化工設(shè)備材料課件

2化工設(shè)備材料

2.1材料的一般性能2.2碳鋼與鑄鐵2.3合金鋼2.4有色金屬材料2.5非金屬材料2.6化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2.7化工設(shè)備材料選擇

本章教學(xué)目的與意義2化工設(shè)備材料2.1材料的一般性能1

這就對(duì)設(shè)備的選材造成了復(fù)雜性。選材的一般要求1、符合我國(guó)資源及供應(yīng)情況2、有足夠的強(qiáng)度，一定的韌性、塑性和耐腐性3、焊接性能良好4、經(jīng)濟(jì)合算，保證使用壽命引言

化工生產(chǎn)是多種多樣的，其設(shè)備操作條件也是多種多樣的：這就對(duì)設(shè)備的選材造成了復(fù)雜性。選材的一般要求引言22.1材料的一般性能2.1.1物理性能金屬材料的物理性能有密度、熔點(diǎn)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、彈性模量和泊松比等。2.1材料的一般性能2.1.1物理性能32.1.1.1導(dǎo)熱系數(shù)2.1.1.1導(dǎo)熱系數(shù)42.1.1.2熱膨脹系數(shù)2.1.1.2熱膨脹系數(shù)52.1.1.3彈性模量2.1.1.3彈性模量62.1.1.3彈性模量2.1.1.3彈性模量7（1）彈性變形階段(o—b段）A、虎克定律（1）彈性變形階段(o—b段）A、虎克定律8B、泊松比B、泊松比9（2）屈服階段（初塑變階段，c段）電子自由

不自由———跑動(dòng)正離子原子———不動(dòng)自由電子穿梭于動(dòng)態(tài)正離子間，象一團(tuán)電子云氣把金屬正離子牢固地束縛在一起，這種金屬原子間的結(jié)合稱為金屬鍵。“屈服”二字的由來(lái)？A、（補(bǔ)充內(nèi)容）金屬鍵(金屬鍵是一種動(dòng)態(tài)平衡)（2）屈服階段（初塑變階段，c段）電子自由

不自10B、桿內(nèi)斜截面上的受力分析當(dāng)拉力F增大，斜截面上的剪力也增大。而的作用是使晶體相鄰晶面有相互錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)。一旦錯(cuò)動(dòng)在金屬學(xué)中稱為滑移。B、桿內(nèi)斜截面上的受力分析當(dāng)拉力F增大，斜截面11A、當(dāng)F不大時(shí)，，金屬原子間的結(jié)合力抵抗了剪應(yīng)力，錯(cuò)動(dòng)只是趨勢(shì)，此時(shí)只彈性變形。B、當(dāng)時(shí)，錯(cuò)動(dòng)發(fā)生了。此時(shí)滑移并沒(méi)破壞金屬鍵，所以滑移是有限的。易滑的滑完后就不再屈服了。A、當(dāng)F不大時(shí)，，B、當(dāng)時(shí)12由于滑移是外力功的宏觀表現(xiàn)，故此功不象彈性變形時(shí)那樣全部轉(zhuǎn)變成材料的變形能。故滑移后的晶面在外力除去后也不能滑回去了。、外力功

思考題：為什么滑移之后的材料不能復(fù)原？由于滑移是外力功的宏觀表現(xiàn)，故此功不象13（3）強(qiáng)化階段（c—d段，彈塑變形階段）在屈服階段，隨著滑移的進(jìn)行，金屬的晶粒會(huì)出現(xiàn)變形、破碎，晶格會(huì)出現(xiàn)扭曲、破壞現(xiàn)象，這就改變了最大剪應(yīng)力的角度加上金屬鍵的作用，滑移就被阻止了。要想再滑，就要增大外力，此即強(qiáng)化現(xiàn)象。（3）強(qiáng)化階段（c—d段，彈塑變形階段）14（4）頸縮階段（b—f階段）問(wèn)答題：斷裂后彈變將隨內(nèi)力消失而消失，它是怎樣消失的呢？當(dāng)應(yīng)力達(dá)時(shí)，試件的直徑會(huì)突然細(xì)，此即頸縮現(xiàn)象。此時(shí)金屬鍵遭破壞。一旦頸縮，斷裂就不可避免。故又叫斷裂極限。（4）頸縮階段（b—f階段）問(wèn)答題：當(dāng)應(yīng)力達(dá)時(shí)，15是沿平行于ob的直線dg消失的。這說(shuō)明彈性變形在恢復(fù)時(shí)也符合虎克定律。是沿平行于ob的直線dg消失的。這說(shuō)明彈性變形在恢復(fù)162.1.2力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下的表現(xiàn)出來(lái)的特性，如強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性和韌性等。2.1.2力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料172.1.2.1強(qiáng)度（1）：不允許有微量變形（2）：允許有微量變形2.1.2.1強(qiáng)度（1）：不允許有微量變形182.1.2.2硬度2.1.2.2硬度192.1.2.3塑性材料受力到了屈服點(diǎn)，就開(kāi)始表現(xiàn)出塑性。表示了材料抗塑變的能力。而塑性的大小，即塑變的能力則用或表示。塑性是單位長(zhǎng)度的材料所能提供的最大不可逆變形量。2.1.2.3塑性材料受力到了屈服點(diǎn)，就開(kāi)始表現(xiàn)202.1.2.4彈性1）定義：物體受力變形，除去外力后能自行復(fù)原的能力，即彈性是抗變形的能力。2）E值表示彈性大小，是材料屬性，但隨溫度變化而變化。2.1.2.4彈性1）定義：物體受力變形，除去外力后能自行212.1.2.5韌性沖擊功：沖擊韌性：2.1.2.5韌性沖擊功：22

破壞過(guò)程：受擊——裂紋——擴(kuò)展——斷裂1）定義：?jiǎn)挝蝗笨诮孛嫠艹惺艿臉O限沖擊功?；蛘哒f(shuō)：韌性是材料在外加動(dòng)載荷突擊時(shí)的一種及時(shí)而迅速塑性變形的能力。2）韌性高，塑性高，塑是韌的基礎(chǔ)。但塑性高，韌性不一定高。因靜載下能緩慢塑變的材料不一定在動(dòng)載下能迅速塑變。破壞過(guò)程：受擊——裂紋——擴(kuò)展——斷裂1）定義：?jiǎn)?32.1.3化學(xué)性能化學(xué)性能指材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，主要指耐腐蝕性和抗氧化性。金屬的腐蝕現(xiàn)象很復(fù)雜。碳鋼不耐稀硫酸，而耐濃硫酸；鉛不耐濃硫酸，而耐稀硫酸；不銹鋼不耐濃硝酸，而耐稀硝酸;……2.1.3化學(xué)性能化學(xué)性能指材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性242.1.3.1電化學(xué)腐蝕由于金屬表面組織結(jié)構(gòu)不均，左邊一對(duì)電化學(xué)反應(yīng)分別在金屬表面的不同區(qū)域進(jìn)行。滲碳體——電負(fù)性較小，內(nèi)部得e表面放e。鐵素體——電負(fù)性較大，內(nèi)部供e表面放Fe。2.1.3.1電化學(xué)腐蝕由于金屬表面組織結(jié)構(gòu)滲碳體——電負(fù)性25電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞。其特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，且是點(diǎn)腐蝕。兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕性介質(zhì)中，由于存在電位差，其中一種電位較負(fù)的金屬往往會(huì)遭受腐蝕，這叫電偶腐蝕。防護(hù)的辦法是墊絕緣片，叫“斷橋”。電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電兩種相互接觸的不同金屬262.1.3.2化學(xué)腐蝕金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用所引起的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。其特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生，且是面腐蝕。（有的能形成穩(wěn)定的“鈍化膜”）問(wèn)答題：電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別？2.1.3.2化學(xué)腐蝕金屬遇到干燥氣體或非272.2碳鋼與鑄鐵什么是鋼？鋼和鑄鐵是由95%以上的鐵和0.05-4%的碳以及1%左右的其他雜質(zhì)元素所組成，因此，鋼和鑄鐵又稱“鐵碳合金”。一般來(lái)說(shuō):含碳量<0.02%的稱為純鐵；含碳量在0.02-2%的稱為鋼；含碳量>2%的稱為鑄鐵。

2.2碳鋼與鑄鐵什么是鋼？鋼和鑄鐵是由95%以上的鐵和0282.2.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)2.2.1.1金屬的組織與結(jié)構(gòu)

晶胞：將代表原子振動(dòng)中心的點(diǎn)用直線連接起來(lái)形成一個(gè)空間格子，稱為晶胞。

晶格：由晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。晶界：多晶體的晶粒與晶粒之間由于結(jié)晶方位不同而形成的交界稱為晶界。2.2.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)2.2.1.1金屬的組織與結(jié)構(gòu)292.2.1.2鐵碳關(guān)系2.2.1.2鐵碳關(guān)系301固溶體：兩種或兩種以上元素在固態(tài)下互溶而仍保持溶劑晶格原來(lái)形狀的物體。2鐵素體：碳溶解在中的固溶體。3奧氏體：碳溶解在中的固溶體。4滲碳體：碳化鐵5珠光體：是和組成的共析混合物，含碳0.8%，含11%，又叫共析鋼。6萊氏體：是和的共晶混合物，又叫共晶白口鐵。7馬氏體：碳在中過(guò)飽和的固溶體。

1固溶體：兩種或兩種以上元素在固態(tài)下互溶而仍保持溶劑晶312.2.1.3鐵碳平衡狀態(tài)圖2.2.1.3鐵碳平衡狀態(tài)圖32化工設(shè)備材料課件332.2.1.4純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵相變點(diǎn)：910oC

高溫低溫面心體心無(wú)磁性有磁性問(wèn)答題：純鐵有相變點(diǎn)，含碳的鐵有嗎？鐵、奧固溶體相變區(qū)：910——727oC2.2.1.4純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變34晶體結(jié)構(gòu)示意晶體結(jié)構(gòu)示意35化工設(shè)備材料課件36思考題鑄鐵含碳量高于鋼，其強(qiáng)度為什么不如鋼？

鑄鐵中的碳，除了溶入固溶體及化合物外，還存在游離石墨，而石墨很軟，從而降低了強(qiáng)度。思考題鑄鐵含碳量高于鋼，其強(qiáng)度為什么不如鋼？鑄鐵中的碳，除了372.2.2鋼的熱處理以消除鋼的某些缺陷或改善某些性能為目的，將鋼加熱到一定溫度并保持一段時(shí)間，然后以不同速度冷卻的一種操作。2.2.2鋼的熱處理以消除鋼的某些缺陷或改善某些性能為目的382.2.2.1共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

這個(gè)曲線又叫C型線，是熱處理的理論依據(jù)。

化工設(shè)備材料課件39原子能擴(kuò)散因?yàn)殍F已不能擴(kuò)散，碳也擴(kuò)不快，故碳開(kāi)始過(guò)飽和。原子都不能擴(kuò)散。因含碳過(guò)飽的存有相當(dāng)內(nèi)應(yīng)力，體心立方晶格被扭曲，故強(qiáng)、硬度好，塑、韌性差，發(fā)脆。原子能擴(kuò)散因?yàn)殍F已不能擴(kuò)散原子都不能擴(kuò)散。402.2.2.2鋼的熱處理3）淬火：在冷介質(zhì)中降溫目的：獲得馬氏體，提高硬度2.2.2.2鋼的熱處理3）淬火：在冷介質(zhì)中降溫414）回火：淬火后重新加熱再冷卻分類溫度范圍作用低溫回火150-250℃消除部分內(nèi)應(yīng)力（耐磨）中溫回火350-450℃消除大半內(nèi)應(yīng)力（提高彈性）高溫回火500-650℃消除內(nèi)應(yīng)力（提高塑、韌性，強(qiáng)度）4）回火：淬火后重新加熱再冷卻分類溫度范圍作用低溫回火15042思考題：為什么含碳量小于0.3%或大于0.6%的鋼不能做調(diào)質(zhì)鋼？5）調(diào)質(zhì)：淬火后高溫回火。含碳量低于0.3%的鋼淬不硬。含碳量高于0.6%的鋼調(diào)不去內(nèi)應(yīng)力。思考題：5）調(diào)質(zhì)：淬火后高溫回火。含碳量低于0.3%的鋼淬432.2.3碳鋼2.2.3.1常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響1、硫的影響----熱脆現(xiàn)象硫以硫化鐵的形態(tài)存在于鋼中。硫化鐵和鐵形成低熔點(diǎn)化合物(985℃)，而鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200℃以上，故當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于硫化鐵化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱為熱脆。2.2.3碳鋼2.2.3.1常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響442、磷的影響----冷脆現(xiàn)象磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增加，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低，特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，稱之為冷脆。使鋼材的冷加工及焊接性變壞。

2、磷的影響----冷脆現(xiàn)象453、錳的影響錳是有益元素，脫氧、耗硫(MnS,m.p.1600℃)。4、硅的影響

硅是有益元素，脫氧(SiO2)。5、氧的影響

氧是有害元素。以MnO、SiO2、FeO、Al2O3的高熔點(diǎn)顆粒形式存在于鋼中，破壞了鋼體的連續(xù)性，降低了其韌性和疲勞強(qiáng)度。稱為氧脆。3、錳的影響466、氮的影響—時(shí)效(氮脆)現(xiàn)象

氮是有害元素。鐵素體溶氮能力低，在加熱到200℃時(shí)，會(huì)發(fā)生氮化物的析出，使鋼強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降，在鋼液中加入Al、Ti生成AlN、TiN可固氮，消除時(shí)效。6、氮的影響—時(shí)效(氮脆)現(xiàn)象477、氫的影響—白點(diǎn)(氫脆)現(xiàn)象

鋼由高溫奧氏體冷至低溫時(shí)，氫原子來(lái)不及擴(kuò)散到表面逸出，留在鋼中一些缺陷處，由原子態(tài)氫變成分子態(tài)氫，局部產(chǎn)生幾百大氣壓的壓力，超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限，而在此處形成白點(diǎn)—裂紋源，這種很危險(xiǎn)的現(xiàn)象叫“氫脆”。7、氫的影響—白點(diǎn)(氫脆)現(xiàn)象482.2.3.2鋼的分類與編號(hào)1、按化學(xué)成分分類2.2.3.2鋼的分類與編號(hào)1、按化學(xué)成分分類49合金鋼又根據(jù)合金元素的種類分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼等。其中，各合金元素作用見(jiàn)下表：合金元素種類作用Si耐H2SCr耐腐Mn高強(qiáng)、高韌Ni耐腐、耐熱Mo耐H+Ti耐熱、防腐V耐熱、高塑合金鋼又根據(jù)合金元素的種類合金元素種類作用502、按品質(zhì)分類2、按品質(zhì)分類511)普碳鋼1.GB700-88以屈服極限值區(qū)分普通鋼為五種：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。2.再按質(zhì)量分四級(jí)：A—不做沖擊實(shí)驗(yàn)；B—做沖擊實(shí)驗(yàn)，V型缺口；C、D—做焊接結(jié)構(gòu)等更多質(zhì)檢。3.又按脫氧方法不同分四種：F—沸騰鋼，冶煉過(guò)程中和弱脫氧劑Mn脫氧；Z—鎮(zhèn)靜鋼，加入強(qiáng)脫氧劑Al，脫氧完全；b—半鎮(zhèn)靜鋼；TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。1)普碳鋼1.GB700-88以屈服極限值區(qū)分普通鋼為五種：522)優(yōu)質(zhì)鋼1.以含碳量的萬(wàn)分之幾編號(hào)，取兩位數(shù)。2.若含錳量較高，鋼號(hào)中將標(biāo)有Mn元素。例如：30Mn30代表