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第2章复习思考题答案1.Q235钢的应力—应变曲线可以分为哪4个阶段，可得到哪些强度指标？（1）弹性阶段。
钢材在此阶段，当荷载降为零时（完全卸载），变形也降为零（回到原点）。
Q235钢的比例极限f p≈200N/mm2,对应的应变εp≈0.1%。
（2）弹塑性和屈服阶段。
当应力超过弹性极限后，应力与应变不再成正比，应变增大加快，材料进入弹塑性阶段。
随后，应力呈锯齿状波动，甚至出现应力不增加而应变仍在继续发展的现象，卸载后试件不能完全恢复原来的长度，这个阶段称之为屈服阶段。
Q235钢的屈服点f y≈235N/mm2,对应的应变εp≈0.15%，流幅ε≈0.15%～2.5%。
（3）强化阶段。
屈服阶段之后，曲线再度上升，但应变的增加快于应力的增加，塑性特征明显，这个阶段称为强化阶段。
对应于最高点的应力为抗拉强度或极限强度fu。
（4）颈缩阶段。
到达极限强度后，试件出现局部截面横向收缩，塑性变形迅速增大，即颈缩现象。
此时，只要荷载不断降低，变形能继续发展，直至试件断裂。
2.什么叫屈强比，它对结构设计有何意义？钢材的屈服强度（屈服点）f y与抗拉强度fu的比值，称为屈强比。
屈强比是衡量钢材强度储备的一个系数。
屈强比越低，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。
屈强比愈低钢材的安全储备愈大，但屈强比过小时，钢材强度的利用率太低，不够经济；屈强比过大时，安全储备太小，且构件变形能力小。
3.什么叫塑性破坏和脆性破坏？各有什么特征？钢材在静力单向均匀拉伸下，试件破坏前有很大的塑性应变，这种破坏称为塑性破坏。
钢结构中的钢材因受各种因素的影响还会发生另一种破坏，即脆性破坏，两者的破坏特征有明显的区别。
塑性破坏是指构件产生明显的变形、应力达到材料的极限强度后而发生的破坏，破坏断口呈纤维状，色泽发暗，破坏前有较大的塑性变形，且变形持续时间长，容易及时发现并采取有效补救措施，通常不会引起严重后果。
金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面：1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能(密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。
使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。
2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1．1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1．1．1 强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出。
把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d)，横坐标是伸长量AL(也可换算为应变e)。
所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。
图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段：1．弹性阶段即曲线的o-e段，在此段若加载不超过e点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，曲线的o～e’段为直线，在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律，该段称为线弹性阶段。
名词解释：1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。
2弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。
4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1%-4%），而后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
常见塑性变形方式：滑移和孪生6弹性极限：以规定某一少量的残留变形为标准，对应此残留变形的应力。
7比例极限：应力与应变保持正比关系的应力最高限。
8屈服强度：以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈服强度。
9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的断裂过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。
韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主应力成45度角。
10脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑形变形，没有明显征兆，危害性很大。
断裂面一般与主应力垂直，端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
11剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿着滑移面分离而造成的断裂，又分滑断和微孔聚集性断裂。
12解理断裂：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，总是脆性断裂。
13缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓“缺口效应“①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。
②缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。
8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度σbm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值. NSR=σbn / σs NSR越大缺口敏感度越小9冲击韧性：Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商10冲击吸收功：式样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功以Ak表示，单位J11低温脆性：一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属，当温度降低到、某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这种现象称为低温脆性12 脆性转变温度：当温度降低时，材料屈服强度急剧增加，而塑形和冲击吸收功急剧减小。
第二章炼钢的任务生铁和废钢是炼钢的主要原料，而生铁中除了含有较多的碳外，还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素（它们统称为钢铁中五大元素）；同时废钢中元素含量也很复杂，有些对钢的要求性能有害。
除五大元素外，钢中还含有氮、氢、氧和非金属杂质物。
它们在冶炼过程中随原材料、炉气、或反应产物的形式残留在钢液。
这些物质对钢的性能有重大影响，必须调整或尽量降低有害物含量。
炼钢定义：用氧化的方法去除生铁中的这些杂质，再根据钢种的要求加入适量的合金元素，使之成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢，这一工艺过程称为“炼钢”。
综上所述，可将炼钢基本任务归纳如下：1．脱碳：含碳量是决定“铁与钢”定义的因素，同时也是控制材料性能的最主要元素。
一般采用向钢中供氧，利用碳氧反应去除。
2．脱硫、脱磷：对绝大多数钢种来说，磷、硫为有害元素。
硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆。
因此要求在炼钢过程中尽量除之。
3．脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除。
减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。
一般有合金脱氧和真空脱氧两种方法。
4．去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮。
非金属夹杂物包括氧化物、硫化物以及其它复杂化合物。
一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。
5．升温：炼钢过程必须在一定高温液态下才能完成，同时为保证钢水能浇成合格钢锭，也要求钢水有一定的温度。
铁水温度很低1300℃左右，Q215钢熔点1515℃。
6．合金化：为使钢具有必要的性能，必须根据钢中要求加入适量合金元素。
7．浇成良锭：液态钢水必须浇注成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料。
同时要求其质量符合良好。
一般有模注和连铸两种方式。
许多书中按上述方法来讨论“炼钢的基本任务”，但本教材中进行了另一种总结，以下按教材中的方式和顺序来讲解。
也就是包括三大方面：去除杂质、调整成份、和浇注成良坯。
第一节去除杂质钢中的杂质，一般是指去除钢中S、P、O、H、N和夹杂物。
第二章建筑钢材一、名词解释1．钢材的断后伸长率[南京航空航天大学2014年]答：断后伸长率是指钢材从拉伸至断裂全过程中的塑性变形，断后伸长率越大，反映钢材的塑性变形能力越大。
断后伸长率A的计算公式为式中，L0为试件原始标距，mm；L u为试件断后标距，mm。
2．何谓钢材的冷加工强化[南京航空航天大学2010年]答：钢材的冷加工强化是指冷加工后再经时效处理的钢材，其屈服强度和抗拉极限强度增加，硬度增加，塑性和韧性降低的现象。
3．钢材的屈服点答：钢材的屈服点是指钢材在受载过程中，其应力超过弹性极限后，在外力几乎不增加的情况下，产生显著塑性变形时的最小应力值。
又称屈服极限、屈服强度或流动极限。
有些材料没有明显的屈服阶段，通常规定对应于残余应变为0.2%时的应力值为规定屈服极限，用2.0 表示，以便在工程设计中应用。
4．冷弯性能答：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。
钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表示。
弯曲程度则通过试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值来区分。
试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。
按规定的弯曲角和弯心直径进行试验时，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。
5．时效强化答：钢材的时效强化是指将经过冷加工后的钢材于常温下存放15～20天，或加热到100～200℃并保持一定时间（前者称自然时效，后者称人工时效），使钢材的屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性和韧性继续有所降低的过程。
6．冷脆性答：当温度降到一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢材呈脆性的现象称为冷脆性，这一温度范围称为脆性转变温度。
脆性转变温度越低，说明钢的低温冲击韧性愈好。
7．钢材的硬度答：钢材的硬度是指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。
测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法和维氏法，较常用的为布氏法和洛氏法。
