1-3-化工設(shè)備基礎(chǔ)-常用材料

2023/7/6第一章化工設(shè)備基礎(chǔ)

第三節(jié)常用材料

2023/7/6§3-1化工設(shè)備常用材料一、材料常用性能材料性能分為兩類：工藝性能和使用性能。工藝性能也稱制造性能，分為鑄造性能、焊接性能和切削加工性能等，直接影響制造成本。使用性能包括物理、化學(xué)和力學(xué)性能。物理性能包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性熱膨脹性等?；瘜W(xué)性能包括高溫抗氧化性、耐腐蝕性等。力學(xué)性能指在外力作用下表現(xiàn)出的包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞等。2023/7/6

1.力學(xué)性能

材料抵抗外力而不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力，叫做材料的力學(xué)性能。主要特征指標(biāo)包括強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度，這是設(shè)計時選用材料的重要依據(jù)。

（1）強(qiáng)度強(qiáng)度是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。常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點(diǎn)（σs）和抗拉強(qiáng)度（σb）等。2023/7/6（2）塑性

塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性指標(biāo)是指金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。常用的塑性指標(biāo)是延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。

延伸率和斷面收縮率越大，表示金屬材料的塑性越好。

（3）硬度反映金屬抵抗比他更硬物體壓入其表面的能力。衡量材料軟硬的一個指標(biāo)，一般用：（1）布氏硬度HB（壓頭為鋼球HBS、壓頭為硬質(zhì)合金HBW），較軟；（2）洛氏硬度-----HRC，較硬；（3）維氏硬度----HV，另有顯微硬度。2023/7/6（4）沖擊韌性韌性是表示材料彈塑性變形為斷裂全過程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。

材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。用沖擊吸收功AK或沖擊韌度αK表示（5）疲勞許多零件如軸、齒輪、彈簧經(jīng)常受到不同大小和方向變化的交變載荷作用，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，并無顯著外觀變形卻發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象叫材料的疲勞。反映材料抵抗疲勞的能力的指標(biāo)主要是疲勞極限σD。2023/7/62.物理性能主要有相對密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。3.化學(xué)性能主要指耐腐蝕性和抗氧化性2023/7/6§3-2鋼的熱處理

一、鋼的熱處理：

以消除鋼材的某些缺陷或改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時間，然后以不同的速度冷卻下來的一種操作。時間溫度臨界溫度時間溫度臨界溫度熱加保溫冷卻2023/7/6熱處理的主要目的:改變鋼的性能。熱處理的應(yīng)用范圍:整個制造業(yè)。熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;2023/7/61、鋼的退火(Annealingofsteel)一)定義:將工件加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢爐冷，以得到接近平衡狀態(tài)組織。二)目的:消除應(yīng)力;降低硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。2023/7/62.鋼的正火(Normalizingofsteel)一)定義:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,保溫一段時間,然后在空氣中冷卻。二)目的:消除應(yīng)力;調(diào)整硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。也可做最終熱處理2023/7/63.鋼的淬火(Quenchingofsteel)一)定義:把零件加溫到臨界溫度以上，30～50℃,保溫一段時間,然后快速冷卻(水冷)。

二)目的:為了提高鋼的硬度和耐磨性。淬火冷卻介質(zhì)：碳鋼—水和鹽水，合金鋼—油

2023/7/64.鋼的回火(Temperingofsteel)一)定義:把淬火后的零件重新加溫到臨界點(diǎn)A1線以下某個溫度,保溫一段時間,然后冷卻到室溫。二)目的:消除淬火應(yīng)力,降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸;調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。2023/7/6回火（1）低溫回火：150℃～250℃，降低淬火應(yīng)力，保持高硬度和耐磨性，主要用于量具、刃具。（2）中溫回火：350℃～450℃，減少內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，提高彈性，用于彈簧、發(fā)條。（3）高溫回火：500℃～650℃，獲得較好的綜合機(jī)械性能。用于各種重要的零件。2023/7/65、鋼的表面熱處理工藝工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能。（1）表面淬火是一種不改變鋼表層化學(xué)成分,但改變表層組織的局部熱處理工藝。（2）化學(xué)熱處理向工件表面滲入某種元素的熱處理工藝。滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。2023/7/6§3-3金屬材料的分類鑄造生鐵金屬黑色金屬有色金屬生鐵

鋼煉鋼生鐵

合金生鐵銅及其合金輕金屬及其合金其它有色及其合金純銅（紫銅）

銅鋅合金（黃銅）

銅錫合金（錫青銅）

無錫合金（鋁青銅等）

鋁及鋁合金

鈦及鈦合金

鎂及鎂合金

鉛、錫及其合金

鋅及其合金鎳、鈷及其合金

1、金屬的分類：2023/7/62、鋼的分類2023/7/6（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳鋼是含碳量為0.02％～2.0％的鐵碳合金。①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼GB700-88規(guī)定，其牌號由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值（MPa)、材料質(zhì)量等級符號（A、B、C、D四級）和脫氧方法符號（F、b、Z、TZ）四部分組成。碳鋼有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個鋼種。②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼較普通碳素結(jié)構(gòu)含S、P量較少，表面質(zhì)量較好。常用：10、15、20、25和65、70等。鋼號表示方法以鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)表示。2023/7/6（2）低合金鋼

合金元素：≤5%，含碳量：＜0.2%，組織：鐵素體和珠光體。有良好的焊接性能，較高的強(qiáng)度，耐腐蝕性和低溫性能。廣泛用于橋梁、車輛、鍋爐、化工容器和輸油管等。與碳鋼牌號表示方法一樣，有Q295、Q345、Q390Q420、Q460等。常用Q345鋼2023/7/6（3）合金鋼：

以改善鋼材的性能為目的，在碳鋼中特意加入一些合金元素所得的鋼。例如：1Cr18Ni9Ti表示合金鋼鋼平均含C量為0.1%，含Cr量為18%，含Ni量為9%，含Ti量<1.5%。2023/7/6（4）不銹耐酸鋼主要合金元素鉻：耐腐蝕性。含量＞12%

鎳：可擴(kuò)大不銹鋼的耐腐蝕范圍，特別是提高耐堿能力。

耐熱鋼：在高溫條件下仍能保持足夠強(qiáng)度和抗氧化性而不起皮的鋼。主要用于熱工動力機(jī)械（汽輪機(jī)、鍋爐）、化工機(jī)械、加熱爐等高溫條件工作的構(gòu)件。

抗氧化鋼：在高溫下有一定強(qiáng)度，有較好的抗氧化性，用于長期燃燒環(huán)境。如加熱爐底板等。

2023/7/63、有色金屬材料（1）鋁及其合金a.鋁的性能耐腐蝕性好；導(dǎo)熱性能好；且鋁不污染物品和不改變物品顏色。b.純鋁高純鋁制做濃硝酸設(shè)備。c.鋁合金鑄造鋁----做泵、閥、離心機(jī)。防銹鋁---分離塔等。2023/7/6（2）銅及其合金a.純銅：b.黃銅c.青銅（3）鉛及其合金鉛只能做設(shè)備的襯里。鉛與銻的合金稱為硬鉛，可做加料管、閥門等零件。2023/7/6§3-4非金屬材料一、無機(jī)非金屬材料1.化工陶瓷2.化工搪瓷3.玻璃二、有機(jī)非金屬材料

1.工程塑料2.涂料3.不透性石墨4.橡膠2023/7/6§3-5化工設(shè)備材料的選擇選材一般原則：

1、遵循標(biāo)準(zhǔn)：

GB150-1998《鋼制壓力容器》《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》2、考慮經(jīng)濟(jì)性3、標(biāo)準(zhǔn)零部件（如法蘭、人孔、手孔等）的材料選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4、其它指導(dǎo)準(zhǔn)則

2023/7/6§3-6化工容器與設(shè)備常用