最新第2章工程结构用钢剖析教学讲义PPT课件.ppt

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1、第2章工程结构用钢剖析第一节工程构件用钢的力学性能其成分和组织结构决定了其如下性能特点：一、屈服现象低碳钢的力学行为特点之一。屈服中所需的力下降或不变，变形不均匀，屈服结束后，材料硬化，变形均匀。如：钢板冲压时易出现皱折，采用先冷变形硬化再冲压的措施可解决。变形处σs↑，其它部分开始变形为什么？形成原因：其屈服现象与钢中的碳、氮原子与位错的相互作用有关。碳、氮原子在α-Fe中富集在位错线周围形成柯氏气团。柯氏气团对位错有钉轧作用，但这种钉轧是短程的，位错在外力作用下挣脱气团后继续运动所需要的力反而减小了，造成了低碳构件用钢的屈服现象。合金元素在钢中的作用：↓碳、

2、氮，或加入强碳化物形成元素（如钛、铌等，使碳、氮原子）与之结合成稳定的碳化物或氮化物，抑制柯氏气团形成，可避免冲压时皱折的产生。二、冷脆现象冷脆：在一般气候条件下，随温度降低，低碳构件用钢的断裂由宏观塑性的微孔集聚型断裂(断口为塑性)过渡为宏观脆性的解理断裂(断口为小平面联合)的现象。这一过渡温度称塑脆转变温度Tk。构件用钢的冷脆对其实际应用影响很大：若在Tk以下温度使用，如船舶、桥梁、压力容器等，发生脆断，会造成严重后果。影响Tk的因素：1)构件上存在缺口、裂纹或淬火时效和应变时效等，皆使Tk提高。2)冶炼方法和轧制工艺：●平炉钢优于侧吹转炉钢，镇静钢优于沸腾

3、钢。主要与钢中硫、磷、氮、氧杂质含量有关，杂质含量高，Tk高。用铝脱氧的钢其冷脆倾向性小。●控制轧制工艺影响钢的冷脆倾向，如降低终轧温度，提高轧后的冷却速度等，均可得细小的晶粒组织，降低钢的冷脆倾向性。3)钢的组织状态：希望得到细小的F晶粒和适量的细片P。如钢中出现针状F或魏氏组织，或形成少量上贝氏体组织，其Tk可上升到室温。4)加入适当的合金元素可使Tk下降：如合金元素锰、铝等使Tk下降，而碳、硅等元素使Tk上升。非共析钢当A粗大冷却速度又快时，F、Fe3C沿A晶界呈针状析出Cr：最有效，但价格高，我国储量少；P：对耐大气腐蚀性有利，特别是与Cu共用时效果更好

4、。但P一般↑冷脆，故其含量在0.06～0.15％最佳。Cu含量太高可造成热脆，在1100℃以上热加工，富Cu相溶入A晶界。耐大气腐蚀用钢Cu：0.2～0.5％。Cu：第三节工程构件用钢的加工工艺性能构件用钢通常以棒材、板材、型材、管材、带材等形状使用，需进行变形、焊接、铆接等。钢材的变形通常在常温下进行，因此要求具有良好的冷变形性能和焊接性能。一、冷变形性能变形抗力：随C、合金元素含量增高和晶粒细化而增大；构件钢一般塑性变形抗力不高，不会对变形造成很大困难。变形开裂：加工中经常遇到的弊病。局部变形→产生缩颈→塑性失稳。需较大变形量的钢要求σs/σb≤0.7，使变

5、形时不易失稳。[碳]含量增高，钢中P量增多，塑变抗力增高，塑性降低，变形时开裂倾向也增大。[硫]含硫量增高，钢中硫化锰夹杂物增多，也使钢材变形开裂的倾向增大，并使轧制钢板纵向及横向的塑性不同，钢材较易于沿着呈条状分布的硫化物夹杂发生开裂或分层。[磷]磷有强烈的偏析倾向，含磷较高的钢材，带状组织比较严重，其性能也有明显的方向性。[表面质量]表面缺陷（裂纹、结疤、划痕、折叠等）常成为变形开裂源。变形后变化：应变时效，塑性降低可能成为断裂源。二、焊接性能构件钢的焊接在使用中十分普遍。焊接后存在焊缝区、半熔化区、热影响区，且热循环和组织变化产生焊接应力，还可能存在未焊透

6、、气泡、夹杂和裂纹→直接影响构件承载和寿命。焊接后成分和组织变化而导致焊接构件脆断趋势增大的现象称焊接脆性。焊接构件的质量取决于：构件结构、焊接工艺、材料自身焊接性能。构件钢焊接脆性及防止措施：1.M转变脆性：焊接时热影响区温度超过钢的临界点(Ac3)，且使A晶粒显著↑，其它区域未被加热，造成热影响激冷，发生M转变→硬度↑，塑、韧性↓，同时产生很大的热应力和组织应力，使热影响区常出现裂纹，称谓冷裂纹。这种开裂倾向性大小反应了钢焊接性能优劣，取决于钢淬透性和淬硬性。碳、锰、铬、铜、硅等元素显著提高碳当量，降低钢的焊接性；钢中加入细化晶粒和阻碍A晶粒长大的元素如钼、

7、钛、钒和用铝脱氧时，有利于改善焊接性能；总之，为了保证构件的焊接性能，构件用钢应是低碳、低合金元素。2.凝固脆性：指焊肉及熔合线金属由于熔化和凝固过程引起成分和结构变化，而形成裂纹的倾向性。一般是以热裂纹的形式表现出来。其原因是熔池结晶凝固过程中，在通过液相—固相线的温度范围时，首先结晶的晶体纯度较高，而使合金元素及杂质逐渐富集到残存的液体中去，因而在收缩应力的作用下便沿着柱状晶界产生裂纹。S、P、Si↑之；Ti、Zr、Ce形成球状硫化物，↓之。3.热影响区的时效脆性：在热影响区，因焊接热的作用可能产生淬火时效现象；另一方面又可能因焊接应力的作用在焊脚附近产生微

8、量塑性变形，而引起应变时