第7章 建筑金属材料
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建筑金属材料
建筑金属材料
建筑金属材料是指用于建筑结构和装饰的金属材料，主要包括钢材、铝材、铜
材等。
这些材料具有优良的物理性能和工艺性能，被广泛应用于建筑领域，为建筑物的稳固性和美观性提供了重要支撑。
本文将就建筑金属材料的特点、应用和发展趋势进行探讨。
首先，建筑金属材料具有优良的物理性能。
钢材是建筑中最常用的金属材料之一，其高强度、耐腐蚀、可塑性强等特点使其成为建筑结构中不可或缺的材料。
铝材轻质、耐腐蚀、易加工，常用于建筑外墙、屋面等装饰材料。
铜材具有良好的导热性和导电性，常用于建筑屋面、雨水系统等。
其次，建筑金属材料在建筑领域有着广泛的应用。
在建筑结构中，钢材常用于梁、柱、桁架等承重构件的制造，其高强度和可塑性使得建筑结构更加稳固。
在建筑装饰中，铝材常用于幕墙、天花、窗框等部位，其轻质和色彩丰富的特点为建筑增添了美观的外观。
铜材常用于建筑屋面、雨水系统等，其良好的耐候性和抗腐蚀性使得建筑更加耐久。
此外，建筑金属材料在未来有着广阔的发展前景。
随着建筑技术的不断进步，
对建筑材料的性能要求也越来越高。
建筑金属材料以其优良的物理性能和工艺性能，能够满足现代建筑的需求。
同时，随着建筑节能环保的理念不断深入人心，轻质、耐腐蚀的建筑金属材料将会得到更广泛的应用。
综上所述，建筑金属材料具有优良的物理性能和工艺性能，被广泛应用于建筑
结构和装饰中。
随着建筑技术的不断发展，建筑金属材料将会迎来更广阔的发展前景。
我们有理由相信，在未来的建筑领域，建筑金属材料将会发挥越来越重要的作用，为建筑行业的可持续发展做出更大的贡献。
第七章无机非金属类生态环境材料
（2）采用组合式结构，将拉应力状态尽可能地转化为较软的应 力状态。
五、无机非金属材料生态化改造实例
1．成分设计实例—新型粘土质复相陶瓷
粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化学通式为 Al2O3·2SiO2·2H2O，此外还含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物
3C＋SiO2SiC＋2CO 煅烧在氮气保护下进行，则最终制成Si3N4和Al2O3。
2）粉煤灰、煤矸石制备高性能陶瓷
2．建筑废料、废混凝土、废陶瓷
3．高炉渣、钢渣
7.4 生态建材
水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑装饰装修材料等 一、建筑材料与环境
1）建筑材料对地球环境的影响 2）地球环境对建筑材料的影响 3）建筑材料对人类居住环境的影响
二、生态建材基本概念
生态建材就是赋予优异环境协调性的建 筑材料，故又称环境协调建材，这一类材 料环境协调性好，既具有优异性能，又有 益于人体健康。
材料品种示例传统无机非金属材料水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥铝酸盐水泥石灰石膏等陶瓷粘土质长石质滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料硅质硅酸盐质高铝质镁质铬镁质等玻璃硅酸盐硼酸盐氧化物硫化物和卤素化合物玻璃等搪瓷钢片铸铁铝和铜胎等铸石辉绿石玄武岩铸石等研磨材料氧化硅氧化铝碳化硅等多孔材料硅藻土沸石多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料石墨焦炭和各种碳素制品等非金属矿粘土石棉石膏云母大理石水晶和金刚石等新型无机非金属材料高频绝缘材料氧化铝氧化铍滑石镁橄榄石质陶瓷石英玻璃和微晶玻璃等铁电和压电材料钛酸钡系锆钛酸铅系材料等磁性材料锰锌镍锌锰镁锂锰等铁氧体磁记录和磁泡材料等导体陶瓷钠锂氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷钛酸钡氧化锌氧化锡氧化钒氧化锆等过渡金属元素氧化物系材料等光学材料钇铝石榴石激光材料氧化铝氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷高温氧化物碳化物氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料碳化钛人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体铌酸锂钽酸锂砷化镓氟金云母等生物陶瓷长石质齿材氧化铝磷酸盐骨材和酶的载体等无机复合材料陶瓷基金属基碳素基的复合材料无机非金属材料的分类二制备无机非金属材料的原料及其生态化改造对策地壳中硅酸盐和铝硅酸盐占明显优势它们和其他一些氧化物矿物是制备无机非金属材料的最主要原料
五、无机非金属材料生态化改造实例
1．成分设计实例—新型粘土质复相陶瓷
粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化学通式为 Al2O3·2SiO2·2H2O，此外还含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物
3C＋SiO2SiC＋2CO 煅烧在氮气保护下进行，则最终制成Si3N4和Al2O3。
2）粉煤灰、煤矸石制备高性能陶瓷
2．建筑废料、废混凝土、废陶瓷
3．高炉渣、钢渣
7.4 生态建材
水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑装饰装修材料等 一、建筑材料与环境
1）建筑材料对地球环境的影响 2）地球环境对建筑材料的影响 3）建筑材料对人类居住环境的影响
二、生态建材基本概念
生态建材就是赋予优异环境协调性的建 筑材料，故又称环境协调建材，这一类材 料环境协调性好，既具有优异性能，又有 益于人体健康。
材料品种示例传统无机非金属材料水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥铝酸盐水泥石灰石膏等陶瓷粘土质长石质滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料硅质硅酸盐质高铝质镁质铬镁质等玻璃硅酸盐硼酸盐氧化物硫化物和卤素化合物玻璃等搪瓷钢片铸铁铝和铜胎等铸石辉绿石玄武岩铸石等研磨材料氧化硅氧化铝碳化硅等多孔材料硅藻土沸石多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料石墨焦炭和各种碳素制品等非金属矿粘土石棉石膏云母大理石水晶和金刚石等新型无机非金属材料高频绝缘材料氧化铝氧化铍滑石镁橄榄石质陶瓷石英玻璃和微晶玻璃等铁电和压电材料钛酸钡系锆钛酸铅系材料等磁性材料锰锌镍锌锰镁锂锰等铁氧体磁记录和磁泡材料等导体陶瓷钠锂氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷钛酸钡氧化锌氧化锡氧化钒氧化锆等过渡金属元素氧化物系材料等光学材料钇铝石榴石激光材料氧化铝氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷高温氧化物碳化物氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料碳化钛人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体铌酸锂钽酸锂砷化镓氟金云母等生物陶瓷长石质齿材氧化铝磷酸盐骨材和酶的载体等无机复合材料陶瓷基金属基碳素基的复合材料无机非金属材料的分类二制备无机非金属材料的原料及其生态化改造对策地壳中硅酸盐和铝硅酸盐占明显优势它们和其他一些氧化物矿物是制备无机非金属材料的最主要原料
建筑钢材习题
建筑金属材料本章提要本章重点讲述建筑钢材的技术性能、种类、技术标准和应用；介绍冶炼方法、化学成分、冷加工和热处理对钢材性能的影响，介绍钢的两大主要缺点及防护措施。
通过学习，应掌握碳素结构钢和低合金钢的性质、技术标准及选用原则，并掌握建筑结构用钢材和钢筋混凝土用钢材的种类、特点和应用。
名词解释1．钢材时效2．疲劳性3．沸腾钢、镇静钢4．40Si2MnV5．冷加工强化6．Q235-b-c7．钢材的屈强比8．电化学腐蚀是非题1与沸腾钢比较，镇静钢的冲击韧性和焊接性较差，特别是低温冲击韧性的降低更为显著.。
（）2在结构设计时，屈服点是确定钢材容许应力的主要依据。
（）3钢材的伸长率公式δ=（L1 -L0）/L0*100%式中，L1为试件拉断后的标距部分长度，L0为试件原标距长度。
（）4δ5是表示钢筋拉伸至变形达5%时的伸长率。
（）5同种钢筋取样作拉伸试验时，其伸长率δ10 >δ5.( )6钢材屈强比越大，表示结构使用安全度越高。
( )7屈强比小的钢材，使用中比较安全可靠，但其利用率低.因此，以屈强比越小越好为原则来选用钢材，是错误的。
( )8钢材冲击韧性αK值越大，表示钢材抵抗冲击载荷的能力越低。
( )9建筑钢材的基本组织主要是珠光体和渗碳体，其间随着含碳量的提高，则珠光体增加，渗碳体减少。
( )10当碳素钢的含碳量在0.8%以内，钢的抗拉强度随含碳量的增加而提高，而当含碳>0.8%时，正好相反。
( )11碳素结构钢的标号越大，其强度越高，塑性越好。
( )12钢材中含磷较多呈热脆性，含硫较多呈冷脆性。
( )13钢材焊接时产生热裂纹，主要是由于含磷较多引起的，为清除其不利影响，可在炼钢时加入一定量的碳元素。
( )14钢筋进行冷拉处理，是为了提高其加工性能。
( )15钢材冷拉后可提高其屈服强度和抗拉强度，而时效只能提高其屈服点。
( )16冷拉加工后的钢材其性质变硬，但经退火后可以提高其塑性。
( )17某厂生产钢筋砼梁，配筋需用冷拉钢筋，但现有冷拉钢筋不够长，因此将此钢筋对焊接长使用。
金属材料-碳钢
gold纯铁常温晶体结构为体心立方，称为α铁9121394体心立方二、碳钢铁碳合金按碳的质量分数分为碳钢与铸铁[w(C)＞2.11％]两类。
碳钢是指以铁和碳元素为主，含有少量锰、硅、硫、磷、氧、氮等非特意加入元素的钢。
碳是其中最主要的合金元素。
1. 碳在铁碳合金中的作用在熔融态,碳可溶于液体铁中。
碳在α铁、γ铁和σ铁中均以间隙形式存在于固溶体中，分别称为铁素体、奥氏体和σ固溶体（或高温铁素体）。
碳还可以与铁一起形成化合物FeC，称为渗碳体。
3铁碳合金中碳还可能以石墨片、球或团絮的形态存在。
碳溶于熔融的液态铁中，使合金熔点(平衡凝固温度)降低，降低幅度随碳的质量分数增大而下降(ABC线)。
w(C) = 4.30％的铁碳合金熔点最低，超过这个最低点后，合金熔点随碳的质量分数的增加而上升。
不论是铁碳合金还是添加其他合金元素的三元合金，熔化和凝固都是在某一温度范围内进行。
AHJECF线为始熔(终凝)温度与碳的质量分数的关系。
℃时溶解度最线所示。
按质碳还使铁碳合金的同由于铁素体溶碳量很低，铁碳合金中的碳主要以渗渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD 线—液相线AECF 线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm4. 碳钢的牌号及用途(1) 普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称普碳钢，按力学性能供应。
钢号有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等5种。
数字表示其最低屈服强度。
Q195、Q215、Q235钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢管等，可用于制造桥梁、建筑物等构件，也可用于制造螺钉、螺帽、铆钉等。
Q255、Q275钢强度较高，常轧制成型钢、钢板作构件用。
(3) 铸钢铸钢牌号的表示是在数字前冠以“ZG”，数字则代表钢中碳的平均质量分数(以万分数表达)。
例如ZG25，表示w(C)＝0.25％的铸钢。
铸钢可用来制造形状复杂而需要一定强度、塑性和韧度的零件，如起重运输机中的齿轮、联轴器及重要的机件。
《建筑材料(第4版)》教学课件-第7章 建筑钢材
HRB400、HRB500、HRB600级钢筋的强度较高、塑性较好， 可用作普通钢筋混凝土结构的受力筋 和预应力钢筋混凝土的预应力筋。
钢筋牌号中带“E”的钢筋表示抗震性较好， 用于抗震一、二、三级的钢筋混凝土框架和斜撑构件。
§7.4 常用建筑钢材
二、冷轧带肋钢筋
1.定义：在热轧Ⅰ级盘卷钢筋的表面轧制出三面或两面横肋而形成的钢筋。 2.特点：强度高、与混凝土的粘结锚固力大。
4.技术性能：
尺寸偏差 质量偏差 力学性能 工艺性能
各项性能的质量标准， 详见《预应力混凝土用钢绞线》
（GB/T5224-2014）
§7.5 钢材的取样送检
一、按照相关标准和规范的规定进行进场验收 二、取样的组批规则、检测项目、样品数量、取样方法、
执行标准或规范如下表所示：
§7.5 钢材的取样送检
冷加工意义：提高钢材的屈服强度，节约钢材。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式：
冷拉、冷拔、冷轧、冷冲、冷压、刻痕等。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式：
1.
冷拉：采用一定的拉力将钢材拉伸到一定程度后，
缓缓卸去荷载。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式： 2. 冷拔：将直径较大的钢筋通过直径较小的拔丝模孔，
§7.4 常用建筑钢材
一、热轧钢筋
3.钢筋标识： 钢筋牌号、生产许可证编号后3位(或厂家商标) 、规格直径三部分内容。
标识中带字母“E”表示是抗震性较好的钢筋。
§7.4 常用建筑钢材
一、热轧钢筋
3.热轧钢筋的应用： HPB300级钢筋的强度低、塑性好， 宜用作普通钢筋混凝土结构的受力筋和箍筋。
②尺寸偏差
《金属材料弯曲试验》 GB/T232-2010
钢筋牌号中带“E”的钢筋表示抗震性较好， 用于抗震一、二、三级的钢筋混凝土框架和斜撑构件。
§7.4 常用建筑钢材
二、冷轧带肋钢筋
1.定义：在热轧Ⅰ级盘卷钢筋的表面轧制出三面或两面横肋而形成的钢筋。 2.特点：强度高、与混凝土的粘结锚固力大。
4.技术性能：
尺寸偏差 质量偏差 力学性能 工艺性能
各项性能的质量标准， 详见《预应力混凝土用钢绞线》
（GB/T5224-2014）
§7.5 钢材的取样送检
一、按照相关标准和规范的规定进行进场验收 二、取样的组批规则、检测项目、样品数量、取样方法、
执行标准或规范如下表所示：
§7.5 钢材的取样送检
冷加工意义：提高钢材的屈服强度，节约钢材。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式：
冷拉、冷拔、冷轧、冷冲、冷压、刻痕等。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式：
1.
冷拉：采用一定的拉力将钢材拉伸到一定程度后，
缓缓卸去荷载。
§7.3 钢材的冷加工
二、加工方式： 2. 冷拔：将直径较大的钢筋通过直径较小的拔丝模孔，
§7.4 常用建筑钢材
一、热轧钢筋
3.钢筋标识： 钢筋牌号、生产许可证编号后3位(或厂家商标) 、规格直径三部分内容。
标识中带字母“E”表示是抗震性较好的钢筋。
§7.4 常用建筑钢材
一、热轧钢筋
3.热轧钢筋的应用： HPB300级钢筋的强度低、塑性好， 宜用作普通钢筋混凝土结构的受力筋和箍筋。
②尺寸偏差
《金属材料弯曲试验》 GB/T232-2010
常用金属材料的牌号、特性及适用范围
常用金属材料牌号近似对照表中国 GB Q235A A3 Q255A A4 25 35 45 40Cr 0Cr19Ni9 （0Cr18Ni9） 1Cr18Ni12 （1Cr18Ni12Ti） 0Cr17Ni12M02 （0Cr17Ni12M02Ti） 1Cr18Ni9Ti 1Cr13 2Cr13 3Cr13 ZG230-450 （ZG25） ZG270-500 （ZG35） ZG310-570 （ZG45） ZGOCr18Ni9 ZGOCr18Ni9Ti CF-8 CF-8C J92600 J92710 SCS13 SCS21 2333 ——80-40 J04000 J05002 321 410 420 — LC8 S32100 S41000 S42000 — J03003 SUS321 SUS410 SUS420J1 SUS420J2 SC410 （SC42） SC480 （SC49） SCC5 —1606 316 S31600 SUS316 美 ASTM A570Cr.33 A570Cr.40 1025 1035 1045 5140 304 304H 305 S30500 SUS305 国 UNS K02502 K02502 G10250 G10350 G10450 G51400 S30400 日本 JIS SS34 SM41B S25C S35C S45C SCr440 SUS304 瑞典 SS14 1311 1412 —1572 1660 2245 2332 2333 — 2347 2343 2337 2302 2303 2304 1505 X5CrNi1812X5CrNiM017-12-2 X5CrNiM017-13-2 X12CrNiTi18-9 X12CrSi13 X20Cr13 X30Cr13 GS-52 GS-CK25 GS-60 GS-62 GS-70 GS-CK45 G-X6CrNi18-9 G-X5CrNiNb18-9 德国 DIN Ust37-2 St44-2 C25 C35 C45 41Cr4 X5CrNi18-10第1章：金属材料名称常用基础术语1．基础术语：黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。
《金属材料学》各章小结
图1 钢合金化原理、主线、核心和设计思路2、结构钢复习小结表1 典型结构钢的特点、应用及演变横向图2 材料成分、工艺、组织、性能间的关系3、合金工具钢复习小结表2 典型工具钢的特点、应用及演变图2 铸铁成分、工艺、组织、性能关系图3 铝合金分类和性能特点总复习提要一、主线、核心和“思想”主线：零件服役条件→技术要求→选择材料→强化工艺→组织结构→最终性能→应用、失效。
寻求最佳方案，充分发掘材料潜力。
（1）同一零件可用不同材料及相应工艺。
例：调质钢符合淬透性原则可代用，柴油机连杆螺栓可用40Cr调质，也可用15MnVB；工模具钢，CrWMn、9SiCr、9Mn2V等钢在有些情况下也可考虑代用。
（2）同一材料，可采用不同的强化工艺。
例：60Si2Mn，有常规中温回火，也可等温淬火；T10钢，淬火方法有水、水-油、分级等。
根据不同零件的服役条件，考虑改进工艺，以达到提高零件寿命的目的。
强化工艺不同，组织有所不同，但都能满足零件的性能要求。
通过分析、试验，可得到最佳的强化工艺。
考虑问题不可呆板、机械、照搬书本，不要认为中C就是调质，低合金超高强度钢就是用低温回火工艺。
弹簧钢就是中温回火?其实，60Si2Mn有时也可用作模具。
某些低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可制作量具、模具等。
要学活，思路要宽。
提出独特见解，怎样才能做到?核心：核心是合金化基本原理。
这是材料强韧化矛盾的主要因素，要真正理解“合金元素的作用，主要不在于本身的固溶强化，而在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。
”应该主要从强化机理和相变过程两个方面来考虑。
掌握了合金元素的作用，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地采用热处理等强化工艺。
从钢厂出来，钢成分已定。
如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。
企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。
总结一下常用合金元素的作用、表现是很有必要的。
材料力学性能教案
材料力学性能教案第一章：材料力学性能概述教学目标：1. 理解材料力学性能的概念及其重要性。
2. 掌握材料力学性能的主要指标。
3. 了解不同材料的力学性能特点。
教学内容：1. 材料力学性能的概念：定义、重要性。
2. 材料力学性能的主要指标：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、韧性、硬度等。
3. 不同材料的力学性能特点：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 引入讨论：为什么了解材料的力学性能很重要？2. 讲解材料力学性能的概念及其重要性。
3. 通过示例介绍不同材料的力学性能特点。
4. 练习计算材料力学性能指标。
作业：1. 复习材料力学性能的主要指标及其计算方法。
2. 选择一种材料，描述其力学性能特点，并解释其在实际应用中的作用。
第二章：弹性模量教学目标：1. 理解弹性模量的概念及其物理意义。
2. 掌握弹性模量的计算方法。
3. 了解弹性模量在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 弹性模量的概念：定义、物理意义。
2. 弹性模量的计算方法：胡克定律、应力-应变关系。
3. 弹性模量在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入弹性模量的概念。
2. 讲解弹性模量的计算方法，并通过示例进行演示。
3. 通过实验或示例观察不同材料的弹性模量变化规律。
作业：1. 复习弹性模量的概念及其计算方法。
2. 完成弹性模量的计算练习题。
第三章：屈服强度与抗拉强度教学目标：1. 理解屈服强度与抗拉强度的概念及其物理意义。
2. 掌握屈服强度与抗拉强度的计算方法。
3. 了解屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 屈服强度与抗拉强度的概念：定义、物理意义。
2. 屈服强度与抗拉强度的计算方法：应力-应变关系、极限状态方程。
3. 屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入屈服强度与抗拉强度的概念。
第7章-环境材料
伦敦烟雾事件的主要原因是: 居民冬季取暖烧煤和工业排放的烟雾， 生成CO, SO2, NO2等有害气体，将伦敦变成了一个毒气室。直 到20世纪70年代后，伦敦改用煤气和电力，并将火电站迁出城外， 烟雾事件才没有继续发生。
2007年太湖蓝藻事件
从2007年5月29日开始，无锡市太湖区域大规模爆发蓝藻，导致 自来水无法饮用。中国科学院的研究的结果显示: 工业污染增加、 农业面源污染扩大、城市生活污水直接入湖和渔业养殖规模急速 扩张是造成太湖水环境恶化的主要原因。
“这个事件反映出太湖已经非常脆弱了，自我调节能力已经严重 丧失，人类过度地使用自然必然遭到自然的报复。”
本章主要内容
1
环境材料概述
2
环境材料的研究内容
3
环境材料的设计
4 环境材料的评价判据与方法
5
金属材料的生态化改造
6
金属环境材料
7.1 环境材料概述
材料, 为人类文明做出重大贡献, 却也严重 破坏了人类家园。从原材料的开采、提炼、生产、 加工、使用一直到废弃的过程, 无不以资源和能 源的极大消耗, 生态环境的严重污染为代价。
7.5 金属材料的生态化改造
双辊薄带连铸工艺示意图
7.5 金属材料的生态化改造
（4）金属材料表面优化: 缘由: 金属材料因表面受腐蚀、磨损而失效导致金属材料制品
部分甚至全部功能丧失，造成金属资源和能源的损失。 金属材料表面优化技术的评价: 引入环境负荷的概念: ELV=R+E+P 其中: ELV－环境负荷值，单位g/cm2； R－表面处理过程中
（2）在评价范围上, LCA只考虑已经发生了或一定会发生的 环境影响因素, 没有考虑可能发生的环境风险和危害。
（3）在评估方法上, LCA既包括客观成分, 也包括主观假设 等成分, 如计算方法模型、权重的选择等, 都需要详细说明。
2007年太湖蓝藻事件
从2007年5月29日开始，无锡市太湖区域大规模爆发蓝藻，导致 自来水无法饮用。中国科学院的研究的结果显示: 工业污染增加、 农业面源污染扩大、城市生活污水直接入湖和渔业养殖规模急速 扩张是造成太湖水环境恶化的主要原因。
“这个事件反映出太湖已经非常脆弱了，自我调节能力已经严重 丧失，人类过度地使用自然必然遭到自然的报复。”
本章主要内容
1
环境材料概述
2
环境材料的研究内容
3
环境材料的设计
4 环境材料的评价判据与方法
5
金属材料的生态化改造
6
金属环境材料
7.1 环境材料概述
材料, 为人类文明做出重大贡献, 却也严重 破坏了人类家园。从原材料的开采、提炼、生产、 加工、使用一直到废弃的过程, 无不以资源和能 源的极大消耗, 生态环境的严重污染为代价。
7.5 金属材料的生态化改造
双辊薄带连铸工艺示意图
7.5 金属材料的生态化改造
（4）金属材料表面优化: 缘由: 金属材料因表面受腐蚀、磨损而失效导致金属材料制品
部分甚至全部功能丧失，造成金属资源和能源的损失。 金属材料表面优化技术的评价: 引入环境负荷的概念: ELV=R+E+P 其中: ELV－环境负荷值，单位g/cm2； R－表面处理过程中
（2）在评价范围上, LCA只考虑已经发生了或一定会发生的 环境影响因素, 没有考虑可能发生的环境风险和危害。
（3）在评估方法上, LCA既包括客观成分, 也包括主观假设 等成分, 如计算方法模型、权重的选择等, 都需要详细说明。
工程材料笔记整理重点
工程材料复习笔记整理（重点中的重点）名词解释：1.强度：抵抗塑性变形和破坏屈服强度：抵抗产生塑性变形抗拉强度：抵抗产生断裂前硬度：抵抗局部塑性变形塑性：产生塑性变形而不破坏的能力韧度：材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的极限能力称为冲击韧度疲劳强度：材料在规定的重复次数或交变应力作用下不致发生断裂的能力2.再结晶：升高温度，形成新的晶粒，使原来被拉大的晶粒转变为等轴晶粒，完全消除冷变形强化，力学性能恢复到塑性变形前的状态3.冷变形与热变形：再结晶温度以上进行的塑性变形为热变形，以下的为冷变形4.巴氏合金：铅基轴承合金5.下贝氏体，强度、韧度高，有最佳的综合机械性能，理想的强韧化组织，生产中常采用等温淬火获得下贝氏体组组织6. 一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。
二次渗碳体：指从奥氏体中析出的渗碳体三次渗碳体：从中析出的称为三次渗碳体共晶渗碳体：莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体7.纤维组织：热变形使铸态金属的偏析、分布在晶界上的夹杂物和第二相逐渐沿变形方向延展拉长、拉细而形成锻造流线；难以用热处理来消除8.变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
9.索氏体：在650〜600℃温度范围内形成层片较细的珠光体10.屈氏体：在600〜550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
11.马氏体：碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
12.过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度13.玻璃钢：玻璃纤维增强塑料称为玻璃钢。
玻璃钢具有成本低，工艺简单；强度低，绝缘等特点，它可制造壳体、管道、容器等14.加工硬化：随变形量的增加，金属的强度大为提高，塑性却有较大降低产生原因：位错密度升高为了继续变形，退火可消除加工硬化15.调质：调质处理后钢获得回火索氏体组织，其性能特点是具有较高的综合力学性能16.铁素体：（a或F ）碳原子溶于a-Fe形成的间隙固溶体性能：固溶强化不明显，强度，硬度低，塑性韧性高17.奥氏体：（Y或A）碳原子溶于丫-Fe形成的间隙固溶体性能：高塑性，是理想的锻造组织18.渗碳体：（Fe3C ）由12个铁原子和4个碳原子组成的具有复杂晶体结构间隙化合物性能：高硬度、高脆性、低强度19.珠光体：（P ）铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体，它具有较高的综合力学性能的特点20.莱氏体Ld 或Ld'：组织：Ld ： Fe3C （ Fe3C+Fe3CH） + Y Ld‘: Fe3C （ Fe3C+Fe3c口）+ P 机械化合物，性能：高硬度、高脆性。
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建筑钢材的主要技术性能
力学性能
※抗拉性能 ※冲击韧性 ※耐疲劳 ※硬度
工艺性能
※冷弯性能 ※焊接性能
钢材的性能是合理选用的钢材的基本依据。
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安徽工业大学本科生课程
抗拉性能
抗拉性能是土木工程用钢材最主要的技术性能。
炼钢方法
原料
特点及应用
平炉法 生铁、废钢 容量大、冶炼时间长、钢质较好且稳定，成本高
转炉法 铁水、废钢 冶炼速度快、生产效率高、钢质较好，投资少
电炉法 特种炼钢法
废钢 钢水
容积小、耗电大、控制严格、钢质好，成本高 控制精细、钢质非常好，成本较高
应用 碳素钢、低合金钢 碳素钢、低合金钢 合金钢、优质碳素钢 特殊性能钢、合金钢
合金钢按冶金质量分类： ※普通合金钢：硫含量≤0.05％，磷含量≤0.045％ ※优质合金钢：硫含量≤0.030％，磷含量≤0.035％ ※高级优质合金钢：硫含量≤0.020％，磷含量≤0.030％ ※特级优质合金钢：硫含量≤0.015％，磷含量≤0.025％
根据钢的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊钢：
※熟悉：钢材的分类，加工处理。 ※了解：钢材的冶炼，其他建筑金属的性能和应用。
教学重点
※钢材主要技术性能 ※钢材的冷加工和热处理 ※土木工程用钢材的品种与选用
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建筑金属材料
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钢材的分类——按化学成分
按照钢的化学成分，可将钢材分为碳素钢和合金钢两大类 ※碳素钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳 时； ※合金钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其 他合金元素时。
根据脱氧程度的不同，浇铸的钢锭可分为沸腾钢、镇静钢 和半镇静钢、特殊镇静钢等四种：
※沸腾钢：炼钢时加入锰铁进行脱氧，脱氧很不完全，故称沸 腾钢，代号为“F”。沸腾钢组织不够致密，杂质多，质量较 差，但其生产成本低、产量高，可广泛用于一般的建筑工程 。
※镇静钢：炼钢时一般采用硅铁、锰铁和铝锭等作脱氧剂，脱 氧充分，这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，基 本无气泡产生，故称镇静钢，代号为“Z”。镇静钢虽成本较 高，但其组织致密、成分均匀、性能稳定，故质量好。适用 于预应力混凝土等重要结构工程。
通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率，这 些是钢材的重要技术性能指标。
弹性阶段：OA段，弹性极限(Re) 应力-应变呈正线性关系，其比值 为弹性模量。
屈服阶段：AB段，应力超过Re后
低碳钢受拉时应力-应变图
，开始产生塑性变形；下屈服点 (B下)，屈服强度（ ReL ）。
中碳钢与高碳，规定产生残 强化阶段：BC段，钢材抵抗外力
(1)碳素钢——根据含碳量多少，碳素钢可分为： ※ ①低碳钢：含碳量0.25％以下。 ※ ②中碳钢：含碳量0.25％～0.6％。 ※ ③高碳钢：含碳量大于0.6％。
(2)合金钢——根据合金元素的含量分： ※ 低合金钢：合金元素总含量小于5％； ※ 中合金钢：合金元素总含量在5％～10％之间； ※ 高合金钢：合金元素总含量大于10％。
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（第七章 建筑金属材料）
主讲人：XXX
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安徽工业大学本科生课程
本章主要教学内容与要求
教学目标
※掌握：钢材主要技术性能、土木工程用钢材的品种与 选用。
余变形为原标距长度0.2％ 的能力重新提高，抗拉极限(Rm )
时的应力值作为屈服强度，
称条件屈服点，用 Rp0.2表示
颈缩阶段：CD段，拉断前薄弱处 截面显著缩小，产生“颈缩”
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※半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好 的钢，代号为“b”。
※特殊镇静钢：脱氧完全彻底的钢，代号为“TZ”。特殊镇静 机清械华工大钢业学钢出出版材版社社的质量最好，用于特别重要的工程结构。
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钢材的冶炼和分类 钢材的主要技术性能 钢材组织和成分对性能的影响 钢材的冷加工与热处理 钢材的技术标准及选用 钢材的锈蚀与防护 其他建筑金属材料
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“鸟巢”的钢结构造型
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钢材的冶炼
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钢材的分类——按质量、用途
普通碳素钢按钢中所含硫、磷量来分来： ※普通碳素钢：硫含量≤0.055％，磷含量≤0.045％ ※优质碳素钢：硫含量≤0.040％，磷含量≤0.040％ ※高级优质碳素钢。硫含量≤0.030％，磷含量≤0.035％
※结构钢：用作工程结构构件及机械零件，土木工程中常用 ※工具钢：用过各种量具、刀具及模具的钢 ※特殊钢：有特殊物理、化学及机械性能，如不锈钢、耐热钢等
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钢材的分类——按脱氧程度
钢和铁的主要成分都是铁和碳，用含碳量的多少加以区分 ，含碳量大于2.11％的为生铁，小于2.11％的为钢。
钢由生铁冶炼而成。生铁的性质硬而脆，塑性很差，抗拉 强度很低 。通过冶炼将生铁中的含碳量降至2.11％以下， 其他杂质含量降至一定的范围内，显著改善其技术性能。
钢的冶炼方法主要有平炉法、转炉法、电炉法以及特种炼 钢法，不同的冶炼方法对钢材的质量有着不同的影响。
力学性能
※抗拉性能 ※冲击韧性 ※耐疲劳 ※硬度
工艺性能
※冷弯性能 ※焊接性能
钢材的性能是合理选用的钢材的基本依据。
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抗拉性能
抗拉性能是土木工程用钢材最主要的技术性能。
炼钢方法
原料
特点及应用
平炉法 生铁、废钢 容量大、冶炼时间长、钢质较好且稳定，成本高
转炉法 铁水、废钢 冶炼速度快、生产效率高、钢质较好，投资少
电炉法 特种炼钢法
废钢 钢水
容积小、耗电大、控制严格、钢质好，成本高 控制精细、钢质非常好，成本较高
应用 碳素钢、低合金钢 碳素钢、低合金钢 合金钢、优质碳素钢 特殊性能钢、合金钢
合金钢按冶金质量分类： ※普通合金钢：硫含量≤0.05％，磷含量≤0.045％ ※优质合金钢：硫含量≤0.030％，磷含量≤0.035％ ※高级优质合金钢：硫含量≤0.020％，磷含量≤0.030％ ※特级优质合金钢：硫含量≤0.015％，磷含量≤0.025％
根据钢的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊钢：
※熟悉：钢材的分类，加工处理。 ※了解：钢材的冶炼，其他建筑金属的性能和应用。
教学重点
※钢材主要技术性能 ※钢材的冷加工和热处理 ※土木工程用钢材的品种与选用
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钢材的分类——按化学成分
按照钢的化学成分，可将钢材分为碳素钢和合金钢两大类 ※碳素钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为碳 时； ※合金钢：钢材组分元素中含量仅次于铁元素的成分为其 他合金元素时。
根据脱氧程度的不同，浇铸的钢锭可分为沸腾钢、镇静钢 和半镇静钢、特殊镇静钢等四种：
※沸腾钢：炼钢时加入锰铁进行脱氧，脱氧很不完全，故称沸 腾钢，代号为“F”。沸腾钢组织不够致密，杂质多，质量较 差，但其生产成本低、产量高，可广泛用于一般的建筑工程 。
※镇静钢：炼钢时一般采用硅铁、锰铁和铝锭等作脱氧剂，脱 氧充分，这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，基 本无气泡产生，故称镇静钢，代号为“Z”。镇静钢虽成本较 高，但其组织致密、成分均匀、性能稳定，故质量好。适用 于预应力混凝土等重要结构工程。
通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率，这 些是钢材的重要技术性能指标。
弹性阶段：OA段，弹性极限(Re) 应力-应变呈正线性关系，其比值 为弹性模量。
屈服阶段：AB段，应力超过Re后
低碳钢受拉时应力-应变图
，开始产生塑性变形；下屈服点 (B下)，屈服强度（ ReL ）。
中碳钢与高碳，规定产生残 强化阶段：BC段，钢材抵抗外力
(1)碳素钢——根据含碳量多少，碳素钢可分为： ※ ①低碳钢：含碳量0.25％以下。 ※ ②中碳钢：含碳量0.25％～0.6％。 ※ ③高碳钢：含碳量大于0.6％。
(2)合金钢——根据合金元素的含量分： ※ 低合金钢：合金元素总含量小于5％； ※ 中合金钢：合金元素总含量在5％～10％之间； ※ 高合金钢：合金元素总含量大于10％。
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钢材的分类——按质量、用途
普通碳素钢按钢中所含硫、磷量来分来： ※普通碳素钢：硫含量≤0.055％，磷含量≤0.045％ ※优质碳素钢：硫含量≤0.040％，磷含量≤0.040％ ※高级优质碳素钢。硫含量≤0.030％，磷含量≤0.035％
※结构钢：用作工程结构构件及机械零件，土木工程中常用 ※工具钢：用过各种量具、刀具及模具的钢 ※特殊钢：有特殊物理、化学及机械性能，如不锈钢、耐热钢等
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钢和铁的主要成分都是铁和碳，用含碳量的多少加以区分 ，含碳量大于2.11％的为生铁，小于2.11％的为钢。
钢由生铁冶炼而成。生铁的性质硬而脆，塑性很差，抗拉 强度很低 。通过冶炼将生铁中的含碳量降至2.11％以下， 其他杂质含量降至一定的范围内，显著改善其技术性能。
钢的冶炼方法主要有平炉法、转炉法、电炉法以及特种炼 钢法，不同的冶炼方法对钢材的质量有着不同的影响。