【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素

  • A+
所属分类:11钢构课程 未分类

【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素点击上方"钢结构设计"【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素关注我


第二章 钢结构的材料

2.2 钢材的机械性能及影响因素

2.2.1 钢材的破坏形式

两种破坏形式:

(1)塑性破坏:由于变形过大,超过了材料或构件可能的应变能力而产生的,而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉强度fu后才发生的。

(2)脆性破坏:脆性破坏前塑性变形很小,甚至没有塑性变形,计算应力可能小于钢材的屈服点fy,断裂从应力集中处开始。破坏前没有任何预兆,破坏是突然发生的。


2.2.2 钢材的主要机械性能

(1)单向拉伸试验曲线
   根据钢材单向拉伸性能曲线,工程应用中,钢材的性能按理想弹塑性体考虑,fy定为钢材拉、压强度标准值。

【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素

(2)钢材的主要机械性能

a.强度:fy 强度设计标准值,设计依据;fu钢材的最大承载强度,安全储备。

b.塑性-δ5(δ10),钢材产生塑变时而不发生脆性断裂的能力,便于内力重分布,吸收能量,重要指标。

c.冷弯性能-90度、180度,在冷加工过程中产生塑性变形时,对产生裂纹的敏感性,是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。

d.韧性-冲击韧性αk,钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力,用于表征钢材承受动力荷载的能力(动力指标),按常温(20度)、零温(0度)、负温(-20度、-40度)区分。

e.可焊性-表征钢材焊接后具备良好焊接接头性能的能力-不产生裂纹,焊缝影响区材性满足有关要求。


2.2.3 影响钢材性能的主要因素

(1)化学成份的影响

基本成份为铁,碳钢中含量占99%,碳、硅、锰为杂质元素,硫、磷、氮、氧为冶炼过程中不易除尽的有害元素。

 碳:含碳↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓,应控制在≤0.22%,焊接结构应控制在≤0.20%。

硅:含硅适量使强度↑其它影响不大,有益,应控制≤0.1~0.3%

硅:含硅适量使强度↑降低硫、氧的热脆影响,改善热加工性能,对其它性能影响不大,有益。

硫:含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓;高温时使钢材变脆-热脆现象。

磷:低温时使钢材变脆-冷脆现象;其它同硫。

氧、氮:氧同硫;氮同磷,控制含量≤0.008%;

(2)冶金与轧制的影响

冶金的影响主要为脱氧方法:沸腾钢用Mn为脱氧剂,时间快,价格低,质量差;镇静钢用硅为脱氧剂,时间慢,价格高,质量好。特殊镇静钢用用Si脱氧后,再用铝补充脱氧。

反复的轧制可以改善钢材的塑性,同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合,使金属晶体组织密实,晶粒细化,消除纤维组织缺陷,使钢材的力学性能提高。

(3)冷作硬化与时效硬化

由于某种因素的影响而使钢材强度提高,塑性、韧性下降,增加脆性的现象称之为硬化现象。

冷加工时(常温进行弯折、冲孔剪切等),钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。

钢材中的碳、氮,随着时间的增长和温度的变化,而形成碳化物和氮化物,使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。

(4)复杂应力与应力集中的影响

钢材在多向同号应力场作用下,一向的变形受到另一向的限制,而使钢材强度增加,塑性、韧性下降,异号应力场时则相反。

钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中,应力集中实际为:局部应力增大并多为同号应力场。

【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素
(5)残余应力的影响

 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响,但对构件的变形(刚度)、疲劳以及稳定承载力产生不利影响(后续章节中将详细介绍)。

 (6)温度的影响

温度的影响,一般可分正温与负温影响两部分。

正温影响

总体影响规律为温度上升,钢材的强度降低,塑性、韧性提高,这一现象称之为热塑现象,温度达600度左右时,钢材的强度几乎降至为零,而塑性、韧性极大,易于进行热加工,此温度称之为热煅温度。

需要说明:钢材在300度左右时,强度提高,塑性、韧性下降,钢材表面呈蓝色,这一反覆现象称之为蓝脆现象。钢材在300度以上时应采取隔热措施。

负温影响

随着温度的降低钢材的强度提高,塑性、韧性降低,脆性增大,称之为低温冷脆,当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大,称此温度点为转脆温度。

【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素



查看往期课程,可点击如下链接:

第一章 钢结构概述

1.1 钢结构的特点

1.2 钢结构的应用范围

1.3 钢结构的设计方法

1.4 钢结构的发展



转载请注明:来源“钢结构设计”微信公众号;


“钢结构设计”公众号,致力于推广钢结构行业新理论、新技术、新工艺、新材料及大量工程实例,介绍钢结构知识和行业资讯,搭建一个钢结构行业交流的平台。

 了解更多信息,欢迎关注“钢结构设计”公众号!

【钢结构课程】2.2 钢材的机械性能及影响因素

始发于微信公众号:钢结构设计

通过「BeePress|微信公众号文章采集」WordPress 插件生成

  • 我的微信
  • 这是我的微信扫一扫
  • weinxin
  • 我的微信公众号
  • 我的微信公众号扫一扫
  • weinxin

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: