环境工程设备材料.ppt
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1、环境工程设备材料现在学习的是第1页,共39页第一节 材料的基本性能一:化学性能一:化学性能1四:加工工艺性能四:加工工艺性能4三:机械性能三:机械性能3二:物理性能二:物理性能2现在学习的是第2页,共39页一:化学性能 材料的化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性,即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用而引起腐蚀。1、耐腐蚀性材料对周围介质侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。2、抗氧化性在高温下,钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀,使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeO氧化皮,还会与水蒸气、二氧化碳,二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用,使钢的力学性能下降,特别是降低材料表面硬度和疲劳强度。现在学习的
2、是第3页,共39页二、物理性能 材料的物理性能有密度、熔点、比热容材料的物理性能有密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性等。、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性等。现在学习的是第4页,共39页三:机械行能 材料的机械性能亦称为力学性能,材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力,如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。1、强度2、硬度3、韧性4、塑性5、疲劳强度6、断裂韧性现在学习的是第5页,共39页三:加工工艺性能 金属和合金的加工工艺性能是指铸造性能、锻造性能、金属和合金的加工工艺性能是指铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能
3、。焊接性能和切削加工性能。1、铸造性能、铸造性能 是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。2、压力加工性能、压力加工性能是使材料产生塑性变形的加工方法,包括轧制、挤压、拉拔是使材料产生塑性变形的加工方法,包括轧制、挤压、拉拔、锻压和冲压加工。、锻压和冲压加工。3、焊接性能、焊接性能4、切削加工性能、切削加工性能5、热处理性能、热处理性能现在学习的是第6页,共39页第二节 铸铁与碳钢现在学习的是第7页,共39页一、铸铁 含碳量含碳量2%以上,含有以上,含有 S、P、Si、Mn等等杂质。杂质。脆性材料,抗拉强度较低,但有脆性材料,抗拉强度
4、较低,但有良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。加工性。在一些介质在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等、有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。中有相当好的耐腐蚀性能。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。现在学习的是第8页,共39页 1.灰铸铁灰铸铁含碳含碳2.7%4.0%,片状石墨形式,断面暗灰色,片状石墨形式,断面暗灰色。有优良的铸造性、减振性能,用于支架、阀体、泵体有优良的铸造性、减振性能,用于支架、阀体、泵体、机座、管路附件等。、机座、
5、管路附件等。在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。的碳化塔及淡盐水泵等。编号:编号:HT200,HT灰铸铁,灰铸铁,200抗拉强抗拉强度度s sb值,值,MPa。常用灰铸铁牌号有常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.球墨铸铁球墨铸铁石墨呈球形,简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大石墨呈球形,简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁,甚至接近钢材。大超过灰铸铁,甚至接近钢材。编号:编号:QT400-18,QT球墨铸铁,球墨铸铁,400 抗抗拉强度拉强度s sb值,
6、值,MPa,18延伸率延伸率d d=18%。现在学习的是第9页,共39页 3.高硅铸铁高硅铸铁有高的耐蚀性能有高的耐蚀性能,含硅量增加,耐蚀性增加。,含硅量增加,耐蚀性增加。强度低、脆性大、内应力大,易于脆裂强度低、脆性大、内应力大,易于脆裂热导率小,线膨胀系数大,不适于制造温差较大的热导率小,线膨胀系数大,不适于制造温差较大的设备,否则容易产生裂纹。设备,否则容易产生裂纹。常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器牌号有:牌号有:STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。等。高硅铸铁现在学习的是第10页,共39页二、碳钢的分类(一)碳钢的
7、分类(一)碳钢的分类1、按冶炼性质分类:、按冶炼性质分类:在钢铁的冶炼中,钢液在熔炼末期需要脱氧,根据钢的在钢铁的冶炼中,钢液在熔炼末期需要脱氧,根据钢的脱氧程度,可将钢锭分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。脱氧程度,可将钢锭分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。2、按含碳量分类、按含碳量分类3、按质量分类、按质量分类4、按用途分类:、按用途分类:碳素结构钢碳素结构钢:主要用于制造各种工程构建和及其零主要用于制造各种工程构建和及其零 件。件。碳素工具钢:主要用于制造各种刀具、量具、模具、碳素工具钢:主要用于制造各种刀具、量具、模具、现在学习的是第11页,共39页(二)碳钢的编号和用途(二)碳钢的编号和用途1
8、、普通碳素钢、普通碳素钢编号:编号:Q235-A,Q235屈服强度及数值(屈服强度及数值(MPa)A质量等级,质量等级,有有A,B,C,D四级。四级。脱氧方法有脱氧方法有F,b,Z,TZ。其中。其中Z镇静钢,镇静钢,在编号中忽略在编号中忽略化工压力容器一般选用镇静钢。化工压力容器一般选用镇静钢。普通碳素钢有普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及及 Q275五个钢种。五个钢种。现在学习的是第12页,共39页2、优质碳素钢、优质碳素钢S0.03%0.045%;P0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。等。即平均含碳量为万分之几。即平均含碳量为万
9、分之几。45号钢中含碳量号钢中含碳量平均为平均为0.45%(0.42%0.50%)。优质低碳钢(含优质低碳钢(含C0.25%),如),如08、10、15、20、25;塑性好,焊接性能好,用于壳体、接;塑性好,焊接性能好,用于壳体、接管等。管等。优质中碳钢(含优质中碳钢(含C量量0.3%0.60%),如如30、35、40、45、50与与55;45号钢,用于搅拌轴、号钢,用于搅拌轴、齿轮等传动零件。齿轮等传动零件。优质高碳钢(含优质高碳钢(含C0.6%),如),如60、65、70、80。60、65钢主要用来制造弹簧,钢主要用来制造弹簧,70、80钢用来制造钢用来制造钢丝绳等。钢丝绳等。现在学习的是
10、第13页,共39页3、高级优质碳素钢、高级优质碳素钢S0.02%0.03%;P0.025%,均,均0.03%。它的表示方法是在优质钢号后面加一个它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字字,如,如20A。高级优质碳素钢高级优质碳素钢现在学习的是第14页,共39页三:常存杂质元素对钢材性能的影响三:常存杂质元素对钢材性能的影响碳钢中的杂质元素有:碳钢中的杂质元素有:硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等1)硅硅:脱氧剂。有益元素脱氧剂。有益元素。硅与硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。除去。硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加,硅在钢中溶于铁
11、素体内使强度、硬度增加,塑性、韧性降低。塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量常在镇静钢中的含硅量常在0.1%0.37%,沸腾,沸腾钢中只含有钢中只含有0.03%0.07%。由于钢中硅含量一般不超过由于钢中硅含量一般不超过0.5%,对钢性能影,对钢性能影响不大。响不大。现在学习的是第15页,共39页2 2)氮)氮长时间放置或在长时间放置或在200200300300加热,氮以氮化加热,氮以氮化物的形式析出,硬度、强度提高,塑性下降。物的形式析出,硬度、强度提高,塑性下降。3 3)锰)锰:脱氧剂,有益元素。脱氧剂,有益元素。MnS(1600)MnS(1600),部分消除硫的有害作用。,部分消除硫的有害作
12、用。锰具有很好的脱氧能力,与锰具有很好的脱氧能力,与FeFe成为成为MnMn进入炉渣进入炉渣,从而改善钢的品质,特别是可以降低脆性,提高强度和,从而改善钢的品质,特别是可以降低脆性,提高强度和硬度。硬度。在在0.5%0.5%0.8%0.8%以下时,看成是常存杂质。以下时,看成是常存杂质。优质碳素结构钢中,正常含锰量是优质碳素结构钢中,正常含锰量是0.5%0.5%0.8%0.8%;高锰结构钢可达高锰结构钢可达0.7%0.7%1.2%1.2%。现在学习的是第16页,共39页4 4)硫:有害元素。硫:有害元素。FeSFeS和和 Fe Fe形成低熔点形成低熔点(985)(985)化合物。钢材化合物。钢
13、材热加工热加工1150115012001200,过早熔化而导致工件开裂,称为,过早熔化而导致工件开裂,称为“热热脆脆”。高级优质钢:高级优质钢:S S0.02%0.02%0.03%0.03%;优质钢:优质钢:S S0.03%0.03%0.045%0.045%;普通钢:普通钢:S S0.055%0.055%0.7%0.7%。5 5)氧:有害元素。)氧:有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧,但不在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧,但不可能除尽。可能除尽。FeOFeO、MnOMnO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3,使强度、塑性降低。尤其是,使强度、塑性降低。尤其是对疲
14、劳强度、冲击韧性等有严重影响。对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。6 6)磷)磷:有害元素。虽能使强度、硬度增高,但塑性、冲击有害元素。虽能使强度、硬度增高,但塑性、冲击韧性显著降低。韧性显著降低。特别是在低温时,使钢材显著变脆,称特别是在低温时,使钢材显著变脆,称“冷脆冷脆”。使使冷加工及焊接性变坏,冷加工及焊接性变坏,高级优质钢:高级优质钢:P P0.025%0.025%;优质钢:优质钢:P P0.04%0.04%;普通钢:普通钢:P P0.085%0.085%。现在学习的是第17页,共39页(四)碳钢的品种及规格(四)碳钢的品种及规格品种:钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢品种:钢板、钢管、型钢
15、、铸钢和锻钢(1 1)钢板(压力容器用热扎厚钢板)钢板(压力容器用热扎厚钢板)4mm4mm6mm6mm厚度间隔为厚度间隔为0.5mm0.5mm6mm6mm30mm30mm厚度间隔为厚度间隔为 lmm lmm30mm30mm60mm60mm厚度间隔为厚度间隔为2mm2mm一般碳素钢板材料有一般碳素钢板材料有 Q235-A Q235-A、Q235-Q235-A AF F、0808、1010、1515、2020等。等。40mm40mm没有奇数厚度的钢板(没有奇数厚度的钢板(2525代替代替2424和和2626除外)除外)2)钢管)钢管无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管有冷轧和热轧。无缝
16、钢管有冷轧和热轧。现在学习的是第18页,共39页3)型钢)型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢(等边与不等边)有圆钢、方钢、扁钢、角钢(等边与不等边)、工字钢和槽钢。、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件;圆钢与方钢主要用来制造各类轴件;扁钢常用作各种桨叶;扁钢常用作各种桨叶;(4)铸钢和锻钢)铸钢和锻钢铸钢用铸钢用 ZG表示,表示,如如ZG25、ZG35等,用于制造各等,用于制造各种承受重载荷的复杂零件,如泵壳、阀门、泵叶轮等。种承受重载荷的复杂零件,如泵壳、阀门、泵叶轮等。锻钢有锻钢有08、10、15、50等牌号。石油化等牌号。石油化工容器用工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。等制
17、作管板、法兰、顶盖等。现在学习的是第19页,共39页第三节第三节 合金钢合金钢一、合金钢的分类一、合金钢的分类按按分:分:合金含量合金含量5%10%10%:高合金钢:高合金钢按按分:分:调质结构钢、表面硬化钢调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构钢低碳马氏体钢、非调质结构钢 不锈钢和耐热钢等不锈钢和耐热钢等现在学习的是第20页,共39页二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢按性能和用途分为三大类。低合金高强度结构钢按性能和用途分为三大类。(1)高强度钢)高强度钢 这类刚用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、这类刚用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件
18、。输送管线等的焊接结构件。(2)低温钢)低温钢 由于钢的强度而有较低的韧由于钢的强度而有较低的韧-崔转变温度,用崔转变温度,用于制造低温设备的零部件。于制造低温设备的零部件。(3)耐蚀钢)耐蚀钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定的耐腐蚀性,如对大气、海水、硫化氢等环境有一定的耐腐蚀性,如10MnPNbRe钢能耐海洋大气及海水腐蚀,钢能耐海洋大气及海水腐蚀,12MnAlV钢钢适用于制造炼油厂用的耐高温硫化氢设备。适用于制造炼油厂用的耐高温硫化氢设备。现在学习的是第21页,共39页三、特殊性能钢三、特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理性能活化学性能的钢特殊性能钢是指具有特殊物理性能活化学性能的钢,这
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