6.3 冷加工强化与时效对钢材性能的影响（课件）- 《建筑材料（第二版）》同步教学（西安电子科大·2016）

第6章 金 属 材 料 6.1 钢的冶炼及钢的分类 6.2 钢材的主要技术性能 6.3 冷加工强化与时效对钢材性能的影响 6.4 钢材的化学性能 6.5 常用建筑钢材 6.6 建筑钢材的防火 6.7 金属材料的检测 本章小结 第6章 金 属 材 料 　6.3 冷加工强化与时效对钢材性能的影响 6.3.1 冷加工强化处理 　　将钢材在常温下进行冷加工(如冷拉、冷拔或冷轧)，使之产生塑性变形，从而提高屈服强度，这个过程称为冷加工强化处理。经强化处理后的钢材塑性和韧性会降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量降低。 　　建筑工地或预制构件厂常利用该原理对钢筋或低碳盘条按一定的方法进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度，节约钢材。 第6章 金 属 材 料 　　1．冷拉 　　冷拉是将热轧钢筋用冷拉设备加力进行张拉，使之伸长。钢材经冷拉后，屈服强度可提高20%～30%，可节约钢材10%～20%。钢材经冷拉后屈服阶段缩短，伸长率降低，材质变硬。 　　2．冷拔 　　冷拔指将光面钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔。每次拉拔断面缩小应在10%以下。钢筋在冷拔过程中不仅受拉，同时还受到挤压作用，因而拉拔的作用比纯冷拉作用强烈。经过一次或多次冷拔后的钢筋，表面光洁度高，屈服强度提高 40%～60%，但塑性大大降低，具有硬钢的性质。 第6章 金 属 材 料 6.3.2 时效 　　钢材经冷加工后，在常温下存放(15～20) d或加热至(100～200)℃，保持2 h左右，其屈服强度、抗拉强度及硬度进一步提高，而塑性及韧性持续降低，这种现象称为时效。前者称为自然时效，后者称为人工时效。 第6章 金 属 材 料 　　　　　6.4 钢材的化学性能 6.4.1 不同化学成分对钢材性能的影响 　　钢是铁碳合金，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使钢材中存在大量的其他元素，如硅、硫、磷、氧等，合金钢是为了改性而有意加入一些元素，如锰、硅、矾、钛等。 　　1．碳 　　碳是决定钢材性质的主要元素。它对钢材力学性质的影响如图6-9所示。当含碳量低于0.8%时，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度和硬度提高，而塑性及韧性降低，同时，钢的冷弯、焊接及抗腐蚀等性能降低，钢的冷脆性和时效敏感性增加。 第6章 金 属 材 料 图6-9 含碳量对热轧碳素钢的影响 第6章 金 属 材 料 　　2．磷、硫 　　磷与碳相似，能使钢的塑性和韧性下降，特别是低温下冲击韧度下降得更为明显。常把这种现象称为冷脆性。磷的偏析较严重，磷还能使钢的冷弯性能降低，可焊性变差。但磷可使钢材的强度、耐蚀性提高。 　　硫在钢材中以FeS形式存在，在钢的热加工时易引起钢的脆裂，称为热脆性。硫的存在还使钢的冲击韧度、疲劳强度、可焊性及耐蚀性降低。因此，硫的含量要严格控制。 　　3．氧、氮 　　氧、氮也是钢中的有害元素，会显著降低钢的塑性和韧性，以及冷弯性能和可焊性。 第6章 金 属 材 料 　　4．硅、锰 　　硅和锰是在炼钢时为了脱氧去硫而有意加入的元素。硅是钢的主要合金元素，含量在1%以内，可提高强度，对塑性和韧性没有明显影响。但含硅量超过1%时，钢的冷脆性增加，可焊性变差。锰能消除钢的热脆性，改善热加工性能，显著提高钢的强度，但其含量不得大于1%，否则可降低钢的塑性及韧性，使可焊性变差。 　　5．铝、钛、钡、铌 　　铝、钛、钡、铌等元素均是炼钢时的强脱氧剂。适时加入钢内，可改善钢的组织，细化晶粒，显著提高钢的强度和改善韧性。 第6章 金 属 材 料 6.4.2 钢材生锈及防护 　　1. 化学锈蚀 　　化学锈蚀指钢材表面与周围介质直接发生反应而产生锈蚀。这种腐蚀多数是氧气作用，在钢材的表面形成疏松的氧化物。在常温下，钢材表面被氧化，形成一层薄薄的、钝化能力很弱的氧化保护膜，在干燥环境下化学腐蚀进展缓慢，对保护钢筋是有利的。但在湿度和温度较高的条件下，这种腐蚀进展很快。 第6章 金 属 材 料 　　2. 电化学锈蚀 　　建筑钢材在存放和使用中发生的锈蚀主要属于这一类。例如，存放在湿润空气中的钢材，表面被一层电解质水膜所覆盖。由于表面成分、晶体组织不同、受力变形、平整度差等的不均匀性，使邻近局部产生电极电位的差别，构成许多微电池，在阳极区，铁被氧化成Fe2+离子进入水膜中。由于水中溶有来自空气的氧，故在阴极区氧将被还原为OH-离子。两者结合成为不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)3。因为水膜离子浓度提高，阴极放电快，锈蚀进行较快，故在工业大气的条件下，钢材较容易锈蚀。钢材锈蚀时，伴随体积增大，最严重的可达原体积的6倍。在钢筋混凝土中，会使周围的混凝土胀裂。 第6章 金 属 材 料 　　埋于混