化工设备机械基础(化机)2.ppt

第三篇 化 工 容 器 第一章 化工设备常用金属和非金属 序 言 重要性（硫酸泵叶轮、不锈钢） 第一节 碳钢和铸铁 第二节 合金钢 第三节 有色金属及其合金 第四节 金属的腐蚀与防护 第五节 非金属材料 第六节 管路连接件和阀门 第一节 铁碳合金—碳钢和铸铁 1.1碳钢与铸铁都是由铁（95%以上）和碳（0.05~4%）所组成的合金。 1.1.1铁：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构，910℃ 以下为α-铁；910 ℃ 以上为γ-铁，二者互为同素异构体。 1.1.2碳：碳在铁碳合金中的存在形式有三种：①碳溶解在铁中形成固溶体，即在α-铁中叫铁素体，在γ-铁中叫奥氏体。②铁与碳形成的化合物，当碳不能全部溶于铁素体或奥氏体时，“剩余”的碳与铁将形成碳化铁（渗碳体）※通常将碳含量2.11%作为钢与铸铁的分界，〈2.11%叫钢，〉2.11%叫铸铁 。③碳以石墨状态单独存在，特别碳含量较高时。 1.2碳钢与铸铁的不同： 1.2.1在组织上有两点不同: ①碳含量不同，碳含量小于2.11％的是钢，大于2.11％的是铸铁； ②碳的存在形式不同,钢中的碳只有两种存在形式，而铸铁中的碳除形成 Fe3C和溶入固溶体外，总有部分碳以石墨状态存在。 1.2.2性能上有四点区别： ①钢有良好塑性，铸铁是典型脆性材料； ②钢的抗拉强度与抗压强度相同，铸铁抗拉强度远低于抗压强度； ③钢可进行压力加工和焊接，铸铁适于铸造； ④钢的减震、摩擦性能不如铸铁； ※碳含量的不同是使钢具有不同性能的主要原因，而影响铸铁性能的主要是石墨化程度与石墨的形状。 1.3钢的热处理 1.3.1热处理的概念（就是以消除钢材的某些缺陷成改善钢材的某些性能为目的，将钢材加热到一定的温度，然后以不同的速度冷却下来的一种操作。） 1.3.2生产中常见的几种热处理操作 ①退火和正火 退火是将零件放在炉中，缓慢加热至某一温度（如图），经过一段时间的后，随炉或埋入砂中缓慢冷却。 退火可以消除冷加工导致的硬化，恢复材料的良好塑性，可以细化铸焊工件的粗大晶粒，改善零件的机械性能；可以消除残余应力，防止工件变形。 正火只是在冷却速度上与退火不同。退火是随炉缓冷，而正火是在空气中冷却。经过正火的零件，有比退火为高的强度与硬度。 ②淬火和回火 淬火是先将工件加热至相变温度以上，保温一段时间，然后快速冷却。目的是获得马氏体以提高工件的硬度和耐磨性。 为了消除淬火后工件的内应力，并降低材料的脆性，钢件在淬火后，几乎总是跟进回火。 所谓回火，就是把淬火后的钢件重新加热至一定温度，经保温烧透后再行冷却的一种热处理操作。 根据工件使用目的要求的不同，回火的加热温度有三种： ※淬火加高温回火由于可以提高钢材的机械性能，所以称为调质处理。 ③化学热处理 钢的化学热处理就是把钢放入一些介质内（如碳粉）加热到一定的温度，使介质原子渗透到钢内改变钢表层的化学成分和组织结构从而使钢件表面具有某些特殊性能。 如碳原子可以提高钢表面耐磨性，铝原子可以提高钢的抗高温氧化性。 ※决定金属材料性能的因素有三：化学组成、组织结构、热处理状态，这三者相互影响不能分割。 1.4碳钢的分类、牌号、性能、品种与应用 1.4.1碳钢的分类与牌号 ①按含碳量的多少，碳钢分为下面三种 低碳钢 含碳量小于0.3％，是钢中强度较低、塑性最好的一类。冷冲压及焊接性好，用于制造化工容器及负荷不大的机械零件。 中碳钢 含碳量在0.3—0.6％之间，钢的强度与塑性适中，可用适当的热处理获良的综合机械性能，适于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件。 高碳钢 含碳在0.6以上，钢的强度及硬度均较高，塑性较差，用来制作弹簧、钢丝绳等。 ②按钢的质量，碳钢有普通的和优质的两种。 “普通”与“优质”的主要区别是有害杂质硫（引起钢的热脆）和磷（引起钢的冷脆）的控制松严程度不同，和钢材出厂时检验项目和保证条件不同。 这类钢属普通碳素钢，共有五个钢号（不包括质量等级与脱氧程度）。Q275、Q255、Q235、Q215、Q195 ※ P107页①②③条 优质碳素结构钢共31个钢号见※ P150页表8-2 1.4.2碳钢的性能（机械性能、制造工艺性能、耐蚀性） 1.5铸铁 从化学成分看，铸铁中碳与硅的含量要高于钢，硫磷杂质的控制也比较松。一般组成如下：C2-4.5%；Si0.5-3.5%；Mn0.5-1.5%；P0.1-1.0%；S〈0.15% 从组织结构上看，由钢的基体与散布在其中的石墨组成。 ①灰口铸铁（HT-）如牌号为HT150—330的灰口铸铁，表示抗拉强度为150 MPa，抗弯强度为330 MPa；；灰铸铁 可用来制造常压容器，但是其工作温度不能超过250； ②球磨铸铁（QT-）其强度较高