鋼瓶安全檢驗(yàn)站基礎(chǔ)教育訓(xùn)練物理計(jì)量單位力學(xué)及材料概論

1、98年度鋼瓶安全檢驗(yàn)站基礎(chǔ)教育訓(xùn)練物理計(jì)量單位、力學(xué)及材料概論中華民國(guó)工業(yè)氣體協(xié)會(huì)1物理計(jì)量單位長(zhǎng)度/面積/體積的單位質(zhì)(重)量壓力溫度熱量、比熱密度及其他2物理計(jì)量單位計(jì)量單位前的常用的倍率分率代號(hào) 倍數(shù)和分?jǐn)?shù)名稱兆百萬(wàn)千分厘毫微代號(hào)TMkdcm說(shuō)明101210610310-110-210-310-6資料來(lái)源:度量衡國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室3物理計(jì)量單位MKS制長(zhǎng)度容量質(zhì)量名稱米(公尺)公升千公克 (公斤)英譯meterliterkilogram代號(hào)mlkg資料來(lái)源:度量衡國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室單位符號(hào)之縮寫4物理計(jì)量單位單位符號(hào)之縮寫5物理計(jì)量單位質(zhì)量單位換算單位公噸公斤公克磅盎斯代號(hào)tkggpounce換

2、算率0.001110002.235.2740.0004540.454453593116 Ps:英制的磅, 有pound (p)重量單位/ libra (lb) 指重量的多少數(shù)量6物理計(jì)量單位壓力單位換算 常用的單位有kg/cm2,Mpa,psi.單位百萬(wàn)帕斯卡巴公斤/平方公分磅/平方英吋公分水柱厘米汞柱大氣壓代號(hào)MPabarKg/cm2psicmH2OmmHgatm換算率0.0980.98114.221000735.60.9670.1011.0131.03314.6961033.276017物理計(jì)量單位計(jì)算例： 潛水伕潛入100米深得海底工作，請(qǐng)問潛水伕是在多少大氣壓力之下的工作環(huán)境中工作？

3、10010(mH2O)=10 10 x0.967=9.67 (atm) Ans: 9.67 atm 8物理計(jì)量單位計(jì)算例： 1支DOT 3AA2265的鋼瓶應(yīng)該用多少kg/cm2的壓力做耐壓測(cè)試？ 2265 14.22159.3 159.3 5/3 265.5 (kg/cm2) Ans ： 265.5 kg/cm29物理計(jì)量單位溫度換算絕對(duì)溫度(K) = 攝氏溫度()+273攝氏溫度() = 【華氏溫度() -32 】 9/5 華氏溫度() = 攝氏溫度() 9/5+3210物理計(jì)量單位熱能單位換算 註:BTU:British Thermal Unit 英制熱量計(jì)量單位11物理計(jì)量單位計(jì)算例：

4、 40L的鋼瓶水壓後用熱水加熱沖洗3分鐘，水流量20L/min，約需耗掉多少能源？ 1 (90 23) 20 3 4020 kcal 4020 0.00116=4.66(kw-hr) Ans:4.66 kw-hr12物理計(jì)量單位功率換算單位千瓦公斤米/秒馬力千卡/小時(shí)BTU/分鐘BTU/小時(shí)代號(hào)kWKgm/sHPKcal/hrBTU/minBTU/hr換算率1101.971.34186056.8534130.746761642.442.462254413物理計(jì)量單位計(jì)算例： 1部20馬力的空氣壓縮機(jī),稼動(dòng)率30%,問此壓縮機(jī)啟動(dòng)後每小時(shí)需耗能多少？ 0.746200.34.476kw-hr A

5、ns：4.476kw-hr14物理計(jì)量單位密度/速度單位換算15物理計(jì)量單位容積單位換算16物理計(jì)量單位計(jì)算例： 氣瓶水容積40L，充填壓力150kg/cm2的壓縮氣體，氣體的量有多少的立方英呎 cu-ft(ft3) ？ 40X150=6000 35.316X6=211.896212 cu-ft Ans: 212cu-ft17力學(xué)與材料概論力學(xué)的主要分類18力學(xué)與材料概論靜力學(xué) 討論平衡力系的問題。運(yùn)動(dòng)學(xué) 討論物體或質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的幾何性質(zhì) 動(dòng)力學(xué) 討論物體或質(zhì)點(diǎn)上的不平衡力系、慣性及不平衡力系所產(chǎn)生之運(yùn)動(dòng)的關(guān)係。 19力學(xué)與材料概論依力的作用方式_依作用方式外力 指物體所受之作用力來(lái)自物體的外界

6、者，稱為外力。 內(nèi)力 指物體受外力之作用，其內(nèi)部相應(yīng)產(chǎn)生之抵抗力，為內(nèi)力。內(nèi)力是伴隨者外力作用而產(chǎn)生，二者為作用力與反作力的關(guān)係，且彼此大小相等，方向相反。20力學(xué)與材料概論依物體的受力部位 接觸力 與物體有相接觸之作用力稱之為接觸力。 非接觸力 物體不需接觸而有力作用者稱之為超距力。21力學(xué)與材料概論力的三要素 大小 方向 作用點(diǎn)22力學(xué)與材料概論力的效應(yīng)外效應(yīng) 外力作用於 剛體 上，使物體產(chǎn)生 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之改變 ，稱之為 力的外效應(yīng) 。 (應(yīng)用力學(xué))內(nèi)效應(yīng) 外力作用於 非剛體 上，使物體產(chǎn)生 形變 及其內(nèi)部產(chǎn) 內(nèi)生應(yīng)力 以 抵抗外力 的現(xiàn)象，稱之為 力的內(nèi)效應(yīng) 。(材料力學(xué)) 23力學(xué)與材料

7、概論力的單位絕對(duì)單位 CGS制達(dá)因(dyne)：使 質(zhì)量g 的物體，產(chǎn)生 cm/sec2 之加速度所需要之力。 MKS制牛頓(newton)：使 質(zhì)量kg 的物體，產(chǎn)生 m/sec2 之加速度所需要之力。重力單位 CGS制公克重(gm)： 質(zhì)量g的物體，在緯度45的海平面上，所受地心引力大小，稱為 公克重 。 MKS制公斤重()： 質(zhì)量kg的物體，在緯度45的海平面上，所受地心引力大小，稱為 公斤重 。24力學(xué)與材料概論彈性係素25力學(xué)與材料概論彈性係數(shù)(或稱為楊氏係數(shù)) 從張力試驗(yàn)所得的應(yīng)力-應(yīng)變圖，如上圖所示，可知材料在比例限度內(nèi)呈直線變化-OP線段，即在此範(fàn)圍內(nèi)，應(yīng)力()與應(yīng)變()恆成正

8、比例。此一關(guān)係稱為虎克定律(Hookes law)安全係數(shù) 材料所受之應(yīng)力必須遠(yuǎn)在比例限度之下,此應(yīng)力稱之為工作應(yīng)力,工作應(yīng)力與比例限度之比值即為安全係數(shù).26力學(xué)與材料概論各種材料之安全係數(shù) (例)材料種類靜負(fù)荷覆變負(fù)菏交變負(fù)荷衝擊質(zhì)脆金屬461015軟鋼35812木材7101520混凝土52027力學(xué)與材料概論薄壁圓筒之應(yīng)力 若圓筒之壁厚(t)與其半徑(r)相比為甚小時(shí)(10)，則稱此圓筒為薄壁圓筒(thin- Walled Cylinder)，如水管、瓦斯筒、鍋爐管及鋼瓶等均屬之。由於筒內(nèi)受均勻內(nèi)壓力作用，故在筒生上產(chǎn)生兩方向之正交應(yīng)力 其中，與軸向垂直之應(yīng)力，稱為周向應(yīng)力，即縱截之應(yīng)力

9、(1)；而沿圓筒軸向之應(yīng)力，稱為縱向應(yīng)力即橫截面之應(yīng)力（2）。薄壁圓筒的周向應(yīng)力為縱面應(yīng)力的兩倍，即其縱截面為此圓筒的危險(xiǎn)截面。故無(wú)特別指明時(shí)，薄壁圓筒的應(yīng)力( t )當(dāng)以周向應(yīng)力計(jì)算之。即 28力學(xué)與材料概論熱應(yīng)力 溫度變化時(shí) ，絕大多數(shù)的材料均有熱脹冷縮的現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，其產(chǎn)生的伸長(zhǎng) 量或收縮量(T)為 T=LT 當(dāng)材料兩端均受限制，當(dāng)溫度升高或降低時(shí)皆無(wú)法變形，故其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力或張應(yīng)力，此種應(yīng)力均稱為熱應(yīng)力( thermal stress)，以r表示。 r=-ET 29力學(xué)與材料概論萬(wàn)有引力（Gravitation）,常亦稱為重力（Gravity） 指具有質(zhì)量的物體之間加速靠

10、近的趨勢(shì)。 重力 在地面或地面附近物體受到地球吸引的萬(wàn)有引力和隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力相減的合力。符號(hào)是W, W=mg m表示物體的質(zhì)量 ,g表示物體所在點(diǎn)的重力加速度，一般計(jì)算採(cǎi)用標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，即g=gn=9.80665m/sec2。 重力的SI單位是牛頓(N） 。 30力學(xué)與材料概論力矩 力矩是一個(gè)旋轉(zhuǎn)力。等於作用在槓桿上的力乘以支點(diǎn)到力的距離。 扭矩又稱為轉(zhuǎn)矩 . 使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩或力偶稱為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)矩. 力矩是由一個(gè)不通過旋轉(zhuǎn)中心的力對(duì)物體形成的，而力偶是一對(duì)大小相等、方向相反的平行力對(duì)物體的作用。 扭矩的計(jì)量單位為公斤力米等 31力學(xué)與材料概論鎖緊扭矩(例)32力學(xué)與材料概

11、論摩擦力 兩個(gè)表面接觸的物體相互接觸時(shí)互相施加的一種物理力 F=FN :摩擦係數(shù)固體表面之間的摩擦力 滑動(dòng)、 滾動(dòng)、 滾壓(兼有滑動(dòng)與滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí))、 轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦最大靜摩擦33力學(xué)與材料概論名詞說(shuō)明:金屬、合金、非金屬金屬材料的組織_金屬及合金的狀態(tài)_金屬的塑性加工和塑性變形_34力學(xué)與材料概論金屬材料的組織金屬的晶粒_金屬的結(jié)晶構(gòu)造_結(jié)晶的面和格子直線35力學(xué)與材料概論金屬的晶粒 把金屬材料折斷時(shí),在斷口處可以看到很多微細(xì)的粒子,這種粒子就稱為金屬的晶粒。金屬的結(jié)晶構(gòu)造 依照晶粒排列的方式可將其分類為：體心立方格子、面心立方格子、 六方密格子。36力學(xué)與材料概論金屬及合金的狀態(tài)純金屬的熔解、凝固

12、及平衡相律多元合金的平衡37力學(xué)與材料概論金屬的塑性加工塑性加工_彎曲,拉長(zhǎng),鎚扁,打圓等.熱加工/冷加工鍛造/軋延/拉製/板金壓製/擠製38力學(xué)與材料概論金屬的塑性變形結(jié)晶格子內(nèi)原子間的作用力結(jié)晶的滑動(dòng)產(chǎn)生變形由雙晶所產(chǎn)生的變形單結(jié)晶的強(qiáng)度差排_(tái)刃狀或螺旋39力學(xué)與材料概論金屬材料的物理性質(zhì)比重比熱膨脹係數(shù)導(dǎo)熱度比電阻磁性40力學(xué)與材料概論金屬材料的機(jī)械性質(zhì)彈性限比例限彈性係數(shù)降伏強(qiáng)度材料疲勞抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率41力學(xué)與材料概論鋼鐵的製造鼓風(fēng)爐、平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐鋼的熱處理退火(annealing) 、淬火(quenching) 、回火(tempering)42力學(xué)與材料概論退火annealing

13、定義 把鋼料加熱到適當(dāng)溫度,保持適當(dāng)時(shí)間後使它慢慢冷卻.目的 (1)消除高溫加工時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力 (2)降低硬度(3)改良機(jī)械切削性或常溫加工性(4)調(diào)整結(jié)晶組織(5)得到所希望的機(jī)械性質(zhì)或物理性質(zhì)(6)消除化學(xué)成分的不均勻性等.種類 分完全退火及軟化退火.43力學(xué)與材料概論淬火quenching定義 把鋼加熱到適當(dāng)溫度,保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間後,使它急冷. 目的 這個(gè)作業(yè)可以讓鋼材在溫度與組織的變化過程中,阻止發(fā)生波來(lái)鐵變態(tài),而得到高硬度的麻田散鐵組織.影響淬火效果的因素 主要取決於淬火液的(1)比熱(2)導(dǎo)熱度(3) 黏性(4) 揮發(fā)性 (淬火液從鋼材奪取熱量的速度越快,則淬火的效果越顯著)44力學(xué)

14、與材料概論理想淬火 把鋼淬火時(shí),採(cǎi)用一種理想的冷卻方法,讓鋼的表面在淬火的瞬間冷卻到淬火液的溫度,能達(dá)到這種條件的淬火,就稱為理想淬火。以這種冷卻速度把某一直徑的鋼施行淬火時(shí),如果中心部分的組織剛好變?yōu)槁樘锷㈣F50%和肥粒散鐵50%,這個(gè)直徑叫做淬火直徑(或理想直徑)45力學(xué)與材料概論 淬火硬化能不同的鋼各有他特有的淬火硬化能力,這種能力叫做硬化能(hardenability),通常以淬火時(shí)硬化的深度作為比較的準(zhǔn)則,而與淬火時(shí)所得硬度之大小無(wú)關(guān).影響的因素有 (1)材料的化學(xué)組成(2)晶粒度(3)碳化物的量,性質(zhì)與分佈(4)鋼材的形狀與尺寸(5)表面狀態(tài)(6)淬火液的冷卻能力46力學(xué)與材料概論

15、淬火quenching深冷處理sub-zero cooling 淬火後的鋼冷到室溫時(shí),如果尚殘留沃斯田鐵組織,則將溫度繼續(xù)降到0以下,則變態(tài)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行,而使殘留的沃斯田鐵的量更減少,如此可得到更高的硬度.淬火溫度 鋼的成分決定其淬火溫度, 過高的溫度會(huì)使沃斯田鐵晶粒生長(zhǎng)變粗,造成淬火後的機(jī)械性質(zhì)不良,甚至裂痕.47力學(xué)與材料概論回火 tempering定義 把淬火鋼加再熱到變態(tài)點(diǎn)A1以下的適當(dāng)溫度,以改善其特性目的 除去淬火鋼的內(nèi)部應(yīng)力,並調(diào)節(jié)硬度以取得適當(dāng)?shù)膹?qiáng)韌性回火 期間主要的變態(tài) (1)由體心正方形麻田散鐵析出碳原子(2)殘留沃斯田鐵的變態(tài)(3)雪明碳鐵變態(tài)(4)雪明碳鐵凝集48力學(xué)與材

16、料概論回火 tempering回火脆性低溫回火/高溫回火恆溫回火麻回火麻淬火49力學(xué)與材料概論高壓氣體容器常用之碳合金鋼之化學(xué)成分 (例)材質(zhì) CSiMnPSCuNiCrMoVO錳鋼0.340.40.150.31.351.650.030.015 0.3 _鉻鉬鋼0.30.350.20.350.40.80.030.0150.30.250.81.10.150.25_特殊鉻鉬鋼0.30.350.150.350.60.850.020.010.150.150.91.10.350.450.070.150.001550力學(xué)與材料概論高壓氣體容器常用之碳合金鋼Cr-Mo鋼 硬化能大,對(duì)於回火的軟化抵抗性高,回

17、火脆性的傾向小, 回火到高溫時(shí)可得韌性、 強(qiáng)度、 硬度都高的強(qiáng)韌組織，所以氣瓶中大量採(cǎi)用此種材質(zhì),但因會(huì)與CO反應(yīng),造成 強(qiáng)度降低,所以不適於充填含CO的氣體。Mn鋼 硬化能大,但對(duì)於回火的軟化抵抗性較Cr-Mo鋼低,回火脆性的傾向較Cr-Mo鋼高,但Mn比Ni及Cr便宜,同時(shí)不與CO反應(yīng),所以一部分的氣瓶會(huì)使用這種材質(zhì)。51力學(xué)與材料概論其他金屬銅及銅合金鋁及鋁合金鎂及鎂合金鎳及鎳合金其他52力學(xué)與材料概論銅具有良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性純銅質(zhì)軟,不適合做構(gòu)造材料空氣中有濕氣及CO2時(shí),會(huì)產(chǎn)生堿性碳酸銅熔點(diǎn) 10830.1比電阻 1.6730-cm比重(20) 8.9653力學(xué)與材料概論 鋁重量輕,比重(20)僅2.689純鋁強(qiáng)度低導(dǎo)熱度,導(dǎo)電度,耐蝕性良好容易被稀薄的無(wú)機(jī)酸類腐蝕,但能抵抗大多數(shù)的有機(jī)酸54力學(xué)與材料概論鋁的陽(yáng)極化處理 (alumite) 將鋁製品做為陽(yáng)極,將該製品放入電解槽中,以 510草酸水溶液, 525硫酸水溶液,或510鉻酸水溶液為電解液進(jìn)行電解,在製品的表面形成一個(gè)緻密化的氧化膜(Al2O3