鋼材性能變脆的影響因素(碳素結(jié)構(gòu)鋼按質(zhì)量分為幾級)

Q1：引起鋼材脆性破壞的主要因素有哪些?應(yīng)如何防止脆性破壞的發(fā)生呢?

鋼材的破壞分塑性破壞和脆性破壞兩種。脆性破壞：加載后，無明顯變形，因此破壞前無預(yù)兆，斷裂時斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險性大。影響脆性破壞的因素1.化學(xué)成分2.冶金缺陷（偏析、非金屬夾雜、裂紋、起層）3.溫度（熱脆、低溫冷脆）4.冷作硬化5.時效硬化6.應(yīng)力集中7.同號三向主應(yīng)力狀態(tài)1 ) 鋼材質(zhì)量差、厚度大：鋼材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量過高,晶粒較粗,夾雜物等冶金缺陷嚴重,韌性差等;
較厚的鋼材輥軋次數(shù)較少，材質(zhì)差、韌性低，可能存在較多的冶金缺陷。
(2) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件構(gòu)造不合理：孔洞、缺口或截面改變急劇或布置不當(dāng)?shù)仁箲?yīng)力集中嚴重。
(3) 制造安裝質(zhì)量差：焊接、安裝工藝不合理,焊縫交錯,焊接缺陷大,殘余應(yīng)力嚴重;
冷加工引起的應(yīng)變硬化和隨后出現(xiàn)的應(yīng)變時效使鋼材變脆。
(4) 結(jié)構(gòu)受有較大動力荷載或反復(fù)荷載作用：但荷載在結(jié)構(gòu)上作用速度很快時（如吊車行進時由于軌縫處高差而造成對吊車梁的沖擊作用和地震作用等），材料的應(yīng)力- 應(yīng)變特性就要發(fā)生很大的改變。隨著加荷速度增大,屈服點將提高而韌性降低。特別是和缺陷、應(yīng)力集中、低溫等因素同時作用時,材料的脆性將顯著增加。
（5）在較低環(huán)境溫度下工作：當(dāng)溫度從常溫開始下降肘,材料的缺口韌性將隨之降低,材料逐漸變脆。這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。不同的鋼種,向脆性轉(zhuǎn)化的溫度并不相同。同一種材料,也會由于缺口形狀的尖銳程度不同,而在不同溫度下發(fā)生脆性斷裂。為了防止鋼材的脆性斷裂，可以從以下幾個方面著手：1、裂紋當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)的板厚較大時（大于25mm），如果含碳量高，連接內(nèi)部有約束作用，焊肉外形不適當(dāng)，或冷卻過快，都有可能在焊后出現(xiàn)裂紋，從而產(chǎn)生斷裂破壞。針對這個問題，把碳控制在0.22%左右，同時在焊接工藝上增加預(yù)熱措施使焊縫冷卻緩慢，解決了斷裂問題。焊縫冷卻時收縮作用受到約束，有可能促使它出現(xiàn)裂紋。措施是：在兩板之間墊上軟鋼絲留出縫隙，焊縫有收縮余地，裂紋就不會出現(xiàn)。把角焊縫的表面作成凹形，有利于緩和應(yīng)力集中。凹形表面的焊縫，焊后比凸形的容易開裂，原因是凹形縫的表面有較大的收縮拉應(yīng)力，并且在45°截面上焊縫厚度最小。凸形縫表面拉力不大，而45°截面又有所增強，情況要好的多。在凹形焊縫開裂的條件下，改用凸形焊縫，就不再開裂。2、應(yīng)力考察斷裂問題時，應(yīng)力是構(gòu)件的實際應(yīng)力，它不僅和荷載的大小有關(guān)，也和構(gòu)造形狀及施焊條件有關(guān)。幾何形狀和尺寸的突然變化造成應(yīng)力集中，使局部應(yīng)力增高，對脆性破壞最為危險。施焊過程造成構(gòu)件內(nèi)的殘余拉應(yīng)力，也是不利的。因此，避免焊縫過于集中和避免截面突然變化，都有助于防止脆性斷裂。3、材料選用為了防止脆性斷裂，結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)該具有一定的韌性。材料斷裂時吸收的能量和溫度有密切關(guān)系。吸收的能量可以劃分為三個區(qū)域，即變形是塑性的、彈塑性的和彈性的。要求材料的韌性不低于彈性，以避免出現(xiàn)完全脆性的斷裂，也沒有必要高于彈塑性，對鋼材要求太高，必然會提高造價。鋼材的厚度對它的韌性也有影響。厚鋼板的韌性低于薄鋼板。4、構(gòu)造細部發(fā)生脆性斷裂的原因是存在和焊縫相交的構(gòu)造縫隙，或相當(dāng)于構(gòu)造縫隙的未透焊縫。構(gòu)造焊縫相當(dāng)于狹長的裂紋，造成高度的應(yīng)力集中，焊縫則造成高額殘余拉應(yīng)力并使近旁金屬因熱塑變形而時效硬化，提高脆性。低溫地區(qū)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細部應(yīng)該保證焊縫能夠焊透。因此，設(shè)計時必須注意焊縫的施工條件，以保證施焊方便，能夠焊透。

Q2：碳素結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量等級可分為哪四級

碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材屈服強度分為5個牌號：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275，中國國標(biāo)的鋼號Q195代表的意思是"屈服強度σs=195MPa"，其他依此類推。 每個牌號由于質(zhì)量不同分為A、B、C、D等級，最多的有四種，有的只有一種。Q195 用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開口銷、拉桿、沖壓件以及焊接件等。 Q215 A 用于制造拉桿、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。 Q235 A A、B級用于制造金屬結(jié)構(gòu)件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉桿、連桿、吊鉤、車鉤、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件;
C、D級用于制造重要的焊接結(jié)構(gòu)件。 Q255 A 用于制造轉(zhuǎn)軸、心軸、吊鉤、拉桿、搖桿、楔等強度要求不高的零件。此負焊接性尚可。 Q275 用于制造軸類、鏈輪、齒輪、吊鉤等強度要求高的零件。

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