水工藝設(shè)備基礎(chǔ)第1章(完成)

第一章

水工藝設(shè)備常用材料

第一篇根底知識(shí)第一章水工藝設(shè)備常用材料1.1金屬材料1.2無機(jī)非金屬材料1.3高分子材料1.4復(fù)合材料水工藝設(shè)備常用材料分類：水工藝設(shè)備常用材料〔按成分分〕金屬材料非金屬材料鋼鐵材料有色金屬材料合金材料無機(jī)非金屬材料〔陶瓷〕有機(jī)非金屬材料

(高分子材料)復(fù)合材料選取設(shè)備材料的原那么：(技術(shù)經(jīng)濟(jì)性)材料在整個(gè)設(shè)備工作壽命期限內(nèi)要滿足工藝和機(jī)械兩方面要求，即保證材料對(duì)水質(zhì)無污染或具有良好的耐腐蝕性能，同時(shí)保證材料具有足夠的強(qiáng)度、良好的連接性能和其他加工性能。另外，所選用的材料還應(yīng)考慮到維修、更新等因素在內(nèi)的最經(jīng)濟(jì)的材料。具體考慮如下三個(gè)方面：1、滿足零件的使用性能要求，在一定的壽命期限內(nèi)正常工作(如無污染、耐腐蝕、足夠強(qiáng)度)；2、具有較好的工藝性能，便于加工，并易于保證加工質(zhì)量，有良好連接性能；3、有較好的經(jīng)濟(jì)性。1.1金屬材料性能特點(diǎn)：2、良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性〔電阻率的溫度系數(shù)為正〕；1、良好的塑性和變形能力；3、不透明，對(duì)光有良好的反射性能。常用的金屬材料包括碳鋼、鑄鐵、合金鋼、不銹鋼等，這里著重介紹鋼的分類與編號(hào)。鋼鐵材料有：鋼、生鐵、鑄鐵。含碳量在0.04%-2.0%之間的鐵碳合金

含C量為2%~4.3%的鐵碳合金

含碳量大于2.0%的鐵碳合金，是生鐵經(jīng)過二次加工而成〔一般含C量為2%~4.3%〕1.1.1金屬材料的分類1.1.1.1鋼的分類鋼的分類方法很多，通常按以下幾項(xiàng)分類：化學(xué)成分質(zhì)量用途按照化學(xué)成分分：低碳鋼又稱軟鋼，易于如鍛造、焊接和切削，常用于制造鏈條、鉚釘、螺栓、軸等。中碳鋼，碳量0.25％～0.60％的碳素鋼。熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強(qiáng)度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼?？刹唤?jīng)熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經(jīng)熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。在中等強(qiáng)度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應(yīng)用，除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機(jī)械零件。高碳鋼，屬于工具鋼，含碳量從0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。錘、撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造；切削工具如鉆頭、絲攻、鉸刀等由含碳量0.90%至1.00%的鋼制造合金鋼在普通碳素鋼根底上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金，即合金鋼。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。每一種用途都會(huì)有不同的其它元素添加到鋼材里面去，以適應(yīng)不同的用途。按質(zhì)量〔硫磷含量〕分：

普通鋼：S≤0.055%P≤0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：S、P≤0.040%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.030%P≤0.035%硫：硫較高的鋼在高溫進(jìn)行壓力加工時(shí)，容易脆裂磷：能使鋼的可塑性及韌性明顯下降，特別的在低溫下更為嚴(yán)重按用途分為：結(jié)構(gòu)鋼:構(gòu)件、零件特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼工具鋼:刀具、量具、模具不易斷裂，低碳或中碳碳素鋼或合金鋼硬，高碳鋼或高碳合金鋼高合金鋼結(jié)構(gòu)鋼:工具鋼：特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼1.1.1.2鋼的編號(hào)目的：用簡(jiǎn)明的符號(hào)將鋼中所含元素的大致百分?jǐn)?shù)或性能表示出來〔1〕普通碳素結(jié)構(gòu)鋼〔2〕優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼〔3〕碳素工具鋼〔4〕合金結(jié)構(gòu)鋼〔5〕合金工具鋼〔3〕碳素工具鋼碳鋼用途舉例Q195、Q215，用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構(gòu)件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)。Q275，用于強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。08鋼，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件。10、20鋼，常用于制造沖壓件和焊接件。也常用于制造滲碳件。35、40、45、50鋼屬中碳鋼，經(jīng)熱處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，主要用制造齒輪、套筒、軸類零件等。這幾種鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用非常廣泛。T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。T9、T10、T11鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸條等。T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高耐磨性的銼刀、拉絲模具等。合金鋼用途舉例16Mn、15MnTi鋼屬低合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造橋梁、車輛、鍋爐、油罐、建筑結(jié)構(gòu)和化工容器等。20CrMnTi鋼，常用于制造汽車、拖拉機(jī)上的齒輪。40Cr、35CrMo、40CrMnMo鋼，用于制造重要調(diào)質(zhì)件，如主軸、曲軸、連連桿和齒輪等機(jī)械零件。65Mn、60Si2Mn鋼屬彈簧鋼，主要用于制造截面小于25mm的彈簧，如車箱板簧和機(jī)車板簧、扭桿簧等。1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼，屬奧氏體不銹鋼，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有機(jī)酸及鹽、堿溶液腐蝕的設(shè)備零件。Mn13鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機(jī)鏈軌板、挖掘機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板、鐵路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構(gòu)件。1.1.2金屬材料根本性能金屬材料的根本性能是指它的物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能和工藝性能，但這些性能一般都受其化學(xué)成分的影響。即金屬中C、S、P、Mn、Si元素的含量1.1.2.1化學(xué)成分

C：主要元素，隨含碳量增加，鋼的強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性、韌性隨之下降。含碳量超過0.9％時(shí)，鋼強(qiáng)度反而降低。含碳量高影響鋼的焊接性能。S：有害元素，以FeS形式存在〔熔點(diǎn)只有989℃〕，使鋼材在熱加工時(shí)容易開裂，產(chǎn)生“熱脆〞現(xiàn)象，可焊性降低；硫含量高還使材料的斷裂韌性和塑性降低；化學(xué)成分的變化對(duì)鋼材的根本力學(xué)性能有較大影響，由于煉鋼工藝的限制，鋼中不可防止地?fù)接须s質(zhì)，這里簡(jiǎn)要說明化學(xué)成分對(duì)材料性能的影響：P：有害元素，磷能全部溶于鐵素體中，使強(qiáng)度和硬度增加，會(huì)導(dǎo)致塑性和沖擊韌性的顯著降低，產(chǎn)生“冷脆〞現(xiàn)象；也降低可焊性。Mn:有益元素，由于錳可以和硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的硫化錳，能減輕硫的有害作用，并能提高鋼的強(qiáng)度和硬度

Si:有益元素，能使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。硅作為合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性1.1.2.2物理性能主要指：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、彈性模量等。導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)是熱交換設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的一個(gè)物理參數(shù)。熱交換設(shè)備一般應(yīng)該選擇線膨脹系數(shù)小而導(dǎo)熱系數(shù)大的材料；設(shè)備保溫材料那么應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。名

稱量的符號(hào)單位符號(hào)含

義1.密度Pg／cm3密度就是某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量

2.熱性能(1)熔點(diǎn)

℃金屬材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的熔化溫度(2)比熱容cJ／(kg·K)單位質(zhì)量的某種物質(zhì)，在溫度升高1°C時(shí)吸收的熱或溫度降低1°C時(shí)所放出的熱量(3)熱導(dǎo)率?W／(m·K)在單位時(shí)間內(nèi)，當(dāng)沿著熱流方向的單位長(zhǎng)度上溫度降低1°C時(shí)，單位面積容許導(dǎo)過的熱量(4)線脹系數(shù)aL10-6／K金屬溫度每升高1°C所增加的長(zhǎng)度與原來長(zhǎng)度的比值

3.電性能(1)電阻率ρΩ

·m是表示物體導(dǎo)電性能的一個(gè)參數(shù)。它等于1m長(zhǎng)，橫截面積為1mm2的導(dǎo)線兩端間的電阻。也可用一個(gè)單位立方體的兩平行端面間的電阻表示(2)電阻溫度系數(shù)aρ1／℃溫度每升降1°C，材料電阻率的改變量與原電阻率之比，稱為電阻溫度系數(shù)(3)電導(dǎo)率kS／m或％IACS電阻率的倒數(shù)叫電導(dǎo)率。在數(shù)值上它等于導(dǎo)體維持單位電位梯度時(shí)，流過單位面積的電流1.1.2.3機(jī)械性能材料的機(jī)械性能〔又稱為力學(xué)性能〕是材料在一定溫度條件和外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力。主要是指材料的彈性和塑性、強(qiáng)度、硬度和韌性。

塑性：在外力作用下材料產(chǎn)生塑性永久變形而不被破壞的能力。

強(qiáng)度：指材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。硬度:是材料抵抗其它物體刻劃或壓入其外表的能力。〔抵抗外表局部塑性變形及破壞〕韌性：材料對(duì)缺口或裂紋敏感程度的反映，用來衡量材料的抗裂紋擴(kuò)展能力。材料在低溫下材料的冷脆性。溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響一般金屬材料的機(jī)械性能，隨溫度的升高會(huì)發(fā)生顯著的變化。材料在高溫下應(yīng)力松弛材料在高溫下應(yīng)力松弛蒸汽管道上的法蘭螺栓，常因應(yīng)力松弛，使其拉應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低，最后引起法蘭漏氣。材料在低溫下材料的冷脆性。材料的冷脆性使得設(shè)備在低溫下操作時(shí)，產(chǎn)生脆性斷裂，材料脆性斷裂之前往往不產(chǎn)生明顯的塑性變形，如圖：材料在加工方面的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)，構(gòu)成了材料的加工性能，即工藝性能。主要有：可焊性、可鍛性、切削加工性、成型工藝性、熱處理性能1.1.2.4材料的工藝性能〔1〕可焊性：指被焊金屬在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。包括兩個(gè)方面：工藝可焊性、使用可焊性〔2〕可鍛性：金屬承受壓力加工的能力叫金屬的可鍛性。金屬的可鍛性取決于其材料的化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)及加工條件。〔3〕切削加工性：材料被切削加工的難易程度?！?〕成型工藝性：成型就是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下，經(jīng)外力作用產(chǎn)生塑性變形而成為所需形狀的過程。〔5〕熱處理性能：熱處理是以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(shí)間，然后以不同的速度冷卻下來的一種操作。1.1.3耐蝕金屬材料及性能金屬的腐蝕分：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反響，如金屬加熱生成氧化皮。金屬在電解質(zhì)溶液中由于原電池作用引起的。當(dāng)兩種金屬互相連接放入電解質(zhì)溶液時(shí)，由于兩種金屬的電極電位不同，彼此形成原電池，有電流產(chǎn)生，陽極被腐蝕，陰極被保護(hù)。耐蝕性：材料抵抗周圍介質(zhì)對(duì)其腐蝕破壞的能力。耐蝕性隨材料的工作條件而改變,不是材料固有不變的特性。腐蝕：是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。碳鋼和普通鑄鐵耐蝕合金鑄鐵耐蝕低合金鋼不銹鋼有色金屬及其合金常見耐蝕金屬材料：1.1.3.1碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性〔1〕耐蝕性能：在淡水、大氣、土壤、海水中不耐蝕；在各類枯燥空氣和有機(jī)溶劑中耐蝕性良好；在低濃度堿溶液、濃硫酸、濃氫氟酸中因外表生成穩(wěn)定的膜而耐蝕?！?〕影響耐蝕性的因素介質(zhì)含碳量熱處理?xiàng)l件濃度、溫度、酸堿性、氧化性及非氧化性非氧化性酸中，含碳量0.4%左右時(shí)鋼鐵腐蝕速度最大；在淡水、大氣或弱酸性溶液中，成分影響不大通過影響碳的分布來影響耐蝕性添加硅、鉻、鋁等元素，可使鑄鐵外表形成連續(xù)、致密、牢固的外表膜；1.1.3.2耐蝕合金鑄鐵在鑄鐵中參加某些合金元素可以大大提高它在一些介質(zhì)中的耐蝕性。加稀土元素、鎂，能使石墨球化，從而大大改善高硅鑄鐵的力學(xué)性能和工藝性能。添加鎳能獲得耐堿性介質(zhì)腐蝕性能優(yōu)良的奧氏體鑄鐵；1.1.3.3耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼：在碳鋼中參加合金元素的總量低于3％左右的合金。銅、鉻、鋁能使鋼外表形成穩(wěn)定保護(hù)膜，提高鋼在海水、大氣中耐蝕性；鎢、鉬、鈦能與碳形成穩(wěn)定碳化物，提高鋼的抗氫腐蝕能力；鎳提高鋼的對(duì)酸堿耐蝕性和抗腐蝕疲勞能力。參加的合金元素種類含量不同，所起作用不同。分類〔根據(jù)不同介質(zhì)中的耐腐蝕性能分〕：耐海水腐蝕：09CuWSn、10CrMoAl

耐大氣腐蝕：銅系、磷礬系、磷稀土系、磷鈮稀土系耐硫化氫腐蝕:12MoAlV1.1.3.4不銹鋼不銹鋼：鉻、鎳含量較高的合金鋼。通常把耐大氣腐蝕的合金鋼稱為不銹鋼，把在酸中及其他強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中耐腐蝕的合金鋼稱為耐酸鋼。

分類：按化學(xué)成分分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。按顯微組織分為馬氏體、鐵素體、奧氏體。鋼在不同情況下的相態(tài)：液相L：鐵和碳的液體溶液。δ相：由1392攝氏度至熔融點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定的體心立方晶體純鐵。高溫鐵素體

γ相：從911攝氏度至1392攝氏度的溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定面心立方晶體純鐵。奧氏體α相：低于911攝氏度的溫度下的穩(wěn)定體心立方晶純鐵。鐵素體馬氏體不銹鋼：鋼中參加一定的鉻。主要用在氧化性介質(zhì)中，如大氣、水蒸氣中具有良好的耐蝕性，在淡水、海水、溫度不超過30度的鹽水溶液、硝酸、食品介質(zhì)以及濃度不高的有機(jī)酸中也具有足夠的耐蝕性。1Cr1、2Cr1、3Cr1和4Cr1。

鐵素體不銹鋼：?jiǎn)蜗嘟M織。主要用于制作抗高溫氧化、耐硝酸腐蝕的設(shè)備。

奧氏體不銹鋼：碳化物溶于奧氏體中?？捎糜谥谱髟诟g性介質(zhì)中使用的設(shè)備。1.1.3.5有色金屬及其合金工業(yè)將上鋼鐵稱為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱為有色金屬。

有色金屬及其合金因具有良好的耐腐蝕性和低溫性能，常用來制造水處理、化工容器及有關(guān)的設(shè)備零部件。常用有色金屬銅及其合金鋁及其合金鈦及鈦合金鉛及其合金鎳及其合金〔1〕銅及其合金銅及其合金具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。①純銅〔紫銅〕：在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中比較穩(wěn)定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當(dāng)穩(wěn)定；假設(shè)溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴(yán)重。銅不耐硫化物〔如H2S〕腐蝕。

其他性能：銅具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和良好的加工性能；銅具有良好的冷韌性。但銅的強(qiáng)度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結(jié)構(gòu)材料。②銅合金：黃銅和青銅。黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常參加錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。特點(diǎn)：機(jī)械性能與含鋅量有關(guān)；鑄造性能，抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經(jīng)冷加工后，在潮濕的環(huán)境及一切含氨的環(huán)境中都可引起應(yīng)力腐蝕斷裂；黃銅在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易發(fā)生脫鋅腐蝕〔在黃銅中參加0.02%的砷防止其發(fā)生〕。鉛黃銅：切削性能優(yōu)良，耐磨性好，廣泛用于制造鐘表零件，經(jīng)鑄造制作軸瓦和襯套。錫黃銅：耐腐蝕性能好，廣泛用于制造海船零件。鋁黃銅：鋁能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，提高在大氣中的抗蝕性，鋁黃銅用于制造耐蝕零件。硅黃銅：硅能提高銅的力學(xué)性能、耐磨性的耐蝕性，硅黃銅主要用于制造海船零件及化工機(jī)械零件。特殊黃銅：錫青銅：鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對(duì)酸類的抗蝕性較差。鋁青銅：機(jī)械性能也比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。硅青銅：具有比錫青銅高的機(jī)械性能和較低的價(jià)格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。青銅：但凡銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等?！?〕鋁及其合金①鋁的特點(diǎn)：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性都好，但強(qiáng)度低，經(jīng)冷變形后強(qiáng)度可提高；能承受各種壓力加工。耐腐蝕性：鋁在強(qiáng)氧化性介質(zhì)以及在氧化性酸〔如硝酸〕中也很穩(wěn)定。鹵素離子對(duì)鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。應(yīng)用：廣泛用于制造反響器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件等②鋁合金純鋁的強(qiáng)度較低，假設(shè)在鋁中參加一些元素，其性能將會(huì)有很大的改善。鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。形變鋁合金：包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金等。因其塑性好，故常利用壓力加工方法制造沖壓件、鍛件等，如鉚釘、焊接油箱、管道、容器、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)大梁及起落架、內(nèi)燃機(jī)活塞等。

鑄造鋁合金鋁硅合金鋁銅合金鋁鎂合金鋁鋅合金是用于制造鋁合金鑄件的材料

鋁硅鑄造鋁合金：其鑄造性能好，比重小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性，適于制造形狀復(fù)雜的零件鋁銅鑄造鋁合金：強(qiáng)度較高，耐熱性較好，鑄造性能較差，常用于鑄造內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等零件，也可作為結(jié)構(gòu)材料鑄造承受中等載荷、形狀較簡(jiǎn)便的零件。鋁鎂鑄造鋁合金：強(qiáng)度高、比重小，有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好，多用于制造承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)中工作、外形簡(jiǎn)單的零件鋁鋅鑄造鋁合金：價(jià)格廉價(jià)、鑄造性能優(yōu)良、強(qiáng)度較高，但抗蝕性差、熱裂傾向大①純鈦特點(diǎn)：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許多環(huán)境中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。有"耐海水腐蝕之王"之稱。高溫下，鈦的化學(xué)活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反響。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個(gè)別介質(zhì)〔如發(fā)煙硝酸、甲醇溶液〕中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好?！?〕鈦及鈦合金②鈦合金特點(diǎn)：鈦合金的機(jī)械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應(yīng)力腐蝕破裂。①鉛：特點(diǎn)：鉛的強(qiáng)度小〔僅為鋼的1/20〕、硬度低、密度大、再結(jié)晶溫度低、熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，在硫酸中、大氣中〔特別是有二氧化硫、硫化氫的氣體中〕有很高的耐蝕性，在生產(chǎn)上多用于處理硫酸的設(shè)備上。鉛有毒，且價(jià)格高，在生產(chǎn)上多被其他非金屬材料代替。純鉛不耐磨，非常軟，不宜單獨(dú)制作設(shè)備，只能做襯里。〔4〕鉛及其合金②鉛合金：鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強(qiáng)度和在硫酸中的穩(wěn)定性。參加不同銻含量的鉛銻合金稱為硬鉛〔編號(hào)規(guī)那么同前〕。硬鉛可制作硫酸工業(yè)用的泵、閥門、管道等。①鎳的特點(diǎn)：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強(qiáng)烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。鎳具有高強(qiáng)度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細(xì)絲。鎳很稀貴，在水處理工程和化工上主要用于制造堿性介質(zhì)設(shè)備，以及鐵離子在反響過程中會(huì)發(fā)生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過程設(shè)備。(5)鎳及其合金②鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學(xué)性能和機(jī)械性能，易于壓力加工和切削加工，耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設(shè)備。Ni－Mo合金中的哈氏合金〔0Cr16Ni57Mo16Fe6W4〕能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni－Cr合金中的因考爾合金〔0Cr15Ni57Fe〕，在高溫下具有很好的力學(xué)性能和很高的抗氧化能力，是能抗熱濃MgCl2腐蝕的少數(shù)幾種材料之一。水工藝設(shè)備常用材料就是廣義陶瓷：傳統(tǒng)陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、特種陶瓷1.2無機(jī)非金屬材料1.2.1陶瓷材料的分類(1)傳統(tǒng)陶瓷：以粘土為主要原料(2)玻璃：工業(yè)玻璃，建筑玻璃，日用玻璃(3)玻璃陶瓷：光學(xué)玻璃陶瓷，耐熱、耐蝕微晶玻璃(4)特種陶瓷：耐蝕陶瓷、高溫陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電光陶瓷(5)金屬陶瓷：粉末冶金法生長(zhǎng)的金屬材料〔制粉、成形、燒結(jié)〕1.2.2陶瓷的根本性能——機(jī)械性能剛度：很高，是各種材料中最高的。氣孔率提高或升高溫度會(huì)降低材料的彈性模量即剛度。硬度：很高，是各種材料中最高的。隨溫度升高而降低，但是高溫陶瓷仍然硬度較高。強(qiáng)度：由于組織中存在晶界，實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低很多。受致密度、雜質(zhì)和缺陷的影響很大?！蔡沾蓪?duì)應(yīng)力狀態(tài)很敏感，抗拉強(qiáng)度低，抗彎強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度很高〕塑性：極差〔在室溫下幾乎沒有塑性，高溫慢速加載條件下可以表現(xiàn)出一定的塑性〕韌性或脆性：韌性極低〔受載時(shí)幾乎不發(fā)生塑性變形，在較低的應(yīng)力下就會(huì)斷裂〕，脆性大——缺點(diǎn)之一。1.2.2陶瓷的根本性能——理化性能熱膨脹導(dǎo)熱性熱穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性導(dǎo)電性熱膨脹：低,陶瓷的線膨脹系數(shù)比高聚物低，比金屬低得多。導(dǎo)熱性：低，很好的絕熱材料熱穩(wěn)定性：很低,陶瓷的熱穩(wěn)定性就是抗熱振性，是陶瓷在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)的壽命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度來表征。

化學(xué)穩(wěn)定性：穩(wěn)定，耐火，抗蝕

因陶瓷中的金屬原子為氧原子所包圍，很難再同介質(zhì)中的氧發(fā)生作用，故具有很好的耐火性；抗酸、堿、鹽腐蝕性強(qiáng)，是很好的坩堝材料。導(dǎo)電性：變化很廣

不少陶瓷既是離子導(dǎo)體，又有一定的電子導(dǎo)電性，但由于缺乏電子導(dǎo)電機(jī)制，所以是良好的絕緣體。也有些陶瓷是重要的半導(dǎo)體材料一般線膨脹系數(shù)大和導(dǎo)熱性低的材料熱穩(wěn)定性不高；韌性低的材料熱穩(wěn)定性也不高?！沾蔁岱€(wěn)定性低是主要缺點(diǎn)之一。陶瓷根本性能總結(jié)：有不可燃燒性高耐熱性高化學(xué)穩(wěn)定性不老化性高硬度良好的抗壓能力，脆性高，熱穩(wěn)定性底抗拉抗彎性能差。1.2.3耐蝕無機(jī)非金屬材料及其性能大局部無機(jī)非金屬材料是硅酸鹽材料二氧化硅含量在60％以上的硅酸鹽材料具有優(yōu)良的耐蝕性能，除HF和高溫磷酸外可耐所有酸腐蝕，但不耐堿。假設(shè)氧化鋅和二氧化鈦含量較高，那么可耐酸、堿。耐蝕性能主要取決于二氧化硅的含量和其他金屬氧化物的含量。1.2.3.1陶瓷及其耐蝕性能耐酸陶瓷：又稱化工陶瓷，由粘土、長(zhǎng)石、石英等原料經(jīng)過粉碎、混合、制胚、枯燥和高溫焙燒形成外表光滑、斷面致密、類似石英的材料。用來制作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門。氮化硅陶瓷：膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好，摩擦系數(shù)小，優(yōu)良耐磨材料。用來制作機(jī)械密封環(huán)、球閥和耐蝕耐磨耐高溫的精密零部件。1.2.3.2玻璃及其耐蝕性能除HF、熱H3PO4和強(qiáng)堿外，幾乎耐所有酸和氧化劑的腐蝕，外表光滑，透明度好，但耐溫度急變性差，質(zhì)脆，不耐沖擊震動(dòng)?？捎米髦谱魅萜鳌⒘烤?、管道閥門等。玻璃抵抗水、酸、堿腐蝕的能力主要由二氧化硅和堿金屬氧化物的含量決定。二氧化硅含量增加其化學(xué)穩(wěn)定性增加；堿金屬氧化物的含量增加，其化學(xué)穩(wěn)定性降低。防腐蝕玻璃有：石英玻璃、硼硅酸鹽玻璃、低堿無硼玻璃1.2.3.3化工搪瓷及其耐蝕性能搪瓷是將瓷釉涂搪在金屬底材上，經(jīng)過高溫?zé)贫?，是金屬和瓷釉的?fù)合材料?；ぬ麓墒菍⒑枇扛叩哪退岽捎酝糠笤阡撹F設(shè)備的外表，經(jīng)高溫焙燒，使之與金屬密著，形成致密耐腐蝕的玻璃質(zhì)薄層?；ぬ麓商攸c(diǎn)：除了HF、高溫磷酸和強(qiáng)堿外，能耐酸、鹽、有機(jī)溶劑和弱堿的腐蝕。外表光滑易清洗。兼有金屬設(shè)備的力學(xué)性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優(yōu)點(diǎn)。1.2.3.4石墨及其耐蝕性能天然石墨含有大量雜質(zhì)耐蝕性差；人造不透性石墨具有優(yōu)良的耐蝕性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)小、耐溫度急變性好、不污染介質(zhì)、密度低、易于加工成形。其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低、性脆。應(yīng)用〔人造〕：用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合成爐等。1.3高分子材料高分子材料：高分子聚合物或高聚物(Polymer),分子量大多在5000～1000000，其分子是由許多小分子單元聚合而成的長(zhǎng)鏈狀分子。如聚乙烯、聚丙烯腈〔腈綸〕、滌綸等。1.3.1概述：高分子化合物的合成、分類、命名將單體通過聚合反響聚合起來形成化合物，包括加聚反響和縮聚反響。加聚反響：由小分子單體相互加成而連接成大分子鏈的過程。均聚物〔同種單體〕、共聚物〔兩種以上單體〕。如聚乙烯為均聚物，ABS工程塑料是由單體丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚生成。縮聚反響：具有多官能團(tuán)的單體分子相互反響，生成物析出小分子〔水、氨、醇等〕。反響生成的聚合物為縮聚物，成分與單體不同。如滌綸、尼龍、酚醛樹脂等。按來源：：天然高分子、合成高分子材料；按大分子鏈的幾何形狀：線型、支鏈型和體型三種；按大分子鏈的排列特點(diǎn)：無定型和晶態(tài)兩種；按極性：極性和非極性兩種；按照實(shí)際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等。高分子材料的分類：1.3.2高分子材料的性能1、重量輕：高分子聚合物是最輕的一類材料，比金屬和陶瓷都要輕。重量輕是高分子聚合物的顯著特點(diǎn)之一。2、高彈性：①彈性變形量大；②彈性模量低。③拉伸時(shí)溫度升高。3、滯彈性：應(yīng)變不隨作用力即時(shí)建立平衡，而有所滯后，這就是滯彈性，它是高聚物的又一重要特性。主要表現(xiàn)有：①蠕變：高聚物在室溫下承受力的長(zhǎng)期作用時(shí)，發(fā)生的不可恢復(fù)的塑性變形稱為蠕變。②應(yīng)力松弛：高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸衰減的現(xiàn)象就是應(yīng)力松弛。③滯后與內(nèi)耗：高聚物承受周期性荷載時(shí)，出現(xiàn)應(yīng)變落后于應(yīng)力，即造成應(yīng)變的滯后。在重復(fù)加載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上一次的變形還未來得及回復(fù)，或分子鏈的構(gòu)象未跟上改變，又施加上了下一次荷載，于是造成了分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生所謂內(nèi)耗，而那局部未來得及釋放、由變形所產(chǎn)生的彈性儲(chǔ)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?nèi)耗的存在會(huì)導(dǎo)致高聚物溫度的升高，加速其老化；但內(nèi)耗能吸收震動(dòng)波，有利于改善高聚物的減震性能。4、塑性與受迫彈性加熱時(shí)，分子鏈各局部受熱的不均勻使材料不立即熔化而先有一軟化過程所表現(xiàn)出的特性稱為塑性。無定形高聚物在玻璃化溫度以下，較大應(yīng)力下產(chǎn)生的較大的不能回復(fù)變形稱為受迫高彈性。5強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度：高聚物的強(qiáng)度比金屬低得多，比強(qiáng)度還是很高?！膊牧峡估瓘?qiáng)度與比重的比值稱為比強(qiáng)度〕斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式。6、韌性高聚物的優(yōu)點(diǎn)之一是其內(nèi)在的韌性較好，即在斷裂前能吸收較大的能量。

沖擊韌性：是材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训目沽?，在高聚物中也被稱為沖擊強(qiáng)度。7、減摩、耐磨性摩擦是接觸外表之間的機(jī)械粘接和分子粘著所引起的。塑料〔一局部〕除了摩擦系數(shù)低以外，更主要的優(yōu)點(diǎn)是磨損率低〔自潤(rùn)滑性好，消聲、吸振能力強(qiáng)〕；對(duì)工作條件及磨粒的適應(yīng)性、就范性和埋嵌性好。8、絕緣性高聚物分子的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，不能電離，沒有自由電子和可移動(dòng)的離子，因此是良好的絕緣體，絕緣性能與陶瓷相當(dāng)。9、耐熱性高聚物的耐熱性是指它對(duì)溫度升高時(shí)性能明顯降低的抵抗能力。同金屬相比，高聚物的耐熱性是較低的，這是高聚物的一大缺乏。10、耐蝕性耐蝕性是材料抵抗介質(zhì)化學(xué)和電化學(xué)破壞的能力。耐蝕性好是高分子材料的優(yōu)點(diǎn)之一。11、老化：高聚物在長(zhǎng)期使用或存放中，由于受各種因素的作用，性能隨時(shí)間不斷惡化，逐漸喪失使用價(jià)值的過程。其主要表現(xiàn)為：對(duì)于橡膠為變脆、龜裂或發(fā)粘、變軟；對(duì)于塑料為退色，失去光澤和開裂，而且這些現(xiàn)象是不可逆的。改善措施：外表防護(hù)；改進(jìn)結(jié)構(gòu)；參加防老化劑1.3.3常用塑料高分子材料主要包括合成樹脂、合成橡膠和合成纖維三大類。其中用的多的是合成樹脂所制成的塑料。①合成樹脂：由低分子化合物通過聚合或縮聚反響合成的高分子化合物。②填料〔或增強(qiáng)材料〕：是塑料改性最重要的成分，起增強(qiáng)性能的作用。1.3.3.1塑料的組成塑料是指以有機(jī)合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。一般來講，組成塑料的物質(zhì)主要包括〔9種〕：③固化劑：作用是通過交聯(lián)使樹脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、硬化和穩(wěn)定塑料制品④增塑劑：用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。⑤穩(wěn)定劑：其作用主要是延遲塑料在環(huán)境中的老化過程。⑥潤(rùn)滑劑：可防止塑料成形過程中產(chǎn)生的粘模問題。⑦著色劑：其作用是使塑料著色，可為有機(jī)顏料或無機(jī)顏料。⑧阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄。⑨添加劑在合成樹脂中參加添加劑可對(duì)塑料進(jìn)行改性，如制造導(dǎo)電塑料、導(dǎo)磁塑料等。1.3.3.2常用塑料的分類及特性〔1〕按照熱性能分：①熱塑性塑料：加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后那么變硬。線型聚合物。②熱固性塑料：初加熱時(shí)軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物。〔2〕按照使用范圍分①通用塑料：指應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)量大的塑料品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等.②工程塑料：主要指綜合工程性能〔包括機(jī)械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等〕良好的各種塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四種。③耐熱塑料：指能在較高溫度下工作的各種塑料。常見的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。1.3.3.3常用塑料及性能工程上常用的塑料主要包括聚烯烴、聚氯乙烯〔PVC〕、聚苯乙烯〔PS〕、ABS塑料、聚酰胺〔PA〕、聚甲苯〔POM〕、聚碳酸酯〔PC〕、氟塑料、聚甲基丙烯栓甲酯〔PMMA〕、酚醛塑料〔PF〕、環(huán)氧塑料〔EP〕等。這些塑料的組成結(jié)構(gòu)、性能及使用條件與用途見教材表1-7。1.3.4橡膠橡膠具有良好的物理、力學(xué)性能和耐腐蝕性能?？勺鳛榻饘僭O(shè)備的襯里或復(fù)合襯里的防滲層。橡膠分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。天然橡膠的彈性和抗切割性好于合成橡膠，但合成橡膠耐蝕性好。1.3.4.1天然橡膠組成：天然橡膠是橡膠樹的樹汁經(jīng)過煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯〔C5H8〕高分子聚合物。特點(diǎn)：天然橡膠的力學(xué)性能較差；化學(xué)穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強(qiáng)酸、有機(jī)酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強(qiáng)氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。應(yīng)用：在水工藝工程、化學(xué)工程等設(shè)備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設(shè)備的襯里；硬橡膠還可制成整體設(shè)備，如泵、管道、閥門等。1.3.4.2合成橡膠組成：合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。參加增塑劑、填料和硬化劑可得到具有彈性、耐熱性、耐腐蝕性能不同的合成橡膠。常見合成橡膠特點(diǎn)及其應(yīng)用：

丁基橡膠的突出特點(diǎn)是不透氣性，對(duì)氧化性環(huán)境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性;

硅橡膠無味、無毒，其最大的特點(diǎn)是耐熱性好，可用作墊圈、密封件材料和隔熱材料;

氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫、耐油、耐強(qiáng)氧化劑和耐酸堿性能，主要用于高溫、強(qiáng)氧化環(huán)境。1.4復(fù)合材料所謂復(fù)合材料就是由兩種或更多種的物理和化學(xué)本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工制成的一種多相固體材料?？色@得單一材料所無法具備的綜合性能復(fù)合材料的特點(diǎn)：①可改善或克服組成材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)。②可按照零部件、構(gòu)件的