化工机械基础课件第八章

第8章

化工设备材料§8.1概述§8.2材料的性能§8.3碳钢与铸铁§8.4合金钢§8.5有色金属材料§8.6非金属材料§8.7化工设备的腐蚀

§8.1概述在设计和制造石油化工设备时，合理选择和正确使用材料是十分重要的。如果材料选择不当，就可能发生设备事故，甚至造成人身安全事故。化工设备选材的重要性和复杂性 1.操作条件的限制 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制选材要遵循 适用、安全和经济的原则。1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者号”升空几十秒钟后爆炸，机上7名宇航员全部遇难，损失12亿美元。原因:一个合成橡胶密封圈弹性不够,失效。

§8.2材料的性能材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工工艺性能。材料的性能使用性能工艺性能物理性能化学性能

力学性能

铸造性焊接性锻造性切削加工性一、金属材料的力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。力学性能指标主要有：强度、塑性、韧性、硬度四个指标。1.强度强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。屈服强度σs表示材料抵抗塑性变形的能力强度抗拉强度σb表示材料抵抗断裂的能力材料在常温、静载荷下的两个强度指标σsσb屈强比（σs/σb）工程上用的金属材料，不仅需要材料σs或σb高，而且希望有一定的屈强比（σs/σb）。屈强比↓，零件可靠性↑。但屈强比太小，材料有效利用率低。一般0.75左右较合适。σsσb材料的强度随温度的升高而降低。高温下材料的强度随时间的延长而降低。高温下材料的变形量随时间的延长而增加。高温强度指标之一:

持久极限σD材料在一定温度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称为持久极限，用sD表示。通过高温拉伸持久试验测定。材料高温下抵抗断裂能力大小的指标。温度对低碳钢影响温度对材料力学性能影响金属材料在一定高温（>400℃）和一定应力作用下，即使构件上的应力不变，塑性变形却随时间而缓变增加，直至破坏。这种现象称为蠕变，变形称蠕变变形。高温高压蒸汽管道，虽然其承受的应力<<σts

，但在长期的使用中，会产生缓慢而连续的变形，使管径日趋增大，最后可能导致破裂。这就是蠕变破坏。蠕变极限:一定温度下、规定时间内达到一定量的总变形或达到规定蠕变速度时的应力，称蠕变极限，用sn表示。材料抵抗蠕变能力大小的指标。高温强度指标之二:

蠕变极限σn交变载荷下的疲劳破坏A许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种应力称为交变应力(也称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服极限，但经过较长时间的工作后，产生裂纹或突然发生断裂的现象，称为金属的疲劳破坏。r=σmin/σmax=-1金属材料在交变应力作用下，经受“无限次”（107次）循环而仍不破坏的最大应力称为疲劳极限，用σ-1表示。疲劳极限σ-1疲劳破坏的特点抵抗能力：交变载荷破坏形式：突然断裂机械零件80%都是疲劳破坏。2.塑性材料在外力作用下，产生塑性变形（永久残余变形）而不断裂的能力，称为塑性。工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指标。（1）延伸率δ试样在拉断后的相对伸长量称为延伸率（伸长率），用符号δ表示，即：式中：L0——试样原始长度(标距)；

L1——试样拉断后的长度。σsσb试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号ψ表示，即（2）截面收缩率ψ式中：A0——试样原始横截面积；

A1——试样拉断后的颈缩处最小横截面积。A0锻造、成型加工（弯卷、冲压）：δ↑

。静载荷作用下零部件：δ↑，可使材料产生塑性变形而避免发生突然的折裂。材料的延伸率和截面收缩率越大，材料的塑性就越好。工程上，将延伸率δ≥5%的材料，称塑性材料。延伸率δ＜5%的材料，称脆性材料。3.冲击韧性材料抵抗冲击的能力称为冲击韧性，用冲击韧度αk来衡量。Ak

=G·H1―G·H2冲击韧度为：a

k=Ak/F，单位为J/cm2摆锤冲断试样消耗的功：一次摆锤冲击试验韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。材料的a

k值愈大，韧性和塑性就愈好，材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。韧性高的材料，塑性好；塑性较高的材料，韧性也好。【判断题】判断正误并说出理由：【答】韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。理由：韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。静载荷下能够缓慢塑性变形的材料．在动载荷下不一定能迅速塑性变形。

4.硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，也反映材料抵抗其它物体压入的能力；硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。通常材料的强度越高，硬度也越高；工程上常用的硬度指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC、HRB）等。低碳钢σb=0.36

HB高碳钢σb=0.34

HB灰铸铁σb=0.1

HB根据经验，大部分金属的硬度和强度之间有这样近似关系：（1）布氏硬度布氏硬度试验，是由瑞典的布利涅尔（Brinell）于1900年提出来的。加载（P压入）→保持一定时间→卸载→测量压痕直径d（用刻度放大镜测）→

计算压痕的球缺面积F。布氏硬度值HB=P/F布氏硬度的单位为kgf/mm2，一般不写。HBS—压头用淬火钢球(<450),

HBW—压头用硬质合金球(<650)。因钢球本身变形，不能测太硬的材料，测各种硬度不高的钢材、铸铁、有色金属等。特点：测定的数据准确、稳定。但测量麻烦，压痕大，不适于薄件，成品件，主要测毛坯、半成品。将标准压头用规定压力压入被测材料的表面，根据压痕深度h来确定硬度值；根据压头材料及所加的载荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种;洛氏硬度操作简便，应用范围广，压痕小，硬度值可硬度计上直接读出，所以得到更为广泛的应用；其缺点是：由于压痕小，测量误差稍大，因此常在工件不同部位测量数次，再取平均值。（2）洛氏硬度洛氏硬度是由美国的洛克威尔（S.P.Rockwell和H.M.Rockwell）于1919年提出来的.硬度符号压头类型总载荷（N）硬度有效范围使用范围HRA金刚石圆锥体588.470～85硬质合金、表面淬火钢等HRB直径为1.588mm钢球980.725～100（相当HB60～230）软钢、退火钢、铜合金等HRC金刚石圆锥体1471.120～67(相当HB230～700)调质钢、淬火钢等三种洛氏硬度的试验条件及应用范围洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。材料的力学性能包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指标，强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。T

T

力学性能小结二、物理性能常用金属的物理性能参见教材P103页表8-1三、化学性能1.耐腐蚀性耐腐蚀性是指材料抵抗各种介质（气、液）腐蚀破坏的能力；石油化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性不强，必将影响设备使用寿命。常用金属材料在酸碱盐类介质中的耐蚀性见表8-2。常用金属材料在酸碱盐类介质中的耐蚀性介质浓度%

温度℃255080100120150硝酸<3040~60708090100

─

─

─

─

○

×

─

─

×

─

○

×

─

○

○

─

○

○

×

─

×图例

－优良腐蚀速度＜0.05mm/y

良好腐蚀速度0.05~0.5mm/y

○

可用,但腐蚀较重腐蚀速度0.5~1.5mm/y

X

不适用，腐蚀严重腐蚀速度>1.5mm/yCr18Ni9不锈钢在硝酸中的耐蚀性常见介质中最耐蚀的金属材料钛合金＞不锈钢＞低合金钢＞灰铸铁＞碳钢。铝、铝合金在大气和水中耐蚀。青铜＞黄铜＞铜（大气和海水中）；青铜尚耐有机酸稀溶液腐蚀。常见金属材料耐蚀性比较钢铁在高温时，与自由氧及水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化作用（表面生成疏松多孔FeO，易剥落）。氧化会使钢的力学性能降低，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳强度。2.高温抗氧化性高温抗氧化性指材料在迅速氧化后，能在表面形成一层连续致密并与母体结合牢靠的膜，从而阻止进一步氧化的特性。碳钢中加Cr(WCr＞13%)、Si(WSi＞5%)和Al（WAl＞5%）等合金化后，靠致密、牢固的高熔点氧化膜（Cr2O3、SiO2和Al2O3）而抗氧化。四、加工工艺性能可铸性是指材料是否容易铸造，获得优质铸件的能力。铸造性好的材料，液态时材料流动性好，在浇注铸件时，能充满比较复杂的铸型，故能浇注较薄的和形状复杂的铸件。铸造性好的材料，铸造时不容易出现气孔、砂眼、裂纹、变形等缺陷。铸件质量比较高。常用金属材料中，灰铸铁和锡青铜铸造性能好。1.可铸性铸造：将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸模空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法.典型铸造工艺示意图2.可锻性可锻性是指材料承受锻造（压力加工）而变形的能力。锻造性好的材料，高温时塑性好，锻压所需外力小。低碳钢的可锻性比中碳钢和高碳钢好，碳钢比合金钢可锻性好。铸铁是脆性材料，不能锻压加工。压力加工：靠外力使金属材料产生塑性变形而得到预定形状与性能的毛坯或零件的加工方法。典型压力加工工艺示意图焊接性是指材料是否易于焊接在一起，并能保证焊缝质量的能力。焊接性好的材料，可用一般的焊接方法进行焊接，不易出现裂纹、气孔、夹渣等缺陷。低碳钢具有优良的焊接性，而铸铁、铝合金焊接性就很差。3.焊接性切削加工性是指材料是否易于切削加工的能力。切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。它与材料种类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态等许多因素有关。灰铸铁（HT150、HT200）、碳钢切削加工性好。4.切削加工性钢和铸铁是工程中应用最广泛、最重要的金属材料。它们都是铁碳合金。它们的主要区别就是含碳量不同。

§8.3碳钢与铸铁一、铁碳合金的组织结构晶体结构

金属中的原子按一定的次序有规则排列晶格

晶体结构的几何抽象晶胞

组成晶格的最小几何单元晶粒

组成多晶体的小单晶体晶界

晶粒（小晶体）之间的交界单晶体：晶体内部晶格位相完全一致1、金属的组织与结构2、纯铁的同素异构转变纯铁在不同的温度下具有两种不同的晶格类型。体心立方晶格（<912℃>1394℃）面心立方晶格（912-1394℃）同素异构转变金属在固态下因温度改变晶格类型也发生改变的现象。同素异构转变在912℃恒温下完成1394°C912°C体心立方面心立方体心立方

δ-Feγ-Feα-Fe意义：可以通过热处理的方法（加热、保温、冷却）来改变材料组织从而改变材料的性能。3.碳钢的基本组织纯铁的塑性很好，但强度低，而且冶炼困难，价格昂贵。工业上应用的铁碳合金（在铁中加入少量的碳）。含碳量对碳钢的性能影响很大。加入少量的碳后，材料强度明显增加。工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b=180～230MPa，屈服强度2.0＝100～170MPa，伸长率～80HBS。工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b=180～230MPa，屈服强度2.0＝100～170MPa，伸长率～80HBS。工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b=180～230MPa，屈服强度2.0＝100～170MPa，伸长率～80HBS。伸长率δ=30～50％抗拉强度σb=180～230MPa屈服强度σs＝100～170MPa硬度为50～80HBS工业纯铁性能Wc<=0.0218碳溶解在α铁中形成的固溶体称为铁素体。α铁原子间隙小，在室温下只能溶解0.008%的碳，故强度、硬度很低，但塑性、韧性很好，性能与纯铁相近。铁素体F奥氏体

A渗碳体Fe3C珠光体P莱氏体Ld碳溶解在γ铁中形成的固溶体称为铁素体。γ铁原子间隙大，故碳的溶解度比在α铁大，在723℃可溶解0.8%，在1147℃可最大溶解2.06%。强度、硬度低，塑性、韧性好。碳和铁形成化合物Fe3C（碳化铁），称为渗碳体，它是特殊的晶格，含碳量6.69%。硬度很高，强度低，塑性、韧性极低(又硬又脆)。常温下，碳在α铁中溶解度很低，大部分碳以渗碳体的形式存在。球光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，性能介于铁素体与渗碳体之间，强度、硬度比铁素体显著提高，塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体好得多。（强度、硬度、塑性适中）奥氏体与渗碳体的机械混合物，硬度高，粗而硬，存在铸铁和高碳钢中。碳在铁中的存在形式（1）铁素体F概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，仍具有α-Fe的体心立方晶格。溶解度：铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。性能：铁素体的力学性能以及物理、化学性能与纯铁极相近，塑性、韧性很好（δ=30%~50%,αk=200J/cm2），强度、硬度很低（σb=180~280MPa，HB=50~80）。（2）奥氏体A概念：碳溶解在γ-Fe形成的间隙固溶体，仍具有γ-Fe的面心立方晶格。溶解度：奥氏体的溶碳能力比铁素体大，在1148℃时，碳在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，随着温度降低，其溶解度也减小，在727℃时，为0.77%。性能：奥氏体的强度、硬度低（σb=400MPa，HB=160~220），塑性、韧性高（δ=40%~50%

）。（αk=128~160J/cm2）奥氏体只在高温下存在，变形阻力小，有利于进行压力加工（锻压、轧制）。（3）渗碳体Fe3C概念：碳和铁形成的化合物，化学式Fe3C。晶格复杂。含碳量6.69%。性能：不同于铁和碳。硬度很高，达800HB，强度低，塑性、韧性很差，几乎等于零，所以渗碳体的性能特点是硬而脆。作用：常温下，碳在α-Fe溶解度极小，钢中大部分碳以渗碳体形式存在。渗碳体是钢中重要的硬化相，它的数量、形状、大小和分布对钢的性能有很大的影响。（4）珠光体P概念：铁素体与渗碳体的机械混合物，含碳量0.77%。性能：珠光体由渗碳体片和铁素体片相间组成，其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度比铁素体好得多，塑性、韧性比渗碳体好得多，使用价值高。（5）莱氏体Ld、

Ld′概念：>727℃,A+Fe3C机械混合物，高温莱氏体，符号Ld。含碳量4.3%。<727℃,P+Fe3C机械混合物，低温莱氏体（变态莱氏体），符号Ld′。性能：Fe3C含量达到64%,与渗碳体相似，硬度很高（HBS>700），塑性极差。存在于白口铸铁、高碳钢中。二、铁碳合金状态图铁碳合金状态图反映铁碳合金的组织跟成分（含碳量）、温度的关系。它是选材和制订热加工工艺的基础和依据。1.铁碳合金状态图中主要点、线含义A3AcmA11534ACDEFGSPQ1147℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.32.110.02186.69T°(A+Fe3CⅠ)LdLd+Fe3CⅠFA+Fe3CⅡ0.77K共晶相区1534℃912℃含碳量

%ECF线：共晶线，温度为1147℃。液态合金冷却到该线温度时发生共晶转变,即C点成分的液态合金缓慢冷却到共晶温度(1147℃)时，从液体中同时结晶出奥氏体和渗碳体。共晶转变后的产物称为莱氏体，C点称为共晶点。凡是含碳量2.11%～6.69%的铁碳合金均会发生共晶转变。ACD线：液相线，在ACD线以上合金为液态，用符号L表示。液态合金冷却到此线时开始结晶，在AC线以下结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体，称为一次渗碳体，用符号Fe３CⅠ表示。AECF线：固相线，在此线以下合金为固态。液相线与固相线之间为合金的结晶区域，这个区域内液体和固体共存。ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。溶解度随温度的下降而减小，在1147℃时溶解度为2.11%(E点)，到727℃时降为0.77%(S点)。因此，凡碳的含量在0.77%以上的铁碳合金由1147℃冷却到727℃的过程中，都有渗碳体从奥氏体中析出，称为二次渗碳体，用符号Fe３CⅡ表示。727℃A+Ld+Fe3CⅡ共析相区ACDEFGSPQ1147℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.32.110.02186.69T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77P+Fe3CⅡLd’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相区Ld’(P+Fe3C)1534℃910℃含碳量

%GS线：又称A3线。是冷却时由奥氏体中析出铁素体的开始线，实际上就是碳钢的同素异构转变线。PSK线：共析线，又称A1线。温度727℃。含碳量为0.77%的铁碳合金，冷却到727℃时（恒温）会发生共析反应，即从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，共析反应的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称珠光体。S点称为共析点，凡是含碳量为0.0218%-6.69%的铁碳合金，冷却至727℃时均会发生共析反应。A3AcmA11534二个重要转变:共晶转变、共析转变。二个重要相区：共晶相区、共析相区二个重要温度:1147℃、727℃。三个重要的特征点:S、E、C。四条重要的特征线:SE、GS、ECF、PSK。11472.铁碳合金的分类0.0218%0.77%2.11%4.3%6.69%含碳量对碳钢力学性能的影响00.20.40.60.81.01.21.4含碳量C%HBσbδαkC↑,Fe3C的数量↑，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。但当含碳量超过0.77%时，钢的强度反而降低。（二次渗碳体形成网状包围珠光体，割裂了珠光体组织间的联系）成份wC%组织特征0.02180.772.114.36.69高温固体组织为单相A有莱氏体组织工业纯铁钢白口铸铁亚共析过共析亚共晶过共晶组织组成物相对量

%相组成物相对量%FPLdFe3CFFe3CIIFe3CIC↑,Fe3C的数量↑PFe3C当含碳量超过0.77%时，钢的强度反而降低。（二次渗碳体形成网状包围珠光体，割裂了珠光体组织间的联系）铁碳合金相图的应用（1）选材：需要塑性、韧性好材料，选用低碳钢（Wc<0.25%）；需要强度、塑性及韧性都较好的材料，选用中碳钢(Wc=0.25～0.6%

；需要硬度高、耐磨性好的材料，选用高碳钢（Wc>0.6%

）。（2）制订热加工工艺：铁碳相图可作为制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工艺的重要依据，如确定浇注温度、锻造温度范围及热处理的加热温度等。几个实例1、钢制面盆选低碳钢：08钢：Wc=0.08%，塑性和韧性好！要求：塑性及韧性好2、弹簧、钢丝绳要求：强度高、弹性好选高碳钢：60、65（弹簧）、70、80（钢丝绳）淬火+中温回火3、锯条、锉刀要求：高的硬度和耐磨性选高碳工具钢：T10（锯条）、T13（锉刀），经淬火+低温回火4、齿轮、轴要求：既要有较高的强度和硬度，又要有一定的塑性和韧性选中碳钢：30、35、40

（轴）、45、40Cr铁碳合金的性能与成分、温度的关系

三、钢的热处理钢的热处理，是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种金属加工工艺。（只改变组织、性能）热处理目的，改善钢的性能；延长使用寿命；节约材料。热处理工艺曲线保温加热冷却时间温度钢铁制品，一般都要进行不同的热处理才能保证其性能和使用要求。量具、模具、刀具和轴承100%，汽车零件70%～80%，机床零件60%～70%，都必须进行各种专门的热处理，才能合理的加工和使用。热处理普通热处理退火正火淬火回火表面热处理表面淬火化学热处理热处理的种类毛坯生产预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工预备热处理

:

退火;正火最终热处理:

淬火;回火一般零件生产的工艺路线热处理是零件制造过程中非常重要的不可缺少的工序。退火是将钢加热至临界温度以上30～50℃，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却，获得正常组织的热处理工艺。正火与退火的主要区别只是，正火是将加热后的工件从炉中取出后，在空气中冷却，冷却速度稍快，所得组织比退火细，硬度和强度有所提高。1.退火和正火铸件、锻件在切削粗加工前一般都要进行退火或正火。温度(°C)名称A3+30～50完全退火（亚共析钢）A1+30～50球化退火（非亚共析钢）500～600去应力退火A3/Acm+150～250均匀化退火退火和正火的工艺参数温度(°C)名称A3+30～50亚共析钢正火A1+30～50共析钢正火Acm+30～50过共析钢正火完全退火与球化退火退火和正火的目的①消除残余内应力→防止工件变形、开裂；②细化晶粒，均匀组织→提高力学性能；③降低硬度,提高塑性→切削加工；④为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备（大晶粒易开裂）。退火与正火主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件，由于冷却速度较慢，故对钢的强化作用较小，在许多情况下不能满足使用要求，一般不作为获得最终使用性能的热处理，而主要用于改善其工艺性能，故称为预备热处理。淬火是将钢加热至临界温度以上30～50℃

，保温一定时间，然后很快冷却下来（水冷），从而获得硬度很高的马氏体的热处理工艺。2.淬火和回火淬火的目的主要是获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。马氏体碳原子在α铁晶格中过饱和的固溶体。①冷却速度↑分解温度↓碳原子扩散能力↓共析转变不充分索氏体S、屈氏体T缓慢冷却：奥氏体（铁素体+渗碳体）珠光体727℃恒温②冷却速度↑↑C+γ铁晶格C+α铁晶格奥氏体(铁素体)碳原子来不及扩散，全部保留在α铁中珠光体索氏体屈氏体（托氏体）马氏体的硬度和强度极高（HB高达680，σb高达2000MPa），但塑性较低（δ=2-8%）,是一种又硬又脆的组织，而且在相同冷却速度条件下，它的硬度随着含碳量的增加而提高。淬火的目的，就是要奥氏体组织转变成硬度很高的马氏体，而不致变成珠光体。盐水水油为了得到很快的冷却速度，选择合适的冷却介质。冷却速度过快，会引起工件各部分收缩不匀产生内应力，造成工件变形或裂开。盐水＞水＞油＞空气冷却介质材料冷却介质碳钢水、盐水合金钢油高速钢空气淬火方法（录像）回火就是淬火后的钢再加热到A1线以下某个温度，保温一定时间，然后冷却至室温。回火的目的是①减少脆性，②降低内应力，③使淬火组织趋于稳定，使工件获得满意的综合机械性能。回火工件淬火后，一般都要及时进行回火。（马氏体很脆，并有很大内应力）淬火回火时间温度根据回火温度不同，回火可分为三种：150～250℃低温回火中温回火高温回火300～450℃500～650℃组织：回火马氏体，基本上保持了淬火后的高硬度(一般为58～64HRC)和高耐磨性，主要目的是为了降低内应力，提高韧性。一般用于有耐磨性要求的零件，如刃具、工、模具、滚动轴承、渗碳零件等。组织：回火屈氏体，硬度下降一些。内应力大部分消除，韧性提高，弹性很好，强度也高。主要用于有较高弹性、韧性要求的零件，如各种弹簧。要求强度高的轴、刀杆等。组织：回火索氏体，内应力完全消除，韧性进一步提高，但硬度下降较多。高温回火后，材料具有良好的综合机械性能，即既有较高的强度，又具有一定的塑性、韧性。适用于许多重要机械零件，如轴、齿轮等。习惯上将淬火+高温回火，称为调质。随T回↑硬度↓塑性、韧性↑45锻钢的调质处理（录像）淬火+高温回火=调质热处理普通热处理表面热处理表面淬火化学热处理表面硬度高，耐磨性好，以保证其精度；而心部要具有足够的塑性和韧性，以防止断裂。对在动载和摩擦条件下工作的机械零件，要求表面热处理高碳钢：淬火+低温回火，硬度高，耐磨性好，但心部韧性差；中碳钢：调质处理，心部韧性好，但表面硬度不够，耐磨性差。通过选材和普通热处理无法满足上述要求。3.表面淬火表面淬火是将工件的表面快速加热到A区，在热量还没来不及传到心部之前，迅速冷却，得到马氏体，只改变钢的表层组织，使表层形成一定深度的马氏体组织，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织（表硬里韧）。利用氧—乙炔(或其它可燃气)火焰加热表面，立即喷水冷却，使材料表面淬硬。4.化学热处理化学热处理是将零件置于化学介质中，通过加热、保温，使介质中的某些元素渗入零件表层，改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐热性、耐蚀性和抗氧化性能等，与表面淬火相比，化学热处理不仅使工件表面与心部的组织不同，且成份亦不同。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属等。渗碳是向低碳钢或低碳合金钢工件表层渗入碳原子，提高表层含碳量（0.85-1.05%）。低碳钢韧而不硬，表层经渗碳后，再淬火+低温回火，就会表硬里韧。

铸铁轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法1、生铁的冶炼原理：高温下用还原剂（主要是一氧化碳）从铁矿石中把铁还原出来。原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉2、钢的冶炼原理：高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉（钢板、型钢、钢管）铁矿石生铁钢锭型材钢铁材料的生产过程四、碳钢碳钢是含碳量小于2.11%（0.0218%－2.11%）的铁碳合金。除了铁和碳外，碳钢中还有少量的杂质元素，如P、S、Si、Mn等。FeC杂质碳钢的化学元素组成S不溶于Fe，与Fe化合成FeS，FeS与Fe形成共晶体，熔点低（985℃），分布在奥氏体晶界上。钢的热加工温度一般1150℃以上，钢热加工时，共晶体先溶化，使工件开裂──热脆。炼钢原料带入1.杂质元素对碳钢性能的影响P溶于F，使Fe晶格剧烈歪曲，钢的强度、硬度增高，塑性、韧性下降。低温明显──冷脆。炼钢原料带入有害元素P有害元素S普通钢优质钢高级优质钢wS

≤0.035~0.050%wP≤0.035~0.045%wS

≤0.030~0.035%wP≤0.030~0.035%wS

≤0.020%wP≤0.030%磷、硫均会降低钢的焊接性。钢中要严格控制硫、磷含量。Si溶于F中，使钢强度、硬度增加，但塑性下降，因含量低，影响不大。有益元素SiMn可溶于F中,也可溶于Fe3C中，提高钢的强度、硬度。Mn可优先与S形成高熔点（1620℃）的MnS，降低S对钢有害作用。有益元素Mn脱氧剂加入脱氧剂加入溶入F中，产生固溶强化作用，提高钢的强、硬度。少量有利形成夹杂物SiO2及MnS，降低钢的性能，不利焊接。较多有害硅和锰是钢中的脱氧剂碳钢中，除P、S、Si、Mn等杂质元素外，还有氧、氮、氢等气体元素，其影响看教材P109及有关参考书。炼钢中氧进入钢中不可避免。氧在钢中形成FeO、MnO、SiO2、Al2O3氧化物（夹杂物），使钢的强度、塑性、韧性显著下降。2.碳钢的分类与编号①按含碳量分低碳钢（wc<0.25%)中碳钢(0.25%<wc<0.60%)高碳钢(wc

>0.60%)（1）碳钢的分类②按质量（S、P含量）分ws<0.035~0.05%wp<0.035~0.045%普通钢优质钢高级优质钢ws<0.030~0.035%wp<0.030~0.035%ws<0.02%wp<0.03%③按钢的用途分工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢④按脱氧方式分镇静钢沸腾钢半镇静钢钢液浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，浇注时钢液不发生碳-氧反应，处于镇静状态。冶炼过程中仅用少量锰铁轻度脱氧，钢液含氧量高，浇注时发生碳-氧反应，析出大量CO气体，出现钢液沸腾现象。介于镇静钢与沸腾钢之间。①普通碳素结构钢（GB700-88）主要保证力学性能，在牌号上直接体现，不保证化学成分（一般属于低碳钢）。S、P含量较高，S≤0.035～0.05%,P≤0.035～0.045%，质量较差，但工艺简单，成本低。一般不热处理，在供应状态下使用。（2）碳钢的编号（GB/T221-2000）Q235-A·F脱氧方式符号质量等级符号屈服强度数值，MPa屈服强度质量等级：分A、B、C、D四级，从A到D含磷、硫量的依次降低，A级质量最差，D级质量最好。脱氧方式：标F（沸腾钢。脱氧不完全，钢中含氧较多，浇注时，氧与碳反应，放出大量CO气体，出现沸腾现象）、Z（镇静钢，不标）。脱氧较完全，钢中含氧很少，浇注时无沸腾现象，可省略）、b（半镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）四种。普通碳素结构钢有五个品种：Q195Q215：A、BQ235：A、B、C、DQ255：A、BQ275用途：普通螺钉、螺母和各种型钢、条钢、钢板。化工压力容器用钢，一般选用镇静钢。Q235既有较高的塑性，又有适中的强度，应用最广。既可用作较重要的建筑构件，又可用于制做一般的机器零件。压力容器用碳钢（镇静钢板）的适用范围表钢板牌号使用温度℃设计压力MPa

壳体钢板厚度mm其它限制Q235-B0~350≤1.6≤20不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器Q235-C0~400≤2.5≤30②优质碳素结构钢（GB711-88）保证化学成分和力学性能，一般要热处理提高其性能。S、P含量较低，均控制在0.035%以下。其冶炼工艺严格，钢材组织均匀，表面质量高。但成本较高。4545Mn08F20AMn含量较高的，标出Mn元素用2位数字表示钢中平均含碳量的万分之几。45表示平均含碳量为0.45%沸腾钢高级优质钢根据含碳量不同，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三种。低碳钢wc=0.08%～0.25%，σb↓δ↑；冲压件、焊接件。中碳钢wc=0.25%～0.6%，调质后综合性能好，焊接性差；高碳钢wc=0.60%～1.4%，σb

↑HB↑，δ↓热处理（淬火+中温回火）后弹性好按含锰量不同，分为普通含锰量（0.35-0.8%）和较高含锰量(0.7-1.2%)两组。含锰量较高的一组，在钢号后加“Mn”。适当增加钢的含Mn量，可使S优先与Mn结合生成高熔点（1620℃）的MnS，可避免热脆。但MnS会降低钢的塑韧性，常成为裂纹源。在退火或热扎状态下，C↑,

钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。焊接性和冷弯性变差。常用牌号及用途塑性韧性好，冷成型性（拉拔、冲压、挤压）和焊接性好，可冷轧成薄板，用于冲压件（设备封头）、焊接件（化工容器），渗碳后表硬里韧，用于齿轮、轴等。08、10、15、20、25综合性能好，用于重要的螺栓、螺母、轴类零件（曲轴、连杆）等30、35、40、45、50、55弹性好，主要用于弹簧类零件60、65、70、80主要用于制造机器零件。45钢的强度和塑性配合得最好，因此成为机械制造业中应用最广泛的钢种。③高级优质钢S、P含量比优质钢还少，均＜0.03%。表示方法：在优质钢号后面加一个A字，如20A。④碳素工具钢（高碳0.65～1.35％、高硬度、高耐磨性）T8T8Mn

T10A含Mn量0.4-0.6%表示钢中平均含碳量的千分之几。8表示平均含碳量为0.80%高级优质钢碳素工具钢3.碳钢的品种及规格品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢4mm～6mm 厚度间隔为0.5mm6mm～30mm 厚度间隔为lmm30mm～60mm厚度间隔为2mm（1）钢板一般碳钢钢板有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。薄钢板：0.2～4mm，冷、热轧厚钢板：4～60mm，热轧压力容器用热扎厚钢板有缝管：由钢板卷曲焊接而成，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。无缝管：钢厂直接生产出，分热轧管和冷扎管两种。前者最大直径为630mm，后者最大直径为200mm。无缝钢管一般只适用DN600以下的，直径再大的管线就要选有缝管。（2）钢管普通无缝钢管常用材料：10、15、20等。冷轧管外径和壁厚的尺寸精度比热轧管高。（3）型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架及各种加强结构。工字钢角钢扁钢（4）铸钢和锻钢铸钢：用ZG表示，有ZG230-450、ZG270-500等牌号（两组数字分别表示屈服强度和抗拉强度），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。锻钢：有08、10、15、…、50等牌号。石油化工容器用20、25等，制作管板、法兰、顶盖等。碳钢可以通过热扎或冷扎加工成钢板、钢管、型钢（圆钢、方钢、扁钢、角钢），还可以加工成铸件（铸钢）和锻件（锻钢）。三、铸铁铁的合金铸铁碳钢C%2.11%－4.3%0.0218%－2.11%其它杂质Si、Mn、S、P（较多）Si、Mn、S、P

（较少）性能硬脆，强度低，塑性韧性差，铸造性、切削加工性好坚硬，强度高，塑性、韧性好，有弹性。成形方法只能铸造锻、轧制、铸生产成本较低较高铸铁与碳钢比较碳在铸铁中的存在形式铸铁含C量比钢高，铸铁中的C主要以Fe3C和游离状态的石墨（G）两种形式存在。渗碳体Fe3CwC6.69%HB800石墨GwC100%HB2白口铸铁中，C全部以Fe3C形式存在，断口呈亮白色，性能硬而脆，不能冷热加工，没有实用价值，主要做炼钢的原料。通过石墨化处理，可以使C以石墨（G）形式存在。复习:碳在钢中的存在形式铸铁的石墨化处理铸铁中，C以何种形式存在，取决于化学成分和冷却速度。要形成石墨，应控制铸铁的成分且缓冷。wC=2.5%~4.0%wSi=1.0%~3.0%wMn=0.25%~1.0%wS=0.02%~0.2%wP=0.05%~0.5%铁液+缓慢冷却=石墨化白口铸铁（Fe3C）灰口铸铁（G）灰口铸铁中的C主要以游离状态的石墨（G）形式存在，石墨分布在基体组织（F、F+P、P）上。灰铸铁

=

基体（钢）+石墨根据石墨化程度的不同，灰口铸铁有三种不同的基体组织：石墨是由碳元素组成的单质，性能是软而脆，强度、塑性和韧性几乎为零，硬度仅为HB1-2。灰铸铁的力学性能比碳钢低得多！从石墨的特性看灰铸铁的力学性能从强度观点看，灰铸铁可看作是布满空洞和裂纹的钢。灰铸铁

=

基体（钢）+石墨铸铁的种类灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁特殊性能铸铁铸铁1.灰铸铁灰铸铁中的C大多以片状石墨存在（C=2.7～4.0%），断口呈灰色，故称为灰（口）铸铁。灰铸铁①力学性能低：抗拉强度、塑性和韧性都比钢低（但抗压强度大）

，不能制造承受弯曲、拉伸、冲击的零件；②耐磨性、减振性好（石墨润滑、贮润滑油，吸振）；③工艺性能好（铸造性、切削加工性）。用于制作形状复杂的支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)灰铸铁的牌号、性能及应用（GB/T9493-1988）HT的强度随厚度增加而降低，选材时应注意。2.球墨铸铁石墨呈球状，故称球墨铸铁。球墨铸铁有较高的强度和适当的塑性、韧性，其综合性能大大超过灰铸铁，有的已接近钢材，但价格比钢便宜。曲轴、连杆、齿轮、中压阀门用球墨铸铁制造，可节省钢材，降低成本。球墨铸铁的牌号、性能及应用（GB/T1348-1988）3.高硅铸铁（耐蚀铸铁）向灰铸铁、球墨铸铁中添加Si，提高铸铁耐蚀性。

铸铁中加入Si→表面生成致密氧化膜，防止内部不再氧化→耐蚀性↑（随含硅量的增加而增加）。牌号：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R

ST（表示耐蚀铸铁）+合金元素符号及百分含量+R（容器用钢）高硅铸铁强度低，硬度高，很脆，不能承受冲击载荷。不便切削加工，只能铸造。此外，导热系数小，线膨胀系数大，容易产生裂缝。常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器。为提高钢的性能，在碳钢中加入一种或多种合金元素，所制成的钢，称为合金钢。

§8.4合金钢一、合金钢的分类与编号合金钢按合金元素总含量分低合金钢（<5%）中合金钢（5%～10%）高合金钢（>10%）按用途分合金结构钢合金工具钢特殊性能钢调质结构钢表面硬化钢低碳马氏体钢非调质结构钢不锈钢耐热钢35CrMo表示含碳量万分之几合金元素Cr,含量1%左右合金元素Mo，含量1%左右合金元素后面有数字，表示其含量。当含量1%左右时，可以省略不标。编号（合金结构钢）二、合金元素对钢的影响目前常用的合金元素有：铬(Cr)、锰（Mn）、镍（Ni）、硅（Si）、硼（B）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti）和稀土元素（Re）。1.主加元素:对提高钢的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.辅加元素:配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。合金元素作用主要有以下三个方面：提高钢的强度和硬度；改善钢的热处理性能；使钢具有特殊性能（不锈钢、耐热钢等）。Cr：>13%

，（耐腐蚀、抗氧化、热强性，强度、硬度、耐磨性）↑Mn：（强度、低温韧性）↑Ni：（耐腐蚀、低温韧性、热强性）↑Si：（高温疲劳强度、耐热性、耐H2S腐蚀）↑，（塑性、冲击韧性）↓Al：（冲击韧性、抗氧化性、耐热性、耐H2S腐蚀）↑，冷脆性↓Mo：（高温强度、硬度、抗氢腐蚀）↑V：（高温强度、塑性）↑Ti：（强度、韧性、耐热性）↑，稳C、防止晶间腐蚀Re、强度↑、改善（塑性、低温脆性、耐腐蚀性、焊接性）三、可焊接的低合金高强度结构钢（低合金钢）成分：wC≤0.2%,wMe≤3%（低碳、低合金）常加的合金元素：Mn、Ti、V、Nb、Re作用：强化F，细化晶粒，提高钢的强度。性能：塑性、韧性好，有良好的焊接性及冷加工成形性能。1.成分及性能特点保证有足够的塑性和韧性低合金钢具有优良的综合力学性能，强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能，均优于相同含碳量的碳钢。2.分类与牌号广泛用于制造在大气和海洋工作的大型焊接结构件，如输油气管、压力容器、建筑结构、桥梁、车辆、船舶等。（1）高强度钢350MPa强度级：16Mn、16MnR、15MnV400MPa强度级：14MnMoV500MPa强度级：12MnNiCrMoVCu16Mn是我国开发最早、用量最大、使用最多的一种低合金高强度钢，16MnR有良好的综合力学性能、制造工艺性能，主要用于制造中低压压力容器。大型化工容器用16MnR，重量比用碳钢轻l/3；用15MnV制造球形贮罐，与碳钢相比，可节省钢材约45%。采用低合金钢，减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材。在低温下具有足够高的低温韧性。（2）低温钢16MnDR（－40℃），液氨储罐09Mn2V（－70℃）06MnNb（－90℃）16MnCu 耐海洋大气及海水腐蚀10MnPNbRe

耐海洋大气及海水腐蚀12MnAlV

耐高温硫化氢腐蚀。（3）耐蚀钢1、碳钢

Q235-B,Q235-C

碳素结构钢10、20钢钢管20、35钢锻件压力容器专用钢板—20R（强度低，塑性和可焊性较好价格低廉，用于常压或中、低压容器）2、压力容器常用低合金钢钢板16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR

钢管16Mn、09MnD

锻件16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、2.25Cr-1Mo3、不锈钢铬钢：0Cr13

铬镍钢：0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10

铬镍钼钢：00Cr18Ni5Mo3Si2（奥氏体-铁素体双相不锈钢）压力容器用钢四、专业用钢（专业用途的低合金钢）锅炉用钢压力容器用钢焊接气瓶用钢五、特殊性能钢（高合金钢）特殊性能钢1.不锈钢（不锈耐酸钢）不锈钢通常是不锈钢和耐酸钢的统称。一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢为不锈钢，称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐酸钢。广泛应用于石油、化工等领域。（1）成分及性能特点成分：wC=0.03～0.95%、wMe=12～38%（低碳、高合金）常加合金元素：Cr、Ni、Si、Al、Mo、Ti、Nb不锈钢中最主要的是Cr，Cr含量必须在12%以上（实际13%以上）。理论与实践都证明：当铬含量大于12%时：①显著提高电极电位，耐电化学腐蚀性↑。②铬使不锈钢生成一层十分致密的氧化膜，防止金属内部继续腐蚀，可以显著提高钢的耐腐蚀性。铬含量越高，耐腐蚀性越好。电极电位12%含Cr量不锈钢中碳的含量都很低，为什么？解释：碳在不锈钢中容易和Cr化合成Cr23C6，使不锈钢中的Cr含量降低，因而降低耐腐蚀性。故不锈钢中C含量都是较低的。性能特点：具有很好的耐腐蚀性，而且强度和塑性都较高，特别是在高温时仍有较好的强度，和在低温时仍有较高的塑性和韧性。因此，不锈钢的工作温度范围很广，从-196℃～700℃。1Cr18Ni9Ti表示含碳量千分之几合金元素Ti含量1%含碳量C<0.03%，记为00，C=0.03—0.08%，记0。＜0.15%标1，＜0.2%标2…合金元素Cr,含量18%（2）编号通常按不锈钢的金相组织，分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等。（3）常用不锈钢成分：Wc≤0.15％，Wcr=12～30％。Cr是主要合金元素，一般不含Ni，有些钢种还含有钼、钛等元素。常温时组织主要是F，体心立方晶格。典型牌号：1Cr13、2Cr13、0Cr13、0Cr17Ti性能与用途：耐蚀性和抗氧化性高，塑性好。强度低，用于石油化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度要求不高的容器、管道等。①铁素体不锈钢（铬不锈钢）②奥氏体不锈钢（铬镍不锈钢、18–8型钢）成分：Cr、Ni为主要合金元素，Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%，常温下组织为稳定单相A。典型牌号：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti性能与用途：不仅有高的耐腐蚀性，且具有良好的塑性、韧性（低温韧性）、焊接性。但强度较低，切削加工性能差，价格贵。在石化设备制造中应用广泛，如化工容器、管道、阀件等。在石化工业中，使用最广的不锈钢主要是1Cr18Ni9Ti

，产品以板材和管材最多，用来制作化工容器、管道等各种石化设备。合金元素加入钢中后会改变钢的相图，使钢在室温下得到单相组织。当钢中wNi=9%，wMn=13%时，可使A3降低至室温，此时钢在室温下为单相奥氏体组织，故称奥氏体钢。此类钢具有耐蚀、耐高温、抗磨损等特殊性能。合金元素对相图的影响TδFA3LwMe%NiMnCoA奥氏体不锈钢在400～800℃之间停留较长时间时，不锈钢中的C和Cr在晶粒的边缘生成Cr23C6，沿晶界析出，使晶界附近含Cr量减少（<12%）发生电化学腐蚀，称为晶间腐蚀。发生晶间腐蚀后，钢材会变得脆，强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀措施：加入亲碳能力强的Ti、Nb，形成稳定的TiC、NbC，保持晶界附近含Cr量；

减少不锈钢的含碳量（C↓，Cr23C6↓），使用低碳牌号00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2；热处理，使C、Cr再固溶于奥氏体中，使Cr23C6溶解，并在400～800℃区间快速冷却。2、耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金是指高温抗氧化性好、高温强度高（热强性好）的特殊性能合金钢。300℃～350℃即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在700℃以下，700℃～1000℃用高温合金。耐热钢抗氧化钢热强钢加入Cr、Al、Si等合金元素，在钢表面形成一层致密的氧化膜（Cr2O3、SiO2、Al2O3

等），阻挡氧往内部扩散，提高钢的抗氧化性。常用钢号有1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr23Ni3、1Cr23Ni18、3Cr18Mn12Si2等。通常加入Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等合金元素提高热强性。我国常用的热强钢有1Cr13、2Cr13、1Cr11MoV、1Cr15Ni36W3Ti、4Cr9Si2等。高温合金铁基耐热合金（<700℃）Fe+Ni>65%镍基耐热合金（700-900℃）Ni>50%钴基耐热合金（>1000℃）Co价贵3、低温用钢深冷分离设备、空气分离设备等。（T≤-20℃）目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。我国无铬镍的低温钢材系列：16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR金属黑色金属（碳钢、铸铁、合金钢）有色金属（铜、铝、铅、钛等其合金）耐蚀性好，并具有特殊性能（导电性、导热性、密度小、熔点高，低温韧性等），但价格昂贵。

§8.5有色金属材料特点：铝——良好的导电、导热性，耐浓硝酸换热器，塔，深冷设备铜——良好的导电性，低温韧性好蒸发器、蛇管、垫片等铅——能防辐射，耐稀硫酸等制作衬里世界铝的年产量仅次于铁，居第二位。铝有较好的延展性可制成0.01mm的铝箔，用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途一、铝及其合金铝是一种银白色的轻金属，密度小（只2.7g/cm3,约为铁的1/3）。导电性和导热性都很好，仅次于金、银和铜。纯铝熔点低（660℃），铝和铝合金使用温度<150℃。强度低，塑性好，低温韧性好。可锻性好，能承受压力加工。能焊接和切削，但铸造性稍差。铝耐蚀性好。纯铝的化学性质活泼，在大气中极易氧化，在铝表面形成一层牢固致密的氧化膜，隔开铝和氧的接触，从而阻止铝表面的进一步氧化，当氧化膜破坏时，又会重新生成。因此铝在大气和淡水中具有良好的耐蚀性。铝的分类铝纯铝工业高纯铝1A85、1A90工业纯铝8A06铝合金变形铝合金（防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝，适于压力加工）铸造铝合金（

适于铸造）铝合金是铝与硅、铜、镁、锰等合金元素组成的合金，具有较高的强度，能用于制造承受载荷的机械零件。铝合金分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。变形铝合金按照性能特点和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等四种。铸造铝合金按主加合金元素的不同，分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系等四种合金系列。变形铝合金的牌号不要求记ZAlCu5Mn表示铸铝合金元素Cu含量5%铸造铝合金的牌号铸造铝合金的合金代号（过去的老牌号）ZL201表示铸铝表示合金系列表示顺序号ZL201表示1号铝铜系铸造铝合金1—Al-Si系，2—Al-Cu系，3—Al-Mg系，4—Al-Zn系二、铜及其合金铜及其合金导电性、导热性好，塑性、韧性较好，青铜（Cu-Sn合金）耐蚀、耐磨。铜纯铜（紫铜）铜合金黄铜：铜和锌的合金白铜：铜和镍的合金青铜：铜和锡的合金1.纯铜纯铜呈紫红色，又称紫铜。纯铜具有优良的导电、导热性，其导电性在各种元素中仅次于银，故纯铜主要用作导电材料。强度低，不宜作结构材料。纯铜无氧铜

TU1、TU2制作真空器件

用磷脱氧的无氧铜

TP1、TP2

主要用于冷凝器、热交换器的零件T1、T2高纯度铜，制作电线

T3、T4杂质含量和含氧量比T1、T2大，作一般材料工业纯铜2.铜合金(1)黄铜铜和锌的合金称为黄铜。黄铜的强度比纯铜高，在大气中的耐蚀性比纯铜好。价格也较便宜，工业上应用较广。为了改善黄铜的力学性能，在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等，成为特殊黄铜。H80HSn70-1表示含铜量80%表示黄铜表示含锡量1%(2)白铜铜和镍的合金称为白铜。光泽好，耐磨、耐蚀（白铜的是工业铜合金中耐蚀性能最好的）、易加工。80年发行的1元硬币就是白铜做的。在白铜中加入锰、铁、锌、铝等元素，成为特殊白铜。(3)青铜狭义的青铜指铜和锡的合金。4000多年前，我国已开始冶炼青铜，是我国历史上使用最早的有色合金，也是最常用的有色合金之一。工业上，常把黄铜、白铜以外的所有铜合金，统称为青铜。青铜实际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。青铜具有良好的耐蚀性和耐磨性，现代主要用来制作轴瓦、蜗轮等机械零件和泵壳、阀门等。青铜可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。大多是铸造的。ZQSn10-1含锡量10%表示铸造青铜其它合金含量1%ZQSn10-1表示成分为Sn=10%、

其它合金=1%、其余为铜的铸造锡青铜钛和钛合金被认为是21世纪的重要新材料，它具有很多优良的性能，如熔点高（1720℃）、密度小、强度高，可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。但冶炼加工复杂，成本高。三、钛及其合金大多数非金属材料具有优良的耐腐蚀性能，资源丰富，但是非金属材料一般强度较低，有的较硬而脆，只宜制作金属设备的保护衬里或涂层。非金属无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、玻璃等）有机非金属材料（塑料、涂料、不透性石墨等）

§8.6非金属材料这一节内容请大家自习。一、无机非金属材料1.陶瓷主要原料生产过程反应条件种类性能粘土用水混合、成型、干燥、烧结、冷却高温土陶、陶器、炻器、瓷器抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等优点：耐高温；缺点：脆性大古代的陶瓷——陶器新石器时代半坡文化陶俑壶新石器时代彩陶人面纹钵新石器时代马家窑文化螺旋纹彩陶双耳瓮古代的陶瓷——瓷器清光绪青花云纹瓶唐骆驼载乐俑北宋白釉刻花梅瓶某些新型陶瓷能承受高温、强度高氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200℃左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。在钢铁等制件的表面用陶瓷类材料进行处理，形成耐腐蚀的覆盖层，就是搪瓷。可耐高温，但易裂开。2.搪瓷3.玻璃普通玻璃虽有耐蚀、清洁、透明、价格低等特点，但质脆，不耐冲击和振动。

制造普通玻璃的原料制造普通的原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3）、石英（SiO2)）以及一些辅料。反应原理是碳酸钠、碳酸钙在高温下分别跟石英反应生成硅酸盐（Na2SiO3、CaSiO3）。Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑几种玻璃的特性和用途种类特性用途普通玻璃质脆，在高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等普通玻璃有色玻璃钢化玻璃是将普通退火玻璃切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。石英玻璃光学玻璃玻璃纤维二、有机非金属材料主要包括：塑料、涂料、不透性石墨

§8.7化工设备的腐蚀及防腐措施一、金属的腐蚀腐蚀──金属材料和周围环境发生化学或电化学的作用而破坏。例：铁锈、铜绿锈、铝白斑点。

腐蚀钢氧化铁

冶炼腐蚀的本质就是失去电子、氧化腐蚀:①显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能；②破坏金属材料的几何形状；③增加转动件的磨损；→缩短设备的使用寿命，造成渗漏、火灾、爆炸等事故。据工业发达国家统计，世界上每年因腐蚀而造成的钢铁损失约占当年钢铁产量的10%～20%.管接头法兰盘1.化学腐蚀化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，特点是腐蚀在金属表面上，无电流。高温氧化化学腐蚀高温脱碳氢脆氢腐蚀（1）金属的高温氧化金属的高温氧化是指金属在高温气相环境中，和氧或含氧物质（如水蒸汽H2O、CO2、SO2等）发生化学反应，转变为金属氧化物。O2O2O2O2O2金属氧化膜金属如果金属氧化物熔点低，或易挥发，在较高温度下氧化物流失或逸散，使金属表面不断暴露在氧化介质中，氧化继续进行。温度越高，氧化速度越快。碳钢中加Cr(WCr＞13%)、Si(WSi＞5%)和Al（WAl＞5%）等合金化后，靠致密、牢固的高熔点氧化膜（Cr2O3、SiO2和Al2O3）提高钢的高温抗氧化能力。<570℃

>570℃（2）钢的脱碳氧化膜钢金属表面层钢的脱碳是指在高温气体作用下，与氧化膜联接的金属表面层发生渗碳体减少的现象。机理：钢中的渗碳体与高温气体中的O2、H2O、CO2等气体发生化学反应：后果与措施：使碳的含量减少，金属表面硬度和疲劳强度降低；反应生成气体,使钢表面膜的完整性受到破坏。通过改变气体成分防止钢脱碳。Fe3C+O2==3Fe+CO2↑Fe3C+CO2==3Fe+2CO↑Fe3C+H2O==3Fe+CO↑+H2↑（3）氢脆氢对金属的物理作用所引起的损伤称为氢脆。机理：氢原子进入金属内部，①溶解在铁素体中，Fe晶格变形，使金属塑性和韧性降低，导致低应力下脆性断裂。②氢原子聚集在金属缺陷中复合为氢分子，→(a)造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。(b)H分子不断聚集，形成局部高压，使钢件表皮下出现鼓泡。氢的来源：内含的：材料在冶炼及随后的机械加工（如焊接、酸洗、电镀等）过程中所吸收的氢；外来的：材料在含氢环境（如H2、H2S）的使用过程中所吸收的氢。氢原子半径很小，可在金属内部自由活动（4）氢腐蚀高温高压下，氢与金属发生化学作用引起的损伤叫做氢腐蚀。机理：Fe3C+4[H]==3Fe+CH4（甲烷）①钢表面脱碳；②内部甲烷气体生成、聚集，形成局部高压，使钢表皮下出现鼓泡，在外力作用下导致开裂。氢腐蚀随着P和T的升高加剧。氢腐蚀比氢脆的破坏作用大得多。措施：①C↓无Fe3C

；②加Cr、Ti、Mo、W、V等合金元素，形成稳定碳化物，使C不与H作用。（2）微电池与宏电池微电池：在整个金属表面有很多微小的阳极和阳极同时存在，形成许多微电池。阳极区和阴极区尺寸小，很难区分。□成分不均匀□组织结构不均匀□表面状态不均匀□应力和形变不均匀□“亚微观”不均匀形成微电池的原因：钢不同成分之间形成微电池腐蚀宏电池：不同金属在同一种电解质溶液中形成的腐蚀电池。阳极区和阴极区尺寸较大，容易区分。不同金属的接触腐蚀——电偶腐蚀带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的CO2、SO2溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池，铜作阴极，铁作阳极，所以铁很快腐蚀形成铁锈。浓差电池：同一种金属在同一种电解质溶液中，由于介质的浓度、温度、流动状态和PH值等不同，使同一金属不同区域的电极电位不同而形成腐蚀电池。砂土粘土氧浓度差异地下管道最常见的腐蚀现象是氧浓差电池。管道的不同部位氧的浓度不同，