《化工设备材料基础》课件

化工设备材料基础课程介绍课程目标掌握化工设备材料的基本知识和应用技能，为今后的化工设备设计、制造、使用和维修打下基础。课程内容主要包括化工设备常用材料的种类、性能、分类、选择原则、腐蚀问题、连接技术、表面处理和储存等方面。学习方式以课堂讲授、案例分析、实验操作等方式相结合，帮助学生掌握化工设备材料的知识和应用技巧。化工设备常用材料种类金属材料钢铁、合金钢、不锈钢、有色金属等非金属材料橡胶、塑料、陶瓷、玻璃等复合材料玻璃钢、碳纤维增强塑料等金属材料强度高金属材料具有高强度和韧性，能够承受较大的压力和冲击。可加工性金属材料易于加工成各种形状和尺寸，满足不同的设计需求。可回收性金属材料可回收利用，减少资源浪费和环境污染。金属材料性能指标3强度抗拉强度、屈服强度2塑性延伸率、断面收缩率1硬度布氏硬度、洛氏硬度金属材料分类黑色金属主要成分为铁，如碳钢、合金钢等。具有强度高、耐磨损、价格低廉等优点。有色金属除铁以外的金属，如铜、铝、锌、锡、铅等。具有耐腐蚀、导电导热性能好等优点。碳钢高强度碳钢具有较高的强度和硬度，适用于承受高负荷的结构件。低成本碳钢是价格相对低廉的金属材料，在工业生产中得到广泛应用。可焊性碳钢具有良好的可焊性，易于加工和连接，适合于各种工程项目。合金钢增强性能通过添加其他元素，例如铬、镍、钼等，提高强度、硬度、耐腐蚀性等性能。应用广泛广泛应用于各种化工设备，例如反应釜、换热器、管道等，满足不同工况需求。种类繁多根据合金元素和含量不同，合金钢可分为多种类型，例如低合金钢、高合金钢等。不锈钢耐腐蚀性铬含量高，形成致密的氧化膜，抗氧化、耐酸碱腐蚀，适用于食品、化工等领域。强度高含有一定量的碳，赋予不锈钢良好的强度和硬度，耐冲击、耐磨损，适用于压力容器、管道等。美观表面光亮，易于清洁，广泛应用于建筑、家具、装饰等领域。有色金属合金铝合金铝合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，广泛应用于化工设备、航空航天、汽车制造等领域。铜合金铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，常用于制造电线电缆、热交换器、阀门等。钛合金钛合金具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、医疗器械等领域应用广泛。非金属材料陶瓷材料耐高温、耐腐蚀，广泛应用于化工设备的衬里、管道、阀门等。玻璃材料透明、耐化学腐蚀，主要用于反应釜、储罐等。橡胶材料耐磨、耐油、密封性能好，常用于密封垫圈、管道接头等。塑料材料轻质、耐腐蚀，适合制作容器、管道、阀门等。橡胶材料耐磨性橡胶具有良好的耐磨性，在高磨损环境下，橡胶材料的使用寿命更长。密封性橡胶材料具有良好的密封性，可以有效地阻止液体和气体的泄漏。减震性橡胶具有良好的减震性和缓冲性能，可以有效地吸收和消散冲击力。塑料材料耐腐蚀性对大多数酸、碱和盐具有良好的耐腐蚀性。轻质密度小，重量轻，易于运输和安装。可塑性可以根据需要加工成各种形状和尺寸。复合材料高强度复合材料通常具有优异的强度、刚度和重量比，使其成为航空航天、汽车和建筑等领域的理想选择。耐腐蚀许多复合材料对腐蚀性物质具有良好的耐受性，使其适用于化学、石油化工等行业。可设计性复合材料可以定制设计，以满足特定应用的需要，例如形状、尺寸和性能。新型功能性材料智能材料响应环境变化的材料，例如形状记忆合金、光致变色材料。纳米材料具有特殊性能的纳米尺度材料，如纳米碳管、石墨烯。生物材料可与生物体相容的材料，例如人工骨骼、可降解塑料。高分子材料具有高强度、耐高温等特性的材料，如聚合物、复合材料。材料选择原则性能要求材料应满足使用环境的温度、压力、腐蚀、磨损等性能要求。经济成本选择性价比高的材料，综合考虑材料价格、加工成本、使用寿命等因素。安全可靠材料应具有良好的机械强度、抗冲击性和耐疲劳性，确保设备安全运行。可加工性材料应易于加工成型，方便设备的制造和维护。材料腐蚀问题1化学反应材料与周围环境中的物质发生化学反应，导致材料表面发生变化，从而影响其性能。2环境影响温度、湿度、酸碱度、氧气含量等因素都会影响材料的腐蚀速率。3经济损失腐蚀会导致设备失效、维修成本增加，甚至造成安全事故。常见腐蚀类型均匀腐蚀金属表面均匀发生腐蚀，导致表面整体变薄。点蚀金属表面局部出现孔洞，腐蚀速度快，危害较大。电化学腐蚀两种或多种不同金属接触，形成电流，导致金属腐蚀。缝隙腐蚀金属表面缝隙处发生腐蚀，由于缝隙内溶液滞留，腐蚀速度快。防腐技术措施涂层保护是常见的防腐方法，可以有效地隔离腐蚀介质。金属表面处理如电镀、喷涂等，可以提高金属的抗腐蚀能力。采用耐腐蚀合金或特殊材料，能够直接抵御腐蚀环境的侵蚀。材料疲劳问题定义材料在交变载荷作用下，即使载荷远小于材料的屈服强度，也会在应力集中处产生裂纹，并不断扩展，最终导致断裂的现象。影响因素交变载荷的幅值和频率，材料的强度和韧性，环境温度和腐蚀性等都会影响材料的疲劳寿命。疲劳失效分析循环载荷在反复荷载作用下，材料内部会产生微观裂纹，逐渐扩展，最终导致断裂。应力集中材料的几何形状变化、表面缺陷或加工工艺缺陷等因素会引起应力集中，加速疲劳裂纹的扩展。环境影响温度、湿度、腐蚀性介质等环境因素也会影响材料的疲劳性能。材料连接技术1焊接将金属工件通过加热或加压，或两者兼用，使之熔化或塑性变形，并在冷却后形成牢固连接的方法。2粘接利用胶粘剂将材料表面粘合在一起，形成牢固连接的方法。3机械连接利用螺栓、螺母、铆钉等机械连接件将工件连接在一起，形成牢固连接的方法。焊接原理和方法1熔化焊利用高温将焊件和焊丝熔化形成熔池，冷却后形成焊缝。2压力焊利用压力将焊件接合，不需要加热或使用焊料。3钎焊用熔点低于母材的焊料将焊件接合，不需要熔化母材。焊接缺陷及防控1焊缝缺陷种类常见的缺陷类型包括：裂纹、气孔、夹渣、未焊透、焊瘤等。2缺陷形成原因焊接工艺参数、焊接材料、焊接环境等因素都可能导致缺陷的产生。3缺陷危害焊接缺陷会降低焊缝强度，影响设备安全性能。4防控措施严格控制焊接工艺参数、选择合适的焊接材料，加强焊接过程的质量检验。机械加工工艺车削利用旋转刀具切削旋转工件，形成圆柱形或圆锥形表面。铣削利用多齿刀具切削工件，形成平面、沟槽、齿轮等形状。钻孔利用旋转钻头在工件上钻孔，形成圆形孔。磨削利用磨料砂轮去除工件表面材料，提高工件精度和表面质量。化学表面处理清洁去除表面污染物，例如油污、灰尘和氧化物。钝化形成一层保护膜，防止腐蚀和氧化。镀层在表面镀上金属或非金属层，提高耐腐蚀性、耐磨性或导电性。材料的储存和保护防潮使用干燥剂或除湿机，保持仓库环境干燥，避免材料受潮。防腐蚀对易腐蚀的材料进行防腐蚀处理，例如涂层或包装。防变形避免材料在储存过程中发生变形或损坏，例如采用合适的堆放方式。防碰撞在堆放和搬运过程中，采取措施避免材料发生碰撞，防止损坏。实践案例分享本节将分享一些化工设备材料应用的真实案例，例如：大