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第二节第二节 钢材的主要机械性能钢材的主要机械性能一、单向拉伸试验曲线一、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，按理想弹塑性体考虑，fy y定为钢材拉、压强度标准值。定为钢材拉、压强度标准值。二、钢材的主要机械性能1.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。2.塑性5（10），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。3.冷弯性能90o、180o，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。4.韧性冲击韧性5.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。1、化学成份的影响 基本成份为基本成份为Fe，炭钢中含量占，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元为杂质元素，素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含：含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应控制在，应控制在0.22%，焊，焊接结构应控制在接结构应控制在0.20%。Si：含：含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，应控制其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn：含：含Si适量使强度适量使强度 降低降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，对其它性能影响不大，有益有益。S：含量：含量使强度使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性塑性、韧性、性能冷弯、可焊性； 高温时使钢材变脆高温时使钢材变脆热脆现象热脆现象。P：低温时使钢材变脆：低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同SO、N：O同同S；N同同P，控制含量，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：沸腾钢用冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用时间快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。间慢，价格高，质量好。 反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中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，使钢材的力学性实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。能提高。3、冷作硬化与时效硬化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下降，增加脆性的现象称之为硬化现象硬化现象。 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生冷加工时（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塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化冷作硬化。 钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之现象称之为为时效硬化时效硬化。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。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。大并多为同号应力场。5 5、残余应力的影响、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（相平衡的内力（P26,P26,图图2.102.10）, ,残余应力虽对构件的强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）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。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。n 正温影响（正温影响（P27P27，图，图2.112.11） 总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，这一现象称之为性提高，这一现象称之为热塑现象热塑现象，温度达，温度达600o左右时，左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进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，此温度称之为行热加工，此温度称之为热煅温度热煅温度。 需要说明：钢材在需要说明：钢材在300o左右时，强度提高，塑性、韧性左右时，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下降，钢材表面呈蓝色，这一反覆现象称之为蓝脆现象蓝脆现象。钢材在钢材在300o以上时应采取以上时应采取隔热措施隔热措施。n 负温影响（负温影响（P27P27，图，图2.122.12） 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为性增大，称之为低温冷脆低温冷脆，当温度降至某一特定温度时，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度转脆温度。 dt5dt5de2bV2VbV4fdnNbCbCftdNbCbVbminV;minNNNN7 . 01501 . 101dlbminNNnfANnnTn2T21T1rNrNrNTnTrNrNrNTn221T12211iiTxyxxTN2211iiTxyxxTNbVyTyNxTxVNTNNNNNNmin2112111)()(nNNNx1nVNVx1bt2bt41fdNebtNnNNtMnMMNNyNmM211nMnMMyNyNyN2211bt211NymyMNiMnNNymyMNNiM525minnNNymyMNNiM525min)(2,1211iiymFeyymFeynFN12btt2bVNNNNVbCNnVNVnFNV21itymFeyNeueuAfAfP6075.02 .19 .09 .09 .0PnN9 .0fbVbVNNn fANnnANn1n,5 .01）（PN8 .0btPNymyMNi8.0bt21Mt)25. 1(9 . 0tfNPnVPNN8 . 0bttfrfANRyn )()(0)(yxyxyxil022 NydxydEIAElEINcr2220222EANcrcr22EANcrcr0)sin(022lxvyNdxydEIcrmNNvvvv/1000)(022eyNdxydEI1/2sec0crNNev22ycryEk232xcrxEk1IIkefrAffNArNANRyycrRcrycrycrfAfN)()0(0)(yxyxyxilAIiyxyx)()(frfANRyn )()(0)(yxyxyxil022 NydxydEIAElEINcr2220222EANcrcr22EANcrcr0)sin(022lxvyNdxydEIcrmNNvvvv/1000)(022eyNdxydEI1/2sec0crNNev22ycryEk232xcrxEk1IIkefrAffNArNANRyycrRcrycrycrfAfN)()0(0)(yxyxyxilAIiyxyx)()(ynefWM fWMWMynyyxnxxnPnWWF/ypnpnfWM fWMynxnyxyx)()()(VwxftIVSfltFzwcfcceq12223fWMxbxfWMWMyyyxbxxycrycrbWfMfxcrcrWMfffWMbryycrrcrxxyfffAF23585ycrfbtE21221127 .0425.0yftb235151yftb235131yyftbf235152351312022)()1(12)(htEkwcrcrVywwcrfhthtEk202022)100(123)()1(12Vypcreqcrf38.08.0yVypffywfth235850VywwcrfhthtEk202022)100(793)()1(12ywfth2351770ywfth2351530683. 1255. 081. 10ahywfth2358401)()(22crcrcccr1)()(21121crcrcccr1)()(22222crcrcccr0025 . 0hah0cywfth235100005 . 2 ha 5 . 22cchhmmhbs4030015ssbt303wzthI305.1wythI30200)(45.05.2(wythhahaI85.00ha85.00hafANfANcecefMWxTmax4.05222TTeWWhmmWhTe3023fMWxTmaxVwwxfthVtIVS0max2 . 1VwfhVt02 . 15 . 30htwTfwWthAhthhIW2030221222600wTfthhWAIVStTw111wffffhT17 . 021IfVSfThwfwff4 . 14 . 111zwwzwclTttlTtV1wfffffhVhT2121)7 . 02()7 . 02(2121)(4 . 11fwffVTfhpyNhbfN)1 ()1 (4223pyMbhfhbhfMy21211)(2ppMMNNbhfNyp42bhfMyp1ppMMNNynnfWMANfWMANnxxxnfWMWMANnyyynxxxnyyftbf23515235131 yx,maxmax022xMNydxydEIlvym2sin)1 (EExmNNNMv0vExmxNNNvMNvNvMM100max)()1 (10afNNWNvMANyExxxxyxAfNN)()1 (10bfNAfWvAfAAfyExxyxxyxy0vyExxxxxfNNWMAN)1 (1fNNWMANExxxxmxx)1 (1fNNWMANExxxxmxx)8 . 01 (111 . 1ExRExExNNNxxExlEIN02mx
