防止钢材的脆性断裂
土木工程材料习题答案(09[1].2)
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建筑钢材一、填充1、钢材按化学成分分为碳素钢、合金钢；按脱氧程度分为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。
2、钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率表示。
3、δ5表示标距长度为5倍直径的伸长率，δ10表示标距长度为10倍直径的伸长率，δ100表示标距长度为100mm的伸长率。
4、钢材的基本组织有铁素体、奥氏体、渗炭体、珠光体。
5、钢材中主要的有害杂质元素有 P 、 S 、 N 、 O 、 H 。
6、钢材的冷加工方法主要有冷拉、冷轧、冷拔、冷扭、冷冲。
7、钢材的热处理方法主要有退火、正火、淬火、回火。
8、钢材牌号Q235-A-b，Q235表示屈服强度不低于235MPa ，A表示质量等级为A级，b表示半镇静钢。
9、钢材牌号40Si2Mn，40表示含碳量0.4%，Si2表示Si2含量在1.5-2.5%之间，Mn表示Mn含量在1.5%以下。
10、钢材牌号HRB400，HRB表示热轧带肋钢筋，400表示屈服强度≥400MPa ；CRB800中CRB表示冷轧带肋钢筋，800表示抗拉强度≥800MPa 。
11、Ⅰ级热轧钢筋外形为光面，图纸中用φ表示，Ⅱ级、Ⅲ级钢筋外形为月牙肋，Ⅳ级钢筋外形为等高肋。
12、型钢I20a中，I表示工字钢，20表示型钢高度为20cm ，a表示型号为a型。
13、型钢L45×60×8表示不等肢角钢，肢长分别为45、60mm，肢厚8mm 。
14、钢材的腐蚀分为化学腐蚀，电化学腐蚀两种。
二、是非判断题（对的打∨，错的打×）1、材料的屈强比越大，反应结构的安全性高，但钢材的有效利用率低。
（×）2、钢材中的磷使钢材的热脆性增加，钢材中的硫使钢材的冷脆性增加，（×）3、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。
（∨）4、钢材冷拉是指在常温下将钢材拉断，以伸长率作为性能指标。
（×）5、钢材的腐蚀主要是化学腐蚀，其结果是钢材表面生成氧化铁等而失去金属光泽。
焊接结构脆性断裂的预防措施
焊接结构脆性断裂的预防措施摘要：自从焊接结构得到广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故，由于脆断事故具有突然发生不易预防的特点，其后果十分严重，甚至是灾难性的，随着国防工业、石化工业、机械工业、交通运输业的发展，焊接结构在我国已经得到广泛应用，也曾发生过脆断事故。
因此如何预防焊接结构的脆断事故，成为有关行业的重大研究课题。
关键词：脆性断裂；预防措施；合理设计焊接过程中，由于多种原因，往往会在焊接接头区域产生各种焊接缺陷。
了解焊接缺陷产生的原因，及时采取相应的预防措施，避免缺陷的产生或将缺陷控制在可以接受的最低限度，从而提高焊接接头的质量。
若断裂前发生了较明显的塑性变形，这样的断裂称为韧性断裂。
若断裂前未发生较明显的塑性变形，这样的断裂称为脆性断裂。
二者断裂机理不同，机理是截面应力重分布。
脆性断裂时截面应力几乎没有重分布，整个截面突然因为某点应力达到材料极限强度而宣告破坏。
韧性断裂时截面应力存在重分布，某点先达到极限强度，但是截面未破坏，而是开始应力重分布，随后其它位置点也达到极限强度，使截面应力图形呈饱满的塑性发展，产生韧性破坏。
本文重点对焊接结构脆性断裂的特征、原因和预防措施展开论述。
1.焊接结构脆性断裂特征脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应力脆断脆性断裂总是以零件内部存在的宏观裂纹（如肉眼可见的0.1mm～1mm）作为源开始的。
这种宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。
中低强度钢在10℃～15℃以下发生的由韧性状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。
1.1脆性断口的宏观特征。
在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”（或很小）。
1.2脆性断裂的微观特征脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。
因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂，开裂速度快，一般钢中的解理速度大约是1030m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿着特定的结晶面（称为解理面）发生，这些结晶面一般是属于低指数的。
浅谈钢材的脆性
性会显著降低 ，出现蓝脆现象。当温度从常温开始下降肘， 材料的 缺 口韧性将随之降低， 材料逐渐变脆 。这种性质称为低温冷脆。不 同的钢种， 向脆性转化的温度并不相同。同一种材料， 也会由于缺 口形状的尖锐程度不同， 而在不同温度下发生脆性断裂。 ４ 冷加工硬化 ． 冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变 时效使钢材的屈服 点得到提高，但钢材的塑性和韧性却大大降低，使钢材变脆。 ５ 复杂应力 ． 在复杂应力 作用 下，结构 的塑性 降低 ，脆性增加 。 ６ 加载速度 的影 响 ． 荷载在结构上作用速度很快时，材料的应力一 应变特性就要发 生很大的改变 。随着加载速度增大， 屈服点将提高而但韧性降低 。
量过高， 晶粒较粗， 夹杂物等冶金缺 陷严重， 韧性差等；较厚的钢材 辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。 ２ 冶炼方法和轧制工艺 ． 不 同的冶炼 方法 及轧制工艺会 形成不 同的 内部组织和 晶粒 结构及大小 ，细化 晶粒可 以使基体变 形更加均匀 ，晶界增 多可 以有效的阻止裂纹 的扩 张， 因塑性变 形引起 的位错 的塞积 因晶 界面积 很大也不会很 大，可 以防止裂 纹的产生 ，从 而提高材料
参考文献： 【 夏志斌， １ 】 姚谏． 钢结构原理与设计［ ． ＭＩ 中国建筑工业 出版社． 作 者简介： 艾永强 （ ９８ ），男 ，湖南郴州 人，现就读于 中南大 学土木建 筑学院，主要从 １８－ 事土木工程方面研究。 杨晨 （９ ７ ） ，女 ，黑龙江大庆人 ，现 就读于 中南大学土木建筑 学院，主要从 １８－ 事工程管理方面研究。
措施显得格外重要。 【 关键 词】脆性 ；热脆 ；冷脆；断裂因素；防治措施
焊接结构脆性断裂的防止方法
焊接结构脆性断裂的防止方法摘要：本文主要分析影响焊接结构脆性断裂的主要因素，并就预防焊接结构脆性断裂从正确选用材料、采用合理的焊接结构设计、减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响等三个方面提出了针对性的措施。
关键词：焊接结构，脆性断裂，防止方法一、前言焊接结构脆性断裂事故虽然数量较少，但其后果是严重的，甚至是灾难性的。
脆性断裂一般都是在应力不高于焊接结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生的，并迅速扩展到整个焊接结构，事先不易发现和预防，因而往往造成重大安全事故。
二、影响焊接结构脆性断裂的主要因素同一种材料，在不同条件下可以显示出不同的破坏形式。
金属脆断主要受到材料状态内部因素以及应力状态、温度和加载速度等外界条件的影响。
1.材料状态的影响焊接结构的材料选择，首先要了解材料本身状态对断裂形式的重要影响。
（1）材料厚度对脆性破坏有影响。
厚板在缺口处容易形成三向应力使材料变脆，因而沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制。
而当板较薄时，材料在厚度方向能比较自由的收缩，减小厚度方向的应力，使之接近于平面应力状态。
（2）脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方晶格的金属和合金中，只有在特殊情况下，如应力腐蚀条件下才在面心立方晶格金属中发生。
因而面心立方晶格金属（如奥氏体不锈钢）可以在很低的温度下工作而不发生脆性断裂。
（3）对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度对钢的塑性—脆性转变温度也有很大影响，晶粒度越细，其转变温度越低。
（4）钢中的C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性，另一些元素Mn、Ni、Cr、V则有助于减小钢的脆性。
2.应力状态的影响物体受外载荷作用时，在主平面上作用有最大正应力δmax 与主平面成45°的平面上作用有最大切应力τmax。
如果在τmax达到屈服强度前δmax先达到抗拉强度，则发生脆断；反之，如τmax先达到屈服强度，则发生塑性变形或形成延伸断裂。
实际结构中，若处于单向或双向拉伸应力作用，一般呈塑性状态。
钢结构在线作业三 满分答案
第三阶段在线作业单选题 (共20道题)1.（2.5分）按近似概率极限状态设计法设计的各种结构是( )。
A、绝对可靠的B、绝对不可靠C、存在一定风险的D、具有相同可靠性指标的我的答案：C 此题得分：2.5分2.（2.5分）防止钢材发生分层撕裂的性能指标为( )。
A、屈服点B、伸长率C、Z向收缩率D、冷弯180°我的答案：C 此题得分：2.5分3.（2.5分）在下列各化学元素中，( )的存在可提高钢材的强度和抗锈蚀能力，但却会严重地降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时促使钢材变脆(冷脆)。
A、硅B、铝C、硫D、磷我的答案：D 此题得分：2.5分4.（2.5分）下列各项，( )不属于结构的承载能力极限状态范畴。
A、静力强度计算B、动力强度计算C、稳定性计算D、梁的挠度计算我的答案：D 此题得分：2.5分5.（2.5分）普通轴心受压构件的承载力经常决定于( )。
A、扭转屈曲B、强度C、弯曲屈曲D、弯扭屈曲我的答案：C 此题得分：2.5分6.（2.5分）大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构( )。
A、密封性好B、自重轻C、制造工厂化D、便于拆装我的答案：B 此题得分：2.5分7.（2.5分）产生纵向焊接残余应力的主要原因之一是( )。
A、冷却速度太快B、施焊时焊件上出现冷塑和热塑区C、焊缝刚度大D、焊件各纤维能够自由变形我的答案：B 此题得分：2.5分8.（2.5分）结构钢材最易发生脆性破坏的应力状态为( )。
A、三向同号等值拉应力作用B、两向异号等值正应力作用C、单向拉应力作用D、三向等值剪应力作用我的答案：A 此题得分：2.5分9.（2.5分）钢材塑性破坏的特点是( )。
A、变形小B、破坏经历时间非常短C、无变形D、变形大我的答案：D 此题得分：2.5分10.（2.5分）进行疲劳验算时，计算部分的设计应力幅应按( )计算。
A、荷载标准值B、荷载设计值C、考虑动力系数的荷载标准值D、考虑动力系数的荷载设计值我的答案：A 此题得分：2.5分11.（2.5分）沸腾钢与镇静钢冶炼浇注方法主要不同之处是( )。
焊接结构的脆性断裂及预防措施
焊接结构的脆性断裂及预防措施一、脆性断裂的原因焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。
另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避免地要产生焊接变形及焊接残余应力。
所有这些都可能成为焊接结构破坏的直接原因或间接原因。
特别是一些直接承受动载荷的焊接结构，或是处于低温工作环境时，焊接结构更易发生脆性断裂。
二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏。
其特点是裂纹扩展迅速，能量的消耗远小于韧性断裂，以低应力破坏为重要特征。
它是靠结构内部蓄积的弹性能的释放而自动传播导致破坏的，因而很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的预兆，而是突然发生的，所以说这种断裂往往会造成巨大的损失。
一般来说，金属脆性断裂时，无论是具有解理形断口，还是呈光泽的结晶状外观断口，都与板面大体垂直，而且板厚方向上的变形很小，在表面上附有一层剪切壁，呈无光泽灰色纤维状的剪断形，材料越脆，断裂的剪切壁越薄，断口上花样的尖端总是指向启裂点的方向，形成山形花样，追踪这个花样可以找到启裂点。
三、焊接结构防止脆性断裂的设计原则脆性断裂往往是瞬间完成的，其原因是构件中存在着焊接或冶金缺陷。
首先产生一小的裂纹，而后该裂纹以极快的速度扩展，部分或全部贯穿于结构中，造成脆性失效。
因此．防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方法是要使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产生的能力。
同时，如果这些部位产生了脆性小裂纹时，其周围母材有将其迅速止住的能力。
在上述设计方法中，一般主要着眼点放在焊缝接头的抗脆性裂纹产生的能力上，以此作为设计的依据。
对于中低强度钢来说，由于残余应力的作用，焊缝接头处一旦产生脆性裂纹，通常向母材方向扩展，因此需要母材有一定的止裂性能。
这时，对于防止结构的脆性断裂是有意义的。
而对于高强度钢来说，裂纹的产生和扩展主要发生在焊缝中，这是因为由于母材强度的提高，接头中更易出现焊接缺陷，产生裂纹。
钢铁产品如何提高抗震性能
钢铁产品如何提高抗震性能在当今社会，地震作为一种不可预测的自然灾害，给人类的生命和财产安全带来了巨大的威胁。
为了减轻地震造成的损失，提高建筑物和基础设施在地震中的稳定性和安全性，钢铁产品的抗震性能显得尤为重要。
钢铁作为一种广泛应用于建筑和工程领域的材料，其性能直接影响着结构的抗震能力。
要提高钢铁产品的抗震性能，首先需要从钢材的成分和制造工艺入手。
优质的钢材成分是提高抗震性能的基础。
通过合理控制碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量，可以优化钢材的强度、韧性和塑性。
例如，适量增加锰元素可以提高钢材的强度和韧性，而严格控制磷和硫的含量则能减少钢材的脆性，使其在地震作用下不易发生断裂。
制造工艺对钢铁产品的抗震性能也有着重要影响。
先进的炼钢技术，如电炉炼钢和转炉炼钢，可以有效地去除杂质，提高钢材的纯净度，从而增强其力学性能。
在轧制过程中，控制轧制温度、压下量和冷却速度等参数，能够细化钢材的晶粒，改善其组织结构，进而提高抗震性能。
钢铁产品的形状和尺寸设计也是提高抗震性能的关键因素之一。
在建筑结构中，常用的钢梁、钢柱等构件，其截面形状和尺寸的选择需要综合考虑受力情况和抗震要求。
例如，采用 H 型钢、箱型柱等具有良好抗弯和抗扭性能的截面形式，可以有效地抵抗地震作用下的水平力和扭矩。
此外，增加钢材的厚度和加强节点连接也能提高结构的抗震能力。
较厚的钢材在承受地震力时具有更好的变形能力和承载能力，而合理设计节点连接方式，如采用高强螺栓连接、焊接连接等，并加强节点的构造措施，可以确保结构在地震中不会因为节点失效而导致整体坍塌。
为了进一步提高钢铁产品的抗震性能，还可以采用一些特殊的处理方法。
例如，对钢材进行热处理，如淬火、回火等，可以改变其内部组织结构，提高强度和韧性。
同时，采用表面处理技术，如镀锌、喷塑等，可以防止钢材生锈腐蚀，延长其使用寿命，保证在地震发生时仍能发挥良好的性能。
在实际应用中，对钢铁产品进行抗震性能测试是必不可少的环节。
钢结构设计原理试卷2011含答案
A.407.85kN B.540kN C.543.8kN D.602kN 15.当荷载或跨度很大而梁高受到限制,或对截面抗扭刚度要求较高时,宜选用（D ） A.热轧型钢梁 B.冷弯薄壁型钢 C.工字形截面组合梁 D.箱形截面组合梁 16.轴心受压柱柱脚底板的尺寸除了与柱的轴向压力有关之外，还与（ B ） A.柱脚底板钢材的抗压强度有关 B.基础混凝土的抗压强度有关 C.柱脚底板钢材的弹性模量有关 D.基础混凝土的弹性模量有关 17.如图所示为轴心受压构件的两种失稳形式，其中（D） A.（a）为弯扭失稳， （b）为扭转失稳. B.（a）为弯扭失稳， （b）为弯曲失稳 C.（a）为弯曲失稳， （b）为弯扭失稳. D.（a）为弯曲失稳， （b）为扭转失稳 18.初始弯曲和荷载的初始偏心对轴心受压构件整体稳定承载力 的影响为（A） A.初弯曲和初偏心均会降低稳定承载力 B.初弯曲和初偏心均不会影响稳定承载力 C.初弯曲将会降低稳定承载力，而初偏心将不会影响稳定承载力 D.初弯曲将不会影响稳定承载力，而初偏心将会降低稳定承载力 19.简支梁符合下列哪种条件时，可不必验算梁的整体稳定性？（A） A.有钢筋混凝土板密铺在梁的受压翼缘上，并与其牢固连接，能阻止受压翼缘的侧向位移时 B.有钢筋混凝土板密铺在梁的受拉翼缘上，并与其牢固连接，能阻止受拉翼缘的侧向位移时
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五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分。 ） 1.求下图所示角焊缝连接能承受的最大静力设计荷戴 P。 已知：钢材为 Q235BF，焊条为 E43 型， f fw 160 N / mm2 答题注意问题（得分点） ：
1.力的分解，确定焊缝受力特征（拉剪联合作用，注意变通，若拉力偏心则为拉剪弯联合作用） ； 2.拉力作用下具有端面角焊缝受力特征，校核； （公式 3.6） 3.剪力作用下具有侧面角焊缝受力特征，校核； （公式 3.7） 4.等效应力校核，校核（公式 3.8） 5.注意考虑起弧和落弧影响
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防止钢材的脆性断裂
1、裂纹
当焊接结构的板厚较大时（大于25mm），如果含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。
针对这个问题，把碳控制在0.22%左右，同时在焊接工艺上增加预热措施使焊缝冷却缓慢，解决了断裂问题。
焊缝冷却时收缩作用受到约束，有可能促使它出现裂纹。
措施是：在两板之间垫上软钢丝留出缝隙，焊缝有收缩余地，裂纹就不会出现。
把角焊缝的表面作成凹形，有利于缓和应力集中。
凹形表面的焊缝，焊后比凸形的容易开裂，原因是凹形缝的表面有较大的收缩拉应力，并且在45°截面上焊缝厚度最小。
凸形缝表面拉力不大，而45°截面又有所增强，情况要好的多。
在凹形焊缝开裂的条件下，改用凸形焊缝，就不再开裂。
2、应力
考察断裂问题时，应力是构件的实际应力，它不仅和荷载的大小有关，也和构造形状及施焊条件有关。
几何形状和尺寸的突然变化造成应力集中，使局部应力增高，对脆性破坏最为危险。
施焊过程造成构件内的残余拉应力，也是不利的。
因此，避免焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。
3、材料选用
为了防止脆性断裂，结构的材料应该具有一定的韧性。
材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。
吸收的能量可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。
要求材料的韧性不低于弹性，以避免出现完全脆性的断裂，也没有必要高于弹塑性，对钢材要求太高，必然会提高造价。
钢材的厚度对它的韧性也有影响。
厚钢板的韧性低于薄钢板。
4、构造细部
发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相交的构造缝隙，或相当于构造缝隙的未透焊缝。
构造焊缝相当于狭长的裂纹，造成高度的应力集中，焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁金属因热塑变形而时效硬化，提高脆性。
低温地区结构的构造细部应该保证焊缝能够焊透。
因此，设计时必须注意焊缝的施工条件，以保证施焊方便，能够焊透。