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1、高职高专土建类专业规划教材 建筑装饰工程技术专业,新疆建设职业技术学院,建筑装饰材料6 金属装饰材料,6 金属装饰材料,主要介绍建筑工程及装饰工程中广泛应用的建筑钢材、不锈钢及其铝合金材料。,本章提要,本 章 内 容,6.1 建筑钢材及制品6.2 装饰不锈钢材及其制品6.3 装饰铝合金及制品,建筑钢材的特点：是在严格的技术条件下生产的材料，具有以下的优点和缺点：,优点：（1）质量均匀，性能可靠（2）强度、硬度高（3）塑性、韧性好缺点：（1）易锈蚀（2）维修费用高（3）耐火性差,钢材的冶炼及分类1.钢材的冶炼原理,由于铁和碳的化合力极强，所以工业上很难得到纯铁。含碳量低于0.04%的铁称为熟铁，
2、熟铁软而易于加工，但力学强度很低。含碳量在2.0%以上的铁称为生铁，并含有较多的硅、硫、磷、锰等杂质。将生铁中的碳含量降至2.0%以下，使硫和磷等杂质降至一定范围内即成为钢。,2.钢材的冶炼过程,钢材的冶炼过程为除碳、造渣和脱氧。除碳过程是通过氧化法，将一部分铁变为气体而逸出。造渣过程为在氧化还原反应中可将生铁中硅和锰变为钢渣，浮于钢水之上而排出。铁水中的硫和磷杂质只能在碱性条件下才能除去，通常加入一定量的石灰石。,因为锰、硅、铝与氧的结合力大于氧和铁的结合能力，所以脱氧过程是在钢水中加入一定量的锰铁、硅铁或铝锭作为还原剂，将钢水中的FeO还原为铁，使氧变为锰、硅或铝的氧化物而进入钢渣。脱氧减
3、少了钢材中的气泡，并克服了元素分布不均（通常是偏析）的缺点，可明显改善钢材的性质。,3.钢材的冶炼方法,根据炼钢所用炉种的不同，钢材的冶炼方法可分为平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢三种平炉炼钢是应用较早的一种炼钢方法，该方法冶炼得到的钢质量高，但是该冶炼方法炼钢周期长，效率低，成本高。氧气顶吹转炉炼钢得到的钢材质量稳定，另外该方法冶炼周期短，所以被广泛应用。电炉炼钢是可以精确控制成分，所生产的钢杂质含量低，质量最好，但成本也最高。,转炉炼钢法 平炉炼钢法 电炉炼钢法,钢材的分类,1.按化学成分分类（1）碳素钢。以铁碳合金为主体，含碳量2%为生铁），除含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷之外，不
4、含有别的合金元素的钢称为碳素钢。根据含碳量的高低，将碳素钢分为：低碳钢（碳含量低于0.25%）中碳钢（碳含量介于0.25%-0.60%）高碳钢（碳含量高于0.60%）。,（2）合金钢在碳素钢中，加入了一定量的合金元素，如硅、锰、钛、钒及铬等的钢材称为合金钢。根据合金元素含量的高低，将合金钢分为：低合金钢（合金含量低于5.0%）、中合金钢（合金含量介于5%10%）高合金钢（合金含量高于10%）。,按冶炼脱氧程度分类,（1）沸腾钢一种脱氧不完全的钢，其抗蚀性、冲击韧性和可焊性较差，尤其是低温时冲击韧性降低更显著。（2）镇静钢镇静钢是脱氧充分的钢。由于钢液中氧已经很少，当钢液浇铸后在锭模内呈静止状态
5、，故称为镇静钢。其优点是化学成分均匀、机械性能稳定、焊接性能和塑性较好、抗蚀性也较强。多用于承受冲击荷载及其它重要的结构上（3）特殊镇静钢是一种脱氧程度比镇静钢更充分的钢，其性能与质量比镇静钢更好。,钢材的性质：力学性质和工艺性质,力学性质：是指钢材在外力作用下，抵抗破坏和变形的能力。包括：抗拉性能、冲击韧性和疲劳强度工艺性质：是指钢材在加工过程中表现出的性能，它直接影响钢材的加工质量。包括：冷弯、冷加工和焊接,1.抗拉性能,拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以，拉伸性能是表示钢材性能和选用钢材的重要依据。以低碳钢为例。图6-1为低碳钢拉伸过程的应力应变关系图。从图中可以看出，低碳钢拉伸过程经历
6、了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。,1）弹性阶段（0A）特点：弹性。在该阶段，若缷去外力，试件能恢复原来的形状。指标：弹性模量EA点所对应的应力值弹性极限，用E表示。E=/E值越大，钢材的刚度越大。弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是计算钢材在受力条件下变形的重要指标,2）屈服阶段（AB）特点：塑性。屈服变形迅速增加，外力则大致在恒定的位置波动，这就是所谓的“屈服现象”，似乎钢材不能承受外力而屈服。指标：屈服强度（也称为屈服点）下屈服点B下点所对应的应力值，用s表示。,3）强化阶段（BC）特点：强度极限。强化钢材抵抗外力的能力重新提高。指标：抗拉强度C点所对应的应力值，用b
7、表示。,4）颈缩阶段（CD）特点：变形断裂。颈缩其抵抗变形的能力明显降低，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小，直至断裂。指标：伸长率。,屈服强度、抗拉强度、伸长率三项指标对钢材来说具有重要意义：屈服强度是确定钢材强度等级的主要依据抗拉强度是钢材受拉时所能承受的最大极限破坏值屈服强度s与抗拉强度b的比值 s/b称为屈强比。s/b，利用率，安全可靠程度。s/b，利用率，安全可靠程度。建筑结构用钢合理的屈强比一般为0.600.75。,伸长率是衡量钢材塑性的一个重要指标，塑性。对于钢材来说，一定的塑性变形能力，可保证应力重新分布，避免应力集中，从而使钢材用于结构的安全性越大。式中：伸长率（当L05d0时，
8、为5；当L010d0时，为10）；L1试件拉断后标距间的长度（mm）；L0试件原标距间长度（mm），如图所示。,2.冲击韧性,定义：是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。指标：冲击韧性值ak（J/cm2），ak，冲击韧性。试验如图所示。,冲击韧性实验,影响钢材冲击韧性的因素,（1）钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制、焊接质量都会影响冲击韧性。（2）温度，冲击韧性。冷脆性冲击韧性随温度的降低而下降，开始时下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性。这时的温度称为脆性临界温度，见图所示。脆性临界温度值越低，钢材的低温冲击韧性越好。所以，在负温下使用的结构，应当
9、选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。,3.疲劳破坏,指钢材在交变荷载作用下，应力在远低于屈服强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的应力指标用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，它是指试件在交变荷载的作用下，不发生疲劳破坏的最大应力值。,4.冷弯性能,定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。指标：弯曲的角度；弯心直径d与试件直径（或厚度）a的比值d/a来表示。弯曲角度越大，d/a越小，说明试件冷弯性能越好。如图6-4。,5、冷加工强化,定义：冷加工钢材在常温下，经过以超过其屈服强度但不超过抗拉强度的应力进行的加工。特点：冷加工强化产生一定塑性变形，屈服强度、硬度提高，而
10、塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象称为冷加工强化。冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。以钢材的冷拉为例，如图所示；,未经冷拉时，应力应变曲线为OABCD；冷拉过程：OABKO；经过冷拉后立即进行拉伸：应力应变曲线为OKCD，屈服强度得到了提高，而塑性、韧性降低；冷拉后再经时效处理：应力应变曲线为OKK1C1D1，屈服强度、硬度进一步提高，抗拉强度也得到提高，而塑性和韧性进一步降低,钢材经冷加工后时效可迅速发展。时效处理的方式有两种自然时效钢材冷加工后，在常温下存放1520d。人工时效钢材冷加工后，加热至100200保持2h左右。钢材经过冷加工后，一般进行时效处理，通常强度较低的钢材宜采用自然
11、时效，强度较高的钢材则应采用人工时效。建筑工程中常采用对钢筋进行冷拉和盘条进行冷拔的方法，以达到节约钢材的目的。,6.焊接硫能够引起热脆性，热脆性严重降低了钢的热加工性和可焊性。,7.钢材的牌号,1）碳素结构钢牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。字母“Q”：代表屈服点；屈服点数值：195、215、235、255、275MPa五个强度等级。质量等级：以硫、磷等杂质含量由多到少分为四个等级，分别由A、B、C、D符号表示；脱氧方法：F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z表示镇静钢、TZ表示特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。,例如：1、Q215AF 屈服点为
12、215MPa，质量等级为A级沸腾钢。2、Q235C 屈服点为235MPa，质量等级为C级镇静钢牌号，含碳量，强度和硬度，塑性、冲击韧性和冷弯性能。,建筑工程中应用最广泛的是Q235号钢。其具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，能满足一般钢结构和钢筋混凝土用钢要求，且成本较低，大量被用作轧制成各种型钢、钢板及钢筋。Q195、Q215号钢常用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。Q255、Q275号钢可用于轧制钢筋、作螺栓配件等，但更多用于机械零件和工具等。,2）低合金高强度结构钢,是在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种
13、合金元素（总含量小于5）的一种结构钢。所加元素主要有锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀土金属，其目的是为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材2030，但成本并不很高。,低合金高强度结构钢的牌号,与碳素结构钢对照掌握。牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号等三部分按顺序组成。Q295号钢主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程。Q345、Q390号钢主要用于工程中承受较高荷载的焊接结构。Q420
14、、Q460号钢主要用于大型工程结构荷载大的轻型结构。,6.2 建筑装饰用钢材及其制品,不锈钢是以铬元素为主要元素的合金钢，通常是指含铬12%的具有耐腐蚀性能的铁基合金。铬含量越高，钢的抗腐蚀性越好。（1）不锈钢的耐腐蚀原理,建筑装饰用不锈钢及其制品,不锈钢,（2）不锈钢的分类按其化学成分可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和高锰低铬不锈钢等。按不同耐腐蚀特点，又可分为普通不锈钢(简称不锈钢)和耐酸钢两类。,（3）不锈钢的钢号和性能钢号用一位数字表示平均含碳量，以千分之几计，小于千分之一的用“0”表示，后面是主要合金元素符号及其平均含量。如2Cr13Mn9Ni4表示含碳量为0.2%，平均含铬、锰、镍依次为
15、13%、9%、4%。不锈钢的分类、化学成分和机械性能见表 6.2。,表6.2不锈钢的分类、化学成分和机械性能（GB436084）,（1）不锈钢薄板不锈钢薄板包括：光面或镜面不锈钢、雾面板、丝面板、腐蚀雕刻板、凹凸板和半球型板。（2）不锈钢管材不锈钢管材的产品包括平管、花管、方管、圆管、圆管两端斜管、方管两端斜管、彩色管及半球板管。（3）不锈钢角材与槽材包括等边不锈钢角材、等边不锈钢槽材、不等边不锈钢槽材。,不锈钢装饰制品,彩色不锈钢板系在不锈钢板上进行技术性和艺术性的着色处理，使其表面成为具有各种绚丽色彩的不锈钢装饰板。彩色不锈钢板具有抗腐蚀性强、较高的机械性能、彩色面层经久不褪色、色泽随光照
16、角度不同会产生色调变幻等特点。彩色不锈钢板的规格及厂家见表1。彩色不锈钢板可用作厅堂墙板、天花板、电梯厢板、车厢板、建筑装潢、招牌等装饰之用,彩色不锈钢装饰制品,表1彩色不锈钢板规格,钢板涂层可分有机涂层、无机涂层和复合涂层三种，以有机涂层钢板发展最快。有机涂层可以配制各种不同色彩和花纹，故称之为彩色涂层钢板。彩色涂层钢板的原板通常为热轧钢板和镀锌钢板，最常用的有机涂层为聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、环氧树脂、醇酸树脂等。涂层与钢板的结合采用薄膜层压法和涂料涂覆法两种。,彩色涂层钢板,根据结构的不同，彩色涂层钢板大致可分为以下几种：(1)涂装钢板(2)PVC钢板(3)隔热涂装钢板(4)高耐久性涂层钢板
17、,彩色涂层钢板的性能如下：(1)耐污染性(2)耐热性(3)耐低温性(4)耐沸水性 表11.3为彩色涂层钢板及钢带的分类及代号；表11.4为彩色涂层钢板及钢带尺寸；表11.5（详见P210）为彩色涂层钢板及钢带性能。,表2彩色涂层钢板及钢带的分类和代号,表3彩色涂层钢板及钢带尺寸,建筑用压型钢板是指冷轧板、镀锌板、彩色涂层板等不同类别的薄钢板，经辊压、冷弯其截面可呈V形、U形、梯形或类似这几种形状的波形压型板。压型板共有27种不同的型号。压型板(YX)的型号顺序以波高、波距、有效覆盖宽度来表示，如YX38175700表示波高38mm、波距175mm、有效覆盖宽度为700mm的压型板。,建筑用压型
18、钢板,图11.1是几种压型钢板的板型。压型钢板具有质量轻(板厚0.51.2mm)、波纹平直坚挺、色彩鲜艳丰富、造型美观大方、耐久性强(涂敷耐腐蚀涂层)、抗震性高、加工简单、施工方便等特点，广泛用于工业与民用建筑及公共建筑的内外墙面、屋面、吊顶等的装饰以及轻质夹心板材的面板等。,图6-5建筑用压型钢板的板型,所谓龙骨是指罩面板装饰中的骨架材料。罩面板装饰包括室内厢墙、厢断、吊顶。龙骨按用途分为隔墙龙骨及吊顶龙骨。隔墙龙骨一般作为室内隔断墙骨架。吊顶龙骨用作室内吊顶骨架。特点：具有自重轻、刚度大、防火、抗震性能好、加工安装简便等特点，适用于工业与民用建筑等室内隔墙和吊顶所用的骨架。,建筑用轻钢龙骨
19、,墙体龙骨构造如图6-5所示，横龙骨是指墙体和建筑结构的连接构件，竖龙骨是指墙体的主要受力构件，通贯龙骨是指竖龙骨的中间连接构件；吊顶龙骨构造如图6-6所示。(1)产品规格系列轻钢龙骨按断面的宽度划分规格。墙体龙骨主要规格分为Q50、Q75、Q100；吊顶龙骨按承载龙骨的规格分为D38、D45、D50、D60。,图6-6墙体龙骨安装示意图,图6-7吊顶龙骨示意图,(2)技术要求外观质量外形平整，棱角清晰，切口不允许有影响使用的毛刺和变形。表面防锈表面应镀锌防锈，镀锌层不许有起皮、起瘤、脱落等缺陷。对于腐蚀、损伤、黑斑、麻点等缺陷，按规定方法检测，应符合表4的规定。,表4轻钢龙骨的外观质量（GB
20、1198189）,形状和尺寸要求龙骨的断面形状见表6-3。其尺寸偏差应符合GB1198189中有关规定。力学性能墙体及吊顶龙骨组件的力学性能应符合表6-5的要求。,图6-8龙骨断面形状示意图,表6-5轻钢龙骨组件的力学性能,(3)轻钢龙骨的性质与应用轻钢龙骨防火性能好、刚度大、通用性强，可装配化施工，适应多种板材的安装。多用于防火要求高的室内装饰和隔断面积大的室内墙。,6.3装饰铝合金及制品,纯铝是银白色的轻金属，密度小(2.7g/cm3)，熔点低(660)，其导电性和导热性都很好，仅次于银、铜、金而居第四位，强度低，塑性高，能通过冷或热的压力加工制成线、板、带、棒、管等型材。经冷加工后，铝的
21、强度可提高到150250MPa。,铝及铝合金的特点,铝的特性,铝在空气中易生成一层致密、坚固的氧化铝(Al2O3)薄膜。铝具有良好的可塑性（伸展率可达50%），可加工成管材、板材、薄壁空腹型材，还可压延成极薄的铝箔，并具有极高的光、热反射比。,在铝中添加镁、锰、铜、硅、锌等合金元素形成的铝基合金称为铝合金。铝合金既保持了铝质量轻的特性，同时，机械性能明显提高，是典型的轻质高强材料，同时其耐腐蚀性和低温变脆性得到较大改善。铝合金的主要缺点是：弹性模量小、热膨胀系数大、耐热性低、焊接需采用惰性气体保护焊等焊接新技术。,铝合金及其特性,铝合金按用处分为三个方面：一类结构的应用，作为受力构件，如轻质复
22、合隔墙中的龙骨、吊顶中的主龙骨等；二类结构的应用，主要作为窗、门、管、盖、壳等；三类结构的应用，主要作装饰和绝热材料。铝合金可以按合金元素分为二元和三元合金。,铝合金的分类、牌号及性质,铝合金的分类,根据成分和工艺的特点，铝合金可分为：形变铝合金(或称为压力加工铝合金)和铸造铝合金两大类。形变铝合金又根据热处理对其强度影响的不同分为两种：热处理非强化型和热处理强化型。,（1）形变铝合金这类铝合金是通过冲压、弯曲、辊轧等压力加工使其组织、形状发生变化的铝合金。常用的形变铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金等。（2）铸造铝合金用来制作铸件的铝合金称为铸造铝合金。按照其主要合金元素含量
23、的不同，铸造铝合金可分为四种：铝硅（AlSi）、铝铜（AlCu）、铝镁（AlMg）及铝锌（AlZn）。,各种变形铝合金的牌号分别用汉语拼音字母和顺序号表示，顺序号不直接表示合金元素的含量。代表各种变形铝合金的汉语拼音字母如下：LF防锈铝合金（简称防锈铝）；LY硬铝合金（简称硬铝）；LC超硬铝合金（简称超硬铝）；LD锻铝合金（简称锻铝）；LT特殊铝合金。,铝合金的牌号,常用防锈铝合金的牌号为LF21、LF2、LF3、LF5、LF6、LF11等。其中除LF21为AlMn合金外，其余各个牌号都属于AlMg合金。常用的硬铝有11个牌号，LY12是硬铝的典型产品。常用的超硬铝有8个牌号，LC9是该合金应
24、用较早、较广的合金牌号。锻铝的典型牌号为LD30和LD31，分别相当于国际上流行的6061和6063合金牌号。,铝合金表面处理的目的：一是为了进一步提高铝合金的耐磨性、耐腐蚀性、耐光性和耐候性，因为铝材表面自然氧化膜薄（0.1m）且软，在较强的腐蚀介质条件下，不能起到有效的保护作用；二是在提高氧化膜厚度的基础上可进行着色处理，提高铝合金表面的装饰效果。,铝合金的表面处理,所谓阳极氧化处理就是通过控制氧化条件及工艺参数，在预处理后的铝合金表面形成比自然氧化膜厚得多的氧化膜层（可达520m）。阳极氧化法的原理实质上是水的电解。阳极氧化膜的结构在电镜下观察是由内层和外层组成的。铝合金建筑型材（GB/
25、T523793）按铝合金建筑型材氧化膜的厚度分为AA10、AA15、AA20、AA25四个厚度等级。,阳极氧化处理,经中和水洗后的铝合金或经阳极氧化后的铝合金，再进行表面着色处理，可以在保证铝合金使用性能完好的基础上增加其装饰性。着色方法有：自然着色法、电解着色法和化学着色法以及树脂粉末静电喷涂着色法等。,表面着色处理,铝合金门窗是由经表面处理的铝合金型材，经过下料、打孔、铣槽、攻丝、制窗等加工工艺而制成的门窗框架，再与玻璃、连接件、密封件、五金配件等组合装配而成。,装饰用铝合金制品,铝合金门窗,（1）特点铝合金门窗省材、质量轻 性能好 色泽美观 耐腐蚀性，使用维修方便 便于进行工业化生产,（
26、2）类型铝合金门窗按其结构与开启方式可分为推拉窗(门)、平开窗(门)、固定窗、悬挂窗、回转窗(门)、百叶窗、纱窗等。铝合金门窗的生产工艺过程大致分成四个阶段：铝合金锭坯的熔炼及铸锭；铝合金型材挤压成形；铝合金型材的表面处理；铝合金门窗的加工和装配。,（3）性能 强度 气密性 水密性 开闭力 隔热性 隔声性尼龙导向轮的耐久性,（4）技术要求 铝合金门窗的品种很多，其主要品种及代号见表6-12。根据铝合金门的抗风压强度、空气渗透和雨水渗透性可分为A、B、C三类，分别表示为高性能、中性能、低性能。每一类又按抗风压强度、空气渗透和雨水渗透性分为优等品、一等品、合格品，各类各级的要求应满足表6-7（详见
27、P91)的规定。,表：铝合金门窗产品的主要品种与代号,铝合金装饰板具有质量轻、不燃烧、耐久性好、施工方便、装饰效果好等优点，适用于公共建筑室内外墙面和柱面的装饰。近年来在装饰工程中用得较多的铝合金板材有以下几种：（1）铝合金花纹板及浅花纹板（2）铝合金压型板（3）铝合金穿孔板铝合金穿孔板的规格、性能见表：。,铝合金装饰板,表：铝合金穿孔板及装饰板的规格,（1）铝合金吊顶材料（2）铝合金百叶窗（3）铝箔（4）搪瓷铝合金建筑装饰制品（5）专用的铝合金建筑装饰制品（6）铝合金龙骨,其他铝合金建筑装饰制品,铜及铜合金,纯铜的密度为8.9g/cm3，熔点为1083，导电性、导热性好(仅次于银)，耐腐蚀性
28、好，其强度较低、塑性较高(b230250MPa，约40%50%)，不适宜用作结构材料，主要用于制造导电器材或配制各种铜合金。根据铜中的杂质含量不同，工业纯铜可分为四种：T1、T2、T3、T4。,铜的特性及应用,我国纯铜应用分为两类：一类属于冶炼产品，包括铜锭、铜线锭和电解铜；另一类属于加工产品，是指铜锭经过加工变形后获得的各种形状的纯铜材。两类产品的牌号、代号、成分见表：,表：纯铜牌号、成分及用途,不锈钢塑板：表面完全具有不锈钢性能，提高了抗冲击强度、平整度并且生产成本低，为目前不锈钢板厚板的替代产品。品种有：拉丝不锈钢塑板、光面不锈钢塑板、镜面不锈钢塑板等。与铝塑板相同的加工、安装方法。,不锈钢塑板,应用于建筑金属幕墙外墙装饰金属屋顶金属吊顶、室内装饰汽车装饰、汽车内饰广告展板家具饰面厢体隔板活动房收费岗亭等，具有美观大方保温节能重量轻耐候性好易加工耐冲击防火性能好易保养颜色多等特点，是目前最新的现代化装饰板材。,
