第6章金属材料一、学习指导（一）内容提要本章介绍钢的冶炼与分类；建筑钢材的主要技术性能；钢的组织与化学成分对其性能的影响；钢材的强化机理及强化方法；建筑钢材的分类、标准与选用；钢材的防护；铝合金与铜合金（二）基本要求1、了解钢的分类；2、掌握钢的冶炼对钢材质量的影响；熟练掌握建筑钢材的技术性能（包括：抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性、硬度、冷弯性能、焊接性能、冷加工及热处理等）；3、熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；4、掌握钢材的化学成分对钢材性能的影响；5、掌握土木工程中常用建筑钢材的分类、主要品种及其选用原则；6、了解建筑钢材的晶体组织对钢材性质的影响；7、熟悉钢材的锈蚀与防护方法以及钢材的防火。
（三）重、难点提示1、重点提示：钢材的冶炼对钢材质量的影响；建筑钢材的主要技术性能：抗拉性能、冲击韧性、冷弯性能；化学成分对其性能的影响；钢材的强化机理及强化方法；建筑钢材的分类、主要品种、标准与选用。
2、难点提示：钢材的强化机理及强化方法；化学成分对其性能的影响。
二、习题（一）判断题1、钢材的屈强比越大，反映结构的安全性越高，但钢材的有效利用率越低。
（）2、钢材的伸长率表明钢材的塑性变形能力，伸长率越大，钢材的塑性越好。
（）3、钢材在焊接时产生裂纹，原因之一是钢材中含磷较高所致。
（）4、建筑钢材的基本晶体组织是随着含碳质量分数的提高而珠光体增加渗碳体减少。
（）5、钢中含磷影响钢材的塑性变形能力，而含硫则影响钢材的冷脆性。
（）6、钢中N、O等杂质越多，越容易引起钢材的时效敏感性。
（）7、钢材冷拉是指在常温下将钢材拉断，且以伸长率作为性能指标。
（）8、某厂生产钢筋混凝土梁，配筋需用冷拉钢筋，但现有冷拉钢筋不够长，因此将此钢筋对焊接长使用。
（）9、钢筋的回火处理总是紧接着退火处理进行的。
（）10、钢材主要是遭受到化学腐蚀，其结果是使钢材表面生成氧化铁而失去金属光泽。
（）11、在结构设计时，屈服点是确定钢材强度取值的依据。
（）12、钢材的品种相同时，其伸长率δ10>δ5。
（）13、钢材的屈强比越大，表示使用时的安全度越低。
（）14、碳素钢的牌号越大，其强度越高，塑性越好。
（）15、对钢材冷拉处理，其强度提高，而塑性和韧性降低。
（）16、所有钢材都会出现屈服现象。
（）17、屈服强度的大小表明钢材塑性变形能力。
（）18、根据有害杂质的不同，将钢材可分为镇静钢、沸腾钢及特殊镇静钢。
（）19、所有钢材都是韧性材料。
（）20、硬钢无明显屈服点，因此无法确定其屈服强度大小。
（）21、与伸长率一样，冷弯性能也可以表明钢材的塑性大小。
（）22、碳素钢中含碳量越高，强度越高，塑性越差。
（）（二）名词解释1、沸腾钢；2、镇静钢；3、屈服点；4、抗拉强度；5、屈强比；6、伸长率；7、冲击韧性；8、冷脆性及脆性临界温度；9、时效与时效敏感性；10、疲劳破坏；11、冷弯性能；12、冷加工强化；13、时效处理（三）填空题1、碳素钢按含碳量的多少分为_______、________和________。
建筑上多采用_________。
2、合金钢按按合金元素的含量多少分为_______、________和________。
建筑上多采用_________。
3、按冶炼时脱氧程度由低到高，钢可分为_______、________和________三种。
4、低碳钢受拉直至破坏，经历了四个阶段_______、________、________和________。
5、钢材抗拉性能的三项主要指标是_______、________、________，结构设计中一般以________作为强度取值依据。
6、随着时间的延长，钢材的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为钢材的_______。
7、对承受振动冲击荷载的重要结构（如吊车梁、桥梁等），应选用冲击韧性较_______、时效敏感性较_______的钢材。
8、钢中有害元素主要有______、________、________、________、_______。
P常使钢材的_______性增大，而S的增加使钢材产生_______性。
9、碳素结构钢随着牌号的增大，其拉伸试验三个指标中_______和_______提高，_______降低。
（四）选择题1、钢与生铁的区别在于其含碳量应小于（）。
A.4.0%B.3.5%C.2.5%D.2.06%2、在下列所述的钢材特点中，哪一条是正确的？（）A.抗拉强度与抗压强度基本相等B.冷拉后使钢材的技术性能大大提高C.所有的钢材都可以焊接D.耐火性能好3、低碳钢的含碳量为（）。
A.小于0.25%B.0.25%~0.60%C.0.60%~2.06%D.2.06%~2.50%4、伸长率是反映钢材（）的指标。
A.弹性B.塑性C.脆性D.韧性5、下列关于钢材性质的叙述，哪一项不正确？（）A.使钢材产生热脆性的有害元素是硫；使钢材产生冷脆性的有害元素是磷B.钢结构设计时，碳素结构钢以屈服强度作为设计计算的依据C.碳素结构钢分为四个牌号：Q195、Q215、Q235、Q275，牌号越大含碳量越多，钢的强度与硬度越高，但塑性和韧性越低D.检测碳素结构钢时，必须做拉伸、冲击、冷弯及硬度试验6、钢材抵抗冲击荷载的能力称为（）。
A.塑性B.弹性C.冲击韧性D.硬度7、既能揭示钢材内部组织缺陷又能反映钢材在静载下的塑性的试验是（）A.拉伸试验B.冲击试验C.冷弯试验D.硬度试验8、钢材经冷加工强化及时效处理后，其性能会产生下列何种变化？（）A.弹性模量提高B.冲击韧性提高C.塑性提高D.屈服点大幅度提高9、有关低结构合金钢及合金元素的内容，下列哪一项是错误的？（）A.锰是我国低合金结构钢的主加合金元素，可提高钢的强度并消除脆性B.低合金高强度结构钢中加入的合金元素总量小于15%C.低合金高强度结构钢具有较高的强度，较好的塑性、韧性和可焊性，在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物中更为适用D.硅是我国合金钢的主加合金元素10、工程使用钢筋时不必检测的项目是（）。
A.屈服点B.抗拉强度C.冷弯D.冲击韧性11、含碳量直接影响钢材的可焊性，为使碳素结构钢具有良好的可焊性，其含碳量应（）。
A.小于0.50%B.小于0.25%C.在0.25%~0.60%之间D.在0.60%~2.06%之间12、钢材的疲劳破坏是（）断裂。
A.弹性B.塑性C.韧性D.脆性13、对于建筑用碳素钢，其主要强化的晶体组织是（）。
A.铁素体B.奥氏体C.渗碳体D.珠光体14、对于承受冲击及振动荷载的结构不允许使用（）。
A.冷拉钢筋B.热轧钢筋C.热处理钢筋D.冷轧带肋钢筋15、要防止钢筋混凝土结构中的钢筋生锈，不能采用下列什么措施？（）A.严格控制钢筋、钢丝的质量B.设置足够的钢筋保护层厚度C.掺入重铬酸盐防锈剂D.加入氯盐外加剂16、热轧钢筋按其力学性能分为四级，随级别增大，则钢材的（）。
A.强度增大，塑性降低B.强度增大，塑性增大C.强度增大，韧性增大D.强度增大，可焊性增大17、在计算温度为-20°C以下的严寒地区使用的承受动荷载的焊接钢结构宜用（）钢。
A.Q235-AB.Q235-BC.Q235-CD.Q235-D18、钢材经冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）强化处理后，性能将发生显著改变，主要是()。
Ⅰ强度提高；Ⅱ塑性、韧性增大；Ⅲ变硬；Ⅳ变脆A.Ⅰ、Ⅱ、ⅢB.Ⅰ、Ⅱ、ⅣC.Ⅱ、Ⅲ、ⅣD.Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ19、在配制大跨度或重荷载的预应力钢筋混凝土结构时，其预应力钢筋宜选用（）。
A.冷拉热轧钢筋B.冷轧带肋钢筋C.热处理钢筋D.钢绞线20、钢结构防止锈蚀的方法通常是表面刷漆。
下列哪种是正确的做法？（）A.刷调和漆B.刷沥青漆C.用沥青漆打底，机油抹面D.用红丹做底漆，灰铅漆作面漆21、在下列钢材热处理方法中，何者能使钢材的硬度大大提高？A.正火B.回火C.淬火D.退火（五）问答题1、下列符号的含义是什么：σS，σb，σ0.2，δ5，δ10，HB，αk？对同种钢材来说，δ5和δ10有何关系？2、钢材有哪些主要力学性能?试述它们的定义及测定方法。
3、碳素结构钢如何划分牌号？牌号与性能之间有何关系？为什么Q235号钢被广泛应用于建筑工程？4、低合金高强度结构钢较之碳素结构钢有何优点？建筑上常用哪些牌号？5、解释下列钢牌号的含义（所属钢种及各符号、数字的意义），若以Q235的力学性能为基准，试估计其它牌号钢的力学性能。
1）Q235AF2）Q235DZ3）Q420D4）456、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋有几个牌号？技术要求有哪些方面？工程中常对热轧钢筋进行冷拉及时效处理，其主要目的和主要方法是什么？7、试述钢的主要化学成分，并说明钢中主要元素对性能的影响。
8、钢中的主要有害元素有哪些?它们造成危害的原因是什么?9、何谓钢材的强屈比?其大小对使用性能有何影响?10、金属材料有哪些强化方法?并说明其强化机理。
11、钢材的冲击韧性与哪些因素有关?何谓冷脆临界温度和时效敏感性?12、钢材的冷加工对力学性能有何影响？13、试述钢材锈蚀的原因与防锈的措施？14、在普通碳素钢中，随含碳量的增加，对其机械强度有何影响？（六）计算题1、从进货的一批热轧带肋钢筋中抽样，并截取两根钢筋作拉伸试验，测得如下结果：达到屈服下限的荷载分别为42.4kN和41.5kN，拉断时荷载分别为62.0kN和61.6kN。
钢筋公称直径为12mm，标距为60mm，拉断时长度分别为71.1mm和71.5mm。
试确定其牌号，并说明其利用率及使用中的安全可靠程度。
2、从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为27.8kN，26.8kN；抗拉极限荷载分别为44.4kN，43.8kN,钢筋公称直径为12mm，标距为60mm，拉断时长度分别为67.0mm，66.0mm。
分别计算这两根钢筋的屈服强度、极限抗拉强度、屈强比及断后伸长率δ5。
（强度精确到0.1MPa，伸长率精确到0.1%）。