《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》習(xí)題解答

1、第一章 化工設(shè)備材料及其選擇一 . 名詞解釋A組：1. 蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象。或者金屬在高溫和應(yīng)力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。2. 延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率。3. 彈性模數(shù)（E）：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即b =E£，比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。4. 硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。5. 沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。6. 泊桑比（r）:拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位

2、縱向伸長(zhǎng)之比。對(duì)于鋼材，=0.3 o7. 耐腐蝕性：金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕（發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用引起的破壞）的抵抗能力。8. 抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。9. 屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。10. 抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。B 組：1 .鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)脫氧劑 Si, Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和AlzQ。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi) 部緊密堅(jiān)實(shí)。2 .沸騰鋼：

3、沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，放出大量 CO 氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同 的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。3 . 半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4 . 低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5 . 低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6 . 碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7 . 鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8 .鐵素體：碳溶解在a-Fe中所形

4、成的固溶體叫鐵素體。9 .奧氏體：碳溶解在丫-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10 .馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在a鐵中過飽和的固溶體。C.1. 熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱, 保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理, 化學(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2. 正火：將加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。3. 退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4. 淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以3050oC）并保

5、溫一定時(shí)間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5. 回火：在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档秃拖ぜ慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6 .調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7 .普通碳素鋼：這種鋼含硫，磷等有害雜質(zhì)較多，要求 S< 0.055%, P00.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表鋼材屈 服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成，例如：Q235 A-F8 .優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫，

6、磷等較少（含硫S、石P均< 0.04%）,非金屬雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。9 .不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐 酸鋼的總稱。10 .鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。 鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐 蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對(duì)其性能要求也較高。D.1 .容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對(duì)壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要 求。2 .耐熱鋼：能耐高溫

7、的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。3 .低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20 C以下）會(huì)變脆，沖擊韌性會(huì)顯著下降。因此用作低溫場(chǎng)合的鋼要求具有良 好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性的鋼。4 .腐蝕速度：評(píng)定金屬的腐蝕有兩種方法。（1） 根據(jù)重量評(píng)定金屬的腐蝕的速度。它是通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出金屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：KP0邑（g/m2 . h）F tK:腐蝕速度,g/cm2 h;p。：腐蝕前試件的重量，g;P1：腐蝕后試件的重量，g；f：試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m；t:腐蝕作用的時(shí)間，h;（2） 根據(jù)金屬的腐蝕深度評(píng)定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速

8、度時(shí)，沒有考慮金屬的相對(duì)密度，因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對(duì)密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不同。為了表示腐蝕前后 尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即：24 365K10008.76K(mm/a式中：K）:用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/qP :金屬的相對(duì)密度，g/cm3 o5 .化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6 .電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7 .氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機(jī)械強(qiáng)度

9、和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8 .晶間腐蝕：一種局部的，選擇性的破壞。9 .應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。10 .陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正極和一輔助陽(yáng)極相連。當(dāng)電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動(dòng)，當(dāng)電位降至陽(yáng)極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二.指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量鋼號(hào)種類含碳量%合金元素含量（%）符號(hào)意義A組普通碳素甲類鋼Q235-A- FF:沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素甲類鋼一一A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.2%一g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼

10、0.16%<1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo<1.5%一16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%一0Cr13銘不銹鋼<0.08%Cr:13%一1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%一00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼<0.03%Cr:19%;Ni:10%一B組:鋼號(hào)種類含碳量%合金元素含量（%）符號(hào)意義Q235-B普通碳素乙類鋼一一F:沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-AR普通碳素甲類容器鋼一一

11、R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:<1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:<1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%一09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:<!.5%一2Cr13銘不銹鋼0.2%Cr13%一12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.5 2.49%;Mo:0.9 1.3%一0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.5 2.49%;Ti:<1.5%一三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫 度/ C設(shè)計(jì)壓力/MPa供選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨< 200150Cr18Ni9Ti , 20, Q235-A - F , 18MnMoNb R 15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或 13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-A- R , 1Cr18Ni9Ti ,銅，鋁， 硬聚氯乙烯塑料，酚醛 樹脂漆浸漬的不透性 石墨Q235-A- R+f同襯里溶解乙快氣瓶 蒸壓釜水蒸汽< 200