1、第 8章 金属材料,8.1 钢材的生产与分类 8.1.1 钢的生产,钢是由生铁冶炼而成。 生铁的主要成分是铁，炼钢的目的是将生铁中的含碳量降至2%以下，使硫、磷、等杂质含量降至一定范围内，改善技术性能，提高质量。,1. 炼铁 将铁矿石、焦碳、石灰石和少量锰矿石按一定比例装入高炉内，在高温条件下，焦碳中的碳与铁矿石中的铁化物发生还原反应生产生铁。,根据炼钢设备的不同，建筑钢材的冶炼方法可分为： 1、氧气转炉炼钢 2、平炉炼钢 3、电炉炼钢,氧气转炉炼钢,以熔融的铁水为原料，由炉顶向转炉内吹入高压氧气，使铁水中的碳和硫等杂质氧化除去，得到较纯净的钢水。转炉炼钢周期短，生产效率高，杂质清除较充分，钢
2、的质量较好，已成为现代炼钢的主要方法。,平炉炼钢,以固态或液态生铁、适量铁矿石和废钢作原料，利用废钢铁和铁矿石中的氧使杂质氧化。冶炼时间长，有足够的时间调整和控制成分，去除杂质更为彻底，钢质量高。但设备一次投资大，燃料热效率较低，冶炼时间较长，成本较高。, 电炉炼钢,用电加热进行高温冶炼，原料主要是废钢及生铁，电炉熔炼温度高，温度可以自由调节，清除杂质较易。电炉钢的质量最好，但成本也最高。,脱氧：炼钢结束时应加入一定量的脱氧剂使氧化铁还原成铁。 化学偏析：铸锭冷却过程中，钢内某些元素在铁的液相中的溶解度大于固相，这些元素便向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭中分布不均匀。,8.1.2
3、钢的分类 （一）按化学成分分类,1、碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢 2、合金钢：低合金钢、中合金钢、高合金钢,碳素钢的主要成分是铁，其次为碳，此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 低碳钢（含碳量小于0.25%）、 中碳钢（含碳量为0.25%0.60%）高碳钢（含碳量大于0.60%）,合金钢是在炼钢过程中，加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金钢（合金含量为5%10%）高合金钢（合金元素含量大于10%）,（二）按冶炼时脱氧程度分类,1、沸腾钢：脱氧不充分的钢，当钢液注入锭模时会有大量CO2
4、逸出呈沸腾状。2、镇静钢：脱氧完全的钢，注入锭模时钢液平静地冷却凝固。3 、半镇静钢：介于沸腾钢与镇静钢之间。4、特殊镇静钢,（三）按其主要性能及使用特性,1、结构钢 2、工具钢：含碳量一般较高，以便于进行热处理。主要用于刀具，模具等各种工具。 3、特殊性能钢： 4、专门用途钢 ：桥梁钢，铁道用钢，船舶用钢，压力容器用钢及低温压力容器用钢。,（四）按加工工艺分类 1、压钢：指用热轧、冷轧、冷拨等工艺加工所得的各种钢材。 2、锻钢：指经锤打或锻压成型的钢材。3、铸钢： 钢液直接浇铸成型的钢。 （五）按钢材产品分类1、型材（角钢、槽钢、工字钢） 2、板材 3、线材 4、管材,8.2 钢材的技术性质
5、,1、力学性能 （1）抗拉性能 （2）硬度 （3）冲击韧性 （4）耐疲劳性 2、工艺性能 （1）焊接 性能 （2）冷弯性能,8.2.1 钢材的抗拉性能,（）弹性阶段（OA段） 试件发生弹性变形，应力应变呈线性关系，直线斜率为弹性模量，即/=E。点相对应的应力为弹性级限p。,钢材受拉变形曲线,弹性模量是产生单位弹性应变时所需的应力大小，反映了钢材抵抗变形的能力。常用低碳钢的弹性模量E=（2.02.1）105Mpa，弹性极限p=180200MPa。 弹性变形在卸载后可以完全恢复。,（）屈服阶段（段） 应力超过p时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。到达屈服点B
6、后，应力发生很小的波动，应变却急剧增长，出现屈服台阶。,钢材受拉变形曲线,一般以比较稳定的屈服下限对应的应力作为屈服极限值s。 常用低碳钢的s为185235MPa。 有些钢材没有明显的屈服台阶，一般取卸载后有0.2%残余应变所对应的应力为名义屈服极限值0.2 。,钢材受力达屈服点后，变形为弹塑性变形，且迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。设计中一般以屈服点作为强度取值依据。 塑性变形在卸载后不能恢复。,（3）强化阶段（BC段） 超过屈服点以后，试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高。对应的最高点C的应力称为抗拉极限强度b。 常用低碳钢的b为375500 MPa。,钢材受拉变形
7、曲线,s /b称为屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全；但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。 常用碳素钢的屈强比为0.850.63，合金钢的屈强比为0.650.75。,（4）颈缩阶段（CD段） 钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”。由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。,（5）伸长率 伸长率是试件拉断后，标距长度的伸长量L与原标距长度L0的比值。 伸长率是衡量钢材塑性的重要技术指标，伸长率愈大，塑性就越好 。,钢材拉伸时塑性变形在标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，故原始标距
8、L0与试件直径d0之比愈大，颈缩处的伸长值在总伸长值中所占的比例就愈小，则伸长率值也愈小。钢材拉伸试件取L0=5d0或L0=10d0，则其伸长率5大于10。,8.2.2 硬度,钢材的硬度指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。 测定钢材硬度较常用的为布氏法和洛氏法（根据压头压入试件的深度大小表示材料的硬度值。 ）。,测定原理：利用直径为D(mm)的淬火钢球，以P(N)的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得直径为d(mm)的压痕。 以荷载P除以压痕表面积F(mm2) ，所得的应力值即为试件的布氏硬度值HB，HB值越大，表示钢材越硬。,钢球压头，标记为HBS； 硬质合金
9、钢球压头，标记为HBW。 布氏硬度除了可判断材质软硬外，还可以定性判断钢材的抗拉强度、耐磨性和热处理效果。,8.2.3 钢材的冲击韧性,冲击韧性是抵抗冲击荷载的能力。 冲击试验是将重摆从一定高度自由落下将中间开有V型缺口试件冲断，以试件在缺口处所吸收的功（W(h1-h2)）除以试样缺口处的截面积 (A)，为冲击韧性kv，单位为J/cm2。,8.2.4 钢材的耐疲劳性,钢材在交变荷载的反复作用下，在应力远小于抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳性。 疲劳极限指疲劳试验时，试件在变幅应力作用下，在规定的周期内不发生断裂所能承受的最大应力。,钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，荷载变化不大或
10、只承受压应力，以及荷载循环次数小于105次的钢结构一般不会发生疲劳破坏。 钢材内部组织状态、成分偏析及各种缺陷，造成应力集中的各种因素都是决定其耐疲劳性能的主要因素。,8.2.5 钢材的焊接性能,焊接：采用加热或加热加压的方法使两个分离的金属件联结在一起的方法。 焊接性能：在给定的构造型式和焊接工艺条件下，获得符合质量要求的焊接的性能。 钢材的可焊性与钢材的含碳量、化学成分、钢材的塑性和冲击韧性密切有关。,8.2.6 钢材的冷弯性能,冷弯性能是指在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯试验是用标准规定的弯头压弯试件到规定的角度（180或90）时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。,钢材的冷弯性能
11、是衡量钢材塑性的重要技术指标，并能揭示钢材内部组织均匀程度，是否存在内应力及缺陷等。,8.3 钢材的组织、化学成分 8.3.1 钢材的组织 （一） 钢材的晶体结构,钢材是铁碳合金晶体，各个原子以金属键相互结合。 具有很高的强度和良好的塑性。,（1）1390910，晶格为面心立方晶格，称Fe （2）温度低于723，晶格转变成体心立方晶格，称Fe,（二）钢材的基本组织,铁碳合金晶体的三种型态： 1、固溶体：铁中固溶着微量的碳或其它元素；间隙固溶体和置换固溶体 2、化合物：铁和碳结合成化合物Fe3C； 3、机械混合物：固溶碳和化合物的混合物。,钢的基本组织： （1）铁素体：C在Fe中的固溶体，含C量
12、小于0.02%，塑性、韧性很好，但强度、硬度很低。 （2）奥氏体：C在Fe中的固溶体，高温时含碳量为2.06%，低温时为0.8%，强度、塑性和韧性都较好。,（3）渗碳体：铁和碳的化合物Fe3C，含C量为6.67%，塑性差。 （4）珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物，含C量为0.8%，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。,（5）莱氏体：温度高于723 时，是奥氏体与渗碳体的机械混合物；温度低于723 时，是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量为4.3%，性能介于珠光体与渗碳体。,8.3.2 钢材的化学成分,钢除主要成分Fe以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（
13、O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素。,1、碳（C）对钢材的强度、塑性、韧性、可焊性、时效敏感性、耐大气锈蚀能力等性能都有影响。 一般工程用碳素钢均为低碳钢，含碳小于0.25%，工程用低合金钢含碳小于0.52%。,2、硅（Si）炼钢时起脱氧和减少钢内气泡的作用。硅含量小于1.0%时，能提高钢的机械强度。硅含量大于1.0%时，塑性和韧性显著降低，脆性增加，可焊性变差。,3、锰（Mn）：炼钢时起脱氧（ MnO）去硫（MnS ）作用。提高钢材的强度和硬度，但使伸长率和 可焊性降低。含锰量为11%14%的高锰钢具有较高的耐磨性。,4、磷（P）：使钢材塑性和韧性显著下降，加大钢材的冷脆性，并使钢材
14、可焊性显著降低。 5、硫（S）：是钢的有害元素，使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低，并使钢材在热加工过程中出现热脆现象。,6、氧（O）：氧与硫的作用相似，降低钢的机械性能，特别是韧性，并使可焊性变差，引起热脆现象。7、氮（N）对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材强度提高，塑性特别是韧性显著下降，并加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。,8、钛（Ti）：能细化晶粒，改善韧性，能显著提高强度，并能减少时效倾向，改善可焊性。钛是常用的微量合金元素。 9、钒（V）：可减弱碳和氧的不利影响，细化晶粒，提高强度，钒也是合金钢常用的微量合金元素。,一、冷加工及冷加工强化 钢材在常温下进行
15、冷拉、冷拔或冷轧，产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。,8.4 钢材加工与热处理,钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过屈服点达到E点，但小于抗拉强度时即卸荷。如立即重新拉伸，则新的屈服点将高于原来的屈服点而达到E点，以后的应力应变关系将与原来的曲线ECD相似。,如果钢筋在卸载后，经过一段时间再拉伸，则新的屈服强度还会进一步提高到A。,原因：晶粒破碎细化、晶格发生拉长、压扁或歪扭等畸变，晶界处位错密度增加。,工程应用,建筑工程中对大量使用的钢筋，往往需同时采用冷加工和时效处理。 钢筋采用冷加工具有明显的经济效益：冷拉钢筋的屈服点一般可提高20%25%
16、，冷拔钢筋的屈服点一般可提高40%90。,二、 钢材的热处理与焊接 钢材的热处理,钢材加热到一定的温度，以一定的速度和方式进行冷却，使内部晶体组织和显微结构发生改变，或者消除内应力，从而获得满足需求的性能，这一过程就是钢材的热处理。,热处理的基本方法： 1、退火 2、淬火 3、回火 4、正火 5、调质处理,1、退火,将钢材加热至某一温度，保持相当时间后，在退火炉中缓慢冷却，这个过程称为退火。退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。,2、淬火,将钢材加热至某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。钢材经淬火后，强度和硬度
17、提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。,3、回火,回火是将淬火后的钢材重新加热到某一温度，保温一定时间后再缓慢地或很快地冷却至室温。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性恢复愈好。,4、正火,正火是将钢材加热到某一温度，并保持足够长时间，然后在空气中缓慢冷却，则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高，塑性比退火后的小。,5、调质处理,对钢材进行多次淬火、高温回火等多种热处理的的综合过程称为调质处理。调质处理使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。,四、钢的时效硬化,随时间的延长，强度和硬度逐渐增加，塑性和韧性逐渐降
18、低的现象称为时效硬化。 分为热时效和冷加工时效。,8.6 建筑钢材的标准与选用,建筑工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，前者主要应用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝。二者所用的钢制品原料多为碳素钢和低合金钢。,8.6.1 钢材的品种 （一）碳素结构钢,1、碳素结构钢的牌号 （1）代表屈服点的字母（Q） （2）屈服点值（195275 MPa） （3）质量等级符号（AD）、（4）脱氧程度符号（F、b、z、TZ）,脱氧程度 F 沸腾钢 b 半镇定钢 z 镇定钢 TZ 特殊镇定钢例如 Q235A F 表示：屈服点为235 MPa的平炉或氧气转炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。,2、碳素结构钢的技
19、术要求 碳素结构钢的技术要求包括 （1）化学成分（2）力学性能 各项要求应分别符合国家标准的规定或双方协议的内容。,（1）碳素结构钢的特性及应用 Q235钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也好，是建筑工程中常用的碳素结构钢。Q195和Q215号钢的塑性很好，但强度太低；Q255和Q275号钢的强度很高，但塑性较差。,（二）低合金高强度结构钢,1、低合金高强度结构钢的牌号 低合金高强度结构钢是在低碳钢基础上加入适量的合金元素：锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀土元素。,低合金高强度结构钢的牌号 （1）表示屈服点的字母Q （2）屈服
20、点数值（295460） （3）质量等级（A、B、C、D、 E ） 质量等级 E 要求做40的冲击试验,2、低合金钢的性能及应用 低合金钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性和可焊性，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物中。,（三）优质碳素结构钢及合金结构钢,1、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢是在生产过程中对质量控制较严，生产出的质量稳定的碳素钢。按其含锰量，有普通含锰量（0.8%）和较高含锰量（0.7%1.2%）。,优质碳素结构钢的牌号 （1）含碳量的万分量的两位数 （2）较高含锰量需加“ Mn ”符号 （3）沸腾钢需
21、加“ F ”符号 如08F，表示含碳量为0.08%，普通含锰量的沸腾钢 25Mn，表示含碳量为0.25%，较高含锰量的镇静钢,2、合金结构钢 合金钢是合金元素含量较高的钢。 合金结构钢牌号： （1）由含碳量的万分量的两位数 （2）主要合金元素符号及含量的百分计的一位数,合金元素的含量按四舍五入原则标记，如含量小于1.5%时只标写元素符号；含量为1.5%2.49%，则标注“2”；含量为2.5%3.49%时，则标注 “3”；其余类推。 如35Mn2，表示含碳量为0.35%，含锰量为1.5%2.49%。 34CrNi3Mo，45SiMnV,（四）专门用途钢,专门用途钢是在低合金高强度结构钢、优质碳素
22、结构钢及合金结构钢的基础上，适当调整合金元素含量或严格控制S、P含量，改善质量等级，使钢材性能满足特定要求而冶炼的钢种。,专门用途钢牌号的表示方法是在基础钢牌号后面加专门符号，例如q表示桥梁、R表示容器、DR表示低温容器等。 常用的专用钢有：16Mnq、15MnNbR、16MnDR、09Mn2VDR等。,钢材的选用,一般工程结构：Q235-A，Q235-B。Q345-A，Q345-B等。 闸门的构件：Q275、35Mn2、40Cr 水电站压力钢管：Q235、Q345、Q390；16MnR、15MnVR。,8.6.2 钢筋混凝土结构用钢筋及钢丝,钢筋混凝土结构用钢筋及钢丝是由碳素钢和低合金钢加工
23、的。 主要产品有：热轧钢筋、冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋、预应力混凝土钢丝及钢绞线等。,将钢材在高温下轧制而成。根据强度高低，分为I、II、III、四个级别。 钢筋强度等级有、级 。 级：塑性和焊接性能比较好，但强度稍低，而且与混凝土的粘结稍差。应用在厚度不大的板中以及钢筋混凝土结构的构造筋。 级钢筋：强度、塑性及可焊性比较好，为增加钢筋与混凝土之间的粘结力，表面轧制成月牙肋。应用十分广泛。,（一）热轧钢筋,级钢筋：塑性及可焊性比较好，但强度高，如果用于普通钢筋混凝土结构构件中，充分发挥强度的同时，会使混凝土裂缝开展得很宽。冷拉后用作预应力钢筋。 钢筋：不用于普通钢筋混凝土
24、结构，经冷拉后用作预应力混凝土结构。,（二）冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是用低碳钢或低合金钢热轧圆盘条，经冷轧或冷拔后，在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋代号为LL，后跟钢筋抗拉强度等级。 LL550（Q215，d=412mm）：普通钢筋 混凝土结构 LL650 （Q235，d=46mm）LL800 （24MnTi，d=5mm） LL650及LL800适宜用作中小型预应力混凝土结构的预应力钢筋。,（三）冷拉钢筋,冷拉钢筋可用热轧钢筋制成。 冷拉级钢筋适用于钢筋混凝土结构中的受拉钢筋，不用于水工钢筋混凝土轴心受拉及小偏心受拉构件。 冷拉、级钢筋可用作预应力混凝土结构的预应力钢筋。 钢
25、筋冷拉后性质变脆，承受冲击荷载或重复荷载的构件及处于负温下的结构，不宜采用冷拉钢筋。,（四）预应力混凝土用热处理钢筋,热处理钢筋是强度最高的等高肋钢筋，强度可达到1000MPa。不必再进行冷拉，可直接用作预应力钢筋。,（五）预应力混凝土用钢丝及钢绞线,1、预应力混凝土用钢丝 预应力混凝土用钢丝是将优质碳素钢热轧盘条经淬火、回火等调度处理后，冷拉加工制成的高强度钢丝，简称预应力钢丝。,预应力钢丝分冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。钢丝外形有光面、刻痕及螺旋肋三种。 冷拉钢丝RCD；消除应力钢丝S； 消除应力刻痕钢丝SI；消除应力螺旋肋钢丝SH。 预应力钢丝强度高、柔性好、质量稳定、施工简便、安全可靠，
26、主要用于大型预应力混凝土结构及电杆、轨枕等预制构件。,2、预应力混凝土用钢铰线 预应力混凝土用钢绞线是用圆形断面的预应力混凝土用钢丝捻制而成的。钢绞线分为两股、三股及七股绞线三种。 钢绞线主要用于大型预应力混凝土结构，以及岩土锚固工程等。,8.7 建筑钢材的锈蚀与防护 8.7.1 钢材的锈蚀,锈蚀使受力面积减小，造成应力集中，导致结构承载力下降。尤其在反复荷载情况下，将产生锈蚀疲劳现象，使疲劳强度大为降低，出现脆性断裂。,钢材腐蚀的原因,1、 化学锈蚀 化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。如：高温中氧化形成Fe3O4，常温
27、下表面形成氧化保护膜FeO。 由O2产生的化学反应：Fe + O2 FeO，Fe2O3，Fe3O4 由CO2产生的化学反应：Fe + CO2 FeO，Fe3O4 + CO 由H2O产生的化学反应：Fe十H2O FeO， Fe3O4 + H2,2、电化学锈蚀,电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。 电化学锈蚀是建筑钢材在存放和使用中发生锈蚀的主要形式。,存放在湿润空气中的钢材，表面为一层电解质水膜所覆盖。由于表面成分或者受力变形的不均匀性，使邻近的局部产生电极电位的差别，因而建立许多微电池。阳极区：Fe - 2e Fe2+阴极区：2H2O + 2e + O2 2O
28、H + H2O溶液区：Fe2+ + 2OH Fe(OH)24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3,二、腐蚀类型,均匀腐蚀 晶间腐蚀与孔蚀 应力腐蚀 疲劳腐蚀 冲刷腐蚀,三、防止锈蚀的方法 （一）保护膜法,保护膜法是在钢材表面涂一层保护层，以隔离空气或其它介质。常用的保护层有搪瓷、涂料、耐腐蚀金属（铅、锡等）、塑料等，或经化学处理使钢材表面形成氧化膜（发蓝处理）或磷酸盐膜。,1、钢结构防锈方法是采用表面刷漆和喷镀、浸镀耐腐蚀金属层等措施。 2、混凝土配筋的防锈措施，主要是保证混凝土的密实度、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等。还可掺用阻锈剂。
29、,（二）阴极保护法,（1）牺牲阳极保护法：锌、镁等活泼金属为阳极，在介质中而遭到腐蚀，钢结构为阴极得到保护。 （2）外加电流保护法：在钢结构的附近，安放一些废钢铁或其它难熔金属。直流电源的负极接在被保护的钢结构上，阳极接在废钢铁或难熔金属上。,8.9 铝和铝合金 8.9.1 铝的冶炼及其特性 （一）铝的冶炼,炼铝的主要原料是铝钒土，其主要成分为一水铝（Al2O3H2O）和三水铝（Al2O33H2O），另外还含少量氧化铁、石英和硅酸盐等。,铝的冶炼是先从铝矿石中提炼出Al2O3，然后再电解得到金属铝，然后用反射炉将电解出来的铝进行提纯，最后浇入铸锭制成铝锭。高纯度铝的纯度可达99.996%，普通
30、纯铝的纯度在99.5%以上。,（二）纯铝的特性,铝属于有色金属中的轻金属，密度为2.7 g/cm3，是钢的三分之一，熔点较低，为660，导电性和导热性均很好。,铝的化学性质很活泼，在空气中易生成一层氧化铝薄膜，使铝具有一定耐腐蚀性。但纯铝不能与卤属元素接触，不耐碱，不耐强酸。 铝与电极电位高的金属接触并且有电解质存在时，会产生电化学腐蚀。用于铝制品的连接件应用不锈钢件。,固态铝具有很好的塑性，易于加工成型，但纯铝的强度和硬度很低，不能满足使用要求，故工程中不用纯铝制品。,8.9.2 铝合金及其特性,铝中加入适量的某些合金元素制成铝合金，再经冷加工或热处理，可以大幅度地提高其强度，可近似于低合金
31、钢的强度。铝中最常加入的合金元素有铜（Cu）、镁（Mg）、硅（Si）、锰（Mn）、锌（Zn）等。,铝合金克服了纯铝强度和硬度过低的不足，又仍能保持铝的轻质、耐腐蚀、易加工等优良性能，故在建筑工程中尤其在装饰领域中应用越来越广泛。,8.9.3 铝合金的分类,根据铝合金的成分及生产工艺特点，分为变形铝合金ZL和铸造铝合金。 建筑铝合金主要为变形铝合金： （1）不能热处理强化铝合金 （2）可以热处理强化铝合金,1、防锈铝合金LF,AlMn或AlMg合金，不能热处理强化，耐腐蚀性较高，抛光性好，强度较纯铝高，塑性和焊接性良好，切削加工性能不好。用于承受中等或低等荷载以及要求耐腐蚀和光洁表面的构件、管道
32、。,2、硬铝合金LY,AlMgSi和AlCuMg合金，淬火时效处理后强度高，可做承重结构，耐腐蚀性好，但塑性较低，可焊性较差，大多采用铆接。 AlMgSi合金是生产门窗、货架、柜台的主要材料。,3、超硬铝合金LC,AlZnMg Cu合金，热处理后强度比硬铝合金更高，可做承重结构和高荷载零 件，塑性和耐腐蚀性中等，切削加工性和点焊性能良好。,4、锻铝合金LD,AlMg SiCu合金，强度较高，良好的高温塑性和可焊性，易腐蚀适宜做承受中等荷载的构件。,8.9.4 铝合金型材的生产,建筑铝合金型材的生产有挤压法和轧制法两种。一般采用挤压法，只有在生产批量较大、尺寸和表面要求较低的中、小规格棒材及断面
33、形状简单的型材时才采用轧制法。,8.9.5 常用铝合金制品 （一）铝合金门窗,铝合金门窗质量轻、气密性、水密性和隔声性好，色泽美观、不锈蚀，不褪色，比普通门窗强度高，刚度大，更坚固耐用。,（二）铝合金装饰板,（1）铝合金花纹板：采用铝合金坯料，用一定花纹轧辊制成，通过表面处理可获得各种美丽的颜色，用于建筑墙面装饰、楼梯踏板等处。,（2）波纹板：表面轧制成波浪形或梯形，用于屋面和墙面等 。 （3）冲孔板：将铝合金平板经机械穿孔而成，是一种降低噪音并兼有装饰效果，可用于建筑中改善音质条件或降低音量。,新型金属材料,一、超高强度钢 用于承重结构的钢材主要是低碳钢和低合金钢，超高强度钢材的b要求达到3
34、00MPa以上，同时韧性和耐疲劳强度等力学性能也要求有较大幅度提高。,二、低屈强比钢 钢材的屈强比（p / b）反映钢材具有的安全可靠性，为了满足建筑物抗震安全，要求结构材料具有较高的屈服强度和在较小的屈强比。,三、新型不锈钢 不锈钢通常含有镍Ni元素，新型不锈钢不含镍Ni元素，是在19Cr-20Mo不锈钢中添加铌Nb、钛Ti、锆Zr等稳定性更好的元素，耐腐蚀性得到大幅度的提高，同时耐热性、耐腐蚀性、焊接加工性能也得到改善。,四、轻质、高比强度金属材料 比强度是材料的强度与其密度的比值。为减轻高层、超高层建筑物的自重，要求用于主体结构的金属材料具有轻质高强性能，采用轻金属与碳纤维复合制成的纤维强化金属，具有较高的比强度。,
