大型體育場(chǎng)館上部建筑中，節(jié)點(diǎn)件是關(guān)鍵件，是上部各部件連接中樞，是使整個(gè)穹頂聯(lián)接天衣無縫、美觀、自然的關(guān)鍵，本文著重對(duì)節(jié)點(diǎn)用材料進(jìn)行分析，為節(jié)點(diǎn)件的制造提供較為明確關(guān)注點(diǎn)。 

在當(dāng)今的大型體育場(chǎng)館、劇院、展覽館等大跨度頂部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜鏈接中大多采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。鑄鋼是鋼品種中很重要組成部分，鑄鋼件既有液態(tài)成型的一切長(zhǎng)處，又可保有各種鋼所特有的優(yōu)異性能。鑄鋼按化學(xué)成分主要分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼，其中有些鋼種，有些零件本身性能特點(diǎn)，不可能用機(jī)加工、焊接、軋制、鍛造等手段獲得，只能用鑄造方法。節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品就屬于只能用鑄造方法加工的產(chǎn)品。鑄鋼節(jié)點(diǎn)用鋼要求低硫磷含量，高純凈度和高的低溫沖擊性能，屈服強(qiáng)度 >300Mpa，抗拉強(qiáng)度 =480-620MPa，伸長(zhǎng)率A≥22%，沖擊功（J/-40℃）>27。本文從節(jié)點(diǎn)材料的熱處理性能及鑄造性能入手論證節(jié)點(diǎn)選材的可行性。

2.實(shí)際應(yīng)用舉例

以國(guó)家體育場(chǎng)體育場(chǎng)節(jié)點(diǎn)為例：首先，節(jié)點(diǎn)外型復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)材料屬于結(jié)構(gòu)碳鋼，此材料使用鑄造工藝可提高效率、節(jié)約成本。節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品使用環(huán)境特殊，要求使用壽命長(zhǎng)、不易更換、安全系數(shù)高、抗震。所以材料抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、抗沖擊性能等綜合性能要有嚴(yán)格要求，從而對(duì)化學(xué)成分也有嚴(yán)格規(guī)定。

 

3.1 G20Mn5QT的熱處理性能

本件含碳量在0.2%左右，在熱處理中達(dá)到正火溫度后，也就是使組織達(dá)到γ相區(qū)，此時(shí)基本組織為γ相或者說奧氏體，隨著溫度降低，組織向α相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)棣凌F，但是Mn和Ni都有擴(kuò)大γ相區(qū)的作用，能使在常溫下獲得奧氏體組織，所以含碳0.2%的鋼通過正火、回火處理后，組織存在相當(dāng)數(shù)量的奧氏體和鐵素體，所以材料具有很好的延伸率和沖擊韌性。Mn、Ni不僅有擴(kuò)大γ相區(qū)的作用，并都有提高強(qiáng)度的作用。鐵素體、奧氏體自身的強(qiáng)度都比較低，都不超過400MPa，但是由于有Mn、Ni、Si的存在，使機(jī)械性能得到改善，強(qiáng)度提高，綜合性能滿足要求。

3.2 G20Mn5QT的鑄造性能

合金元素對(duì)鑄造性能具有影響，首先是C，C有利于改善鋼水的流動(dòng)性，但本產(chǎn)品C含量低，只有0.2%，所以對(duì)鋼水的流動(dòng)性不利。Si能降低熔點(diǎn)，改善流動(dòng)性，本產(chǎn)品含硅量為0.6%，含量不高，Si有良好的脫氧作用，鋼水流動(dòng)性會(huì)有所改善，Mn有縮小結(jié)晶范圍，提高流動(dòng)性的作用，但Mn增加體收縮和線收縮，增加冷、熱裂傾向。P能改善流動(dòng)性，但也增大冷、熱裂傾向，S降低流動(dòng)性，增大冷熱裂傾向，本產(chǎn)品P、S含量很低，影響自然比較小。但綜合上述影響比較大的當(dāng)屬C、Si、Mn，綜合比較，鑄造性能不屬于很不好，只要合理設(shè)計(jì)鑄造工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，就能生產(chǎn)出性能合格、外觀完美的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品。

3.3 采用鑄造合金鋼的優(yōu)點(diǎn)

鑄鋼件不論其重量大小，批量多少，均易于按設(shè)計(jì)者的構(gòu)思制成具有合理外形和內(nèi)部輪廓、剛度高、形狀復(fù)雜且應(yīng)力集中不顯著的零件。單件或小量生產(chǎn)時(shí)，可用木模具或聚苯乙烯氣化模具，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，生產(chǎn)成本低。批量生產(chǎn)時(shí)，可用塑料或金屬模具，并用適當(dāng)?shù)脑煨凸に嚕�是鑄件具有符合要求的尺寸精度和表面質(zhì)量。這些優(yōu)點(diǎn)是用其他方法制作難以達(dá)到的。

4.結(jié)論

節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求嚴(yán)格，是因?yàn)樗�的重要。�?duì)于如此重要的產(chǎn)品要了解每一個(gè)細(xì)節(jié)，對(duì)元素的含量及作用要了解，對(duì)它的性能要了解，對(duì)它的使用及環(huán)境要了解，總之，對(duì)所有應(yīng)了解的東西都了解后，才能設(shè)計(jì)合理的鑄造工藝，和合理的澆注系統(tǒng)。每個(gè)產(chǎn)品都可以設(shè)計(jì)出多種工藝方案，每一種方案都能生產(chǎn)出合格鑄件，但哪種方案成品率高，節(jié)約工時(shí)材料，降低成本，提高效率，區(qū)別可能是很大的，所以我們要分析產(chǎn)品，從產(chǎn)品的每一個(gè)細(xì)節(jié)著手，包括材料，外形，精度要求等等，根據(jù)各廠條件制定出一套完整、可行、好的工藝。綜上所述采用G20Mn5QT作為節(jié)點(diǎn)材料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚硗耆�能夠達(dá)到節(jié)點(diǎn)的機(jī)械性能要求，通過合理的鑄造工藝也能生產(chǎn)出高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鑄件。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)的選材應(yīng)應(yīng)遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、節(jié)點(diǎn)形式、應(yīng)力狀態(tài)、鑄件厚度、工作環(huán)境和鑄造工藝等多種因素，選用適當(dāng)?shù)蔫T鋼牌號(hào)與熱處理工藝。

2. 焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼節(jié)點(diǎn)的鑄件材料應(yīng)采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《焊接結(jié)構(gòu)用碳素鋼鑄件》GB/T7659規(guī)定的ZGH、ZGH鑄鋼或G17Mn5QT、G20Mn5N、G20Mn5QT鑄鋼。當(dāng)有依據(jù)時(shí)，也可選用其它牌號(hào)的鑄鋼。

3. 非焊接用鑄鋼節(jié)點(diǎn)的鑄件材料可選用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《一般工程用鑄造碳鋼件》GB/T11352的ZGZGZGZG等牌號(hào)鑄鋼，并符合非焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼牌號(hào)的化學(xué)及力學(xué)性能要求。

4. 焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件母材焊接時(shí)，在碳當(dāng)量與構(gòu)件母材基本相同的條件下，可按與構(gòu)件母材相同技術(shù)要求選用相應(yīng)的焊條、焊絲與焊劑，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定認(rèn)可。

5. 鑄鋼節(jié)點(diǎn)的鑄件材料應(yīng)具有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊功（考慮環(huán)境溫度）和碳、硅、錳、硫、磷、合金元素等含量的合格保證，對(duì)焊接鑄鋼還應(yīng)有碳當(dāng)量的合格保證。

6. 鑄件壁厚不宜大于150 mm，當(dāng)壁厚很大時(shí)應(yīng)考慮厚度效應(yīng)引起的屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊功等的降低。

7. 在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)提出所選用的鑄鋼牌號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)名稱，并按使用要求提出力學(xué)性能項(xiàng)目與碳當(dāng)量要求，以及熱處理工藝要求（正火或調(diào)質(zhì)）。所有要求項(xiàng)目的性能指標(biāo)均應(yīng)作為供貨條件予以保證。鑄鋼材料因故需代用時(shí)，必須經(jīng)設(shè)計(jì)核查認(rèn)可