加工方法对钢材性能的影响概要

土木工程材料加工方法对钢材性能的影响三类加工方法冷加工是指在常温下，通过冷拉、冷拔冷轧或冷扭等方式，使钢材产生塑性变形的机械加工方法热加工是指将钢材加热到塑性变形阶段后，再进行整体成型加工的方法主要有加热锻造和热轧两种热处理是将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，以改变其金相组织和显微结构组织，从而获得所需性能的一种工艺过程冷加工强化和时效强化对钢材性能的影响钢筋经冷拉时效后的σ-ε曲线如图2-8所示。图中OBCD是钢筋未经冷拉时的σ-ε曲线，O′KCD为钢筋冷拉而未经时效的σ-ε曲线，O′K′C′D′是钢筋经冷拉时效后的σ-ε曲线。冷拉就是将钢筋拉至超过其屈服强度的某一点K，然后缓慢卸载，由于钢筋已产生塑性变形，故曲线沿着与OB近于平行的直线KO′回到O′点，OO′为残余应变。如立即重新张拉，则σ-ε曲线沿O′K上升至K点屈服，然后仍沿原来的σ-ε曲线发展，表明钢材冷拉后屈服强度提高。若在K点卸荷后，不立即张拉，而是经过时效处理后再张拉，则其σ-ε曲线将沿O′K′C′D′发展，表明钢筋冷拉时效后，屈服强度和抗拉强度都得到提高。冷拉冷拉机械及钢材冷拔•冷拔是将钢筋用强力拔过截面小于钢筋截面的拔丝模。在冷拔过程中，钢筋不仅受拉，而且同时受到挤压作用。经过一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，其屈服强度可提高40%-60%，但已失去软钢的塑性和韧性，变得硬脆。冷轧•冷轧是将圆钢在轧钢机上辗轧成断面按一定规律变化的钢筋。冷轧能提高钢材的强度及与混凝土之间的粘结力。由于钢材在冷扎时纵向和横向同时变形，因而能较好地保持其塑性和内部结构的均匀性。钢材的冷加工强化和时效处理•产生冷加工强化的原因是：钢材在冷加工变形时，由于晶粒间已产生滑移，晶粒形状改变，有的被拉长，有的被压扁，甚至变成纤维状。同时在滑移区域，晶粒破碎，晶格歪扭，从而对继续滑移造成阻力，要使它重新产生滑移就必须增加外力，这就意味着屈服强度有所提高，但由于减少了可以利用的滑移面，故钢的塑性降低。另外，在塑性变形中产生了内应力，钢材的弹性模量降低。钢材经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和抗拉强度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象，称为应变时效，简称时效。经过冷拉的钢筋在常温下存放(15～20)d；或加热到(100～200)℃并保持一定时间。这个过程称为时效处理，前者称为自然时效，后者称为人工时效。冷加工后再经时效处理的钢材，其屈服强度和抗拉极限度强度增加，硬度增加，塑性和韧性降低，即为冷加工强化。热加工对钢材性能的影响•在金属学中，把高于金属再结晶温度的加工叫热加工。热加工可分为金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺。有时也将热切割、热喷涂等工艺包括在内。热加工能使金属零件在成形的同时改善它的组织，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件的机械性能。铸造、焊接是将金属熔化再凝固成型。•建筑用钢的热加工方式基本用热轧，通过热轧能够消除钢材中的气泡，细化晶粒，提高钢材的质量。热加工方式超音频感应加热热喷涂加工热加工热处理退火正火淬火回火热处理是将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其晶体组织，或清除钢中应力，从而得到所需性能的一种工艺常用的热处理方法•1.退火退火是将钢材加热至一定温度，保持一定时间后，在退火炉中缓慢冷却至室温的过程。按加热温度可分为低温退火和完全退火等，低温退火是指加热至723℃（铁素体基本组织转变温度）以下的退火工艺；完全退火是指加热至723℃以上的退火工艺。退火使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。•2.正火正火是将钢材加热至723℃以上，保持一定时间后，在空气中缓慢冷却的过程。与退火相比，正火后钢材的强度和硬度较高，而塑性降低。•3.淬火淬火是将钢材加热至723℃以上，保持一定时间后，放入水或油等冷却介质中急冷的过程。淬火使钢材的强度和硬度提高，塑性和韧性明显降低。•4.回火回火是将淬火后的钢材重新加热至723℃以下，保持一定时间后，缓慢冷却至室温的过程。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，其硬度稍有降低，塑性和韧性得到改善。热处理热处理工艺供应钢热处理有关建筑钢材的热处理•建筑钢材有时也可采用适当的热处理方法进行强化，其强化的微观机理主要体现以下几个方面：•1.细晶强化•在钢的冶炼中，加入某些合金元素，会使钢液凝固时结晶核心增多，即单位体积内晶粒的数目增多，晶粒就越细，晶界也就越多，对晶体中位错运动的阻力增大，从而使钢的强度提高，称为细晶强化。•2.固溶强化•在钢的冶炼中，加入某些合金元素形成固溶体，由于固溶体中溶质原子与溶剂原子的大小不同，会使钢晶体中的晶格发生畸变，阻碍位错运动，从而使钢的强度提高，称为固溶强化。•3.弥散强化•在钢的冶炼中，当加入合金元素的量超过在钢中的溶解度时，将会产生分相，导致第二相析出，阻碍位错运动，从而使钢的强度提高，称为弥散强化。本次课程结束，谢谢欣赏土木工程材料