(當(dāng)當(dāng)HB450時(shí)時(shí))和厚度和厚度太薄的鋼材。太薄的鋼材。 第第 34頁(yè)頁(yè)5.2.2 工藝性能工藝性能 n1.冷彎性能冷彎性能 n鋼材的冷彎性能目的用試件在常溫下所能接受的彎曲程度表鋼材的冷彎性能目的用試件在常溫下所能接受的彎曲程度表示。彎曲程度那么經(jīng)過(guò)試件被彎曲的角度和彎心直徑對(duì)試件示。彎曲程度那么經(jīng)過(guò)試件被彎曲的角度和彎心直徑對(duì)試件厚度或直徑的比值來(lái)區(qū)分。厚度或直徑的比值來(lái)區(qū)分。鋼材的冷彎鋼材的冷彎冷彎性能視頻冷彎性能視頻 第第 35頁(yè)頁(yè)2. 焊接性能焊接性能 n鋼

31、材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過(guò)熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬下，在焊縫及其附近過(guò)熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度不低于原有鋼材的強(qiáng)度。度不低于原有鋼材的強(qiáng)度。 n隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。的提高，鋼材的可焊性降低。n鋼材的含碳量超越鋼材的含碳量超越0.25時(shí)，可焊性明顯降低；時(shí)，可焊性明顯降低；n硫含量較多時(shí)，會(huì)使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)硫含量較多時(shí)，會(huì)使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)重降低焊接質(zhì)量。重降低焊接質(zhì)量。第

32、第 36頁(yè)頁(yè)某運(yùn)輸廊倒塌某運(yùn)輸廊倒塌 n某燒結(jié)礦倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸廊道于某燒結(jié)礦倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸廊道于1965年年1月發(fā)生倒塌。事故月發(fā)生倒塌。事故發(fā)生時(shí)室外氣溫為發(fā)生時(shí)室外氣溫為36左右。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及取樣實(shí)左右。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及取樣實(shí)驗(yàn)可知所用的沸騰鋼含碳驗(yàn)可知所用的沸騰鋼含碳0.230.25，含硫，含硫0.06。n事故緣由：事故緣由：n：所運(yùn)用的鋼材不符合規(guī)范要求，發(fā)生脆性斷裂。：所運(yùn)用的鋼材不符合規(guī)范要求，發(fā)生脆性斷裂。所用鋼材含碳量及含硫量均超越用于焊接構(gòu)造鋼材所用鋼材含碳量及含硫量均超越用于焊接構(gòu)造鋼材要求，即含碳不超越要求，即含碳不超越0.22，含硫量不超越，含硫量不超越0.055。硫的析出集中點(diǎn)正是弦

33、桿鋼發(fā)生脆性破壞部位。硫的析出集中點(diǎn)正是弦桿鋼發(fā)生脆性破壞部位。 n：斷裂處焊縫低劣，以及焊接構(gòu)造處有應(yīng)力集中：斷裂處焊縫低劣，以及焊接構(gòu)造處有應(yīng)力集中景象，助長(zhǎng)了此衍架的斷裂破壞。經(jīng)檢查，多處焊景象，助長(zhǎng)了此衍架的斷裂破壞。經(jīng)檢查，多處焊縫明顯未焊透，有焊瘤，夾雜缺陷，焊接質(zhì)量差。縫明顯未焊透，有焊瘤，夾雜缺陷，焊接質(zhì)量差。5.3 鋼材的組成構(gòu)造及對(duì)性能的影響鋼材的組成構(gòu)造及對(duì)性能的影響 5.3.1 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 第第 38頁(yè)頁(yè)1.金屬的結(jié)晶概念金屬的結(jié)晶概念 n金屬的晶格即原子的有序陳列以下三種類(lèi)型：金屬的晶格即原子的有序陳列以下三種類(lèi)型：體心立方體、面心立方體和嚴(yán)

34、密六方體。體心立方體、面心立方體和嚴(yán)密六方體。面心立方點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣 體心立方點(diǎn)陣體心立方點(diǎn)陣 密排六方點(diǎn)陣密排六方點(diǎn)陣 第第 39頁(yè)頁(yè)n金屬晶體存在許多間隙，間隙對(duì)金屬的性能、合金金屬晶體存在許多間隙，間隙對(duì)金屬的性能、合金相變等都有重要影響。相變等都有重要影響。n位于位于4個(gè)原子所組成的四面體中間的間隙稱(chēng)為四面體個(gè)原子所組成的四面體中間的間隙稱(chēng)為四面體間隙間隙n位于位于6個(gè)原子所組成的八面體中間的間隙稱(chēng)為八面體個(gè)原子所組成的八面體中間的間隙稱(chēng)為八面體間隙間隙 體心立方點(diǎn)陣四面體間隙體心立方點(diǎn)陣四面體間隙 面心立方點(diǎn)陣四面體間隙面心立方點(diǎn)陣四面體間隙 密排六方點(diǎn)陣四面體間隙密排六方點(diǎn)陣四面

35、體間隙 體心立方點(diǎn)陣八面體間隙體心立方點(diǎn)陣八面體間隙 面心立方點(diǎn)陣八面體間隙面心立方點(diǎn)陣八面體間隙 密排六方點(diǎn)陣八面體間隙密排六方點(diǎn)陣八面體間隙 第第 40頁(yè)頁(yè)多晶體多晶體n金屬的結(jié)晶過(guò)程，由于各個(gè)金屬的結(jié)晶過(guò)程，由于各個(gè)晶體在長(zhǎng)大過(guò)程中相互接觸晶體在長(zhǎng)大過(guò)程中相互接觸和制約，使各個(gè)晶體構(gòu)成不和制約，使各個(gè)晶體構(gòu)成不規(guī)那么外形。規(guī)那么外形。n單個(gè)的這種不規(guī)那么的小晶單個(gè)的這種不規(guī)那么的小晶體稱(chēng)為晶粒。晶粒與晶粒間體稱(chēng)為晶粒。晶粒與晶粒間的分界面稱(chēng)為晶界。由很多的分界面稱(chēng)為晶界。由很多的晶粒再組成多晶體。的晶粒再組成多晶體。 n金屬資料都是多晶體構(gòu)造。金屬資料都是多晶體構(gòu)造。就單個(gè)晶體而言是各向

36、異性就單個(gè)晶體而言是各向異性的，但就多晶體來(lái)講那么是的，但就多晶體來(lái)講那么是各向同性的，所以金屬資料各向同性的，所以金屬資料都是各向同性的。都是各向同性的。 第第 41頁(yè)頁(yè) 2.純鐵的同素異構(gòu)晶體轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)晶體轉(zhuǎn)變 n某些金屬結(jié)晶之后，當(dāng)溫度改動(dòng)時(shí)，某些金屬結(jié)晶之后，當(dāng)溫度改動(dòng)時(shí)，它的晶格類(lèi)型還會(huì)隨之變化，此變它的晶格類(lèi)型還會(huì)隨之變化，此變化稱(chēng)為同素異晶轉(zhuǎn)變。晶格發(fā)生轉(zhuǎn)化稱(chēng)為同素異晶轉(zhuǎn)變。晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度稱(chēng)為臨界溫度。轉(zhuǎn)變的產(chǎn)變的溫度稱(chēng)為臨界溫度。轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱(chēng)為同素異構(gòu)體。物稱(chēng)為同素異構(gòu)體。 n純鐵的三種同素異構(gòu)晶體。純鐵的三種同素異構(gòu)晶體。 n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到1535直

37、接由液直接由液態(tài)鐵凝固而成，為體心立方晶格；態(tài)鐵凝固而成，為體心立方晶格；n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到0時(shí)，由體心立時(shí)，由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц瘢环骄Ц褶D(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?；n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到910時(shí)，由面心時(shí)，由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。 910769的的鐵亦稱(chēng)鐵亦稱(chēng)鐵。鐵。 1390910 體心立方體心立方面心立方FeFeFe第第 42頁(yè)頁(yè)5.3.2 合金的概念合金的概念 n合金是指熔合兩種或兩種以上元素其中至少一種合金是指熔合兩種或兩種以上元素其中至少一種是金屬元素所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。有以是金屬元素所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。

38、有以下三種根本類(lèi)型：下三種根本類(lèi)型： n1.固溶體固溶體n固溶體是以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬固溶體是以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬為溶質(zhì)，共溶后所構(gòu)成的固態(tài)溶液。固溶體中的溶為溶質(zhì)，共溶后所構(gòu)成的固態(tài)溶液。固溶體中的溶劑元素仍堅(jiān)持原來(lái)晶格，溶質(zhì)原子溶解其中。可分劑元素仍堅(jiān)持原來(lái)晶格，溶質(zhì)原子溶解其中?？煞譃橹脫Q固溶和間隙固溶兩種。為置換固溶和間隙固溶兩種。 n當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑中構(gòu)成固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子占當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑中構(gòu)成固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑點(diǎn)陣的陣點(diǎn)，或者說(shuō)溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)據(jù)溶劑點(diǎn)陣的陣點(diǎn)，或者說(shuō)溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱(chēng)為置換固溶體。

39、陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱(chēng)為置換固溶體。n溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而構(gòu)成的固溶體稱(chēng)為溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而構(gòu)成的固溶體稱(chēng)為間隙固溶體。間隙固溶體。 n固溶強(qiáng)化作用：添加固溶體的強(qiáng)度和硬度。固溶強(qiáng)化作用：添加固溶體的強(qiáng)度和硬度。第第 43頁(yè)頁(yè)n2.金屬化合物金屬化合物n是兩種元素的原子按一定比例結(jié)合的一種新是兩種元素的原子按一定比例結(jié)合的一種新的化合物。如的化合物。如Fe3C滲碳體，其晶格與原滲碳體，其晶格與原來(lái)兩種元素的晶格不同，性質(zhì)也各異，表現(xiàn)來(lái)兩種元素的晶格不同，性質(zhì)也各異，表現(xiàn)出非常的硬脆。出非常的硬脆。 n3.機(jī)械混合物機(jī)械混合物n是兩種組成既不溶解也不化合，而是機(jī)械地是

40、兩種組成既不溶解也不化合，而是機(jī)械地組合成的一種混合物。這兩種組成物各堅(jiān)持組合成的一種混合物。這兩種組成物各堅(jiān)持其各自的晶格和性質(zhì)，其混合物的性質(zhì)取決其各自的晶格和性質(zhì)，其混合物的性質(zhì)取決于各組成物的相對(duì)比例。于各組成物的相對(duì)比例。 第第 44頁(yè)頁(yè)5.3.2 鐵碳合金的晶體組織與性能鐵碳合金的晶體組織與性能 n1.鐵素體鐵素體n碳在碳在-Fe中的固溶體，以符號(hào)中的固溶體，以符號(hào)“F表示。鐵素體內(nèi)表示。鐵素體內(nèi)原子間的空隙較小，常溫下僅能溶碳原子間的空隙較小，常溫下僅能溶碳0.0008，600時(shí)時(shí)0.0057%，在，在727時(shí)溶碳量最大，但也只需時(shí)溶碳量最大，但也只需0.0218，由于溶碳量少，

41、其性質(zhì)極其柔軟，強(qiáng)度，由于溶碳量少，其性質(zhì)極其柔軟，強(qiáng)度較低。抗拉強(qiáng)度約為較低。抗拉強(qiáng)度約為180280MPa，伸長(zhǎng)率為，伸長(zhǎng)率為3050，HB約為約為5080，沖擊韌性約為，沖擊韌性約為160200J/cm2。n2.滲碳體滲碳體n碳和鐵構(gòu)成的化合物碳和鐵構(gòu)成的化合物Fe3C。滲碳體含碳量達(dá)。滲碳體含碳量達(dá)6.67，晶格構(gòu)造復(fù)雜，性質(zhì)非常硬脆，晶格構(gòu)造復(fù)雜，性質(zhì)非常硬脆，HB約約800，抗拉強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度很低，熔點(diǎn)為度很低，熔點(diǎn)為1600(有資料引見(jiàn)其計(jì)算值為有資料引見(jiàn)其計(jì)算值為1227,有資料說(shuō)其熔點(diǎn)為有資料說(shuō)其熔點(diǎn)為12271600)。工業(yè)上不。工業(yè)上不單獨(dú)運(yùn)用它。它是鐵碳合金中的一種根本組

42、織。單獨(dú)運(yùn)用它。它是鐵碳合金中的一種根本組織。 第第 45頁(yè)頁(yè)針狀和塊狀鐵素體針狀和塊狀鐵素體100倍倍第第 46頁(yè)頁(yè)n3.珠光體珠光體n鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。兩種成分相間鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。兩種成分相間成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為0.77，在珠，在珠光體中鐵素體占光體中鐵素體占88%，滲碳體占，滲碳體占12%，由于鐵素體，由于鐵素體的數(shù)量大大多于滲碳體，所以鐵素體層片要比滲碳的數(shù)量大大多于滲碳體，所以鐵素體層片要比滲碳體厚得多。珠光體性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間。體厚得多。珠光體性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間。在腐蝕后用肉眼直接觀看有珍珠光

43、澤，故名珠光體。在腐蝕后用肉眼直接觀看有珍珠光澤，故名珠光體。用符號(hào)用符號(hào)“P表示。表示。 n4.奧氏體奧氏體n碳在碳在-Fe中的固溶體，以符號(hào)中的固溶體，以符號(hào)“A表示。只存在于表示。只存在于高溫。碳的溶解度隨著溫度而變，當(dāng)溫度達(dá)高溫。碳的溶解度隨著溫度而變，當(dāng)溫度達(dá)1148時(shí)，碳的溶解度達(dá)時(shí)，碳的溶解度達(dá)2.11。 n隨著溫度的降低，碳在隨著溫度的降低，碳在-Fe中的溶解度降低而析出中的溶解度降低而析出二次滲碳體，當(dāng)冷卻到二次滲碳體，當(dāng)冷卻到727時(shí)，其含碳量降為時(shí)，其含碳量降為0.77，奧氏體便分解為珠光體。奧氏體的塑性和韌性，奧氏體便分解為珠光體。奧氏體的塑性和韌性很好。很好。 第第

44、47頁(yè)頁(yè)片狀珠光體片狀珠光體1000倍倍第第 48頁(yè)頁(yè)n鐵碳合金在常溫下的根本組織是鐵素體、滲碳體和鐵碳合金在常溫下的根本組織是鐵素體、滲碳體和珠光體三種，它們的機(jī)械性能見(jiàn)下表。鐵碳合金的珠光體三種，它們的機(jī)械性能見(jiàn)下表。鐵碳合金的性質(zhì)那么取決于這些晶體組織在合金中所占的比例。性質(zhì)那么取決于這些晶體組織在合金中所占的比例。n鐵碳合金室溫時(shí)根本組織機(jī)械性能鐵碳合金室溫時(shí)根本組織機(jī)械性能稱(chēng)號(hào)稱(chēng)號(hào)符號(hào)符號(hào)組織類(lèi)型組織類(lèi)型bMPaHBakJ/cm2鐵素體鐵素體F碳在碳在Fe中的固溶體中的固溶體體心立方晶格體心立方晶格2508050160200滲碳體滲碳體Fe3C鐵和碳的化合物復(fù)雜鐵和碳的化合物復(fù)雜晶格

45、晶格3080000珠光體珠光體P鐵素體與滲碳體的層狀鐵素體與滲碳體的層狀機(jī)械混合物機(jī)械混合物75018020252432第第 49頁(yè)頁(yè)5.3.3 鐵碳合金相圖的概念鐵碳合金相圖的概念 n鐵碳合金相圖是在平衡形狀下表示不同成分鐵碳合金相圖是在平衡形狀下表示不同成分的鐵碳合金，在不同溫度下晶體組織變化的的鐵碳合金，在不同溫度下晶體組織變化的一種圖形。它是研討各種晶體組織隨溫度和一種圖形。它是研討各種晶體組織隨溫度和成分變化規(guī)律的圖形。成分變化規(guī)律的圖形。n鐵和碳可以構(gòu)成一系列化合物，如鐵和碳可以構(gòu)成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等，有實(shí)意圖義并被深化研討的等，有實(shí)意圖義并被深化研討的只

46、是只是Fe-Fe3C部分，通常稱(chēng)其為部分，通常稱(chēng)其為 Fe-Fe3C相圖，相圖，又稱(chēng)為鐵碳平衡圖，此時(shí)相圖的組元為又稱(chēng)為鐵碳平衡圖，此時(shí)相圖的組元為Fe和和Fe3C。它表示鐵碳合金在極其緩慢冷卻下各。它表示鐵碳合金在極其緩慢冷卻下各階段的組織構(gòu)造情況。階段的組織構(gòu)造情況。 第第 50頁(yè)頁(yè)nABCDABCD線(xiàn)是合線(xiàn)是合金的液相線(xiàn)。金的液相線(xiàn)。nAHJECFDAHJECFD線(xiàn)線(xiàn)稱(chēng)為固相線(xiàn)。稱(chēng)為固相線(xiàn)。nGSEGSE是奧氏是奧氏體開(kāi)場(chǎng)分解體開(kāi)場(chǎng)分解溫度線(xiàn)，又溫度線(xiàn)，又稱(chēng)上臨界溫稱(chēng)上臨界溫度線(xiàn)。度線(xiàn)。 nPSKPSK線(xiàn)是下線(xiàn)是下臨界溫度線(xiàn)，臨界溫度線(xiàn)，即奧氏體存即奧氏體存在的下限溫在的下限溫度。度。

47、第第 51頁(yè)頁(yè)Fe-Fe3C相圖中各點(diǎn)的溫度、碳含量及含相圖中各點(diǎn)的溫度、碳含量及含義義 符號(hào)符號(hào)溫度溫度, , 碳含量碳含量(C)%(C)%含含 義義A A153515350 0純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)B B149514950.530.53包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分C C114811484.304.30共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) Lc AE+Fe3C Lc AE+Fe3CD D122712276.696.69Fe3CFe3C的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)E E114811482.112.11碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F F114811486.696.69Fe3CFe3C的成分的成

48、分 G G9129120 0 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A3)H H149514950.090.09碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 J J149514950.170.17包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)LB+ H AJ LB+ H AJ K K7277276.696.69Fe3CFe3C的成分的成分N N4 40 0 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A4)P P7277270.020.02碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度S S7277270.770.77共析點(diǎn)共析點(diǎn)(A1) As FP+Fe3C (A1) As FP+Fe3C Q Q6006

49、000.00570.0057600600時(shí)碳在時(shí)碳在 -Fe -Fe中的溶解度中的溶解度 ( (室溫室溫) )(0.0008)(0.0008) 第第 52頁(yè)頁(yè)隨著含碳量的添加鋼晶體組織的變化隨著含碳量的添加鋼晶體組織的變化n含碳量在含碳量在0.020.77之間的鋼，晶體組織為鐵素之間的鋼，晶體組織為鐵素體和珠光體，并將具有這兩種組織的鋼通稱(chēng)為亞共體和珠光體，并將具有這兩種組織的鋼通稱(chēng)為亞共析鋼。建筑鋼材的含碳量低于析鋼。建筑鋼材的含碳量低于0.77，故是由鐵素，故是由鐵素體和珠光體所組成的。體和珠光體所組成的。 n含碳量為含碳量為0.77的鋼，其晶體組織全部是珠光體，的鋼，其晶體組織全部是珠光

50、體，這種鋼稱(chēng)為共析鋼。這種鋼稱(chēng)為共析鋼。 n含碳量在含碳量在0.772.11之間的鋼，晶體組織為珠光之間的鋼，晶體組織為珠光體和滲碳體，而具有這兩種組織的鋼通常稱(chēng)為過(guò)共體和滲碳體，而具有這兩種組織的鋼通常稱(chēng)為過(guò)共析鋼。析鋼。n綜上所述，在常溫下隨著含碳量的添加，鋼中鐵素綜上所述，在常溫下隨著含碳量的添加，鋼中鐵素體含量逐漸減少，滲碳體的含量逐漸增多。體含量逐漸減少，滲碳體的含量逐漸增多。 第第 53頁(yè)頁(yè)5.3.4 鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響 n1.碳碳 n鋼材的硬度和強(qiáng)度隨含碳鋼材的硬度和強(qiáng)度隨含碳的添加而提高。鋼材的塑的添加而提高。鋼材的塑性、韌性和冷彎性能隨含

51、性、韌性和冷彎性能隨含碳量的添加而下降。當(dāng)含碳量的添加而下降。當(dāng)含碳量增至碳量增至1時(shí)，強(qiáng)度最時(shí)，強(qiáng)度最大，但當(dāng)含碳量超越大，但當(dāng)含碳量超越1以后，強(qiáng)度反而下降。以后，強(qiáng)度反而下降。 n碳還是降低鋼材可焊性的碳還是降低鋼材可焊性的元素之一，含碳量超越元素之一，含碳量超越0.3時(shí)，鋼的可焊性顯著降時(shí)，鋼的可焊性顯著降低。低。n碳還會(huì)降低鋼的塑性，添碳還會(huì)降低鋼的塑性，添加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。性，降低抗大氣銹蝕性。 第第 54頁(yè)頁(yè) 2.硅硅 n硅是在煉鋼時(shí)作為脫氧劑參與的，它都能從鋼水的硅是在煉鋼時(shí)作為脫氧劑參與的，它都能從鋼水的FeO中奪中奪取氧，生成

52、氧化物以降低鋼中的含氧量。硅的氧化物與鋼水取氧，生成氧化物以降低鋼中的含氧量。硅的氧化物與鋼水中堿性氧化物能進(jìn)一步構(gòu)成硅酸鹽，反響式如下：中堿性氧化物能進(jìn)一步構(gòu)成硅酸鹽，反響式如下： n Si2FeOSiO2Fen SiO2CaOCaSiO3 n 或或 SiO2Fe2O3CCOFe2SiO4n硅在普通碳素鋼中含量為硅在普通碳素鋼中含量為0.10.4，硅的脫氧才干較錳還強(qiáng)。，硅的脫氧才干較錳還強(qiáng)。硅溶入鐵素體可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但由于硅在碳鋼中的硅溶入鐵素體可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但由于硅在碳鋼中的含量很低，因此這一效果并不明顯。假設(shè)作為合金元素參與含量很低，因此這一效果并不明顯。假設(shè)作為合金元

53、素參與鋼中，使含量提高到鋼中，使含量提高到1.01.2時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度可提高時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度可提高1520，但塑性和韌性明顯下降，焊接性能變差，并添加，但塑性和韌性明顯下降，焊接性能變差，并添加鋼材的冷脆性。鋼材的冷脆性。 第第 55頁(yè)頁(yè)3.錳錳 n錳也是煉鋼時(shí)為脫氧及脫硫參與鋼水中的，構(gòu)成錳也是煉鋼時(shí)為脫氧及脫硫參與鋼水中的，構(gòu)成MnO及及MnS。n MnOFeSMnSFeO n MnFeOMnOFe n錳能消減硫和氧所引起的熱脆性。溶于鐵素體的錳可提高鋼錳能消減硫和氧所引起的熱脆性。溶于鐵素體的錳可提高鋼材的強(qiáng)度。鋼中含錳量在材的強(qiáng)度。鋼中含錳量在0.8以下時(shí)，錳對(duì)鋼的性能影響不以下時(shí)

54、，錳對(duì)鋼的性能影響不顯著。假設(shè)將錳作為合金元素參與鋼中，使鋼中錳的含量提顯著。假設(shè)將錳作為合金元素參與鋼中，使鋼中錳的含量提高到高到0.81.2或者更高，就成為力學(xué)性能優(yōu)于普通碳鋼的錳或者更高，就成為力學(xué)性能優(yōu)于普通碳鋼的錳鋼。但當(dāng)錳含量大于鋼。但當(dāng)錳含量大于1.0時(shí)，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，塑性及韌時(shí)，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，塑性及韌性有所降低，可焊性變差，耐腐蝕性降低。性有所降低，可焊性變差，耐腐蝕性降低。 n普通碳素鋼中，錳含量為普通碳素鋼中，錳含量為0.250.8，在低合金鋼中的含量，在低合金鋼中的含量普通為普通為12。錳在低合金鋼中的作用主要是：溶于鐵素體。錳在低合金鋼中的作用主要是：溶于鐵素體

55、中使其強(qiáng)化，降低奧氏體的分解溫度，起到細(xì)化珠光體的作中使其強(qiáng)化，降低奧氏體的分解溫度，起到細(xì)化珠光體的作用，使強(qiáng)度提高。用，使強(qiáng)度提高。 n有的合金鋼含錳量高達(dá)有的合金鋼含錳量高達(dá)1114，稱(chēng)高錳鋼。，稱(chēng)高錳鋼。第第 56頁(yè)頁(yè)4.磷磷 n磷是煉鋼原料中帶入的有害元素。磷溶入鐵素體時(shí)，磷是煉鋼原料中帶入的有害元素。磷溶入鐵素體時(shí)，可使鋼的強(qiáng)度、硬度添加，并顯著降低其塑性和韌可使鋼的強(qiáng)度、硬度添加，并顯著降低其塑性和韌性。當(dāng)鋼中含磷量達(dá)性。當(dāng)鋼中含磷量達(dá)0.3時(shí)，鋼完全變脆，沖擊韌時(shí)，鋼完全變脆，沖擊韌性接近于零，這種景象稱(chēng)為冷脆性。雖然鋼中的磷性接近于零，這種景象稱(chēng)為冷脆性。雖然鋼中的磷很難到達(dá)

56、這個(gè)數(shù)量，但鋼中的磷在結(jié)晶時(shí)極易偏析，很難到達(dá)這個(gè)數(shù)量，但鋼中的磷在結(jié)晶時(shí)極易偏析，使其部分地域到達(dá)較高的磷含量而變脆，冷脆性使使其部分地域到達(dá)較高的磷含量而變脆，冷脆性使鋼材不宜在低溫條件下任務(wù)。因此在各種質(zhì)量鋼中，鋼材不宜在低溫條件下任務(wù)。因此在各種質(zhì)量鋼中，都嚴(yán)厲規(guī)定了磷的允許含量范圍，普通碳素鋼中的都嚴(yán)厲規(guī)定了磷的允許含量范圍，普通碳素鋼中的含磷量不得超越含磷量不得超越0.045。n磷能有效地改善鋼的切削加工性能，因此在易削鋼磷能有效地改善鋼的切削加工性能，因此在易削鋼中還要提高磷的含量。中還要提高磷的含量。 第第 57頁(yè)頁(yè)5.硫硫 n硫是鋼中極有害元素。硫不溶于鐵素體，而與鐵化合成硫

57、是鋼中極有害元素。硫不溶于鐵素體，而與鐵化合成FeS。FeS與與Fe在在985時(shí)構(gòu)成共晶體。這些低熔點(diǎn)共晶體在結(jié)晶時(shí)，時(shí)構(gòu)成共晶體。這些低熔點(diǎn)共晶體在結(jié)晶時(shí)，總是分布在晶界處，在總是分布在晶界處，在1000以上熱加工時(shí)，由于共晶體熔以上熱加工時(shí)，由于共晶體熔化，使鋼材產(chǎn)生裂紋。這種景象稱(chēng)為熱脆性?；逛摬漠a(chǎn)生裂紋。這種景象稱(chēng)為熱脆性。n它能降低鋼的機(jī)械性能，并可使可焊性和耐蝕性變壞。硫也它能降低鋼的機(jī)械性能，并可使可焊性和耐蝕性變壞。硫也有劇烈的偏析作用，添加了危害性。因此在各種質(zhì)量的鋼中有劇烈的偏析作用，添加了危害性。因此在各種質(zhì)量的鋼中也都規(guī)定了硫的允許含量范圍，要求在也都規(guī)定了硫的允許

58、含量范圍，要求在0.055以下。以下。n鋼水中參與錳可減弱硫的有害作用，由于錳可以從鋼水中參與錳可減弱硫的有害作用，由于錳可以從FeS中奪中奪取硫。反響式如下：取硫。反響式如下： n MnFeSMnSFenMnS在在1620熔化，而在鋼的熱加工溫度范圍熔化，而在鋼的熱加工溫度范圍(8001200)內(nèi)，內(nèi)，MnS有較好的塑性，因此不會(huì)影響鋼材的熱加工性能。有較好的塑性，因此不會(huì)影響鋼材的熱加工性能。第第 58頁(yè)頁(yè)6.氧氧n氧是冶煉氧化過(guò)程中進(jìn)入鋼水，經(jīng)脫氧處置氧是冶煉氧化過(guò)程中進(jìn)入鋼水，經(jīng)脫氧處置后殘留下來(lái)的，是鋼中的有害雜質(zhì)。它主要后殘留下來(lái)的，是鋼中的有害雜質(zhì)。它主要存在于非金屬夾雜物，少量

59、溶于鐵素體中。存在于非金屬夾雜物，少量溶于鐵素體中。n非金屬夾雜物主要是：非金屬夾雜物主要是：A12O3、FeO、MnO、SiO2以及硅酸鹽等。這些氧化物在鋼經(jīng)鍛壓以及硅酸鹽等。這些氧化物在鋼經(jīng)鍛壓后，普通以鏈狀或條狀分布于鋼中，尤其容后，普通以鏈狀或條狀分布于鋼中，尤其容易分布在晶界處，這時(shí)會(huì)降低鋼的塑性及韌易分布在晶界處，這時(shí)會(huì)降低鋼的塑性及韌性，運(yùn)用時(shí)，能夠呵斥工件忽然斷裂。性，運(yùn)用時(shí)，能夠呵斥工件忽然斷裂。n氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用。氧化物所呵斥的氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用。氧化物所呵斥的低熔點(diǎn)也使鋼的可焊性變壞。低熔點(diǎn)也使鋼的可焊性變壞。 第第 59頁(yè)頁(yè)7.氮氮 n氮主要以原子形狀嵌溶于鐵

60、素體中，也可呈化合物氮主要以原子形狀嵌溶于鐵素體中，也可呈化合物方式方式Fe4N存在。存在。n氮對(duì)鋼材的性質(zhì)的影響與硫、磷類(lèi)似，使鋼材的強(qiáng)氮對(duì)鋼材的性質(zhì)的影響與硫、磷類(lèi)似，使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。度提高，塑性特別是韌性顯著下降。n溶于鐵素體中的氮，有向晶格的缺陷處挪動(dòng)、集中溶于鐵素體中的氮，有向晶格的缺陷處挪動(dòng)、集中的傾向，故可加劇鋼材的時(shí)效敏感性和冷脆性，也的傾向，故可加劇鋼材的時(shí)效敏感性和冷脆性，也添加熱脆性，降低可焊性。添加熱脆性，降低可焊性。 n假設(shè)在鋼中參與適當(dāng)金屬鋁或鈦，那么氮和它們可假設(shè)在鋼中參與適當(dāng)金屬鋁或鈦，那么氮和它們可生成氮化鋁生成氮化鋁(AlN)或氮化