影响钢材性能的因素.
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试列出影响钢材力学性能的主要因素。
影响钢材力学性能的主要因素:
1、强度
影响强度的因素有:截面面积、净截面模量(截面特性)、截面塑性发展系数(只与截面类型有关)、钢材材质。
2、刚度:
影响刚度的原因有截面的惯性矩(截面特性)、杆件约束条件(刚接铰接等)3、稳定:
影响稳定的因素有杆件的计算长度、约束条件、钢材材质及截面的宽度、高度、等截面特性。
对于受压的杆件要考虑长细比,此数值仅和计算长度及回转半径(截面特性)有关。
同时是否偏心对稳定性也有影响。
钢材中各元素对性能性的影响1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0。
23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0。
20%.碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0。
15-0。
30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0。
60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢.在调质结构钢中加入1。
0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。
含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片.硅量增加,会降低钢的焊接性能。
3、锰(Mn):在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0。
30—0。
50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢",较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%.含锰11-14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。
锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能.4、磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0。
045%,优质钢要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%.在钢中加入0。
08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢.6、铬(Cr):在结构钢和工具钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。
各种化学元素对钢材性能的影响展开全文①碳(C)碳是仅次于铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。
当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低;但当含碳量在1.0%以上时,随着含碳量的增加,钢材的强度反而下降。
随着含碳量的增加,钢材的焊接性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),冷脆性和时效敏感性增大,耐大气锈蚀性下降。
②硅(Si)硅是一种脱氧剂,其脱氧作用比锰强,是钢中的有益元素。
硅含量较低时,能提高钢材的强度,而对塑性和韧性无明显影响,但是当硅含量超过0.8%~1.0%时,则塑性下降,特别是冲击韧性显著降低。
含硅量在1%~4%的低碳钢,具有极高的导磁性能,常用于电器工业和矽钢片。
但随着硅含量的增加,会降低钢的焊接性能。
③锰(Mn)锰是作为脱氧除硫的元素加入钢中的,是钢中的有益元素。
锰具有很强的脱氧去硫能力,它可以和硫结合形成MnS,从而在相当大程度上消除硫的有害影响,显著改善钢材的热加工性能。
同时,锰对碳素钢的力学性能有良好影响,它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性。
锰含量小于0.8%,能在保持(或只略降)原有的塑性及冲击韧性的条件下,大幅度提高碳素钢的屈服极限及强度极限。
锰对钢的焊接性能也有影响。
在含锰量很低时,锰主要起消除热脆性的作用,此时锰对焊接性能的影响,特别是在硫含量略高时,是有益的;但在含锰量远远超过消除热脆性所必需的含量时,多余的锰会显著增加奥氏体的过冷能力,这时锰主要起增加冷裂纹形成的作用,会使得钢的焊接性能变差。
④磷(P)磷是钢中难去除的有害杂质,会引起钢的冷脆性增加并损坏钢的焊接性能。
造成“冷脆”的原因是磷会形成硬脆化合物Fe2P。
另外磷能提高切削性能和抗蚀性,故在易切削或耐候钢中可适当增加磷含量。
⑤硫(S)硫主要来自炼钢原料,炼钢时难以除尽。
硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在,对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。
2.3影响钢材力学性能的因素影响钢材力学性能的因素有:化学成分冶金和轧制过程时效冷作硬化温度应力集中和残余应力复杂应力状态1.化学成分钢的基本元素为铁(Fe),普通碳素钢中占99%,此外还有碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)等杂质元素,及硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等有害元素,这些总含量约1%,但对钢材力学性能却有很大影响。
碳:除铁以外最主要的元素。
碳含量增加,使钢材强度提高,塑性、韧性,特别是低温冲击韧性下降,同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降,恶化钢材可焊性,增加低温脆断的危险性。
一般建筑用钢要求含碳量在0.22%以下,焊接结构中应限制在0.20%以下。
硅:作为脱氧剂加入普通碳素钢。
适量硅可提高钢材的强度,而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。
一般镇静钢的含硅量为0.10%~0.30%,含量过高(达1%),会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。
锰:是一种弱脱氧剂。
适量的锰可有效提高钢材强度,消除硫、氧对钢材的热脆影响,改善钢材热加工性能,并改善钢材的冷脆倾向,同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。
普通碳素钢中锰的含量约为0.3%~0.8%。
含量过高(达1.0%~1.5%以上)使钢材变脆变硬,并降低钢材的抗锈性和可焊性。
硫:有害元素。
引起钢材热脆,降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。
一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055%,在焊接结构中应不超过0.050%。
磷:有害元素。
虽可提高强度、抗锈性,但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,尤其低温时发生冷脆,含量需严格控制,一般不超过0.050%,焊接结构中不超过0.045%。
氧:有害元素。
引起热脆。
一般要求含量小于0.05%。
氮:能使钢材强化,但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能,增加时效倾向和冷脆性。
一般要求含量小于0.008%。
为改善钢材力学性能,可适量增加锰、硅含量,还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素,炼成合金钢。