第二三四五六章材料的力學性能(修改后)

1、第三章第三章 材料的力學性能材料的力學性能 定義：定義：材料在外力作用下不產(chǎn)生超過允許的變形材料在外力作用下不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力。或不被破壞的能力。 強強度度塑塑性性當金屬材料承受載荷消當金屬材料承受載荷消失，仍發(fā)生明顯的失，仍發(fā)生明顯的塑性塑性變形變形，這種現(xiàn)象就稱為，這種現(xiàn)象就稱為屈服。屈服。 1、強度：固體材料在外力作用下能產(chǎn)生塑性變形強度：固體材料在外力作用下能產(chǎn)生塑性變形或斷裂的應力或斷裂的應力。 持久持久強度強度D蠕變?nèi)渥儚姸葟姸萵屈服屈服強度強度s(0.2)抗拉抗拉強度強度b疲勞疲勞強度強度n1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變強度：固體材料在外力作用下抵

2、抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。形和斷裂的特性。 金屬在拉伸條件下，金屬在拉伸條件下，從開始加載到發(fā)生從開始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最斷裂所能承受的最大應力值，叫作大應力值，叫作抗抗拉拉強度強度。 持久持久強度強度D蠕變?nèi)渥儚姸葟姸萵屈服屈服強度強度s(0.2)抗拉抗拉強度強度b疲勞疲勞強度強度n常溫拉應力下常溫拉應力下20號鋼的拉抻試驗號鋼的拉抻試驗 L0=10d0L0= 5d0或或桿的絕對伸長量：桿的絕對伸長量：L= L1-L0桿的相對變形：桿的相對變形：線應變線應變 =L/L常溫拉應力下常溫拉應力下20號鋼的拉抻試驗號鋼的拉抻試驗 拉伸應力拉伸應力-應變曲線應變曲線從開始加載到發(fā)生斷裂所從開

3、始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應力值，叫能達到的最大應力值，叫做抗拉做抗拉強度強度。 開始出現(xiàn)塑性變形時的應開始出現(xiàn)塑性變形時的應力，稱為力，稱為“屈服屈服強度強度”s ss s sb7（1 1）許用應力和安全因數(shù)）許用應力和安全因數(shù) snss n 安全因數(shù)安全因數(shù) 許用應力許用應力 s工程設計時，為了構件工作安全，強度應留有必要工程設計時，為了構件工作安全，強度應留有必要的儲備的儲備。 塑性材料拉壓時的塑性材料拉壓時的許用應力許用應力和和強度條件強度條件常溫拉應力下常溫拉應力下其他塑性材料其他塑性材料的拉抻試驗的拉抻試驗 一些合金沒有明顯的屈服點一些合金沒有明顯的屈服點,規(guī)定規(guī)定發(fā)生發(fā)生0.

4、2%塑性形變時的應力，作塑性形變時的應力，作為為“名義屈服名義屈服強度強度”。記作記作0.20.2%0.2常溫拉應力下常溫拉應力下脆性材料脆性材料的拉抻試驗的拉抻試驗 在斷裂破壞前，幾乎沒有塑性變在斷裂破壞前，幾乎沒有塑性變形形,只有一個只有一個抗拉抗拉強度強度bb10（2 2）安全因數(shù)和許用應力）安全因數(shù)和許用應力 b或snss塑性材料的許用應力塑性材料的許用應力 0.2sss或nnsss脆性材料的許用應力脆性材料的許用應力 bbnss n 安全因數(shù)安全因數(shù) 許用應力許用應力 s工程設計時，為了構件工作安全，強度應留有必要工程設計時，為了構件工作安全，強度應留有必要的儲備的儲備。 拉壓時的拉

5、壓時的許用應力許用應力和和強度條件強度條件11（2 2）強度條件）強度條件 NmaxFAss NmaxFAss根據(jù)強度條件，可以解決三類強度計算問題根據(jù)強度條件，可以解決三類強度計算問題l 強度校核：強度校核： NFAsl 設計截面：設計截面： sAFNl 確定許可載荷：確定許可載荷：FN構件受力，構件受力，N；A橫截面積橫截面積12例題例題強度極限強度極限b=700MPa的鋼絲，承受拉力的鋼絲，承受拉力FN=2kN 。取安全系數(shù)取安全系數(shù)nb =5，求鋼絲的直徑。，求鋼絲的直徑。N2000FAA解：解： 鋼絲鋼絲受到的力受到的力許用應力許用應力 b700140MPa5nss44 14.34.

6、3mmAd 22000=14.3 mm140NFAs()鋼絲的直徑為鋼絲的直徑為 N FAsQ1 1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力。形和斷裂的能力。 在某高溫下，試件在某高溫下，試件在在1010萬小時內(nèi)萬小時內(nèi)的塑的塑性應變值不超過性應變值不超過1%1%，能夠承受的最高應能夠承受的最高應力值力值。持久持久強度強度D蠕變?nèi)渥儚姸葟姸萵屈服屈服強度強度s(0.2)抗拉抗拉強度強度b疲勞疲勞強度強度n材料在長時間材料在長時間高溫高溫、應力小于應力小于s下也會產(chǎn)生塑性變形下也會產(chǎn)生塑性變形蠕變?nèi)渥兏邷馗邏合路ㄌm泄漏高溫高壓下法蘭泄漏高

7、高溫溫 材料在材料在高溫高溫下，下，1010萬萬小時內(nèi)小時內(nèi)斷裂時的應力斷裂時的應力作為作為持久持久強度強度。 1 1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力。形和斷裂的能力。 持久持久強度強度D蠕變?nèi)渥儚姸葟姸萵屈服屈服強度強度s(0.2)抗拉抗拉強度強度b疲勞疲勞強度強度n化工設備設計壽命一般為化工設備設計壽命一般為1010萬小萬小時內(nèi)時內(nèi)。高高溫溫材料在材料在交變載荷交變載荷作用下，作用下，會在遠低于材料本身的屈會在遠低于材料本身的屈服點時就已經(jīng)斷裂了，這服點時就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把種現(xiàn)象就是疲勞。我們把經(jīng)過經(jīng)過1

8、06108次次循環(huán)試驗循環(huán)試驗而不發(fā)生斷裂的最大應力，而不發(fā)生斷裂的最大應力，作為疲勞強度。作為疲勞強度。1 1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。形和斷裂的特性。 持久持久強度強度D蠕變?nèi)渥儚姸葟姸萵屈服屈服強度強度s(0.2)抗拉抗拉強度強度b疲勞疲勞強度強度n疲勞斷裂疲勞斷裂2、塑性塑性：金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。主要有兩個塑性指標：主要有兩個塑性指標：1000100%100%LLLLL0100100%100%AAAAA延伸率延伸率斷面收縮率斷面收縮率L0L1A0A1

9、材料的力學性能所包括的強度、塑性材料的力學性能所包括的強度、塑性, ,使用時使用時要考慮溫度的變化。要考慮溫度的變化。ssTTss第三節(jié)金屬材料的分類及牌號第三節(jié)金屬材料的分類及牌號一、分類一、分類1、黑色金屬的分類、黑色金屬的分類黑黑色色金金屬屬鑄鐵（生鐵）鑄鐵（生鐵）鋼鋼含碳量含碳量0.022% 含碳量含碳量2% 含碳量 4.3% 無實用價值！合金鋼合金鋼2、鋼的分類鋼的分類按質(zhì)量分：按質(zhì)量分：鋼鋼碳素工具鋼碳素工具鋼普通碳素結(jié)構鋼普通碳素結(jié)構鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼含碳量逐漸降低含碳量逐漸降低二、鋼鐵牌號及表示方法（二、鋼鐵牌號及表示方法（GB/T221-2000GB/T221-

10、2000） 1、碳素工具鋼：、碳素工具鋼：T 含碳量的數(shù)值含碳量的數(shù)值 常用常用T8Mn，T9，T10222.2.鋼號表示法鋼號表示法例：例：碳素工具鋼碳素工具鋼T 8 MnA類別為類別為A含有較高的含有較高的Mn元素元素含碳量以千分之幾表示含碳量以千分之幾表示碳素工具鋼碳素工具鋼鋼號含碳量以千分之幾表示鋼號含碳量以千分之幾表示二、鋼鐵牌號及表示方法（二、鋼鐵牌號及表示方法（GB/T221-2000GB/T221-2000） 2、普通碳素結(jié)構鋼（、普通碳素結(jié)構鋼（GB700-88）代表鋼材屈服點的字母代表鋼材屈服點的字母 屈服點的數(shù)值屈服點的數(shù)值 材料質(zhì)量等級符號材料質(zhì)量等級符號 脫氧方法符號

11、，脫氧方法符號，鋼鋼沸騰鋼沸騰鋼F半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ脫氧程度逐步提高脫氧程度逐步提高3、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼（、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼（GB711-88）較普通碳素結(jié)構含較普通碳素結(jié)構含S、P量較少，表面質(zhì)量量較少，表面質(zhì)量較好。較好。25鋼號表示法鋼號表示法例：例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼08F 20 R 沸騰鋼沸騰鋼含碳量為含碳量為0.08%；容器鋼容器鋼含碳量為含碳量為0.2%普通碳素鋼普通碳素鋼Q235-A,F沸騰鋼沸騰鋼類別為類別為A（A,B,C,D鋼材質(zhì)量等級鋼材質(zhì)量等級,越后越高）越后越高）鋼材屈服點鋼材屈服點(MPa)屈服點屈字的拼音首位字母屈服點屈字的拼音

12、首位字母鋼號含碳量以萬分之幾表示鋼號含碳量以萬分之幾表示二、鋼鐵牌號及表示方法二、鋼鐵牌號及表示方法（GB/T221-2000） 4、合金（高強度）鋼、合金（高強度）鋼在碳素鋼的基礎上加入少量合金元素。在碳素鋼的基礎上加入少量合金元素。特別：鍋爐鋼和容器鋼特別：鍋爐鋼和容器鋼主要用于殼體或鍋爐承壓元件。主要用于殼體或鍋爐承壓元件。如如16MnR，15MnVR，18MnMoNb等。等。15MnVR 15含碳量含碳量0.15%； Mn、V合金元素；合金元素； R 容器鋼。容器鋼。二、鋼鐵牌號及表示方法：二、鋼鐵牌號及表示方法： 5、特殊性能鋼、特殊性能鋼主要指不銹耐酸鋼主要指不銹耐酸鋼鉻不銹鋼，如

13、鉻不銹鋼，如1Cr13鉻鎳不銹鋼，如鉻鎳不銹鋼，如0Cr18Ni9含鉻量為含鉻量為13%含有較高的含有較高的Cr元素元素含碳量為含碳量為0.1%含鎳量為含鎳量為9%含有較高的含有較高的Ni元素元素含鎳量為含鎳量為18%含有較高的含有較高的Cr元素元素含碳量為小于含碳量為小于0.08%28 低合金鋼低合金鋼16MnR 16含碳量含碳量0.16%； Mn合金元素；合金元素； R 容器鋼。容器鋼。 特殊性能鋼特殊性能鋼1Cr18Ni9 1含碳量含碳量0.1%（千分數(shù)）；（千分數(shù)）； Cr,Ni主要合金元素；主要合金元素； 18含鉻量含鉻量18%； 9 含鎳量含鎳量9%。練習：練習：二、化學性能二、化

14、學性能1 1、耐腐蝕性、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液金屬和合金對周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。 2 2、抗氧化性、抗氧化性在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的許多高溫化工設備，在在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的許多高溫化工設備，在高溫工作高溫工作條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過程，還有其他氣條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過程，還有其他氣體介質(zhì)如水蒸氣，體介質(zhì)如水蒸氣，CO2、SO2等的氧化腐蝕作用，因此等的氧化腐蝕作用，因此鍋爐給水中的含氧量和其他介質(zhì)中的硫及其他雜質(zhì)的鍋爐給水中的含氧量和其他介質(zhì)中的硫及其他雜質(zhì)的含量對鋼的氧化是有一定影響

15、的。含量對鋼的氧化是有一定影響的。 表表1-2 壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表鋼板鋼板牌號牌號 使用溫使用溫度度 設計設計壓力壓力MPa 殼體鋼殼體鋼板厚度板厚度mm 其它限制其它限制 Q235-B 0350 1.6 20 不得用于毒不得用于毒性程度為高性程度為高度或極度危度或極度危害介質(zhì)的壓害介質(zhì)的壓力容器力容器 Q235-C 0400 2.5 30 強度低強度低 耐腐蝕差耐腐蝕差溫度使用范圍窄溫度使用范圍窄缺點：缺點：2、合金元素對鋼材性能的影響、合金元素對鋼材性能的影響 鉻鉻(Cr)不銹鋼的耐蝕性主要來源于鉻。不銹鋼的耐蝕性主要來源于鉻。 錳錳(

16、Mn)提高鋼材的強度和硬度。提高鋼材的強度和硬度。 鎳鎳(Ni) 提高耐堿能力提高耐堿能力 鉬鉬(Mo) 能提高不銹鋼對氯離子的抗能提高不銹鋼對氯離子的抗蝕能力能提高鋼的耐熱強度。蝕能力能提高鋼的耐熱強度。 鈦鈦(Ti)為防止焊接處發(fā)生腐蝕為防止焊接處發(fā)生腐蝕 20R 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，韌性好，硬度低優(yōu)質(zhì)碳素鋼，韌性好，硬度低 16MnR 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，加了錳，提高硬度優(yōu)質(zhì)碳素鋼，加了錳，提高硬度 15CrMoR 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，加了鉻，提高腐蝕性優(yōu)質(zhì)碳素鋼，加了鉻，提高腐蝕性，鉬，提高耐熱，氯離子的腐蝕，鉬，提高耐熱，氯離子的腐蝕2、合金元素對鋼材性能的影響、合金元素對鋼材性能的影響一、壓力容器用鋼的基

17、本要求一、壓力容器用鋼的基本要求 較高的強度，良好的塑性、韌性，良好的焊接較高的強度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性和耐腐蝕性。性和耐腐蝕性。二、常用鋼材介紹二、常用鋼材介紹 鋼板鋼板 碳素結(jié)構鋼鋼板碳素結(jié)構鋼鋼板 在壓力容器中可供選用的牌號有在壓力容器中可供選用的牌號有Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C 壓力容器用優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金鋼鋼板壓力容器用優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金鋼鋼板 這類材料屬于一般壓力容器專用鋼板這類材料屬于一般壓力容器專用鋼板，常見的有常見的有 20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、 18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR等 低

18、溫壓力容器用低合金鋼鋼板低溫壓力容器用低合金鋼鋼板 常見的有常見的有 16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR、07MnNiCrMoVDR等等 不銹鋼鋼板不銹鋼鋼板 常見的有常見的有 0Cr13、0Cr18Ni9 、0Cr18Ni10Ti 、 0Cr17Ni12Mo2Ti 、0Cr19Ni13Mo3等等 第四節(jié) 化工設備的腐蝕及防腐1.1.定義：定義：金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而引起的金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞現(xiàn)象。破壞現(xiàn)象。2.2.類型類型（腐蝕過程有無電流產(chǎn)生）（腐蝕過程有無電流產(chǎn)生）1 1）化學腐蝕（如氫腐蝕）化學腐蝕（如氫腐蝕）2 2）電化學腐蝕（如晶間腐蝕，應力腐蝕）電化學腐蝕（如晶間腐蝕，應力腐蝕）3.金屬腐蝕的評定方法：金屬腐蝕的評定方法：1）重量法）重量法 試驗測定，單位表面、單位時間腐蝕引起試驗測定，單位表面、單位時間腐蝕引起的質(zhì)量變化量。的質(zhì)量變化量。K=P0-P1/Ft式中：式中：K腐蝕速度，腐蝕速度，g/(m2h) P0，P1試件前后質(zhì)量試件前后質(zhì)量 F試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積 t腐蝕作用的時間腐蝕作用的時間372）深度法）深度法用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。度。