化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

1化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)授課課件化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第1頁1/1382本課程將學(xué)些什么————————看看再說化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第2頁2/1383化工設(shè)備——儲罐換熱設(shè)備塔設(shè)備反應(yīng)釜化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第3頁3/1384＊全部設(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壓力,我們把它叫做壓力容器?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第4頁4/1385壓力容器普通由筒體、封頭、支座（基本件）

接管、法蘭（對外連接件）

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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第5頁5/138化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第6頁6/1387１.這些設(shè)備要滿足什么樣工藝要求？結(jié)構(gòu)怎樣？２.用什么材料？怎樣制作？３.抵抗壓力和溫度能力怎樣？——安全性怎樣？４.經(jīng)濟(jì)性怎樣？化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第7頁7/1388一.主要內(nèi)容:1.化工設(shè)備慣用材料——介紹化工設(shè)備慣用材料性能、分類、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.經(jīng)典化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)——列管式換熱器、塔設(shè)備以及反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)方法?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第8頁8/1389二.主要參考書及參考資料: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---；化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第9頁9/138課時(shí):４８課時(shí)期末成績:平時(shí)1０％，期中３０％，期末６０％。10化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第10頁10/13811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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第11頁11/138121.2金屬材料性能1.2.1力學(xué)性能——在外力作用下不產(chǎn)生超出允許變形或不被破壞能力?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第12頁12/138補(bǔ)充材料力學(xué)基礎(chǔ)知識13化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第13頁13/138141.強(qiáng)度及其主要指標(biāo).固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂特征。比如：※容器爆裂；※管道破裂;※地腳螺栓拉斷;※爐管爆裂；…..——強(qiáng)度不夠！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第14頁14/13815（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)生顯著塑性變形。屈服點(diǎn):（s）——材料發(fā)生屈服時(shí)應(yīng)力。單位:MPa?！恍┖辖饹]有顯著屈服點(diǎn),要求發(fā)生0.2%殘余變形時(shí)應(yīng)力，作為“條件屈服點(diǎn)”。記作σ0.2?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第15頁15/13816（2）.抗拉強(qiáng)度(sb)定義:金屬材料在受力過程中，發(fā)生斷裂所抵達(dá)最大應(yīng)力值，以σb表示，單位MPa。是壓力容器設(shè)計(jì)慣用性能指標(biāo)。屈強(qiáng)比:s/sb屈強(qiáng)比小，表明材料含有較大塑性貯備。(希望屈強(qiáng)比大一些)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第16頁16/13817（3）.蠕變強(qiáng)度（sn）“蠕變”現(xiàn)象:高溫高壓蒸汽管道下?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變細(xì)。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第17頁17/13818“蠕變”現(xiàn)象:在高溫時(shí),在一定應(yīng)力下,應(yīng)變隨時(shí)間而增加現(xiàn)象,或金屬在高溫和存在內(nèi)應(yīng)力情況下逐步產(chǎn)生塑性變形現(xiàn)象.“蠕變強(qiáng)度”:材料在高溫下，抵抗發(fā)生遲緩塑性變形能力，以sn表示，單位MPa?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第18頁18/13819（4）.持久強(qiáng)度（sD）定義:在一定溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間斷裂時(shí)應(yīng)力，以sD表示，單位MPa。材料抵抗斷裂能力越大，在相同條件下，能支持時(shí)間越久。要求:化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命普通為十萬小時(shí)，所以用試件在十萬小時(shí)斷裂時(shí)應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第19頁19/13820（5）疲勞強(qiáng)度構(gòu)件或零件受到大小和方向改變交變載荷作用，應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)就斷裂——疲勞。“疲勞極限”——構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂最大應(yīng)力。表示符號:σ-1(MPa)。比如:頻繁開、停車——容器內(nèi)壓力或溫度波動；活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體——容器及管道內(nèi)壓力波動；離心泵頻繁開停機(jī)或震動——泵軸受力成交變式?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第20頁20/138212.塑性及其主要指標(biāo)金屬塑性:外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞性質(zhì)。因塑性不足引發(fā)材料破壞例子:◎鍛件裂紋;◎卷板裂紋;◎焊縫熱影響區(qū)裂紋化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第21頁21/13822主要指標(biāo):(1)延伸率（δ）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第22頁22/13823（2）斷面收縮率（y）如:純鐵延伸率為50%，20Rd5大于25%；16MnRd5大于21%；1Cr18Ni9Tid5大于40%?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第23頁23/13824（3）冷彎性能---是鋼材塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量綜合指標(biāo)。室溫下對試板以一定內(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,金屬材料變形越大,塑性越好化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第24頁24/13825塑性指標(biāo)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)件在承載后因?yàn)樽冃味A(yù)防發(fā)生斷裂?！獕毫θ萜骷捌淞慵夹枰邆溥@個(gè)性質(zhì)。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第25頁25/138263.硬度概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入能力。硬度高材料強(qiáng)度也高,耐磨性很好；—綜合性能指標(biāo)。

布氏硬度試驗(yàn)示意圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第26頁26/13827慣用硬度指標(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)測量！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第27頁27/138284.沖擊韌性及指標(biāo)（Ak）材料在外加動載荷作用下一個(gè)吸收機(jī)械能,快速塑性變形,抵抗斷裂能力?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第28頁28/13829擺錘沖斷試樣所失去位能為沖擊功（試件所吸收功）：Ak=G(H1-H2)焦耳！吸收功高低取決于——材料能否快速塑性變形能力。

沖擊韌性值試驗(yàn)確定化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第29頁29/138沖擊韌性:σK=AK/F(J/cm2)30化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第30頁30/13831材料沖擊韌性高,其塑性也高；反之,材料塑性高,其沖擊韌性不一定高。——靜載荷下能夠遲緩塑性變形材料,在動載荷下不一定能快速塑性變形。沖擊韌性與塑性區(qū)別何在？化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第31頁31/138325缺口敏感性——在帶有一定應(yīng)力集中缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力。韌性范圍——靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展性能。沖擊韌性？——是動載荷作用下抵抗裂紋擴(kuò)展能力?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第32頁32/138331.2.2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?；ぴO(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮物理性能：1.線膨脹系數(shù)異種鋼焊接——收縮率不一樣，引發(fā)變形或損壞；復(fù)合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)——熱變性不一樣,容器殼體將會？設(shè)備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）——熱變性不一樣時(shí)？固定管板式換熱器管子與殼體——線膨脹量相差過大，將會？碳鋼表面電鍍一層銅——升溫后會？化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第33頁33/138342.彈性模量E與泊桑比μ彈性模量E:金屬材料對彈性變形抗力指標(biāo)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度。(伴隨溫度升高而降低)泊桑比μ:拉伸試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。各種鋼材近乎為μ=0.3。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第34頁34/138351.2.3化學(xué)性能——金屬材料所處介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性，即是否會與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮化學(xué)性能:1.耐腐蝕性——對介質(zhì)侵蝕抵抗能力；2.抗氧化性——在熱加工高溫條件下抵抗氧化性介質(zhì)氧化能力。氧化性介質(zhì)如水蒸氣、CO2、SO2等。熱加工——如熱卷，鑄造，焊接，熱處理，熱沖壓，鑄造等等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第35頁35/138361.2.4.金屬材料工藝性能指在確保加工質(zhì)量前提下,加工過程難易程度.可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)流動性、凝固收縮率、熱塑性等；鑄造性能—流動性、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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第36頁36/13837

1.3金屬材料分類及牌號1.3.1分類1.黑色金屬——1）生鐵

2）鋼鋼普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼按質(zhì)量分:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第37頁37/13838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)成份:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第38頁38/13839鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼按冶煉方法分:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第39頁39/13840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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第40頁40/138412.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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第41頁41/138421.3.2鋼鐵牌號及表示方法1.牌號表示標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB221-,牌號中化學(xué)元素——化學(xué)符號或漢字表示；產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法——漢字或漢語拼音字母表示。比如: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或容化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第42頁42/138432.鋼號表示法例: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沸騰鋼類別為A鋼材屈服點(diǎn)(MPa)屈服點(diǎn)屈字拼音首位字母化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第43頁43/13844

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%。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第44頁44/138451.4

碳鋼與鑄鐵鋼鐵組成=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%無實(shí)用價(jià)值。鐵碳合金！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第45頁45/138461.4.1

鐵碳合金組織結(jié)構(gòu)1.金屬組織與結(jié)構(gòu)在1500倍顯微鏡下觀察到顯微組織,即金屬金相組織。金相組織結(jié)構(gòu)直接影響金屬材料性質(zhì)。如,鑄鐵中石墨形式不一樣,其性質(zhì)也不一樣。細(xì)片狀石墨:次之粗片狀石墨:差球狀石墨:強(qiáng)度最好化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第46頁46/138用X光和電子顯微鏡能夠觀察到金屬原子各種規(guī)則排列,稱為金屬晶體結(jié)構(gòu),簡稱結(jié)構(gòu).47化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第47頁47/13848純鐵在不一樣溫度下晶體結(jié)構(gòu):化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第48頁48/13849化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第49頁49/138502.純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:γ-Feα-Fe910℃（面心立方晶格）（體心立方晶格）固態(tài)下鐵原子重新排列化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第50頁50/138513.鐵與碳相互關(guān)系和碳鋼基本組織鐵碳關(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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第51頁51/13852（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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第52頁52/13853——鐵碳關(guān)系之二:化合態(tài)C+Fe→Fe3CFe3C稱為滲碳體。性能特點(diǎn):.硬，脆,塑性幾乎為0；.在一定條件下能夠分解（3）滲碳體（C）碳+鐵。滲碳體作用:少許滲碳體散布在鐵素鐵中（總含c量﹤2%）成為碳素鋼。提升了強(qiáng)度和硬度，可軋制成鋼材?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第53頁53/13854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)

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第54頁54/13855（4）珠光體（P）鐵素體和滲碳體二者機(jī)械混合物性能特點(diǎn):介于二者之間,強(qiáng)度和硬度比F高,塑性和韌性比F差,但比C好；化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第55頁55/13856性能特點(diǎn):含有較高硬度（5）萊氏體（L）珠光體和首次滲碳體共晶混合物化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第56頁56/13857(6)馬氏體(M)從高溫奧氏體急冷下來,得到碳原子在α-Fe中過飽和固溶體.性能特點(diǎn):硬度高,很脆,不能承受沖擊載荷.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第57頁57/138581.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖圖1-121.碳鋼在常溫下組織2.臨界點(diǎn)及其意義(1)A1線(2)A3線(3)Acm線(4)

ACD線(5)AECF線化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第58頁58/138化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第59頁59/138常溫下碳鋼性能分析(如圖1-13):塑性、韌性逐步減??；硬度逐步增大；強(qiáng)度先增后減60化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第60頁60/13861

1.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對其性能影響1）.錳(Mn)起源——在冶煉過程中加入錳鐵。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——提升強(qiáng)度。是有益元素。2）.硫(S)起源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開始溫度，它過早熔化，造成工件開裂，稱為熱脆性。有害元素！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第61頁61/1383）.硅(Si)起源——冶煉。作用——以脫氧化物SiO2形式存在可溶于F中,提升強(qiáng)度、硬度,是有益元素。62化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第62頁62/138634).磷(P)起源——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)起源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫溶解度降低，來不及到鋼表面逸出而積聚，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！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第63頁63/138（6）氮（N）鋼中有過量氮,加熱到一定溫度時(shí)會析出,稱為“時(shí)效”作用——硬度、強(qiáng)度提升,塑性下降。處理——加入Al,Ti進(jìn)行固氮處理,形成AlN和TiN64化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第64頁64/138（7）氧（O）以夾雜物、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。65化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第65頁65/138662.碳鋼分類、牌號（1）.普通碳鋼含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055%P≤0.045%)慣用有:Q215-A,Q235-A,Q235-A.F#Q235-B,#Q235-C,Q275(參見表1-6）式中Q—普通碳鋼，“屈服”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，越后越高。F——沸騰鋼#—GB150-98要求使用材料化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第66頁66/13867（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。慣用有:08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含c量萬分?jǐn)?shù);g--鍋爐鋼；R--容器鋼；Mn---含錳元素約1%。（3）.高級優(yōu)質(zhì)鋼磷硫雜質(zhì)極少P,s含量≤0.03%。表示法:如20A化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第67頁67/13868

1.4.4.鋼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—提升硬度和韌性；※容器焊后退火—消除內(nèi)應(yīng)力；……熱處理工藝曲線:金屬材料中金相組織發(fā)生改變！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第68頁68/13869（1）慣用熱處理工藝遲緩加熱，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，改進(jìn)機(jī)械性能；②使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力?！咀ⅰ考訜釡囟葹榕R界點(diǎn)（鋼內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變溫度)以上30～50℃?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第69頁69/13870遲緩加熱，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:提升硬度、強(qiáng)度和耐磨性。淬火化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第70頁70/13871淬火后再進(jìn)行一次較低溫度加熱與冷卻。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?低溫回火（150～250℃）；中溫回火（300～450℃）；高溫回火（500～680℃）?！慊?高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。效果:強(qiáng)度、塑性、韌性均提升?；鼗鸹ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第71頁71/13872（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-冷卻過程。使零件表面改性。方式:滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第72頁72/138731.4.5.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，一些介質(zhì)中耐腐蝕性好。用來制作機(jī)床的床身，壓縮機(jī)機(jī)身如何？化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第73頁73/138742）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，很好塑性和韌性?？芍谱髦匾S類！化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第74頁74/13875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號鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵機(jī)械性能比較化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第75頁75/138763）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（見書表1-15）；※質(zhì)硬、脆，較難機(jī)加工，普通采取鑄造；※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、旋塞、冷卻排管、輔助陽極、管道配件等。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第76頁76/138771.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對鋼影響——為改進(jìn)鋼材性能特意加入合金元素，以改變鋼材性質(zhì)。比如:鉻:耐腐蝕抗氧化；提升了強(qiáng)度硬度和耐磨性；使鋼材韌性和塑性降低。錳:提升強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。鎳:提升淬透性，保持良好塑性和韌性；提升耐腐蝕性和低溫沖擊韌性；提升熱強(qiáng)性能。硅:提升強(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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第77頁77/13878

1.成份特點(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.相對于碳素鋼，其性能特點(diǎn):※強(qiáng)度提升；※耐腐蝕性能提升；※低溫性能提升。1.5.2低合金鋼化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第78頁78/13879

碳素鋼與低合金鋼比較

類別品種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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第79頁79/138803.慣用材料: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，礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。5.慣用材料:16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第80頁80/138811.5.3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.對材質(zhì)要求:1）較高強(qiáng)度；2）良好塑性、韌性和冷彎性能；3）較低缺口敏感性；4）良好焊接性能和其它工藝性能；5）良好冶金質(zhì)量?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第81頁81/138823.慣用材料: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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第82頁82/13883

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)腐蝕。慣用具種:1）鉻不銹鋼---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一個(gè)數(shù)字---含碳量千分?jǐn)?shù)[見表1-5(1-4）]；Cr13---含鉻13%?！蚪M織成份:鉻固溶于鐵素體晶格中形成固溶體?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第83頁83/13884◎“不銹”原因:在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密氧化膜，對鋼材起保護(hù)作用?！蛐阅芴攸c(diǎn):碳作用---與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量鉻。為確保耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量越低越好。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第84頁84/13885鉻作用:——能提升耐腐蝕性能。實(shí)際鉻不銹鋼平均含鉻量≥13%?！芴嵘摯阃感裕@著提升鋼強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。用作受載荷大耐蝕零件，如軸類，活塞桿、螺栓、浮閥等。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第85頁85/138862）鉻鎳不銹鋼慣用鉻鎳不銹鋼型號:0Cr18Ni90Cr18Ni10Ti式中0---含碳量千分?jǐn)?shù)；（見表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，是單一奧氏體組織。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第86頁86/13887性能特點(diǎn):①耐腐蝕性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※組織為單一奧氏體，在電解液中不能形成微電池，預(yù)防了電化學(xué)腐蝕。②力學(xué)性能優(yōu)異。[見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%）造成晶間腐蝕。！不能重復(fù)施焊，不然必須進(jìn)行熱處理。④不耐氯離子腐蝕?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第87頁87/13888

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℃。碳鋼使用溫度普通在400℃以下。如20鋼500℃時(shí)屈服點(diǎn)只有50MPa,變得很軟,鋼中Fe3C分解出石墨碳（石墨化過程）；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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第88頁88/13889高溫設(shè)備對材料要求：①化學(xué)穩(wěn)定性?！挚垢邷貧怏w（O2.H2S、SO2等)腐蝕能力。鋼表面能生成致密氧化膜?？寡趸摗垢邷匮趸?，強(qiáng)度不高。Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②熱強(qiáng)性?！垢邷厝渥兡芰?。熱強(qiáng)鋼——抗蠕變，有一定抗氧化能力。12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第89頁89/13890元素Cr—提升抗氧化性,強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織。Mo—提升高溫強(qiáng)度,強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織,提升再結(jié)晶溫度。Ni—形成奧氏體組織,提升高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。Ti—穩(wěn)定金相組織,不銹鋼中能降低鉻與碳化合。Al,Si—提升高溫抗氧化性,本身生成致密氧化膜。各元素作用:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第90頁90/13891

1.5.6低溫用鋼低溫環(huán)境——天然氣液化、空氣分離、潤滑油脫脂、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。低溫用鋼組織成份特點(diǎn):※普通低溫（-40~-20℃)鋼——含碳量很低鐵素體組織，再加入適量Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如16MnDR,09MnNiDR等?！罾洌?40℃以下)用鋼——含碳量低奧氏體組織。如15Mn26Al4。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第91頁91/138921.5.7鋼材品種和規(guī)格1）鋼板[P320附錄十]2）鋼管[P306附錄七]※無縫鋼管表示法:如f219×10其中219-鋼管外徑,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.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第92頁92/138933）型鋼圓鋼方鋼扁鋼等邊角鋼不等邊角鋼工字鋼槽鋼H型鋼化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第93頁93/138944）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---鍛鋼化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第94頁94/138951.6有色金屬材料1.6.1鋁及其合金1.特征: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）一定耐腐蝕性；7）不污染食物。(??????)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第95頁95/138961）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，儲罐，深冷設(shè)備等）。2）鑄造鋁合金——ZL（泵，閥門，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.慣用鋁材:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第96頁96/138971.6.2銅及其合金1.純銅（紫銅）特征: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）在干燥空氣中穩(wěn)定,耐低濃度酸(除硝酸)。用場:深冷裝置；密封墊片。慣用材料:T2，T3，T4，TUP（用磷脫氧無氧純銅）?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第97頁97/138982.黃銅——銅與鋅合金。特征:鑄造性能好；較高力學(xué)性能；易切削加工；可焊接；耐蝕性很好；有應(yīng)力腐蝕開裂傾向?；T用材料:H80,H68,H62等。銅含量%代號化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第98頁98/138993.青銅銅與鋅以外金屬組成合金.慣用材料:錫青銅（銅錫合金）——鑄造青銅用場較多。特點(diǎn):良好耐腐蝕性，耐磨性。用場:泵殼，軸承，渦輪，閥門等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第99頁99/1381001.6.3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出不銹鋼；3）耐熱。用場:航空工業(yè)，化學(xué)工業(yè)?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第100頁100/1381.6.3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:設(shè)備襯里。101化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第101頁101/1381021.7非金屬材料1.7.1無機(jī)非金屬材料1.化工陶瓷特點(diǎn):1）良好耐腐蝕性能；2）足夠不透性、耐熱性；3）一定機(jī)械強(qiáng)度；4）性脆易裂，導(dǎo)熱性差。用場:化工陶瓷設(shè)備及管道，管件等。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第102頁102/1381032.化工搪瓷——含高硅瓷釉經(jīng)900℃煅燒，密著在金屬胎表面而成。特點(diǎn):1）優(yōu)良耐腐蝕性能；2）優(yōu)良電絕緣性能；3）易碎裂。用場:搪瓷設(shè)備，如反應(yīng)釜、儲罐、換熱器、塔、閥門等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第103頁103/1383.輝綠巖鑄石104——輝綠巖熔融后鑄成特點(diǎn):1）優(yōu)良耐腐蝕性能（除氫氟酸、熔融堿）；（2）硬度大；（3）脆性大，不受沖擊用場:設(shè)備襯里、管材?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第104頁104/138特點(diǎn):1）良好耐腐蝕性能；2）良好耐熱性；3）清潔、透明、阻力小、價(jià)格低

用場:管道、容器、反應(yīng)器、熱交換器等。1054.玻璃（硼玻璃、高鋁玻璃）化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第105頁105/1381061.7.2有機(jī)非金屬材料1.工程塑料高分子合成樹脂+填料——提升力學(xué)性能；增塑劑——降低硬度和脆性；穩(wěn)定劑——延緩老化；固化劑——加緊固化速度。特點(diǎn):1）良好耐腐蝕性能；2）一定機(jī)械強(qiáng)度；3）密度不大；4）價(jià)格較低?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第106頁106/138107慣用材料: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——高分子膠體混合物溶液。用途:設(shè)備防腐慣用涂料:防銹漆；底漆；大漆；環(huán)氧樹脂漆；酚醛樹脂漆。等?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第107頁107/1381083.不透性石墨——各種樹脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特點(diǎn):1）較高化學(xué)穩(wěn)定性和良好導(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，相對密度小；4）力學(xué)性能較低，性脆。用場:腐蝕性強(qiáng)換熱器；泵，管道，機(jī)械密封環(huán)，爆破片等。

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第108頁108/1381091.8化工設(shè)備腐蝕及防腐方法1.8.1金屬腐蝕金屬與周圍介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引發(fā)破壞分類:化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第109頁109/138化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第110頁110/1381.金屬腐蝕評定方法:

1）質(zhì)量改變評定法——試驗(yàn)測定，單位表面、單位時(shí)間腐蝕引發(fā)質(zhì)量改變量。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)接觸面積t——腐蝕作用時(shí)間111化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第111頁111/1382）腐蝕深度評定法——用每年金屬厚度降低許表示腐蝕速度。Ka=24*365K/1000p=8.76K/pP——金屬相對密度Ka——金屬厚度每年減小量,mm/a112化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第112頁112/1381132.化學(xué)腐蝕——金屬碰到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生腐蝕。特點(diǎn):1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面；2）腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。腐蝕產(chǎn)物特征:1）致密而穩(wěn)定，與金屬結(jié)合牢靠——鈍化膜——鈍化作用；2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢靠——脫落——活化作用?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第113頁113/138114（1）金屬高溫氧化及脫碳——金屬在高溫下氣體腐蝕。處理方法:冶煉時(shí)加入鉻，硅或鋁——不起皮鋼化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第114頁114/138115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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第115頁115/138116（2）氫腐蝕鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕開始溫度和壓力: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。與氫在鋼中溶解度成正比?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第116頁116/138117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?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第117頁117/1381183.電化學(xué)腐蝕——金屬與電解液接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。三個(gè)步驟:化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版教案課件第118頁118/138119發(fā)生電化學(xué)腐蝕必備條件:1）同一金屬中有不一樣電位組織成份或存在不一樣電位金屬；2）陽極和陰極相互連接；3）陽極和