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第二章2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E σf yCσF卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
第二章2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E σf yCσF卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。
tgα'=E'f y 0f y 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan y yy y f f f E f E σεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm =2270/c N mm σ=0.025F ε=522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =f yσ图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点： 卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε==卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。
答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。
钢结构设计规范第一章总则第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。
第1.0.2条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。
第1.0.3条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。
第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。
第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。
此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》）。
第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。
第二章材料第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。
承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。
第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢:一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。
二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。
注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋内的结构可按该规定值提高10℃采用。
《钢结构》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：钢结构课程代码：56030120课程类别：专业课学时： 64学时学分：4学分理论教学：56学时实践教学：8学时二、教学目的及要求课程性质与任务1、课程性质《钢结构》是土木工程专业学生的一门必修的主要专业基础课。
课程教学的目的是使学生掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构构件的计算原理；了解民用和工业建筑中常用钢结构房屋的特点，基本设计方法，计算简图与内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。
通过本课程的学习，使学生能解决钢结构设计施工中的一些技术问题，为以后从事施工管理、设计工作打下基础。
2、课程任务⑴ 了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景；⑵ 掌握钢结构材料的工作性能；⑶ 掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力分析与设计计算；⑷ 了解钢结构体系的组成原理和典型结构形式的设计要点。
三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并注明重点、难点）大纲正文第一章绪论（2学时）本章讲授要点：1、了解钢结构的特点和应用；2、钢结构的设计原则；3、了解钢结构的发展方向。
重点：无。
难点：无。
第二章钢结构的材料（4学时）本章讲授要点：1、了解钢结构所使用钢材的要求；2、掌握钢材的主要性能和影响钢材性能的因素；3、了解钢材破坏形式和不同情况下的荷载效应；4、熟悉钢材类别和钢材选用的原则。
重点：钢材的主要性能和影响钢材性能的因素、钢材类别和钢材选用的原则。
难点：钢材的主要性能和影响钢材性能的因素。
第一节钢材的主要性能一、钢材的破坏形式二、单向受拉时的性能三、冷弯性能四、冲击韧度第二节影响钢材性能的主要因素一、化学成分的影响二、成材过程的影响三、影响钢材性能的其他因素第三节钢材的疲劳一、常幅疲劳二、变幅疲劳第四节建筑钢材的规格和选用一、钢结构对材料的要求二、钢的种类三、钢材的选择四、钢材的规格第三章钢结构的连接（8学时）本章讲授要点：了解钢结构的连接方法及各自的特点；掌握焊接和普通螺栓、高强度螺栓连接的计算。
工程材料习题库 - 1 - 第四章 结构钢及其选用 单选题（本大题共23小题） 1. 影响钢的冷脆性的主要元素是(B)。 A.S B.P C.Mn D.Si 2. 20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（A）使用。 A.合金渗碳钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.滚动轴承钢 3. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（C）。 A.Mn,P B.Mn,Ti C.Ti,V D.V,P 4. 除（A）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 A.Co B.Cr C.Mn D.Ti 5. 20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是（C）。 A.强化铁素体 B.提高淬透性 C.细化晶粒 D.提高回火稳定性 6. 合金渗碳钢渗碳后必须进行（C）热处理。 A.淬火+高温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+低温回火 D.淬火+退火 7. 要制造一批锉刀，请选择合适的材料（C）。 A.45 B.9Mn2V C.T12 D.7Cr17 8. 下列材料中淬硬性高的是（B）。 A.18CrNi3 B.9Mn2V C.40Cr D.50 9. 下列材料中油淬临界直径最大的是（A）。 A.25Cr2Ni4W B.20MnVB C.40Cr D.65Mn 10. 钢中强碳化物形成元素是（C） A.Fe、Mn B.Cr、Co C.V、Ti D.Si、Mn
11. 影响钢的热脆性的主要元素是（A） A.S B.P C.Mn D.Si 12. 制造手用锯条应当选用（A） A.T12钢经淬火和低温回火 B.Cr12Mo钢经淬火低温回火 C.65钢淬火后中温回火 D.T8钢经淬火和高温回火 13. 二次硬化是指（B）的硬化现象。 A.渗碳处理后的二次淬火 B.某些钢在回火后硬度进一步提高 C.变形过程中强度、硬度升高 D.某些钢在淬火后硬度提高 14. 40MnVB钢中V元素的主要作用是（B） A.强化铁素体 B.细化晶粒 C.提高回火稳定性 D.提高淬透性 15. 40Cr钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（C）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 16. 对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（A） A.高淬透性钢 B.中淬透性钢 C.低淬透性钢 D.对淬透性能没有要求 17. 60Si2Mn钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（B）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 18. 对38CrMoAl钢进行渗氮处理，渗氮时的加热温度为（B） A.Ac1以上 B.Ac1以下 C.Ac3以上 D.Accm以上 19. 40钢和40Cr钢加热到AC3以上保温，随炉冷后组织为铁素体+珠光体，两种钢中珠光体的相对含量（C） A.相等 B.40钢比40Cr钢多 C.40Cr 钢比40钢多 D.珠光体含量与Cr元素无关 20. 以下属于中合金钢的是（C）（WE为合金元素的总含量） A.3％≤WE≤5％ B.4％≤WE≤8％ C.5％≤WE≤10％ D.6％≤WE≤15％ 工程材料习题库 - 2 - 21. 20CrMnTi钢的渗C温度范围是（A） A.900～930℃ B.800～820℃ C.600～650℃ D.1000～1050℃ 22. 合金元素不能做到（D） A.提高钢的回火稳定性 B.改变C曲线的位置 C.改变S点的位置 D.消除第一类回火脆性 23. 中碳钢的含碳量为（B） A.0.2％≤Wc≤0.3％ B.0.25％≤Wc≤0.6％ C.0.4％≤Wc≤1.0％ D.0.35％≤Wc≤0.8％
判断题（本大题共23小题） 1. 20钢比T12钢的碳质量分数要高。 错误 2. 在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。 错误 3. 大部分合金元素溶于奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。 正确 4. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 错误 5. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 错误 6. T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。 错误 7. T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 错误 8. 调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。 错误 9. 合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。 错误 10. 40Cr钢是合金渗碳钢。 错误
11. 20CrMnTi钢是合金调质钢。 错误 12. GCr15是专用的合金工具钢。 错误 13. 钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。 正确 14. 钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。 错误 15. 钢中的含磷量增加，其钢的冷脆性增加。 正确 16. 60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 错误 17. 20CrMnTi中Cr和Mn的作用是提高钢的淬透性。 正确 18. 在退火状态20钢比65钢的塑性和强度都高。 错误 19. 钳工锯T8、T12等钢料时比锯10、20钢要费力，且锯条易磨钝。 正确 20. 合金结构钢中常用的合金元素有Mn、、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、 B等，其中主加元素是Mn、Si、Cr、Ni。 正确 21. 钢中合金元素愈多，则淬火后的硬度就愈高。 错误 22. 除Co以外，几乎所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 正确 23. GCr15是专用的滚动轴承钢。 正确
填空题（本大题共6小题） 1.碳素钢按含碳量来分类，可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，其含碳量分别为：（Wc＜0.25％ ）、（0.25％≤Wc≤0.6％ ）、（Wc＞0.6％ ）（注：请对应填写）。 2.汽车齿轮通常用20CrMnTi钢制造，其含碳量为（0.2% ），锻造之后切削加工之前进行（正火）热处理，最终热处理为（渗碳+淬火+低温回火 ）。 3.下列渗碳钢中低淬透性的是（20Cr,20Mn2 ），中淬透性的是（20CrMnTi,,20MnTiB ），高淬透性的是（18Cr2Ni4WA ）。20CrMnTi,20Cr,20Mn2,20MnTiB,18Cr2Ni4WA 4.渗碳钢一般含碳量为（0.1—0.25% ），调质钢一般含碳量为（0.25—0.5% ），弹簧钢一般含碳量为（0.5—0.9% ）。 5.合金结构钢中常加入的合金元素有：Cr,Ni,Si,Mn,Mo,B,Ti,V,W等。其中强烈阻止奥氏体晶粒长大的有（Ti,V），能消除高温回火脆性的有（Mo,W）。 6.下列钢中属于低合金结构钢的是（16Mn,15MnV），属于渗碳钢的是（20CrMnTi），属于调质钢的是（40Cr,40MnVB,40CrNiMo），属于弹簧钢的是（60Si2Mn,65Mn）。40Cr,20CrMnTi,40MnVB,16Mn,60Si2Mn,15MnV,40CrNiMo,65Mn 工程材料习题库 - 3 - 分析题（本大题共9小题） 1.用40Cr钢制造连杆螺栓，试分析：（共15分） 1）钢中碳和合金元素的含量及合金元素在钢中的作用（5分） 2）画出最终热处理（淬火回火）的工艺曲线，指出所获得的组织。（5分）。 3）根据工序正确安排生产过程的工艺路线。（5分） 精加工 下料 退火 锻造 粗加工 调质 【答案】： 1）40Cr的平均含碳量为0.4%，℃铬的含量为0.8～1.1%。铬在钢中的主要作用是提高淬透性，其次溶入铁素体可使之强化，且保持较好的韧性。 2）最终热处理工艺曲线见图。调质处理后的组织是回火索氏体，硬度为（34～38）HRC。
3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工 2.下列零件应分别采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？热处理后的组织分别是什么？ （1） 某机床变速箱齿轮（模数m=3）要求齿面耐磨 ，心部强度和韧性要求不高，材料选用 45钢。 （2） 机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50～55HRC）材料选用45钢。 【答案】： （1）预先热处理：正火 因为心部强度和韧性要求不高，正火处理之后即可达到要求。且正火比调质处理的工艺简单，热处理的变形小，采用正火处理是合理的。正火后的组织是细珠光体+少量铁素体。 最终热处理：表面淬火+低温回火 因为表面淬火+低温回火后使表面组织发生改变，成为回火马氏体，硬度高，耐磨性好，可达到齿面耐磨的目的。 （2）预先热处理：正火 通过正火可细化晶粒， 改善切削加工性。 最终热处理：调质处理+轴颈部表面淬火 因为机床主轴要求有良好的综合力学性能，而调质处理后的回火索氏体组织综合力学性能。轴颈部表面淬火并低温回火使获得回火马氏体组织，硬度高（可达50～55HRC），耐磨。 最终热处理后的组织：回火索氏体，轴颈表面是回火马氏体。 3.分析20CrMnTi钢得到下列组织的热处理工艺： （1）板条马氏体； （2）片状珠光体+铁素体； （3）细片状珠光体+均匀分布的铁素体； （4）表面的主要组织是片状回火马氏体，心部的主要组织是索氏体+低碳回火马氏体。 【答案】： （1）热处理工艺：油冷淬火 因为20CrMnTi属低碳合金钢，淬透性好，油冷淬火即可获得板条马氏体。 （2）热处理工艺：完全退火 因为20CrMnTi属亚共析钢，通过完全退火后可获得接近平衡的组织，即片状珠光工程材料习题库 - 4 - 体+铁素体。 （3）热处理工艺：正火 因为细片状珠光体+均匀分布的铁素体组织是在较快的冷速下获得的，因而采用正火。 （4）热处理工艺：渗碳+淬火+低温回火 片状回火马氏体是高碳马氏体的组织形态，20CrMnTi属低碳钢，通过表面渗碳就可提高表面的含碳量，从而使表面在淬火后得到片状马氏体；片状回火马氏体和心部的低碳回火马氏体都是淬火后低温回火得到的。
4.某载重汽车发动机的汽缸盖螺栓，原选用40Cr钢调质处理，硬度为33～35HRC，后改用15MnVB钢880℃油淬、200℃低温回火，硬度为38～41HRC，提高使用寿命1.5倍，试分析原因。 【答案】： 载重汽车发动机的汽缸盖螺栓工作时承受冲击性的周期交变拉应力和装配预应力作用，而且应力较均匀地分布在整个截面上。因此，要求选用全截面能够淬透的，具有一定韧性和足够强度能承受一定能量的周期性的冲击作用的材料。15MnVB钢淬透性好，可保证全截面淬透。在进行880℃油淬、200℃低温回火后的组织是低碳回火马氏体，有一定的韧性和较高强度，其强度、硬度（38～41 HRC）比40Cr （33～35 HRC）高，因而15MnVB的小能量多冲抗力比40Cr好，所以能够提高使用寿命1.5倍。
