化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件PPT

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件PPT第一頁(yè)，共137頁(yè)。2化工設(shè)備——儲(chǔ)罐換熱設(shè)備塔設(shè)備反應(yīng)釜第二頁(yè)，共137頁(yè)。3＊所有的設(shè)備都有一個(gè)外殼，這個(gè)外殼我們把它叫做容器。＊化工中，這些外殼容器都需要承受一定的壓力，我們把它叫做壓力容器。第三頁(yè)，共137頁(yè)。4壓力容器一般由筒體、封頭、支座（基本件）

接管、法蘭（對(duì)外連接件）

人孔、手孔、液面計(jì)（附件）以及一些內(nèi)構(gòu)件等零部件組成。第四頁(yè)，共137頁(yè)。第五頁(yè)，共137頁(yè)。6１.這些設(shè)備要滿足什么樣的工藝要求？結(jié)構(gòu)如何？２.用什么材料？如何制作？３.抵抗壓力和溫度的能力如何？——安全性如何？４.經(jīng)濟(jì)性如何？第六頁(yè)，共137頁(yè)。7一.主要內(nèi)容：1.化工設(shè)備常用材料——簡(jiǎn)介化工設(shè)備常用材料性能、分類(lèi)、熱處理方法；2.中、低壓化工容器設(shè)計(jì)——薄膜理論；內(nèi)、外壓容器設(shè)計(jì)方法、容器零部件設(shè)計(jì)；3.典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)——列管式換熱器、塔設(shè)備以及反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)方法。第七頁(yè)，共137頁(yè)。8二.主要參考書(shū)及參考資料：1.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(第五版）刁玉瑋王立業(yè)編著；2.《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》1999；3.《鋼制壓力容器》GB150---1998；4.《管殼式換熱器》GB151---1999；5.《鋼制塔式容器》JB4710---2002；第八頁(yè)，共137頁(yè)。學(xué)時(shí)：４８學(xué)時(shí)期末成績(jī)：平時(shí)1０％，期中３０％，期末６０％。9第九頁(yè)，共137頁(yè)。10第一篇化工設(shè)備材料

第一章化工設(shè)備材料及其選擇1.1概述1）.化工設(shè)備的使用環(huán)境：壓力：真空—低壓—中壓—高壓—超高壓溫度：低溫—中溫—高溫介質(zhì)：腐蝕性；易燃；易爆；有毒；劇毒。第十頁(yè)，共137頁(yè)。111.2金屬材料的性能1.2.1力學(xué)性能——在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)允許的變形或不被破壞的能力。第十一頁(yè)，共137頁(yè)。補(bǔ)充材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)12第十二頁(yè)，共137頁(yè)。131.強(qiáng)度及其主要指標(biāo).固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的特性。例如：※容器爆裂；※管道破裂;※地腳螺栓拉斷;※爐管爆裂；…..

——強(qiáng)度不夠！第十三頁(yè)，共137頁(yè)。14（1）.屈服點(diǎn)屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。屈服點(diǎn)：（s）——材料發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力。單位：MPa?！恍┖辖饹](méi)有明顯的屈服點(diǎn),規(guī)定發(fā)生0.2%殘余變形時(shí)的應(yīng)力，作為“條件屈服點(diǎn)”。記作σ0.2。第十四頁(yè)，共137頁(yè)。15（2）.抗拉強(qiáng)度(sb)定義：金屬材料在受力過(guò)程中，

發(fā)生斷裂所達(dá)到的最大應(yīng)力值，以σb表示，單位MPa。是壓力容器設(shè)計(jì)常用的性能指標(biāo)。屈強(qiáng)比：s/sb

屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大的塑性?xún)?chǔ)備。(希望屈強(qiáng)比大一些)第十五頁(yè)，共137頁(yè)。16（3）.蠕變強(qiáng)度（sn）“蠕變”現(xiàn)象：高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃?；高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏；鉛絲在常溫下受重力作用而變長(zhǎng)變細(xì)。

第十六頁(yè)，共137頁(yè)。17“蠕變”現(xiàn)象：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,或金屬在高溫和存在內(nèi)應(yīng)力情況下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象.“蠕變強(qiáng)度”：材料在高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，以sn表示，單位MPa。第十七頁(yè)，共137頁(yè)。18（4）.持久強(qiáng)度（sD）定義：在一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間斷裂時(shí)的應(yīng)力，以sD表示，單位MPa。材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時(shí)間越久。規(guī)定：化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)，所以用試件在十萬(wàn)小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命！第十八頁(yè)，共137頁(yè)。19（5）疲勞強(qiáng)度構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)就斷裂——疲勞?！捌跇O限”——構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應(yīng)力。表示符號(hào)：σ-1(MPa)。例如：

頻繁開(kāi)、停車(chē)——容器內(nèi)壓力或溫度波動(dòng)；活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體——容器及管道內(nèi)壓力波動(dòng)；離心泵頻繁開(kāi)停機(jī)或震動(dòng)——泵軸受力成交變式。

第十九頁(yè)，共137頁(yè)。202.塑性及其主要指標(biāo)金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。因塑性不足引起材料破壞的例子：◎鍛件裂紋;◎卷板裂紋;◎焊縫熱影響區(qū)裂紋第二十頁(yè)，共137頁(yè)。21主要指標(biāo)：(1)延伸率（δ）第二十一頁(yè)，共137頁(yè)。22（2）斷面收縮率（y）如：純鐵的延伸率為50%，20R的d5不小于25%；16MnR的d5不小于21%；1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。第二十二頁(yè)，共137頁(yè)。23（3）冷彎性能---是鋼材塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。室溫下對(duì)試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.5～3板厚）進(jìn)行彎曲，是否出現(xiàn)裂紋或起層。在試樣被彎曲受拉伸面出現(xiàn)第一條裂紋前,金屬材料的變形越大,塑性越好第二十三頁(yè)，共137頁(yè)。24塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂?！獕毫θ萜骷捌淞慵夹枰邆溥@個(gè)性質(zhì)。第二十四頁(yè)，共137頁(yè)。253.硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好；—綜合性能指標(biāo)。

布氏硬度試驗(yàn)示意圖第二十五頁(yè)，共137頁(yè)。26常用硬度指標(biāo)：布氏硬度（HBS);

洛氏硬度（HRA、HRB、HRC);

維氏硬度（HV)等。硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系：如：低碳鋼sb≈36HBS;用硬度計(jì)測(cè)量！第二十六頁(yè)，共137頁(yè)。274.沖擊韌性及指標(biāo)（Ak）材料在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。第二十七頁(yè)，共137頁(yè)。28擺錘沖斷試樣所失去的位能為沖擊功（試件所吸收的功）：Ak=G(H1-H2)焦耳！吸收功的高低取決于

——材料能否迅速塑性變形的能力。

沖擊韌性值的試驗(yàn)確定第二十八頁(yè)，共137頁(yè)。沖擊韌性:σK=AK/F(J/cm2)29第二十九頁(yè)，共137頁(yè)。30

材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。

——靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。沖擊韌性與塑性區(qū)別何在？第三十頁(yè)，共137頁(yè)。315缺口敏感性——在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。

韌性范疇——靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的性能。

沖擊韌性？——是動(dòng)載荷作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。第三十一頁(yè)，共137頁(yè)。321.2.2物理性能——密度，熔點(diǎn)，線膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容，電阻率，磁導(dǎo)率，彈性模量，泊桑比等。化工設(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮的物理性能：1.線膨脹系數(shù)異種鋼焊接——收縮率不同，引起變形或損壞；復(fù)合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)——熱變性不同,容器殼體將會(huì)？設(shè)備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）——熱變性不同時(shí)？固定管板式換熱器的管子與殼體——線膨脹量相差過(guò)大，將會(huì)？碳鋼表面電鍍一層銅——升溫后會(huì)？第三十二頁(yè)，共137頁(yè)。332.彈性模量E與泊桑比μ彈性模量E：金屬材料對(duì)彈性變形抗力的指標(biāo)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的。(隨著溫度升高而降低)泊桑比μ：拉伸試件的單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。各種鋼材近乎為μ=0.3。第三十三頁(yè)，共137頁(yè)。341.2.3化學(xué)性能——金屬材料所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，即是否會(huì)與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮的化學(xué)性能：1.耐腐蝕性——對(duì)介質(zhì)侵蝕的抵抗能力；2.抗氧化性——在熱加工的高溫條件下抵抗氧化性介質(zhì)氧化的能力。氧化性介質(zhì)如水蒸氣、CO2、SO2等。

熱加工——如熱卷，鍛造，焊接，熱處理，熱沖壓，鑄造等等。第三十四頁(yè)，共137頁(yè)。351.2.4.金屬材料的工藝性能指在保證加工質(zhì)量的前提下,加工過(guò)程的難易程度.可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動(dòng)性、凝固收縮率、熱塑性等；鑄造性能—流動(dòng)性、凝固收縮率等；可鍛性能—抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等；切削加工性能熱處理性能第三十五頁(yè)，共137頁(yè)。36

1.3金屬材料的分類(lèi)及牌號(hào)1.3.1分類(lèi)1.黑色金屬——1）生鐵2）鋼鋼普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按質(zhì)量分：第三十六頁(yè)，共137頁(yè)。37鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼按化學(xué)成分：第三十七頁(yè)，共137頁(yè)。38鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼按冶煉方法分：第三十八頁(yè)，共137頁(yè)。39按用途分：鋼建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼特殊性能鋼第三十九頁(yè)，共137頁(yè)。402.有色金屬銅及其合金：純（紫）銅黃銅（銅鋅合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（無(wú)錫青銅）輕金屬及其合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金第四十頁(yè)，共137頁(yè)。411.3.2鋼鐵牌號(hào)及表示方法1.牌號(hào)的表示原則依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB221-2000,牌號(hào)中化學(xué)元素——化學(xué)符號(hào)或漢字表示；產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法——漢字或漢語(yǔ)拼音字母表示。例如：沸騰鋼——F或沸灰口鑄鐵——HT或灰鐵鑄鋼——ZG鍋爐鋼——g或鍋容器鋼——R或容第四十一頁(yè)，共137頁(yè)。422.鋼號(hào)表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼——08F20R沸騰鋼含碳量為0.08%；容器鋼含碳量為0.2%普通碳素鋼——Q235-A,F沸騰鋼類(lèi)別為A鋼材屈服點(diǎn)(MPa)屈服點(diǎn)屈字的拼音首位字母第四十二頁(yè)，共137頁(yè)。43

低合金鋼——16MnR16——含碳量0.16%；Mn——合金元素；R——容器鋼。

特殊性能鋼——1Cr18Ni91——含碳量0.1%（千分?jǐn)?shù)）；Cr,Ni——主要合金元素；18——含鉻量18%；9——含鎳量9%。第四十三頁(yè)，共137頁(yè)。441.4碳鋼與鑄鐵鋼鐵的組成=95%以上鐵+（0.05～4%）碳+1%雜質(zhì)——鐵碳合金含碳量0.02~2%為鋼；含碳量＞2%為鑄鐵；含碳量＜0.02%為工業(yè)純鐵；含碳量＞4.3%無(wú)實(shí)用價(jià)值。鐵碳合金！第四十四頁(yè)，共137頁(yè)。451.4.1

鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。金相組織結(jié)構(gòu)直接影響金屬材料的性質(zhì)。

如，鑄鐵中的石墨形式不同，其性質(zhì)也不同。細(xì)片狀石墨：次之粗片狀石墨：差球狀石墨：強(qiáng)度最好第四十五頁(yè)，共137頁(yè)。用X光和電子顯微鏡可以觀察到金屬原子的各種規(guī)則排列,稱(chēng)為金屬的晶體結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)構(gòu).46第四十六頁(yè)，共137頁(yè)。47純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：第四十七頁(yè)，共137頁(yè)。48第四十八頁(yè)，共137頁(yè)。492.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：γ-Feα-Fe910℃（面心立方晶格）（體心立方晶格）固態(tài)下鐵原子重新排列第四十九頁(yè)，共137頁(yè)。503.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：固溶態(tài)，化合態(tài)，混合態(tài)固溶：元素于固態(tài)下相互溶解，保持溶劑晶格原來(lái)形式。

（1）鐵素體（F）體心立方晶格（α-Fe）+C鐵素體

（固溶體）塑性好，強(qiáng)度低。第五十頁(yè)，共137頁(yè)。51（2）奧氏體（A）面心立方晶格+C奧氏體

（固溶體）—塑性低，強(qiáng)度高。第五十一頁(yè)，共137頁(yè)。52——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)C+Fe→Fe3CFe3C稱(chēng)為滲碳體。性能特點(diǎn):.硬，脆,塑性幾乎為0；.在一定條件下可以分解（3）滲碳體（C）碳+鐵。滲碳體的作用：少量滲碳體散布在鐵素鐵中（總含c量﹤2%）成為碳素鋼。提高了強(qiáng)度和硬度，可軋制成鋼材。第五十二頁(yè)，共137頁(yè)。53鐵碳合金中含碳量﹥2%時(shí)，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——性能特點(diǎn)：石墨性軟、強(qiáng)度極低，相當(dāng)于鑄鐵中存在許多孔洞。

鐵碳關(guān)系之三——游離態(tài)

第五十三頁(yè)，共137頁(yè)。54（4）珠光體（P）鐵素體和滲碳體兩者的機(jī)械混合物性能特點(diǎn):介于兩者之間,強(qiáng)度和硬度比F高,塑性和韌性比F差,但比C好；第五十四頁(yè)，共137頁(yè)。55性能特點(diǎn):具有較高的硬度（5）萊氏體（L）珠光體和初次滲碳體的共晶混合物第五十五頁(yè)，共137頁(yè)。56(6)馬氏體(M)從高溫奧氏體急冷下來(lái),得到碳原子在α-Fe中過(guò)飽和的固溶體.性能特點(diǎn):硬度高,很脆,不能承受沖擊載荷.第五十六頁(yè)，共137頁(yè)。571.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖圖1-121.碳鋼在常溫下的組織2.臨界點(diǎn)及其意義(1)A1線(2)A3線(3)Acm線(4)ACD線(5)AECF線第五十七頁(yè)，共137頁(yè)。第五十八頁(yè)，共137頁(yè)。常溫下碳鋼的性能分析(如圖1-13):塑性、韌性逐漸減??；硬度逐漸增大；強(qiáng)度先增后減59第五十九頁(yè)，共137頁(yè)。601.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響1）.錳(Mn)來(lái)源——在冶煉過(guò)程中加入錳鐵。作用——鋼材中錳含量高于0.8%時(shí)，即為合金元素存在，可溶于F中——提高強(qiáng)度。是有益元素。2）.硫(S)來(lái)源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開(kāi)始溫度，它過(guò)早熔化，導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱(chēng)為熱脆性。有害元素！

第六十頁(yè)，共137頁(yè)。3）.硅(Si)來(lái)源——冶煉。作用——以脫氧化物SiO2的形式存在可溶于F中，提高強(qiáng)度、硬度，是有益元素。61第六十一頁(yè)，共137頁(yè)。624).磷(P)來(lái)源——礦石。作用——溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”。有害元素！5）.氫(H)

來(lái)源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低，來(lái)不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點(diǎn)”。

“白點(diǎn)”——裂紋源有害元素！第六十二頁(yè)，共137頁(yè)。（6）氮（N）鋼中有過(guò)量的氮，加熱到一定的溫度時(shí)會(huì)析出，稱(chēng)為“時(shí)效”作用——硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降。處理——加入Al，Ti進(jìn)行固氮處理，形成AlN和TiN63第六十三頁(yè)，共137頁(yè)。（7）氧（O）以?shī)A雜物、顆粒狀形式存在。作用——破壞連續(xù)性，降低沖擊性能，疲勞強(qiáng)度等。64第六十四頁(yè)，共137頁(yè)。652.碳鋼的分類(lèi)、牌號(hào)（1）.普通碳鋼含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.F

#Q235-B,#Q235-C,Q275(參見(jiàn)表1-6）式中Q—普通碳鋼，“屈服”的拼音首位字母。235——材料屈服點(diǎn)（MPa)A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級(jí)，越后越高。F——沸騰鋼#—GB150-98規(guī)定使用材料第六十五頁(yè)，共137頁(yè)。66（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點(diǎn)：含硫、磷等雜質(zhì)較少，均≤0.04%，雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量好。常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含c量的萬(wàn)分?jǐn)?shù);g--鍋爐鋼；R--容器鋼；Mn---含錳元素約1%。（3）.高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

磷硫雜質(zhì)極少P,s含量≤0.03%。表示法：如20A第六十六頁(yè)，共137頁(yè)。67

1.4.4.鋼的熱處理熱處理工藝實(shí)例：※縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來(lái)后變軟；※建筑用鐵線用火燒軟；※泵軸調(diào)質(zhì)—內(nèi)韌外硬；※扁鏟淬火—提高硬度和韌性；※容器焊后退火—消除內(nèi)應(yīng)力；……熱處理工藝曲線：金屬材料中的金相組織發(fā)生變化！第六十七頁(yè)，共137頁(yè)。68（1）常用熱處理工藝緩慢加熱，保溫一定時(shí)間后※隨爐冷卻（曲線1）--退火；※空氣中冷卻（曲線2）--正火；

作用：①降低硬度，增加塑性，改善機(jī)械性能；②使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力。【注】加熱溫度為臨界點(diǎn)（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度)以上30～50℃。第六十八頁(yè)，共137頁(yè)。69緩慢加熱，保溫一定時(shí)間淬火劑中冷卻（曲線3）；淬火劑:水，鹽水---用于碳鋼；油---用于合金鋼。作用：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性。淬火第六十九頁(yè)，共137頁(yè)。70淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。作用：消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，滿足技術(shù)要求?；鼗鹩址譃椋旱蜏鼗鼗穑?50～250℃）；中溫回火（300～450℃）；高溫回火（500～680℃）。

※淬火+高溫回火稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。效果：強(qiáng)度、塑性、韌性均提高?；鼗鸬谄呤?yè)，共137頁(yè)。71（2）化學(xué)熱處理--將零件放在化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行加熱-保溫-冷卻的過(guò)程。使零件表面改性。方式：滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等。第七十一頁(yè)，共137頁(yè)。72

1.4.5.鑄鐵鐵+(2.5～4.0%)碳+Si、Mn、P、S等雜質(zhì)

鑄鐵1）灰鑄鐵如HT150-330,HT200-400HT---灰鑄鐵第一個(gè)數(shù)字---抗拉強(qiáng)度（MPa)第二個(gè)數(shù)字---抗彎強(qiáng)度（MPa)特點(diǎn)：斷口呈灰色，石墨呈片狀；質(zhì)脆，耐磨，抗壓不抗拉，可鑄性好，易切削；吸音減振，某些介質(zhì)中耐腐蝕性好。用來(lái)制作機(jī)床的床身，壓縮機(jī)機(jī)身如何？第七十二頁(yè)，共137頁(yè)。732）球墨鑄鐵如QT450-10.

QT---球墨鑄鐵450---抗拉強(qiáng)度（MPa)10----延伸率（%）特點(diǎn)：碳以球狀石墨存在，可鑄性好，易切削；強(qiáng)度高，較好的塑性和韌性。可制作重要軸類(lèi)！第七十三頁(yè)，共137頁(yè)。74性能指標(biāo)材料

sb(MPa)

ss(MPa)

d(%)

ak(N.m/cm2)HBS(MPa)45(正火）6103601650≤24.1球墨鑄鐵400～900250～6002～1815～3013～36灰鑄鐵150～400————

——14～27

45號(hào)鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機(jī)械性能比較第七十四頁(yè)，共137頁(yè)。753）高硅鑄鐵如：STSi15R,STSi11Cu2CrR,STSi17R…式中ST---高硅耐蝕鑄鐵，Si15---含硅15%左右，Cu2---含銅2%左右R---混合稀土元素（≤0.1%）。特點(diǎn)：※耐腐蝕性好（見(jiàn)書(shū)表1-15）；※質(zhì)硬、脆，較難機(jī)加工，一般采用鑄造；※導(dǎo)熱性能差，膨脹系數(shù)大，受熱易裂。用途：制造耐腐蝕泵、閥門(mén)、旋塞、冷卻排管、輔助陽(yáng)極、管道配件等。第七十五頁(yè)，共137頁(yè)。761.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對(duì)鋼的影響——為改善鋼材性能特意加入合金元素，以改變鋼材性質(zhì)。例如：鉻：耐腐蝕抗氧化；提高了強(qiáng)度硬度和耐磨性；使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性；提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性；提高熱強(qiáng)性能。硅：提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐H2S腐蝕；降低了塑性和沖擊韌性。第七十六頁(yè)，共137頁(yè)。77

1.成分特點(diǎn)：※由碳素鋼+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素組成；※含碳量均較低，≤0.2%；※合金元素總含量＜5%。2.相對(duì)于碳素鋼，其性能特點(diǎn)：※強(qiáng)度提高；※耐腐蝕性能提高；※低溫性能提高。1.5.2低合金鋼第七十七頁(yè)，共137頁(yè)。78

碳素鋼與低合金鋼比較

類(lèi)別品種sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用溫度（℃）碳素鋼Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金鋼16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～450第七十八頁(yè)，共137頁(yè)。793.常用材料：板，管，圓鋼等型材。4.用途：廣泛用于造船，壓力容器，橋梁，高壓鍋爐，汽車(chē)，礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。5.常用材料：16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….第七十九頁(yè)，共137頁(yè)。801.5.3鍋爐鋼和容器鋼1.工作環(huán)境：鍋爐：中溫或高溫；中壓或高壓。容器：壓力；溫度；介質(zhì)腐蝕；操作特點(diǎn)。2.對(duì)材質(zhì)要求：1）較高的強(qiáng)度；2）良好的塑性、韌性和冷彎性能；3）較低的缺口敏感性；4）良好的焊接性能和其他工藝性能；5）良好的冶金質(zhì)量。第八十頁(yè)，共137頁(yè)。813.常用的材料：鍋爐鋼——20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器鋼——（GB150-1998《鋼制壓力容器》推薦）Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。4.標(biāo)準(zhǔn)：《壓力容器用鋼板》GB6654-1996《壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼板》YB/T40-87第八十一頁(yè)，共137頁(yè)。82

1.5.4不銹耐酸鋼不銹---耐大氣腐蝕；耐酸---耐酸及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。常用品種：1）鉻不銹鋼---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一個(gè)數(shù)字---含碳量的千分?jǐn)?shù)[見(jiàn)表1-5(1-4）]；Cr13---含鉻13%?！蚪M織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體。第八十二頁(yè)，共137頁(yè)。83◎“不銹”的原因：在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧化膜，對(duì)鋼材起保護(hù)作用。◎性能特點(diǎn)：碳的作用---與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量的鉻。為保證耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量越低越好。第八十三頁(yè)，共137頁(yè)。84鉻的作用：

——能提高耐腐蝕性能。實(shí)際鉻不銹鋼的平均含鉻量≥13%。

——能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。

用作受載荷大的耐蝕零件，如軸類(lèi)，活塞桿、螺栓、浮閥等。第八十四頁(yè)，共137頁(yè)。852）鉻鎳不銹鋼常用鉻鎳不銹鋼型號(hào):0Cr18Ni90Cr18Ni10Ti式中0---含碳量的千分?jǐn)?shù)；（見(jiàn)表1-5）Cr18---含鉻量18%左右；Ni9---含鎳量9%左右。通常以鉻鎳平均含量“18-8”標(biāo)志這種鋼。組織特征：C、Cr、Ni固溶于奧氏體晶格中，是單一的奧氏體組織。第八十五頁(yè)，共137頁(yè)。86

性能特點(diǎn):①耐腐蝕性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※組織為單一的奧氏體，在電解液中不能形成微電池，避免了電化學(xué)腐蝕。②力學(xué)性能優(yōu)異。[見(jiàn)P300附錄五]③在400～850℃期間，碳生成碳化鉻在晶界析出，使晶界附近貧鉻（鉻含量低于12%）導(dǎo)致晶間腐蝕。

！不能反復(fù)施焊，否則必須進(jìn)行熱處理。④不耐氯離子腐蝕。第八十六頁(yè)，共137頁(yè)。87

1.5.5耐熱鋼

高溫環(huán)境---原油加熱、裂解、催化等。如轉(zhuǎn)化爐爐管，工作溫度為650～800℃。

碳鋼使用溫度一般在400℃以下。如20鋼500℃時(shí)屈服點(diǎn)只有50MPa,變得很軟，鋼中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化過(guò)程）；同時(shí)鋼表面生成氧化皮，層層剝落。

——碳鋼在高溫下強(qiáng)度和抗氧化性均下降。第八十七頁(yè)，共137頁(yè)。88高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：①化學(xué)穩(wěn)定性。——抵抗高溫氣體（O2、H2S、SO2

等)腐蝕的能力。鋼的表面能生成致密的氧化膜。抗氧化鋼——抗高溫氧化，強(qiáng)度不高。

Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②熱強(qiáng)性?！垢邷厝渥兡芰Α釓?qiáng)鋼——抗蠕變，有一定抗氧化能力。12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。第八十八頁(yè)，共137頁(yè)。89元素Cr—提高抗氧化性，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織。Mo—提高高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織，提高再結(jié)晶溫度。Ni—形成奧氏體組織，提高高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。Ti—穩(wěn)定金相組織，不銹鋼中能減少鉻與碳的化合。Al,Si—提高高溫抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。各元素的作用：第八十九頁(yè)，共137頁(yè)。90

1.5.6低溫用鋼低溫環(huán)境——天然氣液化、空氣分離、潤(rùn)滑油脫脂、輕烴回收等。普通碳鋼在低溫下（-20℃以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。低溫用鋼的組織成分特點(diǎn)：※一般低溫（-40~-20

℃)鋼——含碳量很低的鐵素體組織，再加入適量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如16MnDR,09MnNiDR等。※深冷（-40℃以下)用鋼——含碳量低的奧氏體組織。如15Mn26Al4。第九十頁(yè)，共137頁(yè)。911.5.7鋼材的品種和規(guī)格1）鋼板[P320附錄十]2）鋼管[P306附錄七]※無(wú)縫鋼管表示法：如f219×10其中219-鋼管的外徑,mm；10-鋼管名義壁厚,mm?！锌p鋼管由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。如1吋,1/4吋,3/4吋等.第九十一頁(yè)，共137頁(yè)。923）型鋼圓鋼方鋼扁鋼等邊角鋼不等邊角鋼工字鋼槽鋼第九十二頁(yè)，共137頁(yè)。934）鑄鋼和鍛鋼鋼水鑄造成型---鑄鋼。如：ZG200-400式中200-屈服點(diǎn)400-抗拉強(qiáng)度。精密鑄造！鋼坯鍛壓成型---鍛鋼第九十三頁(yè)，共137頁(yè)。941.6有色金屬材料1.6.1鋁及其合金1.特性：1）密度小，體輕；2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。不產(chǎn)生火花；3）塑性高，強(qiáng)度低；4）易冷加工，可焊，可鑄；5）耐低溫；6）一定的耐腐蝕性；7）不污染食物。(??????)第九十四頁(yè)，共137頁(yè)。951）純鋁：高純鋁——L01，L02（濃硝酸設(shè)備）；工業(yè)純鋁—L1，L2，L4（換熱器，塔，儲(chǔ)罐，深冷設(shè)備等）。2）鑄造鋁合金——ZL（泵，閥門(mén)，離心機(jī)等）。3）防銹鋁合金——LF（深冷設(shè)備，分離塔等）。鋁和鋁合金很適合于低溫設(shè)備!!!!2.常用鋁材：第九十五頁(yè)，共137頁(yè)。961.6.2銅及其合金1.純銅（紫銅）特性：1）塑性好，導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱好；2）低溫下保持較高塑性和沖擊韌性；3）在干燥的空氣中穩(wěn)定,耐低濃度酸(除硝酸)。用場(chǎng)：深冷裝置；密封墊片。常用材料：T2，T3，T4，TUP（用磷脫氧的無(wú)氧純銅）。第九十六頁(yè)，共137頁(yè)。972.黃銅——銅與鋅的合金。特性：鑄造性能好；較高的力學(xué)性能；易切削加工；可焊接；耐蝕性較好；有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向?；こＳ貌牧希篐80,H68,H62等。銅含量%代號(hào)第九十七頁(yè)，共137頁(yè)。983.青銅銅與鋅以外的金屬組成的合金.常用材料：錫青銅（銅錫合金）——鑄造青銅用場(chǎng)較多。特點(diǎn)：良好的耐腐蝕性，耐磨性。用場(chǎng)：泵殼，軸承，渦輪，閥門(mén)等。第九十八頁(yè)，共137頁(yè)。991.6.3鈦及其合金特點(diǎn)：1）密度不大而強(qiáng)度高；2）耐腐蝕性能近乎或超過(guò)不銹鋼；3）耐熱。用場(chǎng)：航空工業(yè)，化學(xué)工業(yè)。第九十九頁(yè)，共137頁(yè)。1.6.3鉛及其合金特點(diǎn)：1）強(qiáng)度、硬度低、軟；2）耐腐蝕性；3）耐輻射。用場(chǎng)：設(shè)備襯里。100第一百頁(yè)，共137頁(yè)。1011.7非金屬材料1.7.1無(wú)機(jī)非金屬材料1.化工陶瓷特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；2）足夠的不透性、耐熱性；3）一定的機(jī)械強(qiáng)度；4）性脆易裂，導(dǎo)熱性差。用場(chǎng)：化工陶瓷設(shè)備及管道，管件等。第一百零一頁(yè)，共137頁(yè)。1022.化工搪瓷——含高硅的瓷釉經(jīng)900℃煅燒，密著在金屬胎表面而成。特點(diǎn)：1）優(yōu)良的耐腐蝕性能；2）優(yōu)良的電絕緣性能；3）易碎裂。用場(chǎng)：搪瓷設(shè)備，如反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐、換熱器、塔、閥門(mén)等。第一百零二頁(yè)，共137頁(yè)。3.輝綠巖鑄石103——輝綠巖熔融后鑄成的特點(diǎn)：1）優(yōu)良的耐腐蝕性能（除氫氟酸、熔融堿）；（2）硬度大；（3）脆性大，不受沖擊用場(chǎng)：設(shè)備襯里、管材。第一百零三頁(yè)，共137頁(yè)。特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；2）良好的耐熱性；3）清潔、透明、阻力小、價(jià)格低

用場(chǎng)：管道、容器、反應(yīng)器、熱交換器等。1044.玻璃（硼玻璃、高鋁玻璃）第一百零四頁(yè)，共137頁(yè)。1051.7.2有機(jī)非金屬材料1.工程塑料高分子合成樹(shù)脂+填料——提高力學(xué)性能；增塑劑——降低硬度和脆性；穩(wěn)定劑——延緩老化；固化劑——加快固化速度。特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能；2）一定的機(jī)械強(qiáng)度；3）密度不大；4）價(jià)格較低。第一百零五頁(yè)，共137頁(yè)。106常用材料：硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料玻璃鋼2.涂料——高分子膠體的混合物溶液。用途：設(shè)備防腐常用涂料：防銹漆；底漆；大漆；環(huán)氧樹(shù)脂漆；酚醛樹(shù)脂漆。等。第一百零六頁(yè)，共137頁(yè)。1073.不透性石墨——各種樹(shù)脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特點(diǎn)：1）較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好；2）不污染介質(zhì)；3）加工性能好，相對(duì)密度小；4）力學(xué)性能較低，性脆。用場(chǎng)：腐蝕性強(qiáng)的換熱器；泵，管道，機(jī)械密封環(huán)，爆破片等。

第一百零七頁(yè)，共137頁(yè)。1081.8化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施1.8.1金屬的腐蝕金屬與周?chē)橘|(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞分類(lèi)：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕第一百零八頁(yè)，共137頁(yè)。第一百零九頁(yè)，共137頁(yè)。1.金屬腐蝕的評(píng)定方法：

1）質(zhì)量變化評(píng)定法

——試驗(yàn)測(cè)定，單位表面、單位時(shí)間腐蝕引起的質(zhì)量變化量。K=M0-M1/Ft式中：K——腐蝕速度，g/（m2.h）M0，M1——試件前后質(zhì)量F——試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積t——腐蝕作用的時(shí)間110第一百一十頁(yè)，共137頁(yè)。2）腐蝕深度評(píng)定法——用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。Ka=24*365K/1000p=8.76K/pP——金屬的相對(duì)密度Ka——金屬厚度每年的減小量，mm/a111第一百一十一頁(yè)，共137頁(yè)。1122.化學(xué)腐蝕——金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。特點(diǎn)：1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面；2）腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生。腐蝕產(chǎn)物特性：1）致密而穩(wěn)定，與金屬結(jié)合牢固——鈍化膜——鈍化作用；2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢固——脫落——活化作用。第一百一十二頁(yè)，共137頁(yè)。113（1）金屬的高溫氧化及脫碳——金屬在高溫下的氣體腐蝕。解決方法：冶煉時(shí)加入鉻，硅或鋁

——不起皮鋼第一百一十三頁(yè)，共137頁(yè)。114脫碳反應(yīng)：Fe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+CO2=3Fe+COFe3C+H2O=3Fe+CO+H2溫度＞700℃時(shí)——脫碳作用。力學(xué)性能下降。第一百一十四頁(yè)，共137頁(yè)。115（2）氫腐蝕鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕的開(kāi)始溫度和壓力：壓力/MPa溫度/℃壓力/MPa溫度/℃3~10300~28030~40220~21010~20270~24040~60210~20020~30230~22060~80200~190第一階段：氫脆——以原子狀態(tài)侵入鋼材內(nèi)部，聚集，使鋼變脆。與氫在鋼中的溶解度成正比。第一百一十五頁(yè)，共137頁(yè)。116第二階段：氫侵蝕——發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害：1）甲烷在晶界聚集，成為裂紋源；

2）甲烷在鋼材表面鼓泡，降低力學(xué)性能；

3）滲碳體還原為鐵素體，體積減小，產(chǎn)生組織應(yīng)力，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。又提供氫和甲烷聚集條件，加重氫侵蝕——鋼材組織成為網(wǎng)格。第一百一十六頁(yè)，共137頁(yè)。1173.電化學(xué)腐蝕——金屬與