铁碳合金的含碳量与晶体组织及性能之间的关系
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
(1) 碳素钢Βιβλιοθήκη 含碳量对其组织和性能的影响讨论
建筑钢材的含碳量不大于0.8％， 即基本组织为铁素体和珠光体。从图可见，随含碳量 增加，珠光体含量增加，而铁素体则相应减少。故高 碳钢的强度较高，而塑性、韧性相应较低。
第2章2建.4筑金钢属材材料的强化与加工
基础知识
2.4.1 冷加工强化 2.4.2 时效处理 2.4.3 热处理
第2章 建筑金属材料>> 2.4 钢材的强化与加工
2.4.1 冷加工强化
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑 性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性，这个 过程称为冷加工强化处理。
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
(2) 钢材的晶体结构与性能
请观察下图，讨论钢材的实际强度与理论强度的关系。
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
(2) 钢材的晶体结构与性能
讨论
①钢材晶格中，有些平面上的原子较密集，结合力较 强。而面与面之间，则由于原子间距离较大，结合力 较弱。在外力作用下，晶格容易沿原子密集面产生相 对滑移，故建筑钢材塑性变形较大。
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
碳素钢从液态变成固态晶体结构时，随着温度的降 低，其晶格要发生两次转变。
液态铁 －Fe －Fe －Fe 体心立方 面心立方 体心立方
1390℃以上 910℃ ~1390℃ 910℃以下
其晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种 结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。 钢材的晶格并不都是完好无缺地规则排列，而是存在许多 缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度 远比理论强度小的根本原因。 其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
奥氏体
0.8 碳在－Fe 中的固溶体 强度、硬度不高， 但塑性好
渗碳体
6.67 铁和碳的化合物Fe3C
抗拉强度低，塑性 差，性硬脆，耐磨
珠光体
0.8 铁素体和渗碳体的机械 塑性较好，强度和
混合物
硬度较高
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
2.3.3 钢材的成分对性能的影响
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
2.3.2 钢材的基本晶体组织 钢是以铁（Fe）为主的Fe-C合金。Fe-
C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体， 称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌 图像(见下图)，故也称显微组织。主要有铁素体、渗 碳体、珠光体和奥氏体。
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中 引入一些其他元素。钢材的成分对性能有重要影响 。这些成分可分为两类： 一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要 有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要 有氧、硫、氮、磷等。
第2章 建筑金属材料 >> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
原因分析
切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超过苏联国家 标准焊接结构所用CT·3号沸腾钢的碳硫含量规定。其中55％的 沸腾钢中碳平均含量超过0.22％的标准规定，破坏发生部位附 近含量达0.38％；32％的试样硫含量超过0.055 ％的标准规定 ，在折断部位达0.1％。
观察与讨论
(1) 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 (2) 钢材的晶体结构与性能
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
(1) 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响
下图是碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关 系。请分析低碳钢、中碳钢和高碳钢随着含碳量的增加，其基 本组织及性能如何变化。
②从上面的动画可见，钢材的晶格存在许多缺陷，如 点缺陷、线缺陷及面缺陷，由于这些缺陷的存在，使 晶格受力滑移时，不是理论上的整个滑移面上全部原 子一起移动，只是缺陷处局部移动，故实际强度低于 理论强度。
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
现象
钢结构倒塌
工程实例分析
苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。 经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点 附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未 破坏；全部断口和拉断处都很新鲜,未发黑、无锈迹 。所用钢材为苏联国家标准CT·3号沸腾钢。
碳对钢的性能有重要的影响。碳含量增加，钢强度、硬度增高 ，而塑性和韧性降低，且增大钢的冷脆性，降低可焊性。而硫 多数以FeS形成存在，是强度较低、较脆的夹杂物，受力易引 起应力集中，降低钢的强度及疲劳强度，且对热加工和焊接不 利，偏析亦严重。由于此钢材不宜焊接，且使用的环境温度较 低，这是导致工程质量事故的主要原因。
针状和块状铁素体（100倍） 片状珠光体（1000倍）
钢材的晶体组织
铁珠铁珠素光球素光体体状体体的的珠和与晶晶光珠渗体体体光碳组组体体织织
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钢的基本晶体组织
名称 含碳量/%
结构特征
性能
铁素体 ≤0.02 碳在－Fe 中的固溶体 塑性、韧性好；但 强度、硬度低
土木工程材料
第2章 建筑金属材料
第2章2建.筑3 金钢属材材料的组成结构及对性能的影响
基础知识
2.3.1 钢材的晶体结构 2.3.2 钢材的基本晶体组织 2.3.3 钢材的成分对性能的影响
第2章 建筑金属材料>> 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
2.3.1 钢材的晶体结构
➢体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个 顶点钢而材构和成一的切空金间属格材子料；一样，也为晶体结构，它是铁碳➢合面金心晶立体方，体钢晶的格晶是格原有子两排种列构在架一，个即正体六心面立体方的晶各格个和顶面点心 立和方六晶个格面。的中心而构成的空间格子。
冷拉 • 将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产生
一定的塑性变形称之为冷拉。 • 钢材用拉伸设备拉伸后能提高强度,屈服点可提