化工设备机械第二章

化工设备材料(cáiliào)精品资料第一节材料(cáiliào)的性能一、力学性能二、物理性能三、化学(huàxué)性能四、加工工艺性能精品资料一、力学性能1、强度2、硬度(yìngdù)3、塑性4、冲击韧性精品资料1、强度(qiángdù)定义：材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不失效(shīxiào)、不被破坏的能力。常温下的强度指标：屈服强度和抗拉（压）强度。屈强比：屈服极限与强度极限的比值，要求比值较小，具有更高的安全可靠性。蠕变：高温下长期工作产生的缓慢塑性变形—蠕变极限。疲劳破坏：长期承受小于屈服强度的交变应力作用而发生的断裂—疲劳强度。精品资料2、硬度(yìngdù)定义：材料的硬度(yìngdù)是指材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。压入法型硬度(yìngdù)：布氏硬度(yìngdù)、洛氏硬度(yìngdù)和维氏硬度(yìngdù)。精品资料３、塑性(sùxìng)定义：材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不即行断裂的性能(xìngnéng)。延伸率截面收缩率精品资料4、冲击韧性定义：材料的冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷能力的大小，以每单位(dānwèi)横断面积所消耗的功表示。冲击韧性值的高低决定于材料有无迅速塑性变形的能力。精品资料二、物理性能1、密度、熔点、比热容、导热系数2、导电性、磁性3、热膨胀系数(péngzhàngxìshù)4、弹性模量：温度升高，E值降低。5、泊桑比：试件横向应变与纵向应变之比。精品资料三、化学(huàxué)性能1、耐腐蚀性：金属和合金对周围介质，如大气(dàqì)、水汽、各种电解液浸蚀的抵抗能力2、抗氧化性精品资料四、加工(jiāgōng)工艺性能1、可铸性2、可锻性：塑性好的材料可锻性高。3、焊接(hànjiē)性：低碳钢具有优良的焊接(hànjiē)性。4、可切削加工性：灰铸铁、碳钢具有较好的切削性。精品资料1、可铸性1）可铸性：液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向—合金凝固时化学成分的不均匀(jūnyún)析出。2）常用金属材料中，灰铸铁和锡青铜铸造性能较好。精品资料第二节碳钢与铸铁(zhùtiě)一、铁碳合金的组织结构(jiégòu)二、钢的热处理三、碳钢及铸铁精品资料钢和铸铁是由95%以上的铁和0.05~4%的碳及1%左右的杂质元素所组成的合金(héjīn)，称“铁碳合金(héjīn)”。含碳量在0.02~2%的铁碳合金(héjīn)称为钢；大于2%的称为铸铁。含碳量小于0.02%时为纯铁，大于4.3%的铸铁极脆，这两种材料的工程应用价值很小。精品资料一、铁碳合金的组织(zǔzhī)结构1、组织：在金相显微镜下看到的金属晶粒。2、结构：金属原子的各种(ɡèzhǒnɡ)规则排列。3、体心立方晶格4、面心立方晶格5、碳钢的基本组织精品资料3、体心立方(lìfāng)晶格体心立方晶格是：在立方体的中心和八个顶点各有一个原子，如下图所示。纯铁在910℃以下保持(bǎochí)着体心立方晶格，这种铁称为α-Fe。此外，铬(Cr)、钨(W)、锰(Mn)等也具有体心立方品格。其机械性能特点是强度、硬度低，而塑性、韧性较好。精品资料4、面心立方(lìfāng)晶格面心立方晶格是：在立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个原子，如下图所示。具有这种品格类型(lèixíng)的铁叫γ-Fe。纯铁在1390℃至910℃之间具有面心立方品格。此外铜、铝等金属也具有此种面心立方晶格。。其机械性能特点是塑性都较好。精品资料5、碳钢的基本(jīběn)组织1）铁素体2）奥氏体3）渗碳体4）珠光体精品资料1）铁素体1、定义：碳溶解在α-Fe中形成的固溶体，以符号F表示。2、特性：强度(qiángdù)和硬度低，但塑性和韧性很好。3、例子：低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。精品资料2）奥氏体1、定义：碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体，以符号A表示。2、特性：塑性(sùxìng)和韧性较好，无磁性。精品资料3）渗碳体1、定义：铁与碳的化合物，可以化学式Fe3C表示，以符号C代替，含碳量为6.67%。2、特性：硬度极高、强度(qiángdù)极低，非常脆，延伸率和冲击韧性之几乎为零。3、应用：在塑性很好的铁素体基体上散布这种硬度很高的微粒，将大大提高材料的强度(qiángdù)。精品资料4）珠光体1、定义：铁素体和渗碳体的机械混合物，以符号P表示。2、特性：介于(jièyú)铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高，塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。精品资料二、钢的热处理1、铁碳合金(héjīn)的分类：钢和生铁—2%。2、钢的热处理热处理普通(pǔtōng)热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理精品资料1）退火(tuìhuǒ)和正火1、退火：把工件放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来(xiàlái)的热处理工艺。2、正火：与退火的不同之处在于将加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却，冷却速度快些，使得晶粒更细。3、作用：降低硬度，提高韧性，便于切削加工；调整金相组织，细化晶粒，促进组织均匀化，提高力学性能；消除部分内应力，防止工件变形。4、应用：铸、锻件在切削加工前一般要进行退火和正火。精品资料2）淬火(cuìhuǒ)和回火1、淬火：把工件加热至淬火温度（临界点以上30~50℃），并保温一段时间，然后投入淬火剂中冷却。2、淬火剂：空气、油、水和盐水，冷却能力依次递增。3、淬火的作用：增加硬度(yìngdù)、强度和耐磨性。4、回火：零件淬火后进行较低温度的加热与冷却处理，可降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性；使金相趋于稳定。精品资料3）表面淬火1、表面淬火：将工件的表面通过快速加热到临界温度，在热量还来不及传导至心部之前，迅速(xùnsù)冷却。2、作用：钢的表层组织得到了改善，中心部分没有发生相变而保持原有的组织状态，因此零件表面层比中心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，同时中心部又具有一定的韧性。精品资料4）化学(huàxué)热处理1、化学热处理：将工件(gōngjiàn)放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些元素渗入工件(gōngjiàn)表面，改变表面层的化学成分和组织结构，是工件(gōngjiàn)表面具有某些化学性能。2、种类：渗碳、渗氮、渗铬、渗硅、渗铝、碳氮共渗（氰化）等。3、作用：渗碳、碳氮共渗可提高硬度和耐磨性；渗氮、渗铬可提高耐磨性和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性；渗铝可提高耐热、抗氧化性。精品资料三、碳钢及铸铁(zhùtiě)1、常存杂质元素对钢材性能的影响1）有害元素：硫、磷；2）有益元素：锰、硅。2、分类与编号：1）普通碳素钢；2）优质碳素钢；3）高级(gāojí)优质钢：在钢号后加A。3、铸铁：灰铸铁—HT+抗拉强度表示，用作支架、阀体和泵体；球墨铸铁—QT+抗拉强度+延伸率（QT400-18），用作曲轴、连杆、主轴和中压阀门；高硅铸铁—用作耐酸泵、冷却排管和热交换器等。精品资料1）有害元素(yuánsù)1、硫：当钢材在热加工时，由于FeS化合物的熔点较低，会过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。2、磷：此元素的存在能使钢材的强度、硬度增高；但塑性(sùxìng)和冲击韧性显著降低，尤其是在低温时，会使钢材显著变脆，这种现象称为“冷脆”。精品资料2）有益(yǒuyì)元素1、锰：不仅是良好的脱氧剂，而且是脱硫剂，能使FeO和FeS还原，本身成为杂质除去，多余的锰溶解在钢中能使钢的强度(qiángdù)提高，并稍降低塑性。2、硅：是良好的脱氧剂，为了除去氧化物，有时特意加入一定数量的硅，因而钢中硅含量高，表示脱氧完全，组织致密，此外，硅能使钢的强度(qiángdù)提高，但塑性下降。精品资料1）普通(pǔtōng)碳素钢1、钢号表示方法：屈服强度的汉语拼音字首Q+屈服强度数值+质量等级符号+冶炼时的脱氧方法，如Q235-A·F。2、碳钢的质量：A、B、C、D四等级。3、脱氧方法：沸腾钢：脱氧不完全（钢液往钢锭中浇注时，会放出大量CO气体，出现“沸腾”现象），用代号F表示；镇静钢：完全脱氧，用Z表示，也可不标出；半镇静钢：用b表示；特殊镇静钢：用TZ表示。4、Q235-A：具有良好的塑性、韧性(rènxìnɡ)及加工工艺性，价格便宜，应用广泛。精品资料2）优质(yōuzhì)碳素钢1、编号：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80等。2、钢号数字：表示钢中平均含碳量的万分之几。3、质量：含有害杂质元素较少，冶炼工艺严格，钢材组织(zǔzhī)均匀，表面质量高，但成本较高。4、应用：08、10钢常用作列管、设备接管、法兰的垫片包皮；45钢用作传动轴、搅拌轴；60、65钢制造弹簧；70、80钢制造钢丝绳。

精品资料第三节合金钢一、分类与编号(biānhào)二、合金元素对钢的影响精品资料在碳钢中添加适量的一种或多种合金(héjīn)元素，得到或改善某些性能。一、分类与编号按合金(héjīn)元素总含量分：

合金(héjīn)含量<5%，低合金(héjīn)钢合金(héjīn)含量5%-10%，中合金(héjīn)钢合金(héjīn)含量>10%，高合金(héjīn)钢精品资料按用途分：合金结构钢调质(diàozhì)结构钢、表面硬化钢低碳马氏体钢、非调质(diàozhì)结构钢合金工具钢特殊性能钢不锈钢和耐热钢等

精品资料编号：1、汉字牌号，如35铬钼；2、用国际化学符号，如35CrMo，表示含碳量平均为万分之三十五(或0.35%)，含Cr、Mo在1%左右；3、当平均质量分数≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%时，在元素符号后面应标明(biāomíng)含量，可相应表示为2、3、4。如36Mn2Si。精品资料第五节化工设备材料(cáiliào)选择一、材料(cáiliào)的物理、力学性能二、材料(cáiliào)的耐腐蚀性三、经济性四、设计标准精品资料从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑(kǎolǜ)，而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑(kǎolǜ)。精品资料一、材料的物理(wùlǐ)、力学性能方面一般中、低压设备采用屈服极限为235到345MPa。直径较大、压力较高的情况，最好采用普通低合金钢，强度级别宜用400MPa级以上。操作温度超过(chāoguò)400℃时，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。精品资料二、材料(cáiliào)的耐腐蚀性某磷肥厂需设计一个40m3稀硫酸贮罐：可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高，故尽量不采用。根据(gēnjù)比较，选用碳钢做罐壳，其内衬非金属较合适。精品资料三、材料(cáiliào)的经济性