【水利课件】第1章 水工艺常用材料 2

1、1.2.2 金属材料的基本性能（3）硬度：是材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力。耐磨能力的重要指标。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度。（4）韧性：是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映，衡量材料的抗裂纹扩展能力。冲击韧性断裂韧性无塑性转变温度（ndt）1.2.2 金属材料的基本性能（5）温度对材料机械性能的影响温度升高，变化显著；高温下，应力松弛；低温下，冷脆性。1.2.2 金属材料的基本性能4、材料的工艺性能工艺性能就是材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合体现。水工艺与工程中容器和设备主要零部件的制造主要是焊接、锻造、切削、冲压、弯曲和热处理工艺过程。1.2.2 金属材料的基本性能

2、可焊性（工艺可焊性、使用可靠性）可锻性切削加工性成型工艺性热处理性能1.2.2 金属材料的基本性能钢的热处理退火：加热到一定温度，保持一段时间，随炉冷却到室温。正火：与退火相似，冷却到室温在空气中完成。淬火：放入水中急剧冷却。回火：先淬火，在加热一定温度，保温，空气或油中冷却。表面淬火：迅速加热，迅速冷却。渗碳：放入某种化学元素的介质中加热，保温，冷却。1.2.3 耐蚀金属材料及性能1、碳钢和普通铸铁的耐蚀性（1）耐蚀性能淡水、大气、土壤、海水，不耐蚀；干燥气体和有机溶剂，耐蚀；低浓度碱溶液、浓硫酸、浓氢氟酸，生成稳定的膜。（2）影响耐蚀性的因素：介质环境；铁碳合金的成分和组织；钢铁热处理条件

3、差异。1.2.3 耐蚀金属材料及性能2、耐蚀合金铸铁 加入合金元素提高耐蚀性。如硅、铬、铝等元素，表面膜；镍，耐碱性腐蚀的奥氏体铸铁；稀土元素、镁，改善力学、工艺性能。3、耐蚀低合金钢 合金元素的总量低于3%左右。不同元素种类、含量，不同作用。 不同介质，耐蚀低合金钢分为：耐大气腐蚀钢种耐海水腐蚀钢种耐硫化氢腐蚀钢种1.2.3 耐蚀金属材料及性能4、不锈钢马氏体不锈钢：加铬合金钢。铁素体不锈钢：单相组织，碳在-fe中的固溶体。奥氏体不锈钢：碳化物溶于奥氏体中。双相不锈钢 ：如hdr超低碳双相不锈钢。沉淀硬化不锈钢：复合渗入合金元素cr、ni、mo和co等，形成一合金渗层。1.2.3 耐蚀金属材

4、料及性能5、有色金属及其合金（1）铜及其合金 较高导电性、导热性、塑性、冷韧性、耐蚀性能。 纯铜 铜合金黄铜青铜1.2.3 耐蚀金属材料及性能（2）铝及其合金 铝特点应用 铝合金1.2.3 耐蚀金属材料及性能（3）钛及钛合金 纯钛 特点：活泼元素。钝化性能；有“耐海水腐蚀之王”之称；高温下，钛的化学活性很高；钛一般不发生孔蚀；不发生晶间腐蚀；应力腐蚀破裂敏感性小。 钛合金 特点：机械性能与耐蚀性都比纯钛有明显提高。氢脆和应力腐蚀破裂。1.2.3 耐蚀金属材料及性能（4）铅及其合金铅： 特点：强度小、硬度低、密度大、再结晶温度低、熔点低、导热性差；很高的耐蚀性，处理硫酸的设备。有毒，价格高；不耐

5、磨，非常软。铅合金 加锑，增加硬度、强度、稳定性。铅锑合金称为硬铅。1.2.3 耐蚀金属材料及性能(5) 镍及其合金 镍： 特点：特别高的耐蚀性；硫气体、浓氨水、强烈充气氨溶液、含氧酸和盐酸，耐蚀性很差。高强度、高塑性和冷韧；镍很稀贵。 镍合金：ni-cu合金中的蒙乃尔合金；nimo合金中的哈氏合金（0cr16ni57mo16fe6w4）；nicr合金中的因考尔合金（0cr15ni57fe）；1.2.3 耐蚀金属材料及性能6、铸铁（1）是一种脆性金属材料，含碳量一般在2.5%4%，杂质较多；抗拉强度、塑性、韧性都较差，不能进行冲压、锻造；减振性、耐磨性较好、成本低、良好的液态流动性。（2）常见

6、铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。灰铸铁：抗压强度高、切削性能好，不能承受冲击荷载。球墨铸铁：弹性和韧性低，其他力学性能与钢相似，兼有灰铸铁的优点。1.3 无机非金属材料天然岩石、铸石、陶瓷、搪瓷、玻璃、水泥等。传统陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷和搪瓷。陶瓷材料传统陶瓷：工业陶瓷和日用陶瓷两类；玻璃：工业玻璃、建筑玻璃和日用玻璃；玻璃陶瓷：光化学玻璃、耐热耐蚀微晶陶瓷；特种陶瓷：耐蚀陶瓷、高温陶瓷、电容器陶瓷等；金属陶瓷：结构陶瓷、工具陶瓷和耐热陶瓷等。1.3.2 陶瓷的基本性能1、陶瓷的机械性能刚度：弹性模量衡量；结合键的强度；很高的 弹性模量。硬度：化学键的强度，硬度最高，温度升高而降低。

7、强度：强度很高，实际强度比理论值低得多。塑性：室温下几乎没有塑性。韧性或脆性：韧性极低或脆性极高。1.3.2 陶瓷的基本性能2、物理化学性能热膨胀： 线膨胀系数低。导热性：导热性小。热稳定性：热稳定性低。化学稳定性：结构非常稳定，耐火性能或不可燃烧性，较强的抗蚀能力。 导电性：大多数良好的绝缘体，少数是半导体材料。1.3.2 陶瓷的基本性能v陶瓷性能的主要特点是：具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，对温度剧变的抵抗力很低，抗拉、抗弯性能差。1.3.3 耐蚀无机非金属材料及其性能1、陶瓷及其耐蚀性能（1）耐酸陶瓷：又称化工陶瓷。性能：耐酸，但不

8、耐氢氟酸，耐碱性也差，易碎裂。应用：耐酸容器和塔器、泵、管道、阀门等，耐酸瓷砖。 （2）氮化硅陶瓷：新型的工业陶瓷材料。 特点：耐温，耐磨，耐酸，耐碱，抗氧化性能。应用：机械密封环、球阀、精密零部件。1.3.3 耐蚀无机非金属材料及其性能2、玻璃及其耐蚀性能特点：耐蚀。光滑、透明。耐温度急变性差、易碎。应用：容器等内衬。3、化工搪瓷及其耐蚀性能特点：力学性能和耐腐蚀性能双重优点。光滑易清洗应用：医药、酿造、合成纤维生产中。 1.3.3 耐蚀无机非金属材料及其性能4、石墨及其耐蚀性能特点：天然的，耐蚀性差。人工的，耐蚀性、优良的导热性、热膨胀系数小、耐温度急变性好、不污染介质、密度低、易于加工成

9、形。机械强度低、性脆。应用：热交换器、塔及塔件、管道、管件、盐酸合成炉等。1.4 高分子材料1、高分子化合物概念 由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。5103106之间。较好的强度、弹性和塑性等机械性能。2、高分子化合物的合成 将单体通过聚合反应聚合起来形成化合物的过程。也称为聚合物或高聚物。加聚反应：均加聚反应和共加聚反应。缩聚反应：均缩聚和共缩聚反应。1.4.1 概述3、高分子材料的分类和命名（1）分类按来源：天然高分子、合成高分子材料；按大分子链的几何形状：线型、支链型和体型；按大分子链的排列特点：无定型和晶态两种； 按极性：极性和非极性两种；按照实际用途：塑料、橡

10、胶、纤维和胶粘剂等。最本质和最重要的是按照化学组成： 碳链有机聚合物、杂链有机聚合物、元素有机聚合物、无机聚合物。（2）命名由化学结构命名: 化学组成和结构来命名。由原料单体命名: 单体为基础来命名。加聚类聚合物；缩聚类、共聚类聚合物。采用商品名称和代表符号：习惯使用其商品名称，例如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、涤纶或的确良（聚脂纤维）、腈纶或人造羊毛（聚丙烯腈纤维）、锦纶或尼龙（聚酰胺纤维）等。1.4.2 高分子材料的性能1、重量轻。2、高弹性：弹性变形量大、弹性模量低、拉伸时温度升高。3、滞弹性：应变不随作用力即时建立平衡。主要表现有：蠕变、应力松弛、滞后与内耗。4、塑性与受迫弹性：不立即

11、熔化，而先有一软化。不能回复变形。1.4.2 高分子材料的性能5、强度与断裂：强度：工程塑料强度很高。断裂：脆性断裂和韧性断裂。硬脆类高聚物、强硬类高聚物、强韧类高聚物、柔韧类高聚物、软弱类高聚物。6、韧性：韧性较好。冲击韧性，也称冲击强度。1.4.2 高分子材料的性能7、减摩、耐磨性：摩擦系数低，磨损率低。8、绝缘性：良好的绝缘体。9、耐热性：耐热性低。10、耐蚀性：耐蚀性好。11、老化 1.4.3 常用塑料1、塑料的组成 以有机合成树脂为主，与其他配料混合，通过加热、加压塑造成一定形状的产品。组成塑料的物质主要包括：合成树脂、填料（或增强材料）、固化剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃

12、剂。1.4.3 常用塑料2、常用塑料的分类及特性（1）按照热性能分：热塑性塑料：软化，可塑，变硬。线型聚合物。热固性塑料：软化，可塑，但固化后不再软化，也不溶于溶剂。体型聚合物。（2）按照使用范围分：通用塑料：应用范围广，生产量大。工程塑料：综合工程性能（包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性绝缘性能等）良好的各种塑料。耐热塑料：较高温度下工作的各种塑料。1.4.4 橡胶1、天然橡胶组成：橡胶树的树汁经过炼制的高弹性固体。不饱和异戊二烯（c5h8）高分子聚合物。 特点：力学性能较差；化学稳定性较好，耐强酸、有机酸、碱溶液和盐溶液的腐蚀，不耐强氧化性酸和芳香族化合物的腐蚀。 应用：设备防腐处理，软橡

13、胶；硬橡胶。2、合成橡胶组成：石油、煤、天然气。特点及其应用：丁基橡胶的突出特点是不透气性、较好的耐蚀性。硅橡胶无味、无毒，耐热性好。氟橡胶耐高温、耐油、耐强氧化剂和耐酸碱性能。1.5 复合材料1、概念由两种或更多种的物理和化学本质不同的物质，人工制成的一种多相固体材料。改善或克服弱点，发挥优点。可按照要求，给出配套性能，进行最佳设计。发挥不同功能的作用。2、分类玻璃纤维复合材料碳纤维复合材料硼纤维复合材料金属纤维复合材料1.5.1 概述1.5.2复合材料的性能特点1、比强度和比刚度高;2、抗疲劳性能好;3、减振能力强;4、高温性能好;5、断裂安全性高;6、减摩性、耐蚀性以及工艺性能也都较好;

14、7、横向拉伸强度、层间剪切强度是不高的，伸长率较低，冲击韧性不好，成本高。1.6 给水排水工程设备常用材料的选择原则1、满足机械性能（力学性能）的要求。2、满足腐蚀方面的要求。3、满足材料的经济性。课后作业1、如果制造一个大型容器，从耐硫酸腐蚀角度考虑，从铸铁、碳钢、不锈钢、陶瓷型复合材料中选择最佳材料，并说明其理由。 2、如果制造一个精密仪器，从加工性能方面考虑，分别从金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合型材料中选择各自相对最佳的材料，并说明其理由。课后思考题1、课本思考题19。2、上网下载由金属材料、非金属材料（无机、有机）、复合材料组成的给排水工程设备的图片。3、预习材料设备腐蚀、

15、防护。肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?啃?d怉?4 癮?0?2l豀/d 既 脝?窗? 兡蓟癟鑳 d?兗? t 穃$0嬅7d胒 d恆 溓?様?鸙捐 賰 u:hd j o?3葏蓇 3繼伞銨? 3覌耺缻d?b凓du鞁 ?v悏鳆鸖 卯嬺嬝擛吚憢 塒鼢 媀 ?塧x b ?6?镞p?塓 =?輧棵廤uq嬹?$嬭媇- $?痁墢?頢 s ;聈 %谶蚩魅婥? f ? ;u ?i7,嬤;雞嶂嬇槣郬杽 gz_ 摞?跌u孄?餽p嬑 jk萘秣?k贤wb#u 媜 7w兀?)鱱h秒?y? 麐z 蟏?=?傉哙?w+鶋| 渹?饓s 詐?瘙= 氙 ;鹵?y%惢_?&嬟嬸侢 ?s? v鄟?佹饟

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