《建筑材料》課件-建筑鋼材的工藝性質(zhì)

建筑材料建筑鋼材的工藝性質(zhì)1、鋼材的冷彎性能2、鋼材的焊接性能3、鋼材的冷加工4、鋼材的時效5、鋼材的熱處理

建筑鋼材不僅應(yīng)有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且應(yīng)有良好的工藝性能，以滿足施工工藝的要求。其中冷彎性能、焊接性能、鋼材的冷加工和熱處理等都是鋼材的重要工藝性能。

1、鋼材的冷彎性能冷彎性能是指常溫下對鋼材試件按規(guī)定進行彎曲（如90℃或180℃），鋼材承受彎曲變形的能力。鋼材冷彎性能指標(biāo)用試件在常溫下所承受的彎曲程度表示。

碳素鋼冷彎示意圖彎曲程度可以通過試件被彎曲的角度和彎心直徑對試件厚度(或直徑)的比值來表示，如圖所示。試驗時，采用的彎曲角度越大，彎心直徑對試件厚度（或直徑）的比值越小，表示對冷彎性能的要求越高，則冷彎性能就越好。冷彎檢驗是：按規(guī)定的彎曲角度和彎心直徑進行彎曲試驗后，檢查試件彎曲處外面及側(cè)面不產(chǎn)生裂縫、起層或斷裂，即認為冷彎性能合格。冷彎和伸長率一樣，都反映鋼材在靜載下的塑性。冷彎是鋼材局部處于不利變形條件下，發(fā)生不均勻變形下的塑性，而伸長率則是反映鋼材在均勻變形下的塑性。因此，冷彎是對鋼材塑性更嚴(yán)格的檢驗，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷完試驗對焊接質(zhì)量也是一種嚴(yán)格的檢驗，能揭示焊件在受彎表面存在未熔合、微裂紋及夾雜物等缺陷。鋼筋彎曲實驗（a）金屬冷彎裝置；（b）彎曲至90℃；（c）彎曲至兩臂平行；（d）彎曲至兩臂重合2、鋼材的焊接性能鋼材的可焊性是指鋼材是否適應(yīng)通常的焊接方法與工藝的性能?？珊感阅艿暮脡模饕Q于鋼材的化學(xué)成分。含碳量小于0.25%的碳素鋼具有良好的可焊性；加入合金元素，如硅、錳、釩、鈦等，將增大焊接處的硬脆性，降低可焊性。鋼材的焊接方法主要有兩種：

鋼結(jié)構(gòu)焊接用的電弧焊和鋼筋連接用的接觸對焊。

焊接過程的特點是：在很短的時間內(nèi)達到很高的溫度；鋼件熔化的體積小；由于鋼件傳熱快，冷卻的速度也快，所以存在劇烈的膨脹和收縮。

因此，在焊件中常發(fā)生復(fù)雜的、不均勻的反應(yīng)和變化，使焊件易產(chǎn)生變形、內(nèi)應(yīng)力組織的變化和局部硬脆傾向等缺陷。3、鋼材的冷加工在常溫下，將鋼材進行拉、拔或軋等加工，使其產(chǎn)生塑性變形，而調(diào)整其性能的方法稱為冷加工。常見的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、冷刻等。

鋼材經(jīng)冷加工后，產(chǎn)生一定的塑性變形，屈服點明顯提高，即強度和硬度明顯提高，但塑性和韌性有所降低，這種現(xiàn)象稱為鋼材的冷加工硬化（或冷加工強化）。通常冷加工變形越大，則硬化越明顯，即屈服強度提高越多，而塑性與韌性降低也越大。工程中對大量使用的鋼筋，往往是冷加工和時效處理同時采用，常用的加工方法是冷拉和冷拔。1）冷拉：是將熱軋鋼筋用拉伸設(shè)備在常溫下拉長，使之產(chǎn)生一定的塑性變形。冷拉后的鋼筋，屈服強度一般可提高20%～30%，鋼筋長度可增加4%～10%。因此冷拉是節(jié)約鋼材的一種措施，一般可節(jié)約鋼材10%-20%。2）冷拔：是將光圓鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲?？讖娦欣巍＝?jīng)過一次或多次冷拔后，得到的冷拔鋼筋或低碳鋼絲，其屈服強度可提高40%～60%，但塑性、韌性大大降低，而具有硬鋼的性質(zhì)。3）冷軋：是將圓鋼在冷軋機上軋成斷面形狀截面的鋼筋，可提高其強度及混凝土的粘結(jié)力。

工程中大量采用冷加工強化具有明顯的經(jīng)濟效益。經(jīng)過冷加工的鋼材，可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計截面或減少混凝土中配筋數(shù)量，從而達到節(jié)約鋼材的目的。4、鋼材的時效將經(jīng)過冷加工后的鋼材，在常溫下存放15～20d，或加熱至100～200℃保持2～3h左右，其屈服強度、抗拉強度及硬度進一步提高，塑性和韌性逐漸降低，這個過程稱為時效處理。前者為自然時效，后者為人工時效。由于時效過程中內(nèi)應(yīng)力的削減，故其彈性模量可基本恢復(fù)。我們通常對強度較低的鋼材采用自然時效，對強度較高的鋼材則需采用人工時效。

如冷拉及時效處理后鋼筋性能的變化規(guī)律，可由拉力試驗的應(yīng)力-應(yīng)變圖得到反映。鋼筋經(jīng)冷拉時效后應(yīng)力-應(yīng)變圖的變化圖中OBCD為未經(jīng)冷拉和時效處理試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。若將試件拉伸至超過屈服點后的任意一點K，然后卸載，由于試件已產(chǎn)生塑性變形，故卸載曲線就將沿著KO'下降，KO'大致與BO平行。若卸載后立即再拉伸，則新的屈服點將高達K點。以后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系將與原曲線KCD相似。這表明鋼筋經(jīng)冷拉后，其屈服點將提高。若在K點卸載后，不立即拉伸，而是對試件進行時效處理，然后再拉伸，則其屈服點將升高至K1點。繼續(xù)拉伸，曲線將沿鋼筋經(jīng)冷拉時效后K1C1D1發(fā)展。這說明鋼筋經(jīng)冷拉時效處理以后，屈服點和抗拉強都得到提高，塑性和韌性則相應(yīng)降低。在工程中，應(yīng)通過試驗選擇合理的冷拉應(yīng)力和時效處理措施。5、鋼材的熱處理熱處理是將鋼材按規(guī)定的溫度進行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織，得到所需性能的一種工藝。包括淬火、回火、退火和正火。1）淬火：是將鋼材加熱到723℃以上，保持一段時間，然后將鋼材置于水火油中冷卻。淬火可提高鋼材的強度和硬度，但使塑性和韌性明顯降低。2）回火：將比較硬脆、存在內(nèi)應(yīng)力的鋼加熱到150℃～650℃，保溫后按一定制度冷卻到適溫的熱處理方法稱回火?；鼗鸷蟮匿摬模瑑?nèi)應(yīng)力消除，硬度降低，塑性和韌