化工设备机械基础1-8

1、化工设备机械基础 化工学院工程力学部分复习工程力学部分复习化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 杆件的拉压杆件的拉压例题例题2-1P30 计算如图所示杆件计算如图所示杆件1-1，2-2，3-3截面上的内力（轴力），设截面上的内力（轴力），设p=p=100N，Q=Q=200N。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力解：解：图图a1. 1-1截面截面 取截面右侧为研究对象，其轴力等于截面右侧所有取截面右侧为研究对象，其轴力等于截面右侧所有外力的代数和。外力的代数和。S1=P-Q=100-200=-100N，为负值，说明是压缩轴力。，为负值，说明是压缩轴力。2

2、.同理得同理得2-2截面截面上轴力：上轴力：S2=-Q=-200N（压）（压）图图b1. 1-1截面截面S1=P=100N（拉）（拉）2.2-2截面截面S2=P-Q=100-200=-100N（压）（压）3. 3-3 截面截面S3 =P=100N（拉）（拉） 例 求截面1-1，2-2，3-3上的轴力，画轴力图。 kNNkNNkNN5020304010203020321轴力图轴力图化工设备机械基础 化工学院受拉直杆内的应力受拉直杆内的应力1.应力的概念：应力的概念：RF =A= S/A= S/A化工设备机械基础 化工学院正应力正应力压应力压应力（负值负值）引起构件缩短，即压应变引起构件缩短，即压

3、应变（负值负值）拉应力拉应力（正值正值）引起构件伸长引起构件伸长，即拉应变即拉应变（正值正值） 按照以上应力的定义，将某点的应力沿空间按照以上应力的定义，将某点的应力沿空间三个坐标方向分解，得到两种应力：三个坐标方向分解，得到两种应力：正应力正应力方向垂直于横截面的应力，常以方向垂直于横截面的应力，常以表示表示切应力切应力方向平行于横截面的应力，常以方向平行于横截面的应力，常以表示表示化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能应力应力-应变曲线（应变曲线（p33图图212）Oepsb线弹性阶段线弹性阶段屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段应力应力-应变（应

4、变（-）图）图p-比例极限比例极限e-弹性极限弹性极限s-屈服极限屈服极限b-强度极限强度极限Q235-A b =375500MPa低碳钢低碳钢(C0.3%)拉伸实验拉伸实验滑移线颈缩化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能3.3.从拉伸试验中得到的力学性能参数从拉伸试验中得到的力学性能参数拉伸试验的四个阶段：拉伸试验的四个阶段：（1 1）弹性变形阶段与虎克定律）弹性变形阶段与虎克定律曲线ob段表示材料的弹性变形阶段。b点所对应的应力是保证材料不发生不可恢复变形的最高限值，此应力值称为弹性极限，用e表示。低碳钢的弹性极限e大约是210MPa。弹性阶段，应力与应变成直

5、线关系，Oa与横轴夹角为，则：tanEE ，或 此即此即胡克定律胡克定律，说明应力与应变成正比，比例常数，说明应力与应变成正比，比例常数E 叫做叫做弹性模量弹性模量。胡克定律同样适用于受压杆。胡克定律同样适用于受压杆。化工设备机械基础 化工学院OA段，比例极限P (弹性极限),Q235-A，200MPa ELLEAPEAPLL EAEA抗拉刚度抗拉刚度E E弹性模量，低碳钢弹性模量，低碳钢 E=(2.0-2.1)x10E=(2.0-2.1)x105 5MPaMPa化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能横向变形横向线应变ddddd1 横向变形系数或泊松比横向变形系数

6、或泊松比纵向线应变化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能 一般认为应力到达屈服极限是材料丧失工作能力的标志，零件的实际工作应力必须低于s。 名义屈服极限0.2： 0.2%的塑性应变所对应的应力。 滑移线或剪切线Q235-A s =235MPa化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能塑性良好材料拉伸塑性良好材料拉伸化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（3 3）强化阶段）强化阶段 经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的能力。这时，要使材料继续

7、变形需要增大应力。经能力。这时，要使材料继续变形需要增大应力。经过屈服阶段之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能过屈服阶段之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能力，称为应变硬化。硬化阶段的最高点所对应的正力，称为应变硬化。硬化阶段的最高点所对应的正应力，称为材料的应力，称为材料的强度极限强度极限（抗拉强度），并用（抗拉强度），并用b b。 抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标，它抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标，它是试件拉断前最大负荷下的应力，反映了材料是试件拉断前最大负荷下的应力，反映了材料抵抗抵抗断裂能力断裂能力的大小，是衡量材料强度的一个的大小，是衡量材料强度的一个重要重要指标。指标。低碳钢

8、的低碳钢的b b大约为大约为380MPa380MPa。由于外力作用的形式不同，有抗拉强度、由于外力作用的形式不同，有抗拉强度、抗压强度抗压强度、抗弯强度和抗剪强度抗弯强度和抗剪强度等。等。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（4 4）颈缩阶段）颈缩阶段当应力增长至最大值当应力增长至最大值b b之后，试样的某一局之后，试样的某一局部显著收缩，产生所谓部显著收缩，产生所谓“颈缩颈缩”。之后，。之后，使试件继续变形所需之拉力减小，应力使试件继续变形所需之拉力减小，应力应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在颈缩处断裂。颈缩处断裂。化工设

9、备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（5 5）试件断裂后的处理）试件断裂后的处理（塑性指标塑性指标）延伸率延伸率试件被拉断后对接起来测出其长度为试件被拉断后对接起来测出其长度为l l1 1，则，则l l1 1-l-l0 0是试是试件在被拉断后总的塑性伸长量，由此定义延伸率件在被拉断后总的塑性伸长量，由此定义延伸率：100100%lll值反映的是材料在断裂前值反映的是材料在断裂前最大最大能够承受的能够承受的塑性变形量塑性变形量，是是评价材料塑性好坏评价材料塑性好坏的一个指标。对于初始标距分别为的一个指标。对于初始标距分别为l l0 0=10d =10d 和和 l l0

10、0=5d=5d，延伸率表示为：，延伸率表示为：和和5 5。低碳钢的。低碳钢的值值为为202030%30%，认为具有良好的塑性，而灰铸铁的，认为具有良好的塑性，而灰铸铁的大约为大约为1%1%，认为是典型的脆性材料认为是典型的脆性材料一般认为一般认为：5%5%为塑性材料，为塑性材料，5%5%为脆性材料。为脆性材料。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能断面收缩率断面收缩率010AA100%A式中式中A A0 0是试件原始横截面面积，是试件原始横截面面积，A A1 1是试件拉断后是试件拉断后颈缩处测得的最小横截面面积。低碳钢的颈缩处测得的最小横截面面积。低碳钢的值值大约

11、为大约为60%60%。s s、b b、是工程上常用的性能指标，在是工程上常用的性能指标，在材料手册材料手册或机械设计手册中能查到。或机械设计手册中能查到。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能试件的中途卸载与重复拉伸试件的中途卸载与重复拉伸化工设备机械基础 化工学院反映材料力学性能的主要指标：反映材料力学性能的主要指标：l强度性能强度性能抵抗破坏的能力，用s和b表示。l弹性性能弹性性能抵抗弹性变形的能力，用E表示。l塑性性能塑性性能塑性变形的能力，用延伸率和截面收缩率表示。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院4.4.脆性材料受拉时的力学性能脆性材料受拉时的力学性能主要特点：

12、不发生颈缩主要特点：不发生颈缩00不产生伸长量不产生伸长量00只能测出断裂极限只能测出断裂极限b b，不能测，不能测 出其它极限。出其它极限。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能化工设备机械基础 化工学院灰铸铁b =205 MPa化工设备机械基础 化工学院二、压缩时材料的力学性能二、压缩时材料的力学性能材料压缩试验，通常采用短试样。材料压缩试验，通常采用短试样。塑性材料塑性材料：发生屈服前，与拉伸时应力：发生屈服前，与拉伸时应力应变曲线基本重应变曲线基本重合；屈服后，其应力合；屈服后，其应力应变曲线上翘，无断裂极限。应变曲线上翘，无断裂极限。脆性材料脆性材料：压缩断裂极限比拉伸断裂极限大

13、很多，通常是：压缩断裂极限比拉伸断裂极限大很多，通常是抗拉强度的抗拉强度的4 45 5倍。因此铸铁常被做成机座等承压构件。倍。因此铸铁常被做成机座等承压构件。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能低碳钢压缩低碳钢压缩铸铁压缩铸铁压缩塑性材料和脆性材料力学性能比较塑性材料和脆性材料力学性能比较塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料断裂前有很大塑性变形断裂前有很大塑性变形断裂前变形很小断裂前变形很小抗压能力与抗拉能力相近抗压能力与抗拉能力相近抗压能力远大于抗拉能力抗压能力远大于抗拉能力延伸率延伸率 5% 5%延伸率延伸率 5%5L/h5时，按时，按纯弯曲正应力计算，误差纯弯曲正应力计算，误差1%1%

14、。ZWM max 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23842022-6-2385 利用强度条件，可对梁进行强度校核、利用强度条件，可对梁进行强度校核、选择截面尺寸及确定许可荷载。选择截面尺寸及确定许可荷载。 ZWMmaxmax化工设备机械基础 化工学院2022-6-2386max max MWz zWMmax 化工设备机械基础 化工学院2022-6-2387 ZWMmaxmax化工设备机械基础 化工学院2022-6-2388支撑的合理布置支撑的合理布置 化工设备机械基础 化工学院2022-6-2389载荷的合理布置载荷的合理布置 化工设备机械基础 化工学院2022-6-2390 ZWM

15、maxmaxhAbhWz61621bAhbWz616222022-6-2391材料远离中性轴AWZ矩形0.167h；圆形0.125h；环形 0.205h 工字钢和槽钢(0.270.31)h 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23922022-6-2393变形后梁的轴线称为弹性曲线或挠曲线变形后梁的轴线称为弹性曲线或挠曲线挠度挠度 f f梁的挠曲线方程梁的挠曲线方程 f = f(x)f = f(x)转角转角 )(xfdxdf 2022-6-2394和 化工设备机械基础 化工学院2022-6-2395化工设备机械基础 化工学院2022-6-2396化工设备机械基础 化工学院本章作业：本章作业

16、：P83P83习题习题5.5.P84 P84 习题习题9.9.化工设备机械基础 化工学院2022-6-2398化工设备机械基础 化工学院2022-6-2399反向力偶反向力偶 B B端相对于端相对于A A端面的转角端面的转角，称为，称为 2022-6-23100 若已知圆周力若已知圆周力P P和轮子半径和轮子半径R R，则外力偶矩，则外力偶矩RFM 若已知若已知P(kW)和和n(r/min),60/2103nRFvFP mNnPM.,9550 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23101BACmmm Cmm 1ACmmm 2当矢的指向当矢的指向 离开截离开截面时扭矩为正，面时扭矩为正，

17、反反之为负之为负化工设备机械基础 化工学院2022-6-231022022-6-23103R R G2022-6-23104R R AndAM AndARM2 2022-6-23105 AndARM2 AdAJ2 令令： JRMn max JMn RJW 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23106 WMTmax 6 . 05 . 0一般：化工设备机械基础 化工学院2022-6-23107lR GRGl JRM 又又 JGlM JGMl 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23108mradJGM/ mJGM/180 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23复习结束 180JGM

18、要求精密度高、运转稳定的轴：要求精密度高、运转稳定的轴： =0.25o0.50o/m要求一般的轴：要求一般的轴： =0.50o1.0o/m要求精密度低的轴：要求精密度低的轴： =1.0o3.0o/m化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院2022-6-23111 根据物料与适宜工作条件选材根据物料与适宜工作条件选材 ：铸铁抗硫化氢：铸铁抗硫化氢 与与 、等等化工设备机械基础 化工学院2022-6-23112 、和和一、力学性能一、力学性能决定许用应力决定许用应力 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等强度、硬度、弹性、塑性、韧性等 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23113是指材料

19、抵抗外加载荷而不是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力致失效破坏的能力 分为：分为： 抵抗恒定外力抵抗恒定外力 抵抗冲击外力抵抗冲击外力冲击强度冲击强度 抵抗交变外力抵抗交变外力疲劳强度疲劳强度分为：分为： 常温下抵抗外力常温下抵抗外力 高温下抵抗外力高温下抵抗外力高温强度高温强度 低温下抵抗外力低温下抵抗外力低温强度低温强度化工设备机械基础 化工学院2022-6-23114常温强度指标：常温强度指标： 屈服强度和抗拉屈服强度和抗拉( (压压) )强度强度 屈强比适当屈强比适当 蠕变极限蠕变极限n 疲劳极限疲劳极限r , r= min/ max ,应力循环系数或应力比，如应力循环系数或应力比

20、，如-1,以以10106 6-10-107 7次不被破坏的应力次不被破坏的应力 （r r循环特性）循环特性） n0 化工设备机械基础 化工学院补充补充: :静应力与变应力静应力与变应力稳定变应力稳定变应力周期、应力幅和平均应力都周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力不随时间变化的变应力化工设备机械基础 化工学院2022-6-23116 局部抵抗能力局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标弹性、强度与塑性的综合性能指标布氏硬度布氏硬度(HB)(HB)、洛氏硬度、洛氏硬度(HRC(HRC、HRB)HRB)和维氏硬度和维氏硬度(HV)(HV) 低碳钢低碳钢 b b=0.36 HB=0.36

21、 HB 高碳钢高碳钢 b b=0.34 HB=0.34 HB 灰铸铁灰铸铁 b b=0.1 HB=0.1 HB化工设备机械基础 化工学院2022-6-23117延伸率延伸率 %100%1001 LLLP 断面收缩率 %1001 AAA 化工设备材料一般要求化工设备材料一般要求5=10%-20%=10%-20%化工设备机械基础 化工学院2022-6-23118 冲击韧度冲击韧度k，使其破坏所消耗的功或吸，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板低温容器所用钢板k值不得低于值不得低于30J/cm30J/cm2 2化工设备机械基础 化工学院2022-6

22、-23119二、物理性能二、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。泊松比等。化工设备机械基础 化工学院(1) (1) 密度密度 单位体积内的质量单位体积内的质量。如要求质量轻和惯性小的。如要求质量轻和惯性小的零件，均采用密度小的铝合金制造。零件，均采用密度小的铝合金制造。(2) (2) 熔点熔点 熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度。熔点高的金属材料可以用来制造耐高温零件。熔点高的金属材料可以用来制造耐高温零件。(3) (3) 导热性导热性

23、金属传导热量的能力称为导热性金属传导热量的能力称为导热性。一般说，。一般说，金属纯度越高，其导热能力就越大。制造散热器、金属纯度越高，其导热能力就越大。制造散热器、热交换器与活塞等零件时，常选用导热性好的金属。热交换器与活塞等零件时，常选用导热性好的金属。化工设备机械基础 化工学院(4) (4) 导电性导电性 金属传导电流的性能金属传导电流的性能。纯金属的导电性比合金好。纯金属的导电性比合金好。常用纯铜、纯铝做导电材料，用导电性差的铜合金和铝常用纯铜、纯铝做导电材料，用导电性差的铜合金和铝合金作电热元件。合金作电热元件。(5) (5) 热膨胀性热膨胀性 金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性金属随

24、着温度变化而膨胀、收缩的特性。(6) (6) 磁性磁性 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力。铁磁。铁磁性材料性材料( (在外加磁场中，能被强烈磁化到很大程度在外加磁场中，能被强烈磁化到很大程度) )、顺、顺磁性材料磁性材料( (在外加磁场中呈现十分微弱的磁性在外加磁场中呈现十分微弱的磁性) )、抗磁性、抗磁性材料材料( (能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料) )铁铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材料

25、。磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材料。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23122化工设备机械基础 化工学院2022-6-23123三、化学性能三、化学性能 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料选耐热材料化工设备机械基础 化工学院2022-6-23124化工设备机械基础 化工学院2022-6-23125化工设备机械基础 化工学院2022-6-23126 “铁碳合金铁碳合金”由由9595以上铁和以上铁和0.050.054 4碳及碳及1 1左右杂质元素所组成合金左右

26、杂质元素所组成合金 当含当含C C量小于量小于0.020.02时称时称( (工业纯铁工业纯铁) )； 含含C C量大于量大于4.34.3的的化工设备机械基础 化工学院2022-6-23127一、铁碳合金的组织结构一、铁碳合金的组织结构 在金相显微在金相显微镜下看到的金镜下看到的金属的晶粒，简属的晶粒，简称组织称组织化工设备机械基础 化工学院2022-6-23128 电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称称为金属的晶体结构，简称 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格 体心立方晶格塑性比面心立方晶格的

27、好，体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。而后者的强度高于前者。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23129铸铁中的铸铁中的C C以石墨形式存在，有不同的组织形貌。以石墨形式存在，有不同的组织形貌。 球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。片状石墨最差。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23130 体心立方晶格的纯铁称体心立方晶格的纯铁称，面心立方面心立方晶格的铁称为晶格的铁称为。 a a-Fe加热可变为加热可变为 -Fe，反之高温下的反之高温下的 -Fe冷却可变为冷却可变为a a-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生

28、变化的在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称现象，称“同素异构转变同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在纯铁的同素异构转变是在910910恒温下恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程是钢完成的。在固态下重新排列、结晶过程是钢进行热处理的依据。进行热处理的依据。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23131 C C在铁中的存在形式有在铁中的存在形式有、和和三种。三种。 两种或两种以上的元素在固态下互两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式。相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式。 三种不同的存在形式，形成了不同的碳三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。钢组织。

29、化工设备机械基础 化工学院2022-6-23132组元：纯铁、组元：纯铁、 FeFe3 3C C符号符号表示表示概念概念性能性能相相固相固相固溶固溶体体铁素体铁素体F碳溶于碳溶于Fe中中的间隙固溶体的间隙固溶体具有良好的塑性和韧性，具有良好的塑性和韧性，但强度硬度不高但强度硬度不高奥氏体奥氏体A碳溶于碳溶于Fe中中的间隙固溶体的间隙固溶体与溶碳量和晶粒大小有与溶碳量和晶粒大小有关，硬度较低而塑性较关，硬度较低而塑性较高，易于锻压成形高，易于锻压成形金属金属化合化合物物渗碳体渗碳体Fe3C具有复杂晶格的具有复杂晶格的间隙化合物间隙化合物硬度很高而塑性和韧性硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性极大几

30、乎为零，脆性极大液相液相L基本组织：基本组织： 单相组织：单相组织： F、A、 Fe3C 莱氏体莱氏体Ld：（：（A Fe3C ）在共晶点上得到，塑性韧性很差，是硬而脆的组织）在共晶点上得到，塑性韧性很差，是硬而脆的组织 珠光体珠光体P：（：（ F Fe3C ）在共析点上得到，具有良好的力学性能）在共析点上得到，具有良好的力学性能化工设备机械基础 化工学院2022-6-23133 C C溶解在溶解在a a-Fe中形成固溶体称中形成固溶体称。 a a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.0060.006），强度、硬度低，塑性和韧性很好。），强度、硬度低，塑性和韧性

31、很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23134 C C溶解在溶解在 -Fe铁中形成固溶体称铁中形成固溶体称。 -Fe原子间隙较大，原子间隙较大，C C的溶解度比的溶解度比a a-Fe中大中大得多，如在得多，如在723723时可溶解时可溶解0.80.8，在，在11471147时可达最大值时可达最大值2.062.06。 奥氏体组织是在奥氏体组织是在a a-Fe-Fe发生同素异构转变时发生同素异构转变时产生的。产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性性、韧性较

32、好，且无磁性。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23135 碳和铁形成一种化合物（碳和铁形成一种化合物（FeFe3 3C C）称）称。 熔点约熔点约16001600，硬度高，塑性几乎等于零。，硬度高，塑性几乎等于零。 铁碳合金含碳量小于铁碳合金含碳量小于2 2时，其组织是在铁时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。素体中散布着渗碳体，是碳素钢。 含含C C量大于量大于2 2时，部分时，部分C C以石墨形式存在，以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。有一定消震能力。化工设备机械基础 化工学院2022-6-2

33、3136 (F(FFeFe3 3C )C )用符号用符号P P表示表示 。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合了铁素体和渗碳体优点，即其强度、硬度比了铁素体和渗碳体优点，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。其组织为层片状结构，其综但比渗碳体要好得多。其组织为层片状结构，其综合力学性能好。合力学性能好。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23137 v莱氏体是由莱氏体是由AFe3C组成的一种机械混合物，用组成的一种机械混合物，用符号符号表示，其组织结构为渗碳体基体上分布的表示，其

34、组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，主要体现了渗碳体特点，硬度很高，塑奥氏体，主要体现了渗碳体特点，硬度很高，塑性极差，几乎为零性极差，几乎为零 。是一种较粗而硬的金相组织，。是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。存在于白口铸铁、高碳钢中。 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23138（白色） 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在子在a-Fe中过饱和的中过饱和的。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。几乎不能承受冲击载荷。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23139二、二、铁铁碳

35、碳合合金金状状态态图图化工设备机械基础 化工学院2022-6-23140钢在加热时形成单一的奥氏体组织。钢在加热时形成单一的奥氏体组织。按组织不同：按组织不同： 含含C C量量0.77%0.77%0.77% 含含C C量量=0.77%=0.77%化工设备机械基础 化工学院2022-6-23141 所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23142三、钢的热处理三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金

36、相组织以满足所要求的物理、化式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为学与力学性能，称为。化工设备机械基础 化工学院铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。退火的功能是：退火的功能是：退火可消除冷作硬化，恢复材料的良好退火可消除冷作硬化，恢复材料的良好塑性；细化铸焊工件的粗大晶粒，改善工件的机械性能；塑性；细化铸焊工件的粗大晶粒，改善工件的机械性能；消除残余应力，防止工件变形；可使高碳钢中的网状渗消除残余应力，防止工件变形；可使高碳钢中的网状渗碳体球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。碳体球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。是将工

37、件加热至某一温度（是将工件加热至某一温度（临界点以上临界点以上），），保温一段时间，然后保温一段时间，然后随炉随炉或埋入沙中或埋入沙中缓慢缓慢冷却下来，以冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理方法。得到接近平衡状态组织的一种热处理方法。化工设备机械基础 化工学院正火与退火的不同之处是在空气中冷却，冷却正火与退火的不同之处是在空气中冷却，冷却速度较快。经过正火处理的工件较退火处理硬度和强度要速度较快。经过正火处理的工件较退火处理硬度和强度要高。高。(1)(1)正火的温度较高正火的温度较高, ,退火的温度较低退火的温度较低. . (2)(2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快正火的冷却速度比退

38、火的冷却速度快. . (3)(3)使用效果不同，在渗碳处理以后，正火能消除网状渗碳使用效果不同，在渗碳处理以后，正火能消除网状渗碳体，退火则不能体，退火则不能. .对含碳量在对含碳量在0.25%0.25%以下的，以下的， 正火后可提高正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。 (4)(4)正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦( (指需要控制一定的冷却速度指需要控制一定的冷却速度) )。 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23145 加热至淬火温度加热至淬火温度( (临界点以上临界点以

39、上303050)50)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。 淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。度和耐磨性。 淬火剂：空气、油、水、盐水，冷却能力递增。淬火剂：空气、油、水、盐水，冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23146是淬火后进行的一种较低温度的加热是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。与冷却热处理工艺。 回火可以降低或消除零件淬火后的内回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。应

40、力，提高韧性。 在在150150250250范围内的回火称范围内的回火称“低低温回火温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。具，要进行低温回火处理。 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23147 温度是温度是300300450450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 温度为温度为500500680680。强度、韧性、塑性等都较好强度、韧性、塑性等都较好 淬火加高温回火习惯

41、上称为淬火加高温回火习惯上称为。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23148材料经固溶处理或冷塑变形材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。性能随时间而变化的过程。 时效可进一步消除内应力，稳定零件时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。尺寸，它与回火作用相类似。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23149 使零件表面层比心部具有更高的强度、使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心

42、部则具有硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。一定的韧性。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23150 渗碳、渗氮渗碳、渗氮( (氮化氮化) )、渗铬、渗硅、渗铝、氰、渗铬、渗硅、渗铝、氰化化( (碳与氮共渗碳与氮共渗) )等。等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性；渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23151 硫、磷、锰、硅、

43、氧、氮、氢等硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 有害元素。有害元素。FeSFeS和和 FeFe形成低熔点形成低熔点(985)(985)化合物。钢材热加工化合物。钢材热加工1150115012001200，过早熔化，过早熔化而导致工件开裂，称而导致工件开裂，称。 高级优质钢：高级优质钢：S S0.02%0.02%0.03%0.03%； 优质钢：优质钢：S S0.03%0.03%0.045%0.045%； 普通钢：普通钢：S S0.055%0.055%0.7%0.7%以下。以下。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23152 有害元素。虽能使强度、硬度增高，但有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、

44、冲击韧性显著降低。塑性、冲击韧性显著降低。 特别是在低温时，使钢材显著变脆，称特别是在低温时，使钢材显著变脆，称 使冷加工及焊接性变坏，使冷加工及焊接性变坏， 高级优质钢：高级优质钢： P P0.025%0.025%； 优质钢：优质钢： P P0.04%0.04%； 普通钢：普通钢： P P0.085%0.085%。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23153 脱氧剂。有益元素。脱氧剂。有益元素。 MnS(1600)MnS(1600)，部分消除硫的有害作用。，部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力，与锰具有很好的脱氧能力，与FeOFeO成为成为MnOMnO进进入炉渣，从而改善钢的品

45、质，特别是降低脆性，入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和硬度。提高强度和硬度。 在在0.5%0.5%0.8%0.8%以下时，看成是常存杂质。以下时，看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中，正常含锰量是优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.5%0.8%0.8%；高锰结构钢可达；高锰结构钢可达0.7%0.7%1.2%1.2%。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23154 脱氧剂。有益的元素。脱氧剂。有益的元素。 硅与硅与FeOFeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑

46、性、韧性降低。增加，塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在镇静钢中的含硅量常在0.1%0.1%0.37%0.37%，沸腾钢中只含有沸腾钢中只含有0.03%0.03%0.07%0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过由于钢中硅含量一般不超过0.5%0.5%，对，对钢性能影响不大。钢性能影响不大。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23155 有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。 FeOFeO、MnOMnO、SiO2SiO2、Al2O3Al2O3，使强度、，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧塑性降

47、低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。性等有严重影响。 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23156 长时间放置或在长时间放置或在200200300300加热氮以加热氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。性下降，发生时效。 钢液中加入钢液中加入AlAl、TiTi或或V V进行固氮处理，进行固氮处理，使氮固定在使氮固定在AlNAlN、TiNTiN或或VNVN中，可消除时效中，可消除时效倾向。倾向。 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23157 氢脆、白点等缺陷。氢脆、白点等缺陷。氢化物变形小氢化物变形小 组织缺陷处扩散氢，

48、时间长组织缺陷处扩散氢，时间长 化工设备机械基础 化工学院2022-6-23158建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）热钢）低碳钢、中碳钢和高碳钢低碳钢、中碳钢和高碳钢镇静钢和沸腾钢镇静钢和沸腾钢普通钢、优质钢和高级优质钢普通钢、优质钢和高级优质钢化工设备机械基础 化工学院 ：强度较低、塑性最强度较低、塑性最好。冷压及焊接性能好，适于制作焊制的化工容好。冷压及焊接性能好，适于制作焊制的化工容器及负荷不大的机械零件；器及负荷不大的机械零件；（2 2）中碳钢中碳钢 (0. (0.3 3 C

49、 0.6%)C 0.6%)：强度强度、塑性塑性适中，可通过热处理获得优良的综合机械性能，适中，可通过热处理获得优良的综合机械性能，用于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件；用于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件；强度、硬度较高，强度、硬度较高，塑性差，用来制作弹簧、钢丝绳等。塑性差，用来制作弹簧、钢丝绳等。化工设备机械基础 化工学院 质量等级质量等级A A，B B，C C，D D。A A 最差，最差，D D 最好最好 脱氧方法为脱氧方法为F F，b b，Z Z，TZTZ（后两者标注可省略后两者标注可省略）。 化工压力容器用钢一般选用镇静钢化工压力容器用钢一般选用镇静钢Z Z。 普通碳素钢有普

50、通碳素钢有 Q235-AQ235-A，屈服强度数值（，屈服强度数值（MPaMPa）还包括：还包括：Q195Q195、 Q215Q215、Q255Q255及及Q275Q275，共共5 5个钢种。个钢种。 碳钢有普通与优质两种。区别？碳钢有普通与优质两种。区别？Q195Q195、 Q275Q275不分级；不分级；Q215Q215、Q255Q255分为分为A A、B B两个等级。两个等级。Q235Q235分为分为A A、B B、C C、D D四个等级四个等级化工设备机械基础 化工学院2022-6-23161 S S0.03%0.03%0.045% 0.045% ；P P0.04%0.04% 08 0

51、8、1010、1515、2020、2525、3030、3535、4040、4545、5050、8080等。平均含碳量的万分之几。等。平均含碳量的万分之几。 4545号钢中含碳量平均为号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%0.45%(0.42%0.50%)0.50%)。 45Mn45Mn，锰含量较高的优质非合金钢。，锰含量较高的优质非合金钢。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23162 （含（含C C0.25%0.25%），如），如0808、1010、 1515、2020、2525；塑性好，焊接性能好，壳体、；塑性好，焊接性能好，壳体、接管。接管。 （含（含C C量量0.3%0.3%0.

52、60%0.60%）, ,如如3030、3535、4040、4545、5050与与5555； 4545号钢搅拌轴号钢搅拌轴 （含（含C C0.6%0.6%），如），如6060、6565、7070、8080。6060、6565钢主要用来制造弹簧，钢主要用来制造弹簧，7070、8080钢用来制造钢丝绳等。钢用来制造钢丝绳等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23163 S S0.02%0.02%0.03%0.03%； P P0.025%0.025%，均，均0.03%0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个它的表示方法是在优质钢号后面加一个A A字，字，如如20A20A。化工设备机械基础

53、 化工学院化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院碳素工具钢碳素工具钢如如T8T8表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.80.8的优质碳素工具钢。若的优质碳素工具钢。若牌号末尾加牌号末尾加“A A”，表示钢中硫、磷含量较少，为高，表示钢中硫、磷含量较少，为高级优质钢，如级优质钢，如T10AT10A。化工设备机械基础 化工学院优质铸造碳钢优质铸造碳钢如ZG200 400表示。S200 MPa，b400 MPa的铸钢。化工设备机械基础 化工学院如如20R20R，16MnR16MnR。R R 容容 碳钢有普通与优质两种。区别？碳钢有普通与优质两种。区别？如如20g20g，20G20G。g,

54、Gg,G 锅，小写板，大写管锅，小写板，大写管如如HP245HP245HP365HP365。数字表示屈服极限。数字表示屈服极限化工设备机械基础 化工学院2022-6-23169钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢压力容器用热扎厚钢板）压力容器用热扎厚钢板） 4mm4mm6mm6mm厚度间隔为厚度间隔为0.5mm0.5mm 6mm 6mm30mm30mm厚度间隔为厚度间隔为 lmmlmm 30mm 30mm60mm60mm厚度间隔为厚度间隔为2mm2mm 一般碳素钢板材有一般碳素钢板材有 Q235-AQ235-A、 Q235-AQ235-AF F、0808、1010、1515

55、、2020等。等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23170 无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。无缝钢管有冷轧和热轧。 普通无缝钢管常用材料有普通无缝钢管常用材料有1010、1515、2020等。等。 专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌水煤气管，分镀锌( (白铁管白铁管) )和不镀锌和不镀锌( (黑铁管黑铁管) )两种。两种。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23171（1 1）圆钢和方钢）圆钢和方钢 Q235

56、Q235AFAF、2020、2525、4545及合金钢，主要用来制造各种及合金钢，主要用来制造各种轴件；轴件；（2 2）扁钢）扁钢 Q235AQ235A、Q235Q235AFAF、2020及及1616MnMn等，常用作各类桨叶。等，常用作各类桨叶。（3 3）角钢、工字钢及槽钢）角钢、工字钢及槽钢 Q235AQ235A、Q235Q235AFAF、及及1616MnMn等，可做各类设备的支架、等，可做各类设备的支架、塔盘支承及各类加强结构。塔盘支承及各类加强结构。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23172 铸钢用铸钢用 ZGZG表示，表示， ZG25ZG25、 ZG35ZG35等，等，用于制

57、造各种承受重载荷的复杂零件，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。如泵壳、阀门、泵叶轮等。 锻钢有锻钢有0808、1010、1515、5050等牌号。等牌号。石油化工容器用石油化工容器用2020、2525等制作管板、法等制作管板、法兰、顶盖等。兰、顶盖等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23173五、铸铁五、铸铁 含含C C量量2%2%以上，含有以上，含有S S、P P、SiSi、MnMn等杂质。等杂质。 脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。耐磨性、减振性及切削加工性。 在一些介质在一些介质(

58、(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等溶剂等) )中有相当好的耐腐蚀性能。中有相当好的耐腐蚀性能。 铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23174 2.7% 2.7%4.0%4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。，片状石墨形式，断面暗灰色。 有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、泵体泵体( (机座、管路附件等机座、管路附件等) )。 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联

59、碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。 HTHT和抗拉强度和抗拉强度 b值表示，如值表示，如 HT100HT100，其中，其中100100表示表示 b100MPa100MPa。 常用灰铸铁牌号有常用灰铸铁牌号有HT100HT100、 HT150HT150、 HT200HT200、 HT250HT250、 HT300HT300、 HT350HT350。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23175 简称球铁。简称球铁。 在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。铁，甚至接近钢材。 用用QTQT、抗拉强度值、延伸率表示，如、抗

60、拉强度值、延伸率表示，如QT400-18QT400-18，其中，其中400400表示表示 b400MPa400MPa，1818表表示示 =18%。化工设备机械基础 化工学院2022-6-23176 有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。 强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂 热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的设备，否则容易产生裂纹。较大的设备，否则容易产生裂纹。 常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器牌号有：牌号有：STSi11Cu2CrRST