化工机械基础26.ppt

概述 过程装备用材料的种类 (1)金属材料 黑色金属(如钢材)、有色金属(如铝、铜等)。 (2)非金属材料 如橡胶、石棉、塑料等。 (3)复合材料 如玻璃纤维增强塑料(FRP)。 6.1.1.1 金属材料的主要性能 (1)力学性能 它是指材料在外力作用下表现出来的性能，一般有以下几个主要指标: 1)机械强度 它是指材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是材料的重要机械性能指标。反映材料强度高低的指标有: 屈服极限(ReL或Rp0.2)、 抗拉强度(Rm)， 高温时需要考虑蠕变极限(蠕变极限σn ：1万小时变形量1%)。 交变载荷作用时则需要考虑疲劳极限(σ-1：以106-107次不被破坏的应力)。 2)塑性 塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力，通常用伸长率δ和断面收缩率Z表示。 3)韧性 韧性是指材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。评定材料韧性的指标通常以标准试样的冲击吸收功(AK) 表示（使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积）。 4)硬度 硬度是指材料抵抗其它物体压入的能力，它是衡量材料软硬的判据。工程上常用的硬度指标为布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度(HV)等。 硬度的大小说明材料的耐磨性及切削加工的可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈好，但其切削加工性能较差。 材料的硬度与强度之间存在近似的对应关系: 材料的强度愈高，其硬度也高。 (2)耐腐蚀性能 它是指材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。 对于均匀腐蚀，在过程设备设计中通常是采用普通钢材再留有一定的腐蚀裕量来解决的。 对于有局部腐蚀的过程设备，则必须从选择相应的耐腐蚀材料及防护措施着手解决。 (3)加工工艺性能 金属材料的加工工艺性能是指保证加工质量的前提下，加工的难易程度。 金属材料的主要加工工艺性能有：焊接性能、铸造性能、 压力加工性能、机加工性能及热处理性能等。 金属材料具有许多优良性能是和金属原子的聚集状态以及它的组织有关的。 固态物质，根据其内部原子的聚集状态的不同分为晶体和非晶体两大类。 所谓非晶体是其内部原子杂乱无章地不规则的堆积。晶体则是其内部原子有规则的排列，所有的固态金属都是晶体。 晶体是由许多金属原子(或离子)在空间按一定几何形式规则地紧密地排列而成。 把每一个原子看成一个小球，把这些小球用线条连接起来，就这样得到一个空间格架，这种空间格架叫“晶格”，晶格的最小几何组成单元叫“晶胞”，如下图所示： 各种金属晶格结构是不同的，常见的金属晶格结构如下图所示： (2)金属材料具有不同的性能与其不同的晶体结构有关。 例如，纯铁在910°C以下具有体心立方晶格结构，称为α-Fe；铁在910°C～1394°C为面心立方晶格结构，称为γ-Fe。这两种晶格结构的铁，其溶碳能力是不同的：碳溶解到α-Fe中形成的固溶体叫铁素体，其最大溶碳量不超过0.0218%；碳溶解到γ-Fe中形成的固溶体叫奥氏体，其最大溶碳量可达2.11%。这两种性质完全不同的组织形式在钢中的存在状态也直接影响着钢的性能。 6.1.1.3 铁碳合金相图 (1)铁碳合金相图中的基本相 (2)铁碳合金相图中的主要特性点和特性线 钢的机械性能不仅因其化学成分的不同而有很大的差异，另一方面，即使化学成分相同的钢材，当加热到一定的温度时，若采用不同的冷却方式，则钢材的机械性能也会有很大的差异，这是由钢材内部组织结构发生变化所引起的。 将钢材通过适当的加热、保温和冷却过程，使钢材内部组织按照一定的规律变化，以获得预期的力学性能和加工性能，这种工艺过程就称为钢的热处理。 常用的热处理方法: (1)退火； (2)正火； (3)淬火； (4)回火； (5)化学热处理。 1)退火 退火是把钢件放在炉中加热至一定温度，根据零件形状尺寸在该温度保温一定时间后，然后随炉以缓慢的冷却速度冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 钢经过退火处理后能达到消除内应力、强度和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。 根据钢的成分和热处理目的要求不同，退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理工艺。 2)正火 正火是将钢件加热到GS或ES线(图8-2)以上30°C～50°C，经适当保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。正火与退火不同之处在于，正火时钢的冷却速度比退火时大，因此，所得组织更细，强度和硬度有所提高。 正火处理具有减少钢件内应力、均匀组织和细化晶粒，为最终热处理做好组织准备等作用。另外，对于低碳钢也可以作为最终热处理，因为正火使其晶粒细化，并使碳化物分布更均匀，以