選擇鋼材時應考慮哪些因素?

答:選擇鋼材時考慮的因素有:

(1)結構的重要性

重型工業建筑結構、大跨度結構、高層或超高層的民用建筑結構或構筑物等重要結構,應考慮選用質量好的鋼材,對一般工業與民用建筑結構,可按工作性質分別選用普通質量的鋼材。

(2)荷載情況  直接承受動力荷載的結構和強烈地震區的結構,應選用綜合性能好的鋼材;一般承受靜力荷載的結構則可選用價格較低的Q235鋼。

(3)連接方法  焊接過程會產生焊接變形、焊接應力以及其他焊接缺陷,存在導致結構產生裂縫或脆性斷裂的危險。因此,焊接結構對材質的要求應嚴格一些。

(4)結構所處的溫度和環境  鋼材處于低溫時容易冷脆,因此在低溫條件下工作的 結構,尤其是焊接結構,應選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮靜鋼。此外,露天結構的鋼材容易產生時效,有害介質作用的鋼材容易腐蝕、疲勞和斷裂,也應加以區別地選擇不同材質。

(5)鋼材厚度  薄鋼材輥軋次數多,軋制的壓縮比大,厚度大的鋼材壓縮比小,所以厚度大的鋼材不但強度較小,而且塑性、沖擊韌性和焊接性能也較差。因此,厚度大的焊接結構應采用材質較好的鋼材。

鋼材疲勞破壞的機理是什么?影響鋼材疲勞強度的主要因素是什么?通常鋼結構的疲勞破壞屬什么情況?

答:鋼材疲勞破壞的機理:

材料總是有“缺陷”的,在反復荷載作用下,先在其缺陷處生成一些極小的裂痕,此后這種微觀裂痕逐漸發展成宏觀裂紋,試件截面削弱,而在裂紋根部出現應力集中現象,使材料處于三向拉伸應力狀態,塑性變形受到限制,當反復荷載達到一定的循環次數時,材料終于破壞,并表現為突然的脆性斷裂。

鋼材的疲勞強度取決于應力集中和應力循環次數。

通常鋼結構的疲勞破壞屬高周低應變疲勞,即總應變幅小,破壞前荷載循環次數多!兑幏丁芬幎,循環次數N≥105,應進行疲勞計算。

6種因素對鋼材主要性能有哪些影響?基本概念:熱脆、冷脆;冷作硬化、時效硬化;藍脆現象、徐變現象、低溫冷脆;應力集中現象、鋼材的疲勞。

答:6種因素對鋼材主要性能的影響:

(1)化學成分

鋼是由各種化學成分組成的,化學成分及其含量對鋼的性能(特別是力學性能)有著重要的影響,鐵(Fe)是鋼材的基本元素,在碳素結構鋼中約占99%,碳和其他元素僅占1%,但對鋼材的力學性能卻有著決定性的影響。其他元素包括硅(Si)、錳(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金鋼中還含有少量(低于5%)合金元素,如銅(Cu)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉻(Cr)等。

在碳素結構鋼中,碳直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加,強度提高,而塑性、韌性和疲勞強度下降,同時惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。因此,對含碳量要加以限制,一般不應超過0.22%,在焊接結構中還應低于0.20%。

硫和磷是鋼中的有害成分,它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強度。在高溫時,硫使鋼變脆,稱之熱脆;在低溫時,磷使鋼變脆,稱之冷脆。一般含量應不超過0.0045%。

氧和氮都是鋼中的有害雜質。氧的作用使鋼熱脆;氮的作用使鋼冷脆。由于氧、氮容易在熔煉過程中逐出,一般不會超過極限含量,故通常不要求作含量分析。

硅和錳是鋼中的有益元素,它們都是煉鋼的脫氧劑。它們使鋼材的強度提高,含量不過高時,對塑性和韌性無顯著的不良影響。

(2)冶金缺陷

常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。偏析是鋼中化學成分不一致和不均勻性。非金屬夾雜是鋼中含有硫化物與氧化物等雜質。氣孔是澆注鋼錠時,由氧化鐵與碳作用所生成的一氧化碳氣體不能充分逸出而形成的。澆注時的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層,會嚴重降低鋼材的冷彎性能。

(3)鋼材硬化

冷加工使鋼材產生很大塑性變形,提高了鋼的屈服點,但降低了鋼的塑性和韌性,這種現象稱為冷作硬化(或應變硬化)。

在高溫時熔化于鐵中的少量碳和氮,隨著時間的增長逐漸從純鐵中析出,形成自由碳化物和氮化物,對純鐵的塑性變形起遏制作用,從而使鋼材的強度提高,塑性、韌性下降。這種現象稱為時效硬化,俗稱老化。

在一般鋼結構中,不利用硬化所提高的強度。

(4)溫度影響

鋼材性能隨溫度變動而有所變化?偟内厔菔牵簻囟壬,鋼材強度降低,應變增大;反之,溫度降低,鋼材強度會略有增加,塑性和韌性卻會降低而變脆。

在200℃以內鋼材性能沒有很大變化,430℃~540℃之間強度急劇下降,600℃時強度很低不能承擔荷載。但在250℃左右,鋼材的強度反而略有提高,同時塑性和韌性均下降,材料有轉脆的傾向,鋼材表面氧化膜呈現藍色,稱為藍脆現象。鋼材應避免在藍脆溫度范圍內進行熱加工。當溫度在260℃~320℃時,在應力持續不變的情況下,鋼材以很緩慢的速度繼續變形,此種現象稱為徐變現象。
當溫度從常溫開始下降,特別是在負溫度范圍內時,鋼材強度雖有提高,但其塑性和韌性降低,材料逐漸變脆,這種性質稱為低溫冷脆。

(5)應力集中

在鋼結構的構件中有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內部缺陷等。此時,構件中的應力在某些區域產生局部高峰應力,在另外一些區域則應力降低,形成應力集中現象。研究表明,在應力高峰區域總是存在著同號的雙向或三向應力,使材料處于復雜受力狀態,同號的平面或立體應力場有使鋼材變脆的趨勢。但由于建筑鋼材塑性較好,在一定程度上能促使應力進行重分配,使應力分布嚴重不均的現象趨于平緩。故受靜力荷載作用的構件在常溫下工作時,在計算中可不考慮應力集中的影響。但在負溫下或動力荷載作用下工作的結構,應力集中的不利影響將十分突出,往往是引起脆性破壞的根源,故在設計中應采取措施避免或減小應力集中,并選用質量優良的鋼材。

(6)反復荷載作用

鋼材在反復荷載作用下,結構的抗力及性能都會發生重要變化,甚至發生疲勞破壞。根據試驗,在直接的連續反復的動力荷載作用下,鋼材的強度將降低,即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度,這種現象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現為突發的脆性斷裂。

什么情況下會產生應力集中,應力集中對鋼材材性能有何影響?

答:實際的鋼結構構件有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內部缺陷等。此時,構件中的應力分布將不再保持均勻,產生應力集中。在負溫或動力荷載作用下,應力集中的不利影響將十分突出,往往是引起脆性破壞的根源。

化學成分碳、硫、磷對鋼材的性能有哪些影響?

答:碳含量增加,強度提高,塑性、韌性和疲勞強度下降,同時惡化可焊性和抗腐蝕性。硫使鋼熱脆,磷使鋼冷脆。但磷也可提高鋼材的強度和抗銹性。

簡述鋼結構對鋼材的基本要求。

答:(1)較高的抗拉強度(2)較高的塑性和韌性;(3)良好的工藝性能,包括冷加工、熱加工和可焊性能;(4) 根據結構的具體工作條件,有時還要求鋼材具有適應低溫、高溫和腐蝕性環境的能力。

什么是疲勞斷裂?它的特點如何?

答:鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續反復荷載作用下不斷擴展直至斷裂。它的特點是脆性斷裂。

影響材料可切削性的首要因素是什么?

(10)鋼的化學成分很重要。鋼的合金成分越高,就越難加工。當碳含量增加時,金屬切削性能就下降。

鋼的結構對金屬切削性能也非常重要。不同的結構包括:鍛造的、 鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。 鍛件和鑄件有非常難

對于成功的淬硬模具鋼銑削來說,重要的應用參數有哪些?

使 用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,一個需遵守的主要因素是 采用淺切削。 切削深度應不超過 0.2/0.2 mm(ap/ae:軸向切削深度/ 徑向切削深度)。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所 加工模具擁有小的公差和高精度。

選擇剛性很好的夾緊系統和刀具也非常重要。 當使用整體硬質合 金刀具時,采用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。 一條經驗法則是,如果將刀具的直徑提高 20%,例如從 10 mm 提高 到 12 mm,刀具的彎曲將減小 50%。 也可以說,如果將刀具懸伸/ 伸出部分縮短 20%,刀具的彎曲將減小 50%。 大直徑和錐度的刀柄 進一步提高了剛度。 當使用可轉位刀片的球頭立銑刀(見模具制造 樣本 C-1102:1)時,如果刀柄用整體硬質合金制造,抗彎剛性可以提 高 3-4 倍。

當用高速銑對淬硬模具鋼進行精加工時,選擇專用槽形和牌號也非 常重要。 選擇像 TiAlN 這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。