选择钢材时应考虑哪些因素?

答:选择钢材时考虑的因素有:

(1)结构的重要性

重型工业建筑结构、大跨度结构、高层或超高层的民用建筑结构或构筑物等重要结构,应考虑选用质量好的钢材,对一般工业与民用建筑结构,可按工作性质分别选用普通质量的钢材。

(2)荷载情况  直接承受动力荷载的结构和强烈地震区的结构,应选用综合性能好的钢材;一般承受静力荷载的结构则可选用价格较低的Q235钢。

(3)连接方法  焊接过程会产生焊接变形、焊接应力以及其他焊接缺陷,存在导致结构产生裂缝或脆性断裂的危险。因此,焊接结构对材质的要求应严格一些。

(4)结构所处的温度和环境  钢材处于低温时容易冷脆,因此在低温条件下工作的 结构,尤其是焊接结构,应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。此外,露天结构的钢材容易产生时效,有害介质作用的钢材容易腐蚀、疲劳和断裂,也应加以区别地选择不同材质。

(5)钢材厚度  薄钢材辊轧次数多,轧制的压缩比大,厚度大的钢材压缩比小,所以厚度大的钢材不但强度较小,而且塑性、冲击韧性和焊接性能也较差。因此,厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。

钢材疲劳破坏的机理是什么?影响钢材疲劳强度的主要因素是什么?通常钢结构的疲劳破坏属什么情况?

答:钢材疲劳破坏的机理:

材料总是有“缺陷”的,在反复荷载作用下,先在其缺陷处生成一些极小的裂痕,此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂纹,试件截面削弱,而在裂纹根部出现应力集中现象,使材料处于三向拉伸应力状态,塑性变形受到限制,当反复荷载达到一定的循环次数时,材料终于破坏,并表现为突然的脆性断裂。

钢材的疲劳强度取决于应力集中和应力循环次数。

通常钢结构的疲劳破坏属高周低应变疲劳,即总应变幅小,破坏前荷载循环次数多。《规范》规定,循环次数N≥105,应进行疲劳计算。

6种因素对钢材主要性能有哪些影响?基本概念:热脆、冷脆;冷作硬化、时效硬化;蓝脆现象、徐变现象、低温冷脆;应力集中现象、钢材的疲劳。

答:6种因素对钢材主要性能的影响:

(1)化学成分

钢是由各种化学成分组成的,化学成分及其含量对钢的性能(特别是力学性能)有着重要的影响,铁(Fe)是钢材的基本元素,在碳素结构钢中约占99%,碳和其他元素仅占1%,但对钢材的力学性能却有着决定性的影响。其他元素包括硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金钢中还含有少量(低于5%)合金元素,如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。

在碳素结构钢中,碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳含量增加,强度提高,而塑性、韧性和疲劳强度下降,同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。因此,对含碳量要加以限制,一般不应超过0.22%,在焊接结构中还应低于0.20%。

硫和磷是钢中的有害成分,它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时,硫使钢变脆,称之热脆;在低温时,磷使钢变脆,称之冷脆。一般含量应不超过0.0045%。

氧和氮都是钢中的有害杂质。氧的作用使钢热脆;氮的作用使钢冷脆。由于氧、氮容易在熔炼过程中逐出,一般不会超过极限含量,故通常不要求作含量分析。

硅和锰是钢中的有益元素,它们都是炼钢的脱氧剂。它们使钢材的强度提高,含量不过高时,对塑性和韧性无显著的不良影响。

(2)冶金缺陷

常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。偏析是钢中化学成分不一致和不均匀性。非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质。气孔是浇注钢锭时,由氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳气体不能充分逸出而形成的。浇注时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层,会严重降低钢材的冷弯性能。

(3)钢材硬化

冷加工使钢材产生很大塑性变形,提高了钢的屈服点,但降低了钢的塑性和韧性,这种现象称为冷作硬化(或应变硬化)。

在高温时熔化于铁中的少量碳和氮,随着时间的增长逐渐从纯铁中析出,形成自由碳化物和氮化物,对纯铁的塑性变形起遏制作用,从而使钢材的强度提高,塑性、韧性下降。这种现象称为时效硬化,俗称老化。

在一般钢结构中,不利用硬化所提高的强度。

(4)温度影响

钢材性能随温度变动而有所变化。总的趋势是:温度升高,钢材强度降低,应变增大;反之,温度降低,钢材强度会略有增加,塑性和韧性却会降低而变脆。

在200℃以内钢材性能没有很大变化,430℃~540℃之间强度急剧下降,600℃时强度很低不能承担荷载。但在250℃左右,钢材的强度反而略有提高,同时塑性和韧性均下降,材料有转脆的倾向,钢材表面氧化膜呈现蓝色,称为蓝脆现象。钢材应避免在蓝脆温度范围内进行热加工。当温度在260℃~320℃时,在应力持续不变的情况下,钢材以很缓慢的速度继续变形,此种现象称为徐变现象。
当温度从常温开始下降,特别是在负温度范围内时,钢材强度虽有提高,但其塑性和韧性降低,材料逐渐变脆,这种性质称为低温冷脆。

(5)应力集中

在钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时,构件中的应力在某些区域产生局部高峰应力,在另外一些区域则应力降低,形成应力集中现象。研究表明,在应力高峰区域总是存在着同号的双向或三向应力,使材料处于复杂受力状态,同号的平面或立体应力场有使钢材变脆的趋势。但由于建筑钢材塑性较好,在一定程度上能促使应力进行重分配,使应力分布严重不均的现象趋于平缓。故受静力荷载作用的构件在常温下工作时,在计算中可不考虑应力集中的影响。但在负温下或动力荷载作用下工作的结构,应力集中的不利影响将十分突出,往往是引起脆性破坏的根源,故在设计中应采取措施避免或减小应力集中,并选用质量优良的钢材。

(6)反复荷载作用

钢材在反复荷载作用下,结构的抗力及性能都会发生重要变化,甚至发生疲劳破坏。根据试验,在直接的连续反复的动力荷载作用下,钢材的强度将降低,即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度,这种现象称为钢材的疲劳。疲劳破坏表现为突发的脆性断裂。

什么情况下会产生应力集中,应力集中对钢材材性能有何影响?

答:实际的钢结构构件有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时,构件中的应力分布将不再保持均匀,产生应力集中。在负温或动力荷载作用下,应力集中的不利影响将十分突出,往往是引起脆性破坏的根源。

化学成分碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响?

答:碳含量增加,强度提高,塑性、韧性和疲劳强度下降,同时恶化可焊性和抗腐蚀性。硫使钢热脆,磷使钢冷脆。但磷也可提高钢材的强度和抗锈性。

简述钢结构对钢材的基本要求。

答:(1)较高的抗拉强度(2)较高的塑性和韧性;(3)良好的工艺性能,包括冷加工、热加工和可焊性能;(4) 根据结构的具体工作条件,有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。

什么是疲劳断裂?它的特点如何?

答:钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续反复荷载作用下不断扩展直至断裂。它的特点是脆性断裂。

影响材料可切削性的首要因素是什么?

(10)钢的化学成分很重要。钢的合金成分越高,就越难加工。当碳含量增加时,金属切削性能就下降。

钢的结构对金属切削性能也非常重要。不同的结构包括:锻造的、 铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难

对于成功的淬硬模具钢铣削来说,重要的应用参数有哪些?

使 用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时,一个需遵守的主要因素是 采用浅切削。 切削深度应不超过 0.2/0.2 mm(ap/ae:轴向切削深度/ 径向切削深度)。这是为了避免刀柄/切削刀具的过大弯曲和保持所 加工模具拥有小的公差和高精度。

选择刚性很好的夹紧系统和刀具也非常重要。 当使用整体硬质合 金刀具时,采用有最大核心直径(最大抗弯刚性)的刀具非常重要。 一条经验法则是,如果将刀具的直径提高 20%,例如从 10 mm 提高 到 12 mm,刀具的弯曲将减小 50%。 也可以说,如果将刀具悬伸/ 伸出部分缩短 20%,刀具的弯曲将减小 50%。 大直径和锥度的刀柄 进一步提高了刚度。 当使用可转位刀片的球头立铣刀(见模具制造 样本 C-1102:1)时,如果刀柄用整体硬质合金制造,抗弯刚性可以提 高 3-4 倍。

当用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时,选择专用槽形和牌号也非 常重要。 选择像 TiAlN 这样有高热硬度的涂层也非常重要。