过程设备机械设计基础过程设备材料.pptx
2023/2/1916:1817.1 过程设备用材的基本要求7.1.2力学性能1.强度：确定许用应力的依据，S(0.2)，b2.塑性：反映材料可塑性指标，5=1020%3.韧性：抵抗缺陷扩展能力指标，K=4060J/cm24.硬度：抵抗外物侵入的能力5.材料在高温和低温下的力学性能第1页/共65页2023/2/1916:1827.1.2 力学性能1.强度屈服强度抗拉/压强度屈强比蠕变强度持久极限第2页/共65页2023/2/1916:183屈强比第3页/共65页2023/2/1916:1842塑性延伸率,圆截面试样:L=10d,10或L=5d,55=1.210压力容器用钢要求5=16%塑性过低会导致构件开裂,脆断7.1 过程设备用材的基本要求第4页/共65页2023/2/1916:1853韧性脆性表征:冲击值:缺口:梅氏U,V影响因素:化学成分,热处理,轧制方向,加工历史,实验方法,母材厚度;要求:50J/cm2试样:10 x10mm其他:低温下韧性降低（30J/cm2）7.1 过程设备用材的基本要求第5页/共65页2023/2/1916:1864硬度抵抗外物侵入的能力表征:用压痕的面积或深度，如布氏硬度，洛氏硬度等5.温度对性能的影响7.1 过程设备用材的基本要求第6页/共65页2023/2/1916:187碳钢力学性能随温度的变化第7页/共65页2023/2/1916:1886蠕变性能(高温静载条件下),应力超过某一定值时,应力保持不变的情况下应变或塑性变形随着时间的延长而不断增加的现象.常温下,钛材也会发生类似的现象三个阶段：过渡蠕变阶段、稳定蠕变阶段、破坏阶段7.1 过程设备用材的基本要求第8页/共65页2023/2/1916:1897.1.3耐腐蚀性 抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。表海水；钛盐酸；涂层抗氧化性 表面处理：电镀，磷化，发黑，发蓝等第9页/共65页2023/2/1916:1810常用金属材料耐腐蚀性第10页/共65页2023/2/1916:18117.1.4加工工艺性1.可焊性：少的焊接缺陷2.可锻性：不发生热脆3.可塑性：优良的塑性加工性能4.机械加工性能：保证好的切削性第11页/共65页2023/2/1916:18127.1.4材料的物理性能导热系数：设备要求传热线膨胀系数：防止热应力密度：决定设备的重量熔点和导电性：7.1.5 材料的经济性-价格表第12页/共65页2023/2/1916:18137.2 过程设备常用材料7.2.1 碳钢碳钢：碳含量在0.022之间的铁碳合金;铸铁：碳含量大于2的铁合金。1、碳及常存杂质/微量元素对钢材性能的影响硫(S):锰(Mn):硅(Si):碳(C)磷(P)第13页/共65页2023/2/1916:1814碳含量对材料机械性能影响第14页/共65页2023/2/1916:18152、碳钢分类普通碳素钢：保证机械性能或化学成分 甲类：保证机械性能，A1A7 乙类：保证化学成分，B1B7Q235AGB700-1988国标号产品等级为A，共分A、B、C、D四级材料屈服限的保证值，(厚度小于16mm)第15页/共65页2023/2/1916:1816普通碳素钢特点质量分级，D质量最好，A质量最次；主要杂质为磷，P=0.045%,S=0.055%主要指标：力学性能，化学成分辅助指标：脱氧程度，最低使用温度，AKV钢号提高，强度提高，塑性，韧性下降其他：炼钢工艺：F，Z，b常用钢：Q235-A，容器外壳，支架等第16页/共65页2023/2/1916:1817除保证机械性能和化学成分外，还对磷、硫及非金属夹杂物控制较严。P,S=0.04%低碳钢：0.6%；强度硬度均较高，塑性差，常用于制造弹簧，刀具及耐磨零件。分类优质碳素结构钢第17页/共65页2023/2/1916:1818屈服强度强度限锅炉和压力容器用钢有特殊性，在钢号后分别冠以“g”“R”如 20g，20R铸钢：ZG200400命名：含碳量的万分之几，如08，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 第18页/共65页2023/2/1916:18197.2.2合金钢1、合金结构钢压力容器用(低碳)低合金钢：含碳量0.10.25%主要牌号：16MnR,15MnVR,18MnMoNiR数字元素名称数字合金元素含量(!11.7%，13%含碳量低,1Cr13，2Cr13等腐蚀介质：弱腐蚀介质，低温30硫酸，盐酸，热硝酸，熔融碱液用途：轴，活塞杆，阀体，螺栓和浮阀第22页/共65页2023/2/1916:18232 耐热钢抗氧化钢：1Cr13Si3，1Cr23Ni13热强钢：15CrMo,12Cr2Mo1,1Cr5Mo,0Cr19Ni9,0Cr17Ni12Mo2等可分为：抗氧化钢和热强钢耐热要求化学稳定性：抗氧化性热强性：蠕变过程缓慢第23页/共65页2023/2/1916:18243.低温用钢普通碳钢低温下塑性降低，冲击韧性差；常用合金元素：Mn，Al，Ti，Nb，Cu，V主要材料：国外：高Cr，Ni钢，Cu,Al国内：无CrNi钢，Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V特点：合金元素少，含碳量低，正火供货第24页/共65页2023/2/1916:18257.2.3 铸 铁1 灰口铸铁：HT150330 2 球墨铸铁：QT40015强度、塑性、韧性好，可替代铸钢，石墨成球状抗拉强度低，挤压强度高，用于制造耐压件，石墨成片状抗弯强度，MPa抗拉强度，MPa抗拉强度，MPa延伸率第25页/共65页2023/2/1916:18267.2.3 铸 铁3 可锻铸铁：KT30006 具有一定强度和塑性 用于有振动和冲击的场合 石墨成团球状4 合金铸铁：如高硅铸铁，用于耐酸泵第26页/共65页2023/2/1916:1827第27页/共65页2023/2/1916:1828第28页/共65页2023/2/1916:18297.2.4有色金属及合金紫铜：T1，T2，T3，TU（P）锌/黄铜：H80，H68，H62锡铅铝/青铜：ZQSn6-6-3，ZQSn10-1铝：L1,L2,L6硬铝：Al-Cu-Mg的合金,LY-1,LY-2防锈铝：AI-Mg的合金，LF21铸铝：AI-Si的合金，ZL107铜及铜合金铝及铝合金第29页/共65页2023/2/1916:1830作耐磨件：蒙乃尔合金作腐蚀件：Inconel合金 和哈氏合金镍及镍合金铅及铅合金：铅锑合金，PbSb4,7.2.4 有色金属及合金钛及钛合金：TA0，TA1TA8，TB，TC 合金元素：Al，Mn，Cr，V第30页/共65页2023/2/1916:1831第31页/共65页2023/2/1916:18327.2.5非金属材料化工陶瓷：化学稳定性好玻璃：表面光洁、耐腐蚀（搪玻璃设备水泥：价廉天然耐酸材料：石墨、石棉等耐酸酚醛塑料聚氯乙烯塑料聚乙烯聚四氟乙烯玻璃钢，人造石墨，无机材料有机材料第32页/共65页2023/2/1916:1833用途耐蚀材料，化工搪瓷，耐酸陶瓷，四氟乙烯保温材料，石棉耐火材料，耐火砖密封材料，橡胶，塑料，碳纤维等强度材料，玻璃钢，纤维缠绕7.2.5 非金属材料第33页/共65页2023/2/1916:18347.3 钢材的热处理将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能，称钢的热处理。定义目的获得预期的机械性能和加工性能第34页/共65页2023/2/1916:1835一、金属的结晶组织第35页/共65页2023/2/1916:1836钢的结晶过程第36页/共65页2023/2/1916:1837Fe变成Fe铁的同素异构转变渗碳体：硬度高，强度低，塑性差珠光体：铁素体与渗碳体 的混合物第37页/共65页2023/2/1916:1838碳在铁中形成固溶体钢的冷却曲线第38页/共65页2023/2/1916:1839铁碳合金状态图第39页/共65页2023/2/1916:1840退火正火淬火回火常用热处理方法第40页/共65页2023/2/1916:1841退 火目的：消除组织缺陷、降低硬度、消除内应力。常用热处理方法方法：把钢材加热到一定温度，保温一段 时间后，随炉缓慢冷却的过程。第41页/共65页2023/2/1916:1842高速钢的退火曲线第42页/共65页2023/2/1916:1843正火把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，在空气中冷却的过程。目的时间短，晶粒细化改善组织结构力学综合性能较好最终热处理第43页/共65页2023/2/1916:1844淬 火目的：细化晶粒、提高表面硬度、提高强度和耐磨性。组织：淬火马氏体方法：把钢材加热到一定温度，保温一 段时间后，快速冷却的过程。第44页/共65页2023/2/1916:184540Cr钢的淬火曲线第45页/共65页2023/2/1916:1846回火低温回火：150250：回火马氏体中温回火：350450高温回火:450650调质处理:淬火+高温回火调质钢含碳量较高,适合作调质处理第46页/共65页2023/2/1916:1847表面淬火提高零件表面硬度和耐磨性方法：火焰加热，（高频）感应加热特点：处理过程短，不易氧化和变形第47页/共65页2023/2/1916:1848新唐-复兴 第一部：起点 第一卷 第六章：科技之光（中）李复点点头，道：“这就是要大家将所掌握的技法和经验进行充分交流的原因。”顿了一下，继续道：“再说淬火之技，一直以来，大家一般都是用水来淬火，可是诸位师傅想过没有，用不同的水来淬火，可以得到不同性能的刀？”有人应道：“听说过不用水而用马尿的，淬出的刀会更硬些。”李复道：“不错，用动物尿来淬火，钢会更为坚硬，但这是为何？”看无人能答，继续道：“这是因为动物尿中含有盐分，冷却速度比水快，用它作淬火冷却，淬火后的钢比用水淬火的钢就更坚硬。相反，若是用动物油脂来淬火，其冷却速度则比水慢，淬火后的钢则比用水淬火的钢更有韧性。”众人这才明白，不禁纷纷点头，都道原来如此。第48页/共65页2023/2/1916:1849其他时效化学热处理在化学介质中加热，同时改变表面化学成分和组织性能，以满足构件的特殊性能。方法：渗碳，氮化，氰化（碳氮共渗）第49页/共65页2023/2/1916:1850腐蚀分类全面腐蚀均匀腐蚀局部腐蚀区域腐蚀点腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀应力腐蚀7.4 金属材料的腐蚀与防护第50页/共65页2023/2/1916:18517.4 金属材料的腐蚀与防护7.4.1金属材料的化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀：定义：金属在干燥的气体和非电解质溶液中发生的化学作用所引起的腐蚀。特点：化学反应，材料表面，无电流钝化作用：致密的反应物阻止反应的进一步进行，保护基体遭受腐蚀活化作用：反应物易损坏，有利于腐蚀的进一步扩展，促进基体腐蚀速度。第51页/共65页2023/2/1916:1852常见化学腐蚀高温脱碳和氧化氨合成塔，硫酸氧化炉，石油裂解炉氢腐蚀石油裂解炉存在起始压力和温度，表7-2防止措施降低含碳量，加入合金元素。第52页/共65页2023/2/1916:1853电化学腐蚀电化学腐蚀概念:金属与电解质溶液之间发生电化学作用而引起的腐蚀，破坏原电池作用微电池和电化学腐蚀原理电化学腐蚀三个环节：阳极的氧化反应，电子流动和阴极反应；第53页/共65页2023/2/1916:1854电化学腐蚀条件同一构件上有电位不同的金属阴极与阳极相连阴极与阳极同处于电解质溶液中第54页/共65页2023/2/1916:18557.4.2影响腐蚀的因素合金元素的影响与n/8定律腐蚀介质酸碱性的影响温度和压力的影响应力对腐蚀的影响第55页/共65页2023/2/1916:18567.4.3腐蚀评定与防护7.4.3.1金属腐蚀的评定方法1根据金属质量的变化-称重法2根据腐蚀深度-减薄量第56页/共65页2023/2/1916:18577.4.3.2金属腐蚀破坏的形式，图7.7均匀腐蚀局部腐蚀点腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀表面下腐蚀第57页/共65页2023/2/1916:18587.4.3.3防腐蚀措施涂覆保护层电化学防护：阴极保护，阳极保护添加缓蚀剂：延缓腐蚀速度合理的结构设计：应力集中，焊接消除应力处理：退火，时效第58页/共65页2023/2/1916:18597.5 过程设备材料选择1根据要求的工况按标准选取2材料的质量保证书3合理选材4仅受刚度控制的设备，不宜选择强度过高的材料5腐蚀介质存在的场合，优先采用无NiCr铁素体钢6优先采用低合金钢第59页/共65页2023/2/1916:18607低温用钢8中温用钢第60页/共65页2023/2/1916:1861重 要 通 知下周以班级为单位到机械工程学院做实验，班长负责组织。实验室联系人：张凯老师电话号码：64252251实验室地址：实验十楼三楼实验内容：热处理和硬度测定第61页/共65页2023/2/1916:1862今今日日作作业业思考:7预习:第八章第62页/共65页2023/2/1916:1863第63页/共65页2023/2/1916:1864第64页/共65页2023/2/1916:1865感谢您的观看！第65页/共65页
