決定和影響鋼材性能的因素.doc

鋼材的主要機(jī)械性能 鋼材的主要機(jī)械性能（也叫力學(xué)性能）通常是指鋼材在標(biāo)準(zhǔn)條件下均勻拉伸.冷彎和沖擊等.單獨(dú)作用下所顯示的各種機(jī)械性能。鋼材通常有五大主要的機(jī)械性能指標(biāo)： 通過一次拉伸試驗可得到抗拉強(qiáng)度，伸長率和屈服點(diǎn)三項基本性能； 通過冷彎試驗可得到鋼材的冷彎性能； 通過沖擊韌性試驗可得到?jīng)_擊韌性。一次拉伸試驗拉伸試驗鋼材的一次拉伸試驗可分為下列五個階段：(如圖） 1 .彈性階段 可得到彈性模量和比例極限 2. 彈塑性階段 3 .屈服階段 可得到屈服強(qiáng)度 4 .強(qiáng)化階段 鋼材部分恢復(fù)了繼續(xù)承受增長荷載的能力，壓力曲線又有上升趨勢這一階段可得到抗拉強(qiáng)度 5 .頸縮階段 當(dāng)試件達(dá)到時，在承載力最弱的截面處，截面收縮，局部變細(xì),并且荷載下降直至拉斷，本階段可得到收縮率和伸長率通過上述試驗可以得到鋼材的三大主要的機(jī)械性能指標(biāo).術(shù)語解釋 屈服強(qiáng)度是根據(jù)依次拉伸試驗確定的，因為鋼材下屈服點(diǎn)受試件的加載速度，截面形狀和測量技術(shù)的影響較小，對同一種鋼材有較穩(wěn)定的數(shù)值，所以以下屈服點(diǎn)作為鋼材的屈服強(qiáng)度，由于鋼材載非彈性工作階段時，鋼材屈服并暫時失去繼續(xù)承受荷載的能力，伴隨產(chǎn)生很大的變形，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計常吧屈服點(diǎn)作為構(gòu)件應(yīng)力可以達(dá)到的極限，即把屈服強(qiáng)度作為鋼材強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志。 抗拉強(qiáng)度是鋼材破壞性能的極限，鋼材屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈服比，它表明設(shè)計強(qiáng)度的一種儲備，既要求結(jié)構(gòu)安全可靠，又要求經(jīng)濟(jì)合理,所以在要求鋼材屈服強(qiáng)度的同時，也要求鋼材具有適當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度。 伸長率表明鋼材的塑性變形的發(fā)展能力，伸長率較高的鋼材對調(diào)整結(jié)構(gòu)中局部超屈服高額應(yīng)力塑性內(nèi)力重分布的進(jìn)行和減少，以及結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向性等有重要意義。冷彎試驗及其性能 鋼材的冷彎性能是指鋼材在常溫下彎曲彎曲加工發(fā)生塑性變形時對產(chǎn)生裂紋抵抗能力的一項指標(biāo)，不僅檢驗鋼材的冷加工能力和顯示鋼材的內(nèi)部缺陷狀態(tài)的一項指標(biāo)，并且也是考慮鋼材在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)展裂紋變形能力的一項指標(biāo)。冷彎試驗 沖頭在標(biāo)準(zhǔn)試件中部加載，檢查記錄試件彎曲部位出現(xiàn)裂紋或分層情況時的冷彎角?；蛞髮⒃嚰鋸澋揭?guī)定的角度。而不出現(xiàn)裂紋或分層作為判斷鋼材冷彎性能的方法。影響因素 冷彎性能取決于鋼材的質(zhì)量，并和試驗所取彎心直徑于鋼材厚度的比值有關(guān)。沖擊韌性試驗 鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂是吸收機(jī)械能的一種能力，是衡量鋼材抵抗因低溫，應(yīng)力集中，沖擊荷載作用等所導(dǎo)致的斷裂能力的一項機(jī)械性能。沖擊韌性試驗將有特定缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件在材料試驗機(jī)上進(jìn)行沖擊荷載試驗，使試件斷裂測定。影響因素 鋼材沖擊韌性不但和鋼材的質(zhì)量，試件缺口形狀，加載速度有關(guān)，而且受溫度，特別使負(fù)溫度的影響較大，當(dāng)溫度低于某一溫度時 ，鋼材的沖擊韌性將急劇降低，同時沖擊韌還和試件的厚度有關(guān)，厚度越大韌性較低。決定和影響鋼材性能的因素化學(xué)成分 鋼材的主要化學(xué)成分是鐵和少量的碳，另外還有一些合金元素和有害雜質(zhì)元素，這些元素對鋼材的性能影響很大。組成元素對鋼材性能的影響碳對鋼材的強(qiáng)度.塑性.韌性和焊接性有決定性的影響，隨著碳含量的增加，鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加，塑性.冷彎性能和沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性降低，焊接性也變壞，所以鋼材中的碳含量不能過高。錳是結(jié)構(gòu)鋼的合金元素，當(dāng)含量不多是能顯著提高鋼的冷脆性能.屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度而又不過多地降低塑性和沖擊韌性，錳對脫鋼中的有害元素的含量有作用，能減除硫的有害作用，但過量時會使鋼材變脆和塑性降低。硅因能使鋼中純鐵體晶粒細(xì)小和均勻分布，是一種熔煉有較好性能鎮(zhèn)靜鋼的脫氧劑，適量的硅可以提高鋼的強(qiáng)度，而對鋼的塑性.冷彎性能哈沖擊韌性及焊接性無顯著不良影響，過量的硅會降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化鋼材的抗腐蝕性和焊接性。硫硫和鐵化合成硫化鐵，散布在純鐵體層中，當(dāng)溫度在800-1200度時熔化而使鋼材出現(xiàn)裂紋，稱為“熱脆”現(xiàn)象，使鋼的焊接性變壞，硫還能降低鋼的塑性和沖擊韌性。氧有害作用同硫，增加鋼的脆性磷磷使鋼材在低溫時韌性降低并容易產(chǎn)生脆性破壞，稱為“冷脆”現(xiàn)象，高溫時也使鋼的塑性變差。氮作用類似于磷，能顯著降低鋼的塑性和沖擊韌性并增大其“冷脆”性鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅、錳強(qiáng)得多。鋁在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、固定鋼中的氮，從而顯著提高鋼的沖擊韌性，降低冷脆傾向和時效傾向性。如D級碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015，深沖壓用冷軋薄鋼板08要求鋼中酸溶鋁含量為0.02-0.07。 鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時，效果更好。冶煉缺陷的影響 剛冶煉后因澆注方法不同可分為沸騰鋼.半鎮(zhèn)靜鋼.鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，鋼材的冶煉缺陷越少質(zhì)量越好，主要的冶煉缺陷有：偏折.非金屬夾雜.裂紋和起層等。缺陷類型解釋說明偏折鋼材中的某些雜質(zhì)元素分布不均勻即雜質(zhì)元素集中在某一部分，偏折將嚴(yán)重影響鋼材的性能，特別是硫磷等元素的偏折將會使鋼材的塑性.沖擊韌性.冷彎性和引爐性變差非金屬雜質(zhì)如夾雜的硫化物.氧化物等對鋼材的性能產(chǎn)生惡劣的影響裂縫和起層在厚度方向分成多層但仍然相互連接而并未分離叫分層，這些缺陷降低了鋼材的冷彎性能和沖擊韌性，以及疲勞強(qiáng)度和抗脆斷能力熱處理的作用 經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜娠@著提高鋼材的強(qiáng)度并保持良好的塑性和韌性。殘余應(yīng)力的影響 殘余應(yīng)力是由于鋼材在加工過程中溫度不均勻冷卻產(chǎn)生的，是一種自相平衡的應(yīng)力，它不影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度，但降低了構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性。溫度的影響1.“藍(lán)脆”現(xiàn)象 一般在200度以內(nèi)鋼材的性能變化不大，但在250度左右鋼材的抗拉強(qiáng)度有所提高，而塑性.沖擊韌性變差，鋼材變脆，鋼材在此溫度范圍內(nèi)破壞時常呈脆性破壞特征，成為“藍(lán)脆”（表面氧化呈蘭色）。 2. 低溫冷脆 當(dāng)溫度從常溫開始下降時，鋼材的強(qiáng)度稍有提高，但脆性傾向變大，塑性和沖擊韌性下降，當(dāng)溫度下降到某一數(shù)值時，