《化工設(shè)備材料基礎(chǔ)》課件

化工設(shè)備材料基礎(chǔ)課程介紹課程目標(biāo)掌握化工設(shè)備材料的基本知識和應(yīng)用技能，為今后的化工設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、使用和維修打下基礎(chǔ)。課程內(nèi)容主要包括化工設(shè)備常用材料的種類、性能、分類、選擇原則、腐蝕問題、連接技術(shù)、表面處理和儲存等方面。學(xué)習(xí)方式以課堂講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作等方式相結(jié)合，幫助學(xué)生掌握化工設(shè)備材料的知識和應(yīng)用技巧?；ぴO(shè)備常用材料種類金屬材料鋼鐵、合金鋼、不銹鋼、有色金屬等非金屬材料橡膠、塑料、陶瓷、玻璃等復(fù)合材料玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)塑料等金屬材料強(qiáng)度高金屬材料具有高強(qiáng)度和韌性，能夠承受較大的壓力和沖擊?？杉庸ば越饘俨牧弦子诩庸こ筛鞣N形狀和尺寸，滿足不同的設(shè)計(jì)需求。可回收性金屬材料可回收利用，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。金屬材料性能指標(biāo)3強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度2塑性延伸率、斷面收縮率1硬度布氏硬度、洛氏硬度金屬材料分類黑色金屬主要成分為鐵，如碳鋼、合金鋼等。具有強(qiáng)度高、耐磨損、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。有色金屬除鐵以外的金屬，如銅、鋁、鋅、錫、鉛等。具有耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。碳鋼高強(qiáng)度碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，適用于承受高負(fù)荷的結(jié)構(gòu)件。低成本碳鋼是價(jià)格相對低廉的金屬材料，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用?？珊感蕴间摼哂辛己玫目珊感?，易于加工和連接，適合于各種工程項(xiàng)目。合金鋼增強(qiáng)性能通過添加其他元素，例如鉻、鎳、鉬等，提高強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等性能。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于各種化工設(shè)備，例如反應(yīng)釜、換熱器、管道等，滿足不同工況需求。種類繁多根據(jù)合金元素和含量不同，合金鋼可分為多種類型，例如低合金鋼、高合金鋼等。不銹鋼耐腐蝕性鉻含量高，形成致密的氧化膜，抗氧化、耐酸堿腐蝕，適用于食品、化工等領(lǐng)域。強(qiáng)度高含有一定量的碳，賦予不銹鋼良好的強(qiáng)度和硬度，耐沖擊、耐磨損，適用于壓力容器、管道等。美觀表面光亮，易于清潔，廣泛應(yīng)用于建筑、家具、裝飾等領(lǐng)域。有色金屬合金鋁合金鋁合金具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。銅合金銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨性和耐腐蝕性，常用于制造電線電纜、熱交換器、閥門等。鈦合金鈦合金具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。非金屬材料陶瓷材料耐高溫、耐腐蝕，廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備的襯里、管道、閥門等。玻璃材料透明、耐化學(xué)腐蝕，主要用于反應(yīng)釜、儲罐等。橡膠材料耐磨、耐油、密封性能好，常用于密封墊圈、管道接頭等。塑料材料輕質(zhì)、耐腐蝕，適合制作容器、管道、閥門等。橡膠材料耐磨性橡膠具有良好的耐磨性，在高磨損環(huán)境下，橡膠材料的使用壽命更長。密封性橡膠材料具有良好的密封性，可以有效地阻止液體和氣體的泄漏。減震性橡膠具有良好的減震性和緩沖性能，可以有效地吸收和消散沖擊力。塑料材料耐腐蝕性對大多數(shù)酸、堿和鹽具有良好的耐腐蝕性。輕質(zhì)密度小，重量輕，易于運(yùn)輸和安裝?？伤苄钥梢愿鶕?jù)需要加工成各種形狀和尺寸。復(fù)合材料高強(qiáng)度復(fù)合材料通常具有優(yōu)異的強(qiáng)度、剛度和重量比，使其成為航空航天、汽車和建筑等領(lǐng)域的理想選擇。耐腐蝕許多復(fù)合材料對腐蝕性物質(zhì)具有良好的耐受性，使其適用于化學(xué)、石油化工等行業(yè)?？稍O(shè)計(jì)性復(fù)合材料可以定制設(shè)計(jì)，以滿足特定應(yīng)用的需要，例如形狀、尺寸和性能。新型功能性材料智能材料響應(yīng)環(huán)境變化的材料，例如形狀記憶合金、光致變色材料。納米材料具有特殊性能的納米尺度材料，如納米碳管、石墨烯。生物材料可與生物體相容的材料，例如人工骨骼、可降解塑料。高分子材料具有高強(qiáng)度、耐高溫等特性的材料，如聚合物、復(fù)合材料。材料選擇原則性能要求材料應(yīng)滿足使用環(huán)境的溫度、壓力、腐蝕、磨損等性能要求。經(jīng)濟(jì)成本選擇性價(jià)比高的材料，綜合考慮材料價(jià)格、加工成本、使用壽命等因素。安全可靠材料應(yīng)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊性和耐疲勞性，確保設(shè)備安全運(yùn)行?？杉庸ば圆牧蠎?yīng)易于加工成型，方便設(shè)備的制造和維護(hù)。材料腐蝕問題1化學(xué)反應(yīng)材料與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料表面發(fā)生變化，從而影響其性能。2環(huán)境影響溫度、濕度、酸堿度、氧氣含量等因素都會影響材料的腐蝕速率。3經(jīng)濟(jì)損失腐蝕會導(dǎo)致設(shè)備失效、維修成本增加，甚至造成安全事故。常見腐蝕類型均勻腐蝕金屬表面均勻發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致表面整體變薄。點(diǎn)蝕金屬表面局部出現(xiàn)孔洞，腐蝕速度快，危害較大。電化學(xué)腐蝕兩種或多種不同金屬接觸，形成電流，導(dǎo)致金屬腐蝕。縫隙腐蝕金屬表面縫隙處發(fā)生腐蝕，由于縫隙內(nèi)溶液滯留，腐蝕速度快。防腐技術(shù)措施涂層保護(hù)是常見的防腐方法，可以有效地隔離腐蝕介質(zhì)。金屬表面處理如電鍍、噴涂等，可以提高金屬的抗腐蝕能力。采用耐腐蝕合金或特殊材料，能夠直接抵御腐蝕環(huán)境的侵蝕。材料疲勞問題定義材料在交變載荷作用下，即使載荷遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，也會在應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋，并不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象。影響因素交變載荷的幅值和頻率，材料的強(qiáng)度和韌性，環(huán)境溫度和腐蝕性等都會影響材料的疲勞壽命。疲勞失效分析循環(huán)載荷在反復(fù)荷載作用下，材料內(nèi)部會產(chǎn)生微觀裂紋，逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。應(yīng)力集中材料的幾何形狀變化、表面缺陷或加工工藝缺陷等因素會引起應(yīng)力集中，加速疲勞裂紋的擴(kuò)展。環(huán)境影響溫度、濕度、腐蝕性介質(zhì)等環(huán)境因素也會影響材料的疲勞性能。材料連接技術(shù)1焊接將金屬工件通過加熱或加壓，或兩者兼用，使之熔化或塑性變形，并在冷卻后形成牢固連接的方法。2粘接利用膠粘劑將材料表面粘合在一起，形成牢固連接的方法。3機(jī)械連接利用螺栓、螺母、鉚釘?shù)葯C(jī)械連接件將工件連接在一起，形成牢固連接的方法。焊接原理和方法1熔化焊利用高溫將焊件和焊絲熔化形成熔池，冷卻后形成焊縫。2壓力焊利用壓力將焊件接合，不需要加熱或使用焊料。3釬焊用熔點(diǎn)低于母材的焊料將焊件接合，不需要熔化母材。焊接缺陷及防控1焊縫缺陷種類常見的缺陷類型包括：裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、焊瘤等。2缺陷形成原因焊接工藝參數(shù)、焊接材料、焊接環(huán)境等因素都可能導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。3缺陷危害焊接缺陷會降低焊縫強(qiáng)度，影響設(shè)備安全性能。4防控措施嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)、選擇合適的焊接材料，加強(qiáng)焊接過程的質(zhì)量檢驗(yàn)。機(jī)械加工工藝車削利用旋轉(zhuǎn)刀具切削旋轉(zhuǎn)工件，形成圓柱形或圓錐形表面。銑削利用多齒刀具切削工件，形成平面、溝槽、齒輪等形狀。鉆孔利用旋轉(zhuǎn)鉆頭在工件上鉆孔，形成圓形孔。磨削利用磨料砂輪去除工件表面材料，提高工件精度和表面質(zhì)量?；瘜W(xué)表面處理清潔去除表面污染物，例如油污、灰塵和氧化物。鈍化形成一層保護(hù)膜，防止腐蝕和氧化。鍍層在表面鍍上金屬或非金屬層，提高耐腐蝕性、耐磨性或?qū)щ娦?。材料的儲存和保護(hù)防潮使用干燥劑或除濕機(jī)，保持倉庫環(huán)境干燥，避免材料受潮。防腐蝕對易腐蝕的材料進(jìn)行防腐蝕處理，例如涂層或包裝。防變形避免材料在儲存過程中發(fā)生變形或損壞，例如采用合適的堆放方式。防碰撞在堆放和搬運(yùn)過程中，采取措施避免材料發(fā)生碰撞，防止損壞。實(shí)踐案例分享本節(jié)將分享一些化工設(shè)備材料應(yīng)用的真實(shí)案例，例如：大