（中职）化工设备机械基础（5章）电子课件.ppt

正版可修改PPT课件（中职）化工设备机械基础（5章）电子课件5化工设备材料化工设备材料包含金属材料和非金属材料吧？包含金属材料和非金属材料吧？5.1 化工设备与管路常用的金属材料化工设备与管路常用的金属材料 化工设备中常用的金属材料主要是钢铁材料，以及铜合金、铝合金等金属材料。钢铁是钢和铸铁的统称，其实就是铁碳合金。钢分为以铁和少量碳组成的碳钢，以及再加其它元素组成的合金钢两类。红色是关键词喔 511金属材料的主要性能金属材料的主要性能（一）力学性能 材料在外力作用下表现出来的性能叫材料的力学性能。它的主要指材料在外力作用下表现出来的性能叫材料的力学性能。它的主要指标有强度、硬度、弹性、塑性和韧性等。标有强度、硬度、弹性、塑性和韧性等。（1）强度 强度是金属材料在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标是屈服极限和强度极限。屈服极限（s）强度极限（b）疲劳强度（2）弹性与塑性 材料在外力作用下其尺寸和形状发生变化，当外力卸除，材料又恢复到原始形状和尺寸，这种特性称为弹性 材料的塑性是断裂前发生塑性变形的能力。（3）硬度 材料抵抗更硬物体压入而产生塑性变形，包括产生压痕或划痕的能力称为硬度。（4）冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。（5）材料在高温和低温下的力学性能 一般金属材料在高温和低温下，其力学性能会有显著改变，表现为高温蠕变和低温脆性。(二)物理性能金属材料的物理性能有热膨胀性、导电性、导热性、熔点、相对密度等。(三)化学性能金属材料的化学性能主要是耐腐蚀性和抗氧化性。耐腐蚀性材料抵抗周围介质，如大气、水、各种电解质溶液等对其腐蚀破坏的能力叫耐蚀性。抗氧化性在高温下使用的化工设备的材料与氧气或其他气体介质如水蒸气、CO2、SO2等产生化学反应而使材料氧化。(四)加工工艺性化工设备制造过程中，其材料要具有适应各种制造方法的性能，即具有工艺性，它标志着制成成品的难易程度。主要性能有可焊性、可铸性、可锻性、热处理性、切削加工性和冷变形性等。一般塑性好的材料，焊接性能和冷冲压性能都好。512 碳钢碳钢 工业上使用的金属材料一般不是纯金属，而是合金。合金是一种金属与其他金属或非金属熔合在一起的金属材料。铁与碳及少量其他元素熔合的合金为铁碳合金。它按含碳量的不同分为碳钢和铸铁。含碳量是含碳量小于小于2.11%2.11%的铁碳合金是碳钢碳钢。（1）碳钢的分类 按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢 按用途：结构钢、工具钢、特殊用途钢（2）普通碳素结构钢 含碳量较低，杂质含量较高，是质量不高的碳钢，具有一定的力学性能。价格低廉，广泛用于要求不高的金属结构和机械零件。国家标准规定，这类钢材按保证力学性能供应，并按屈服点将其分成不同的牌号。每种牌号又按质量分为A、B、C、D四种等级。A级、B级为普通级，C级、D级为优级。例：Q235A（3）优质碳素结构钢 除保证钢材的力学性能和化学成份外，还严格控制硫磷含量，品质较高，多用于重要零件，应用非常广泛。依据含碳量的不同，这种钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳 含碳量0.25%，钢的强度较低，但塑性好，焊接性能好，在化工设备中广泛使用。中碳 含碳量为0.300.60%，强度、硬度高，塑性、韧性稍差；焊接性能较差，不宜用于制造化工设备壳体。多用于制造传动设备的零件。高碳 含碳量60%，它的强度和硬度均较高，塑性差、焊接性能差，不适于制造化工设备，常用来制造弹簧、刃具及钢丝绳等。（4）优质碳素结构钢的牌号牌号 优质在哪里？硫、磷杂质含量低。两位数字，表示含碳量的万分数。例如20钢，平均含碳量0.2%。如果优质碳素结构钢中含锰量较高，则在两位数字后标以汉字锰或Mn元素符号。例如，20 Mn是较高含锰量优质碳素钢。特殊用途用钢，规定在数字后加注字母。R为容器用钢，20R为含碳量0.20%普通含锰量优质碳素结构钢的压力容器用钢板。5.1.3合金钢合金钢在优质碳素结构钢中加入少量合金元素，如铬、镍、钛、锰、钼、钒等，改善了碳钢的力学性能和耐腐蚀性能等。化工常用的主要类型有低合金结构钢、合金结构钢中的不锈耐酸钢和耐热钢等。合金结构钢的牌号：前面两位数字表示含碳量的万分数；以化学元素符号表示含有何种合金元素，合金元素后面的数字表示该元素含量的百分数，当合金元素含量小于1.5%时不标数字，平均含量为1.52.5%,2.53.5%时，相应标注2，3。例如06Cr19Ni10含碳0.06%，含铬19%镍10%左右，是典型的不锈钢（铬、镍是耐腐蚀元素），对应于美国牌号304（现在市面上304等应用很多）。如果牌号最前面是三位数字，则是加了小数点后的一位数字。例如超低碳不锈钢022Cr17Ni12Mo2含碳量0.022%，对应于美国牌号316L。含碳量较低（0.10.25%）的碳素钢加入少量合金元素（锰、钒、铌、镍、铬、钼），合金元素的含量一般小于5%时称为低合金结构钢。国家标准（GB/T 15912008低合金高强度结构钢）采用与普通碳素结构钢相同的牌号表示方法来表示其牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。其中 Q345对应于原低合金结构钢中的16Mn，Q420对应于15MnVN。514 铸铁铸铁含碳量为24.5%的铁碳合金。硅、锰、硫、磷的含量都高于钢。碳在铸铁中以游离状态的石墨存在，铸铁的力学性能与石墨的形状、大小和分布状态有关。（1）灰铸铁碳元素以片状石墨形式存在。石墨割裂了铸铁基体，使灰铸铁的抗拉强度和塑性比钢低很多。但抗压强度并不降低。石墨的存在还使灰铸铁具有良好的耐磨性、减震性、铸造性和切削性。（2）球墨铸铁碳在铸铁基体中以球状石墨存在。强度和塑性比灰铸铁高，综合力学性能接近于钢，可以代钢制造一些机械零件，如曲轴、阀门等。（3）可锻铸铁铸铁中的石墨呈团絮状。比灰铸铁有较高的强度、塑性和韧性。因其有一定的塑性变形能力，故得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不能锻造。（4）耐蚀铸铁和耐热铸铁在铸铁中加入适量的合金元素后形成的具有耐蚀、耐热性能的铸铁,如加入硅形成耐蚀铸铁、加入铬形成耐热铸铁等，常用于铸造化工机械的泵、阀门等零件。5.1.55.1.5有色金属及其合金有色金属及其合金在化工生产中，由于腐蚀、低温、高温、高压等特殊工艺条件的要求，设备的材质也经常用有色金属及其合金。常用的有铝、铜、铅、钛等。(1)铝及其合金(2)铜及其合金(3)钛及其合金：现在应用日渐广泛，比不锈钢更好。(4)铅及其合金5.2 5.2 化工设备与管路使用的非金属材料化工设备与管路使用的非金属材料耐腐蚀性优良，广泛使用于化工生产中。包括除金属材料以外的所有材料。依其组成有两大类：5.2.1 5.2.1 无机非金属材料无机非金属材料主要化学成分是硅酸盐。用于化工生产中的产品主要有化工陶瓷、玻璃、搪瓷和辉绿岩铸石等。（1）化工陶瓷由粘土、瘠性材料和助熔剂用水混合后经过干燥和高温焙烧而成。（2）化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉紧密附着在金属胎表面而制成。（3）玻璃玻璃在化工生产中主要用作耐蚀材料，且玻璃中的SiO2含量越高，耐蚀性越强。（4）辉绿岩铸石辉绿岩铸石是用辉绿岩熔融后，铸造成一定形状的板、砖等材料，主要用来做设备衬里，也可做管道。5 52 22 2 有机非金属材料有机非金属材料主要有塑料、橡胶、不透性石墨等广泛用于化工。（一）塑料 一类以高分子合成树脂为基本原料，在一定温度下塑制成形，并在常温下保持其形状不变的高聚物。硬聚氯乙烯、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、耐酸酚醛塑料、聚四氯乙烯（二）橡胶天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶用橡胶树汁经炼制得到，是不饱和异戊二烯的高分子聚合物。合成橡胶在化工常用的有氯丁橡胶，丁苯橡胶，丁睛橡胶，氯磺化聚乙烯橡胶，氟橡胶，聚异丁烯橡胶等多种。（三）不透性石墨有天然石墨和人造石墨两种。化工生产中使用的是人造石墨，由无烟煤、焦炭、与沥青混合压制成型后，在电炉中焙烧制成。石墨在加入树脂后，性质发生变化，表现出石墨和树脂的综合性能。（四）玻璃钢合成树脂做粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定方法制成的塑料。5.3 5.3 化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护5.3.1常见的腐蚀类型及其腐蚀机理 材料由于和环境作用而引起的破坏或变质称为材料的腐蚀。“材料”包括金属材料和非金属材料，“环境”指与材料接触的所有介质和气氛，包括水、水气、土壤、化工介质、压力、温度等，材料和环境的作用包括化学反应，电化学反应等。材料腐蚀所造成的破坏或变质指重量损失、穿孔、溶胀、开裂等；变质即材料性质变差，包括强度下降，脆性增大等。腐蚀的机理是复杂的，通常认为是由于化学作用和电化学作用引起的，分别称为化学腐蚀和电化学腐蚀。（1）化学腐蚀金属与介质发生纯化学作用而引起的破坏。其反应过程的特点是，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，电子的传递是在它们之间进行的，因而没有电流产生。（2）电化学腐蚀金属与介质之间由于电化学作用而引起的破坏。其特点是在腐蚀过程中有电流产生，它的反应过程特点与电池中的电化学作用原理是一样的。5.3.25.3.2常见的腐蚀破坏的形式 金属材料常见的腐蚀破坏的形式有多种，对应于化学腐蚀机理的腐蚀形式叫作全面腐蚀,以及高温条件下的气体腐蚀；对应于电化学腐蚀机理的腐蚀形式叫作局部腐蚀。（1）全面腐蚀 全面腐蚀遍布金属结构的整个表面上，腐蚀的结果是质量减少，壁厚减薄，也称均匀腐蚀。（2）局部腐蚀 局部腐蚀只集中局部区域而大部分金属表面几乎不被腐蚀。电偶腐蚀 缝隙腐蚀 小孔腐蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀破裂（3）金属的高温气体腐蚀在化工生产中高温气体对金属的腐蚀经常发生。常见的高温气体腐蚀有以下三种。(1)钢铁的高温氧化(2)钢的脱碳(3)氢腐蚀 5.3.3 5.3.3 化工机械常用的防腐蚀措施化工机械常用的防腐蚀措施（1）采用更耐腐蚀的材料（2）改善材料被介质腐蚀的环境 去掉介质中的有害成份（如O2、Cl-等）。添加缓蚀剂。（3）采用电化学保护 具体方法有以下三种。利用外加电流使需要保护的金属成为阴极牺牲阳极保护法 阳极保护法（4）表面覆盖层法 表面覆盖层是一种较经济、方便的防腐蚀方法，在工业中应用广泛。金属覆盖层非金属覆盖层