08. 化工设备常用材料.ppt

 化工设备机械基础 第八章 化工设备常用材料 概 述 化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求不尽相同，生产条件有的简单，有的却十分复杂、多变：例如 （1）对于高温容器，由于设备在高温的长期作用下，材料的力学性能和内部组织都会发生明显的变化，加之承受一定的工作压力，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。 （2）容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。 （3）对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，要考虑材料的疲劳问题等。 （4）低温条件下操作的设备，要考虑材料低温下的脆性断裂问题。 化工生产过程中不同的生产条件对设备材料有不同的要求，有的要求材料具有良好机械性能和加工工艺性能、有的要求要 有良好的耐腐蚀性能、有的要求要具有优良的物理性能等。因此，在设计制造化工设备时，必须针对设备的具体操作条件， 正确合理地选用材料，这对于保证设备的正常安全运行、完成 生产计划、节约材料、减轻设备自重、延长设备的使用寿命与 检修周期，都起着积极的作用。 化工设备常用材料----钢材及其合金 1.钢材具有优良的机械性能，具有高的强度，又有好的塑性和韧性。 2.钢材具有优良的工艺性（可铸、锻、焊、和切削加工等），易于采用不同的方法制成各种形式的零件和设备。 3.钢材具有优良的物理性能（导热、电、磁）和特殊化学性能（对某些介质耐蚀）以及耐热性。 4.钢材可通过热处理进一步提高自身的性能，满足设计、制造和使用要求。 §6-1 铁碳合金——碳钢与铸铁 钢和铸铁是工程上应用最广的金属材料，通常把钢和铸铁都称为铁碳合金，这是因为钢和铸铁的成分虽然复杂，但基本上是铁和碳两种主要元素组成的。一般含碳0.02%-2%的称为钢，大于2%称为铸铁，其中碳的含量对其性质有决定性的影响。 一、铁碳合金的组织结构与其性能的关系 1.铁碳合金的组织结构对其性能的影响 2.钢在加热和冷却时组织的变化及其对钢性能的影响 3.钢的热处理 二、碳钢与铸铁分类、牌号、性能及应用 一、铁碳合金的组织结构与其性能的关系 1.铁的组织结构（两种排列方式） α-Fe经加热可转变为γ-Fe ，反之高温下的γ-Fe冷却可变为α-Fe 。 （1）同素异构转变： 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。这一转变是铁原子在固态下重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。是钢进行热处理的依据。 碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，强度显著增加。这是由于碳引起了铁内部组织的变化，从而引起碳钢力学性能的相应改变。碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。 （1）铁素体： 碳溶解在α-Fe中形成的固溶体 称铁素体。 由于α-Fe原子间隙小(体心立方 晶格结构），溶碳能力低（在室温下 只能溶解 0.006％），铁素体性能与 纯铁相似，强度和硬度低，但塑性和 韧性很好。铁素体在770℃以下具有 磁性。 γ-Fe原子间隙较大，故碳在γ-Fe中的溶解度比α-Fe中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。奥氏体组织是在γ-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。 溶解有碳的铁，仍然会发生 α γ转变，只是转变温度有 所变 化（727～910℃）。 渗碳体具有复杂的晶体结构，不发生同素异构转变。渗碳体的硬度很高，塑性很差，是一个硬而脆的组织。在钢中渗碳体是以不同形态和大小的晶体出现于组织中，对钢的力学性能影响很大。 纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微粒，将大大提高材料的强度。 渗碳体在一定条件下可以分解为铁和碳，其中碳以石墨形式出现。铁碳合金中，碳和硅的含量愈高，冷却愈慢，愈有利于碳以石墨形式析出，析出的石墨散布在合金组织中。 铁碳合金中，当含碳量小于2.11％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，这就是碳素钢。随着含碳量的增加，碳素钢的强度与硬度也随之增大。 三、铁碳合金基本组织的性质及性能特点 四、金属结晶过程示意图 五、钢在加热和冷却时组织变化及其对钢性能的影响 ACD线：液相