第二三四五六章材料的力学性能(修改后)

1、第三章第三章 材料的力学性能材料的力学性能 定义：定义：材料在外力作用下不产生超过允许的变形材料在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。或不被破坏的能力。 强强度度塑塑性性当金属材料承受载荷消当金属材料承受载荷消失，仍发生明显的失，仍发生明显的塑性塑性变形变形，这种现象就称为，这种现象就称为屈服。屈服。 1、强度：固体材料在外力作用下能产生塑性变形强度：固体材料在外力作用下能产生塑性变形或断裂的应力或断裂的应力。 持久持久强度强度D蠕变蠕变强度强度n屈服屈服强度强度s(0.2)抗拉抗拉强度强度b疲劳疲劳强度强度n1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变强度：固体材料在外力作用下抵

2、抗产生塑性变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 金属在拉伸条件下，金属在拉伸条件下，从开始加载到发生从开始加载到发生断裂所能承受的最断裂所能承受的最大应力值，叫作大应力值，叫作抗抗拉拉强度强度。 持久持久强度强度D蠕变蠕变强度强度n屈服屈服强度强度s(0.2)抗拉抗拉强度强度b疲劳疲劳强度强度n常温拉应力下常温拉应力下20号钢的拉抻试验号钢的拉抻试验 L0=10d0L0= 5d0或或杆的绝对伸长量：杆的绝对伸长量：L= L1-L0杆的相对变形：杆的相对变形：线应变线应变 =L/L常温拉应力下常温拉应力下20号钢的拉抻试验号钢的拉抻试验 拉伸应力拉伸应力-应变曲线应变曲线从开始加载到发生断裂所从开

3、始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫能达到的最大应力值，叫做抗拉做抗拉强度强度。 开始出现塑性变形时的应开始出现塑性变形时的应力，称为力，称为“屈服屈服强度强度”s ss s sb7（1 1）许用应力和安全因数）许用应力和安全因数 snss n 安全因数安全因数 许用应力许用应力 s工程设计时，为了构件工作安全，强度应留有必要工程设计时，为了构件工作安全，强度应留有必要的储备的储备。 塑性材料拉压时的塑性材料拉压时的许用应力许用应力和和强度条件强度条件常温拉应力下常温拉应力下其他塑性材料其他塑性材料的拉抻试验的拉抻试验 一些合金没有明显的屈服点一些合金没有明显的屈服点,规定规定发生发生0.

4、2%塑性形变时的应力，作塑性形变时的应力，作为为“名义屈服名义屈服强度强度”。记作记作0.20.2%0.2常温拉应力下常温拉应力下脆性材料脆性材料的拉抻试验的拉抻试验 在断裂破坏前，几乎没有塑性变在断裂破坏前，几乎没有塑性变形形,只有一个只有一个抗拉抗拉强度强度bb10（2 2）安全因数和许用应力）安全因数和许用应力 b或snss塑性材料的许用应力塑性材料的许用应力 0.2sss或nnsss脆性材料的许用应力脆性材料的许用应力 bbnss n 安全因数安全因数 许用应力许用应力 s工程设计时，为了构件工作安全，强度应留有必要工程设计时，为了构件工作安全，强度应留有必要的储备的储备。 拉压时的拉

5、压时的许用应力许用应力和和强度条件强度条件11（2 2）强度条件）强度条件 NmaxFAss NmaxFAss根据强度条件，可以解决三类强度计算问题根据强度条件，可以解决三类强度计算问题l 强度校核：强度校核： NFAsl 设计截面：设计截面： sAFNl 确定许可载荷：确定许可载荷：FN构件受力，构件受力，N；A横截面积横截面积12例题例题强度极限强度极限b=700MPa的钢丝，承受拉力的钢丝，承受拉力FN=2kN 。取安全系数取安全系数nb =5，求钢丝的直径。，求钢丝的直径。N2000FAA解：解： 钢丝钢丝受到的力受到的力许用应力许用应力 b700140MPa5nss44 14.34.

6、3mmAd 22000=14.3 mm140NFAs()钢丝的直径为钢丝的直径为 N FAsQ1 1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的能力。形和断裂的能力。 在某高温下，试件在某高温下，试件在在1010万小时内万小时内的塑的塑性应变值不超过性应变值不超过1%1%，能够承受的最高应能够承受的最高应力值力值。持久持久强度强度D蠕变蠕变强度强度n屈服屈服强度强度s(0.2)抗拉抗拉强度强度b疲劳疲劳强度强度n材料在长时间材料在长时间高温高温、应力小于应力小于s下也会产生塑性变形下也会产生塑性变形蠕变蠕变高温高压下法兰泄漏高温高压下法兰泄漏高

7、高温温 材料在材料在高温高温下，下，1010万万小时内小时内断裂时的应力断裂时的应力作为作为持久持久强度强度。 1 1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的能力。形和断裂的能力。 持久持久强度强度D蠕变蠕变强度强度n屈服屈服强度强度s(0.2)抗拉抗拉强度强度b疲劳疲劳强度强度n化工设备设计寿命一般为化工设备设计寿命一般为1010万小万小时内时内。高高温温材料在材料在交变载荷交变载荷作用下，作用下，会在远低于材料本身的屈会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把种现象就是疲劳。我们把经过经过1

8、06108次次循环试验循环试验而不发生断裂的最大应力，而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。作为疲劳强度。1 1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久持久强度强度D蠕变蠕变强度强度n屈服屈服强度强度s(0.2)抗拉抗拉强度强度b疲劳疲劳强度强度n疲劳断裂疲劳断裂2、塑性塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：主要有两个塑性指标：1000100%100%LLLLL0100100%100%AAAAA延伸率延伸率断面收缩率断面收缩率L0L1A0A1

9、材料的力学性能所包括的强度、塑性材料的力学性能所包括的强度、塑性, ,使用时使用时要考虑温度的变化。要考虑温度的变化。ssTTss第三节金属材料的分类及牌号第三节金属材料的分类及牌号一、分类一、分类1、黑色金属的分类、黑色金属的分类黑黑色色金金属属铸铁（生铁）铸铁（生铁）钢钢含碳量含碳量0.022% 含碳量含碳量2% 含碳量 4.3% 无实用价值！合金钢合金钢2、钢的分类钢的分类按质量分：按质量分：钢钢碳素工具钢碳素工具钢普通碳素结构钢普通碳素结构钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢含碳量逐渐降低含碳量逐渐降低二、钢铁牌号及表示方法（二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000GB/T221-

10、2000） 1、碳素工具钢：、碳素工具钢：T 含碳量的数值含碳量的数值 常用常用T8Mn，T9，T10222.2.钢号表示法钢号表示法例：例：碳素工具钢碳素工具钢T 8 MnA类别为类别为A含有较高的含有较高的Mn元素元素含碳量以千分之几表示含碳量以千分之几表示碳素工具钢碳素工具钢钢号含碳量以千分之几表示钢号含碳量以千分之几表示二、钢铁牌号及表示方法（二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000GB/T221-2000） 2、普通碳素结构钢（、普通碳素结构钢（GB700-88）代表钢材屈服点的字母代表钢材屈服点的字母 屈服点的数值屈服点的数值 材料质量等级符号材料质量等级符号 脱氧方法符号

11、，脱氧方法符号，钢钢沸腾钢沸腾钢F半镇静钢半镇静钢b镇静钢镇静钢Z特殊镇静钢特殊镇静钢TZ脱氧程度逐步提高脱氧程度逐步提高3、优质碳素结构钢（、优质碳素结构钢（GB711-88）较普通碳素结构含较普通碳素结构含S、P量较少，表面质量量较少，表面质量较好。较好。25钢号表示法钢号表示法例：例：优质碳素钢优质碳素钢08F 20 R 沸腾钢沸腾钢含碳量为含碳量为0.08%；容器钢容器钢含碳量为含碳量为0.2%普通碳素钢普通碳素钢Q235-A,F沸腾钢沸腾钢类别为类别为A（A,B,C,D钢材质量等级钢材质量等级,越后越高）越后越高）钢材屈服点钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母屈服点屈字的拼音

12、首位字母钢号含碳量以万分之几表示钢号含碳量以万分之几表示二、钢铁牌号及表示方法二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000） 4、合金（高强度）钢、合金（高强度）钢在碳素钢的基础上加入少量合金元素。在碳素钢的基础上加入少量合金元素。特别：锅炉钢和容器钢特别：锅炉钢和容器钢主要用于壳体或锅炉承压元件。主要用于壳体或锅炉承压元件。如如16MnR，15MnVR，18MnMoNb等。等。15MnVR 15含碳量含碳量0.15%； Mn、V合金元素；合金元素； R 容器钢。容器钢。二、钢铁牌号及表示方法：二、钢铁牌号及表示方法： 5、特殊性能钢、特殊性能钢主要指不锈耐酸钢主要指不锈耐酸钢铬不锈钢，如

13、铬不锈钢，如1Cr13铬镍不锈钢，如铬镍不锈钢，如0Cr18Ni9含铬量为含铬量为13%含有较高的含有较高的Cr元素元素含碳量为含碳量为0.1%含镍量为含镍量为9%含有较高的含有较高的Ni元素元素含镍量为含镍量为18%含有较高的含有较高的Cr元素元素含碳量为小于含碳量为小于0.08%28 低合金钢低合金钢16MnR 16含碳量含碳量0.16%； Mn合金元素；合金元素； R 容器钢。容器钢。 特殊性能钢特殊性能钢1Cr18Ni9 1含碳量含碳量0.1%（千分数）；（千分数）； Cr,Ni主要合金元素；主要合金元素； 18含铬量含铬量18%； 9 含镍量含镍量9%。练习：练习：二、化学性能二、化

14、学性能1 1、耐腐蚀性、耐腐蚀性金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 2 2、抗氧化性、抗氧化性在现代工业生产中的许多高温化工设备，在在现代工业生产中的许多高温化工设备，在高温工作高温工作条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气体介质如水蒸气，体介质如水蒸气，CO2、SO2等的氧化腐蚀作用，因此等的氧化腐蚀作用，因此锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的含量对钢的氧化是有一定影响

15、的。含量对钢的氧化是有一定影响的。 表表1-2 压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板钢板牌号牌号 使用温使用温度度 设计设计压力压力MPa 壳体钢壳体钢板厚度板厚度mm 其它限制其它限制 Q235-B 0350 1.6 20 不得用于毒不得用于毒性程度为高性程度为高度或极度危度或极度危害介质的压害介质的压力容器力容器 Q235-C 0400 2.5 30 强度低强度低 耐腐蚀差耐腐蚀差温度使用范围窄温度使用范围窄缺点：缺点：2、合金元素对钢材性能的影响、合金元素对钢材性能的影响 铬铬(Cr)不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。 锰锰(

16、Mn)提高钢材的强度和硬度。提高钢材的强度和硬度。 镍镍(Ni) 提高耐碱能力提高耐碱能力 钼钼(Mo) 能提高不锈钢对氯离子的抗能提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力能提高钢的耐热强度。蚀能力能提高钢的耐热强度。 钛钛(Ti)为防止焊接处发生腐蚀为防止焊接处发生腐蚀 20R 优质碳素钢，韧性好，硬度低优质碳素钢，韧性好，硬度低 16MnR 优质碳素钢，加了锰，提高硬度优质碳素钢，加了锰，提高硬度 15CrMoR 优质碳素钢，加了铬，提高腐蚀性优质碳素钢，加了铬，提高腐蚀性，钼，提高耐热，氯离子的腐蚀，钼，提高耐热，氯离子的腐蚀2、合金元素对钢材性能的影响、合金元素对钢材性能的影响一、压力容器用钢的基

17、本要求一、压力容器用钢的基本要求 较高的强度，良好的塑性、韧性，良好的焊接较高的强度，良好的塑性、韧性，良好的焊接性和耐腐蚀性。性和耐腐蚀性。二、常用钢材介绍二、常用钢材介绍 钢板钢板 碳素结构钢钢板碳素结构钢钢板 在压力容器中可供选用的牌号有在压力容器中可供选用的牌号有Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C 压力容器用优质碳素钢和低合金钢钢板压力容器用优质碳素钢和低合金钢钢板 这类材料属于一般压力容器专用钢板这类材料属于一般压力容器专用钢板，常见的有常见的有 20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、 18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR等 低

18、温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器用低合金钢钢板 常见的有常见的有 16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR、07MnNiCrMoVDR等等 不锈钢钢板不锈钢钢板 常见的有常见的有 0Cr13、0Cr18Ni9 、0Cr18Ni10Ti 、 0Cr17Ni12Mo2Ti 、0Cr19Ni13Mo3等等 第四节 化工设备的腐蚀及防腐1.1.定义：定义：金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。破坏现象。2.2.类型类型（腐蚀过程有无电流产生）（腐蚀过程有无电流产生）1 1）化学腐蚀（如氢腐蚀）化学腐蚀（如氢腐蚀）2 2）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）3.金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法：1）重量法）重量法 试验测定，单位表面、单位时间腐蚀引起试验测定，单位表面、单位时间腐蚀引起的质量变化量。的质量变化量。K=P0-P1/Ft式中：式中：K腐蚀速度，腐蚀速度，g/(m2h) P0，P1试件前后质量试件前后质量 F试件与腐蚀介质接触的面积试件与腐蚀介质接触的面积 t腐蚀作用的时间腐蚀作用的时间372）深度法）深度法用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速度。度。