第5章 金属材料（课件）- 《建筑材料 第2版》同步教学（机工版·2014）

第5章 金属材料 第1节 建筑钢材 第2节 铝合金及塑钢 第5章 金属材料 建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材。包括钢结构用的各种型钢、钢板和钢筋混凝土中用的各种钢筋和钢丝等。建筑钢材优点是组织均匀密实，强度和硬度很高，塑性和韧性很好，既可铸造，又可进行压力加工，可以进行焊接、铆接和切割，便于拼装等。缺点是易锈蚀，维护费用高。本章重点是建筑钢材的技术性质及其变化规律，列出了各种建筑钢材的应用范围与技术标准，并简要介绍了钢材的腐蚀原因及防止腐蚀的措施。 第1节 建筑钢材 【案例 5-1】某建筑工地，进一批钢筋，由于工期比较紧，直接投入使用，后来将未用的钢筋取样到试验室进行拉伸和冷弯试验，发现其强度合格，塑性不好，冷弯有裂纹，那么，这些钢筋被用到工程中会有什么后果？ 一、钢材的分类 Ⅰ按化学成分： 低碳钢（含C量<0.25％） 碳素钢 中碳钢（含C量0.25％～0.60%） 高碳钢（含C量>0.60%） 低合金钢（合金元素总量<5%） 合金钢 中合金钢（合金元素总量5～10％） 高合金钢（合金元素总量>10%） Ⅱ按质量分： 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质钢 Ⅲ按用途分： 结构钢 工具钢 特殊钢 二 建筑钢材的主要技术性质 包括： 拉伸性能 冲击韧性 力学性质 疲劳强度 硬度 冷弯性能 工艺性能 冷加工性能 焊接 性能 钢筋 一、拉伸性能 四个阶段： Ⅰ弹性阶段 Ⅱ屈服阶段 Ⅲ强化阶段 Ⅳ颈缩阶段 Ⅰ 弹性阶段（OA段） 弹性极限，用p表示。 此阶段应力与应变成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示， / = E。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。 常用低碳钢的弹性模量E = (2.0~2.1)105 MPa，p = 180~200MPa。 Ⅱ 屈服阶段（AB段） 应力超过p后，应变增加很快，而应力基本保持不变。这种现象称为屈服。 此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。－曲线上开始发生屈服的点Ｂ，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用s表示。 钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。 常用低碳钢的s为185~235Mpa。 Ⅲ 强化阶段 当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，－曲线又开始上升，称为强化阶段。 曲线最高点Ｃ所对应的应力称为抗拉强度，用b表示。常用低碳钢的b为375-500MPa。 屈强比（s/b）——屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58~0.63，合金钢为0.65~0.75。 Ⅳ 颈缩阶段 应力超过b后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现图所示的颈缩现象，－曲线开始下降，直至Ｄ点，试件被拉断。 塑性指标 A、 伸长率（ ） B、截面收缩率（ ） 与值越大，说明材料的塑性越好 硬钢的屈服点 预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点：抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段，不能测定屈服点，故常用发生残余变形0.2%l0时的应力作为规定的屈服极限，用 0.2表示。 二、冲击韧性 冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。 钢材的冲击韧性用冲断试样时缺口处单位面积上所消耗的功——冲击功（ K ）来表示，K的单位为J/cm2。 K越大表示钢材抗冲击的能力越强。 冲击韧性试验示意图 影响冲击韧性的因素 钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都比较敏感。如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。 K值还与试验温度有关。某些材料在常温时冲击韧